一种用于文物照明的智能照明系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术提供了一种用于文物照明的智能照明系统包括：最低损伤照明参数数据库、终端处理器、无线通讯模块、主控制器、照明电路模块、和温湿度监测模块。最低损伤照明参数数据库，用于存储文物的损伤函数、材料信息和光谱信息。终端处理器，根据所述材料信息和所述光谱信息，通过所述损伤函数得到推荐照度值和推荐照射时间，再通过最小二乘法将得到的最低损伤谱和推荐照度值计算折合为照明芯片功率强度，生成照明芯片功率强度信号和推荐照射时间信号；主控制器，用于将所述照明芯片功率强度信号和所述推荐照射时间信号处理为PWM信号，并将所述PWM信号传输到照明电路模块。将所述PWM信号传输到照明电路模块。将所述PWM信号传输到照明电路模块。

【技术实现步骤摘要】
一种用于文物照明的智能照明系统及其控制方法


[0001]本专利技术涉及文物保护和照明技术的交叉学科的
，更具体地，涉及一种用于文物照明的智能照明系统及其控制方法。

技术介绍

[0002]由于保护方面的问题，大量馆藏文物存在不可逆的永久性损伤。因此，如何对馆藏文物进行更好地保护，是目前亟需解决的问题。
[0003]光源中的光学辐射与文物受损之间有着显著关联，尤其是书画、古籍、染色丝织品等文物属于国际照明委员会（CIE）规定的最高光敏感级别展品，极易因光化学反应发生褪色、粉化、开裂等不可逆的永久性损伤。同时文物的细节和色彩丰富，极具文化和艺术价值，对照明光源的展示效果要求很高。因此获得能够在满足观赏要求基础上实现最低损伤效果的光源，是解决文物复杂照明问题的根本途径。
[0004]但上述新型光源系统的研发存在如下待解决的四个难点问题：（1）由于文物光损伤的根本原因在于被照文物材料吸收光源的光谱能量后发生了光化学反应，因此决定文物光损伤程度的参数包括“光源的相对光谱功率分布S(λ)、被照材料对入射光谱的吸收率P(λ)、光源的照射强度E、光源的照射时间t”。但光源的相对光谱功率分布S(λ)各异，各类文物材料对于不同波段光谱的吸收率P(λ)差别很大，同时光源的照射强度E和光源的照射时间t均可自由设定，因此在S(λ)、P(λ)、E、t四类变量耦合影响下的文物光损伤规律非常复杂，目前缺少能够对上述规律进行准确计算的数学模型，导致研发新型光源系统的理论工具缺失。
[0005]（2）如果能够明确上述规律并建立能够对上述规律进行量化描述的数学模型，便可利用数学模型计算出不同文物材料所匹配的最低损伤谱形式S(λ)、照射强度I、照射时间t，进而通过显色性计算方法将不满足展示要求的光谱筛除，即可建立满足观赏的最低损伤照明参数数据库，以作为新型光源系统的核心。但目前未见相关成果报道。
[0006]（3）满足观赏的最低损伤照明参数数据库中包含的是每种文物材料所对应的最佳匹配光谱形式S(λ)、照射强度E、照射时间t，但真实的文物均是由多种材料组成（如书画是在纸质或绢质基材上绘制多种颜料），如何根据真实文物的不同材料构成特点在数据库中进行参数的匹配组合及调用，并通过控制算法程序对调用的光谱形式、照射强度、照射时间向硬件系统进行转换和输出，是在研发新型光源系统过程中需要解决的关键问题。
[0007]（4）由于不同文物所匹配的最佳光谱形式、照射强度、照射时间存在差别，同时在真实博物馆展陈过程中经常需要更换展品，当被照文物改变时要求光源的输出参数也要随之变化。因此如何将控制算法程序传送的各种照明参数通过硬件系统进行实际输出，并根据照明对象的改变而进行参数调节，从而利用一套系统在保证观赏要求的基础上、实现不同类型文物的最低照明损伤效果，是在研发新型光源系统过程中需要解决的另一个关键问题。
[0008]目前，现有技术中提出了如下的技术手段以解决上述问题。
[0009]（1）公开号为CN110740537A的专利文献，公开了一种智能照明设备的控制方法，应用于终端侧，该方法包括：响应于用于获取当前图像的第一操作，从图像资源中获取当前图像，对当前图像进行识别，得到识别结果，从所述识别结果中获取至少一个以上用于光源色彩控制的目标色彩数据，使得所述智能照明设备基于所述目标色彩数据控制光源色彩。
[0010]该专利的智能照明设备以光源光色与被照物体颜色和谐为目的进行调控，未考虑文物保护的重要因素。该专利未公布关于光谱可变LED的相关技术细节，且以控制光源颜色为调光参数，未从光源SPD这一最基本的光谱性质着手。综上，该智能照明设备无法应用于复杂的博物馆照明场景，也无法从根本上解决文物照明问题。
[0011]（2）公开号为CN110740537A的专利文献，公开了一种博物馆文物的自适应调节系统，主要包括光源、立云平台博物馆文物信息库、控制单元。该系统根据文物的云信息以及现场采集信息,对文物性质信息进行量化,通过聚类分析与相关性分析,筛选出影响文物耐光性的因素；建立照明光源自调节模型,在此基础上基于神经网络算法构建整个系统的光源调节模型。该系统基于神经网络算法建立光源自调节模型,对已知照明方案与照明需求信息的文物进行学习,构建七色LED电流权重与照明需求的关系,学习完成后对照明方案文物自动生成照明方案并实施,降低光辐射对文物的损坏的同时提高文物观赏性。
