[发明专利]判定光源对中国脆弱文物照明损伤度的方法

摘要

本发明属于文物保护和照明技术的交叉学科领域，为判定任一光源对不同中国脆弱文物的照明损伤度，提供一种科学、精确、可操作的方法。为此，本发明采取的技术方案是，判定光源对中国脆弱文物照明损伤度的方法，步骤如下：1、模型试件2、光源3、方案4、参数分析5、光谱匹配6、损伤评价.本发明主要应用于文物保护和相关照明设计场合。

主权项

1.一种判定光源对中国脆弱文物照明损伤度的方法，其特征是，步骤如下：1、模型试件以中国脆弱文物颜料制作实验用模型试件，颜料类型见表2：表2 中国绘画的颜料组成及特点2、光源光源选取可见光谱范围内的10个典型波段单色光，用LED单色芯片制备实验光源，10个单色光源信息见表3：表3 实验光源信息表3、方案在专门制备的展柜中进行，照射过程中，不同单色光源置于独立的展柜空间，利用黑色隔板分隔不同组实验，避免各组间光照的相互干扰，对各组试件进行长周期照射，每天12小时，6天为一个周期，整个实验持续20个周期，共计1440小时，调节各组光源的功率，使各单色光源照射在对应试件上的辐照度相等，调节展柜内的环境参数，使之在整个实验过程中保持一致和恒定，参数值见表4：表4 实验室室内温度、湿度及空气质量标准4、参数分析(1)采用PR‑670光谱仪在D₆₅标准光源下测量试件的色彩参数，并计算在10种单色光照射下，20个实验周期内颜料相对于初始状态的CIE DE2000色差值ΔE^*₀₀₁～ΔE^*₀₀₂₀，ΔE^*₀₀的计算方法如下：式中：ΔL’,ΔC’,ΔH’分别为比较颜色间的亮度差，彩度差和色调差，K_L,K_C,K_H为参数因子,是一个与观察环境相关的校正系数。S_L,S_C,S_H为亮度、饱和度和色调权重因子,允许在CIELAB颜色空间中根据区域不同进行各自的调整，以校正视觉空间中的均匀性。R_T为旋转函数，用于校正视觉感受中蓝色区域宽容量椭圆并不指向原点，用该函数对椭圆进行旋转；(2)取每种颜料20个周期色差值的平均值作为该种颜料受照射单色光源辐射的损伤值。式中a代表颜料类型；以构成某种文物的主要颜料所受单色光源的辐射损伤的平均值代表该种文物受到的辐射损伤，所以取文物所含颜料受损伤值的平均值作为该文物受单色光源的损伤值；式中，m代表文物种类，j代表计算文物m中所含颜料的种类数。最终得到不同波段的等能单色光对各类材料相对光致损伤值D，针对任意一种文物材料，10种单色光的损伤比例关系为：D_m(445):D_m(480):D_m(500):D_m(525):D_m(560):D_m(595):D_m(615):D_m(635):D_m(670):D_m(720)＝a_m:b_m:c_m:d_m:e_m:f_m:g_m:h_m:i_m:j_m式中，m代表文物种类；a_m～j_m为10种单色光的相对损伤值。5、光谱匹配任意光源的光谱都可由多个单色光光谱叠加得到，其基本数学模型为：式中，i代表各单色光类别，取值为1‑n，n代表组成光源光谱的单色光个数，S_i(λ)需始终在S(λ)范围内，在匹配时可离散化以进行计算，此处以1nm为单位进行匹配，这样对于380nm‑780nm波长范围的光谱S(λ)，表示为S(λ_p)，p取值为1‑401,对于单色光光谱同理可离散化，除该单色光波段外的其他波段能量为0，因此，光谱匹配为401个波长处的匹配，可用矩阵形式更具象的表达这样的计算关系：为了以高精度匹配出S(λ)，需求得最优的系数值k₁、k₂……k_n，分别对应各单色光在匹配中的含量，这也是匹配目标，求解方程组中未知数小于方程的个数，为超定方程组，这类方程组一般而言没有解，但可求得近似解，为获得最优的系数值组合，引入残差平方和公式RSS来评价系数值的优化程度，即为评价拟合出来的S(λ)值S‘(λ)和待拟合的S(λ)值的差距，差距最小的系数值组合为最优解，所以，匹配转化为了求RSS最小值的问题，残差平方和公式如下：采用随机梯度下降法得到让RSS值最小的系数值；(4)当下降的高度小于1e^‑20时，即误差率小于1e^‑20后，则停止下降，输出优化结果，通过随机梯度下降法解得使RSS最小的k值为：k₁:k₂:…:k_n‑1:k_n＝b₁:b₂:…:b_n‑1:b_n式中，b₁‑b_n代表k₁‑k_n的取值；最小k值的得到意味着对于任意的光源，都通过n种实验单色光光源以一定的比例k匹配出来，为评价k值的匹配效果，引入相关系数R²：式中，为带匹配光谱的数学期望，相关系数表征带匹配光谱和匹配光谱的相似程度，越接近于1，表明拟合效果越好；6、损伤评价通过获得的n种单色光对m文物的损伤值，n种归一化单色光的辐射能量值和匹配待评价光源所需单色光光源比例k，即得到任何光源对m文物的光照色彩损伤值：对光谱库里的318条光谱进行匹配和损伤值计算，不考虑离群的损伤值，避免极端值对评价的影响，在非离群点中选择最小损伤值作为100分，最大损伤值为0分，对光源的损伤值进行标准化：式中，D_norm为转化为百分制的D对应的损伤值，D_max为光谱库中最大损伤光谱的损伤值，D_min为光谱库中最小损伤光谱的损伤值。