[0012]该专利的最优光谱调控系统中：对于保护方面，依靠通过微表面测试(MFT) 并根据聚类得到与文物保护相关的因素，无法量化预测在光源的相对光谱功率分布、被照材料对入射光谱的吸收、光源的照射强度、光源的照射时间四重参数耦合影响下的文物光损伤程度，从而无法精确衡量光源保护的效果；对于展示效果方面，通过提取现有文物照明方案常用的参数而非通过指标数值来限制。且最后对于保护和展示效果的综合考虑仅粗略地对现有文物照明方案采用聚类的数据分析方法，未控制最终输出光谱的参数。综上，该调控系统无法确保最后输出光谱保护的效果，也无法保证符合展示指标。
[0013]（3）公开号为CN109511195A的专利文献，公开了一种适用于中国脆弱文物照明的LED光谱调节方法，包括以中国脆弱文物颜料制作实验用模型试件；选取可见光谱范围内的10个典型波段单色光；对各组试件进行长周期照射得到不同波段对不同颜料的相对损伤值；经过光谱拟合和迭代得到所有可能的光谱功率分布下的相对损伤值；经过平均显色指数R
a
≥90 且R9＞0、2700K≤相关色温CCT≤4000K以及普朗克曲线偏移度|D
UV
|≤0.0054三个光谱视看评价指标的筛选；得到了每个色温区间内的相对损伤度。
[0014]（4）公开号为CN106353264A的专利文献，公开了一种适用于绘画色彩保护照明的白光LED光谱获取方法。该专利采用的技术方案是适用于绘画色彩保护照明的白光LED光谱获取方法，步骤为模型试件制作、实验光源制备、照射实验方法、参数检测方法，目的是解决获取最低色彩损伤WLED光谱的科学实验方法缺失问题，解决目前不能对单色光影响中国传统绘画的色彩情况进行精确评价的问题。
[0015]对于专利（3）和专利（4）：首先，上述两项专利是以色差作为文物光损伤的评价指标，但该指标只能评价文物的褪色或变色等颜色损伤，并不能评价如粉化或开裂等机械损伤；第二，上述两项专利只考虑了光源的相对光谱功率分布S(λ)和被照材料对入射光谱的吸收率P(λ)两类参数对文物光损伤的影响，并未考虑光源的照射强度I和照射时间t对文物光损伤的影响；第三，上述两项专利只涉及最低损伤谱的获取及调节方法，即停留在理论研究层面，并未涉及对于光谱的匹配、调用、调控、输出等实际技术和产品。
[0016]此外，现有技术中还采用基于舒适度的照明评价控制策略,使照明系统可以智能适应各种室内环境下的照明要求,在充分利用太阳光的前提下使屋内一直保持在最优照度减小能耗；其次，通过完善的软、硬件设计,可以有效地防止LED的有害光衰现象本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于文物照明的智能照明系统，其特征是，包括：最低损伤照明参数数据库，用于存储文物的损伤函数、材料信息和光谱信息；终端处理器，根据输入的材料信息，通过所述损伤函数得到推荐照度值和推荐照射时间，再通过最小二乘法将得到的最低损伤谱和推荐照度值计算折合为照明芯片功率强度，生成照明芯片功率强度信号和推荐照射时间信号；无线通讯模块，接收所述照明芯片功率强度信号和所述推荐照射时间信号，并将所述照明芯片功率强度信号和所述推荐照射时间信号发送给主控制器；主控制器，用于将所述照明芯片功率强度信号和所述推荐照射时间信号处理为PWM信号，并将所述PWM信号传输到照明电路模块；照明电路模块，用于将所述PWM信号通过光耦隔离NMOS管对每路光源进行单独控制；和温湿度监测模块，用于在对采集的数据校验正确后，将温湿度数据发送给无线通讯模块，所述无线通讯模块再将所述温湿度数据传输到服务器后再发送到终端处理器中。2.根据权利要求1所述的用于文物照明的智能照明系统，其特征是，所述损伤函数为：（1）（2）其中，n表示不同材料，α
n
表示不同材料的占比；f
n
(E, t)表示材料损伤度在照度E和时间t耦合作用下的变化规律；P
n
(λ)表示材料损伤度在光源波长λ和时间t耦合作用下的变化规律；S(λ)为拟采用光源的相对光谱功率分布；S0(λ)为等能白光D55标准光源的相对光谱功率分布，为固定值；D0为基础损伤值，对于颜料和纸、绢类基材分别定义了固定值；用于消除因衡量标准不同而产生的损伤指标数量级差异，实现不同材料损伤的无量纲化比较。3.根据权利要求1所述的用于文物照明的智能照明系统，其特征是，所述照明电路模块包括LED灯珠和铝基板，所述LED灯珠焊接在所述铝基板，所述铝基板包含基层、绝缘层以及线路层：所述基层为铝质，并且所述基层通过硅酮导热胶将所述基板与外接散热器连接；线路层包括电路，所述电路的逻辑等同于PCB；绝缘层设置在所述基层与所述线路层之间，并与所述基层与所述线路层连接，以防止所述线路层短路。4.根据权利要求1所述的用于文物照明的智能照明系统，其特征是，所述最低损伤照明参数数据库包括光谱信息检索模块和材...

【专利技术属性】
技术研发人员：党睿，胡振宇，蔡响前，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：