CN106323849A - 衡量照明光源对传统绘画色彩损伤的检测及评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于文物的保护性、照明技术领域，为解决目前在中国传统绘画色彩的保护性照明领域，科学实验方法缺失的问题，提出一种根据中国传统绘画色彩参数值衰变，定量化评价不同光源对绘画色彩影响程度的分析评价方法，得到不同类型绘画在各种光源照射下的色彩衰变规律，并得到各种光源对不同类型绘画的量化影响程度及相对影响系数。本发明采用的技术方案是，衡量照明光源对传统绘画色彩损伤的检测及评价方法，步骤如下：1)模型试件制作2)实验光源选择3)照射实验方法4)参数检测方法5)数据分析方法。本发明主要应用于文物的保护、照明场合。

Description

衡量照明光源对传统绘画色彩损伤的检测及评价方法

技术领域

本发明属于文物的保护性、照明技术领域，特别是涉及一种能够定量化评价在博物馆及美术馆的展陈照明中，不同光源光学辐射对中国传统绘画类展品色彩影响的实验及评价方法，既涉及衡量照明光源对传统绘画色彩损伤的检测及评价方法。

背景技术

中国传统绘画是中华民族的艺术瑰宝，也是世界文化遗产的重要组成部分。目前我国保存绘画展品的历史、艺术类博物馆3993座，其中传统绘画藏品64万余件，存量巨大。同时千百年来保存了大量国宝级的绘画珍品，具有极高的艺术和文物价值。

光源中的光学辐射是造成展品受损的重要因素，因此人工光环境质量是衡量博物馆水平的一项重要技术指标，而直接作用于展品的展陈照明更是重中之重。在国际博物馆学会、国际照明委员会、中国《博物馆照明设计规范》根据材料光化学稳定性对展品进行的分类中，中国传统绘画均属于最高光敏感级别，极易受到光照损伤。由于中国传统绘画所采用的颜料均为取自动物、植物、矿物的天然颜料，不科学照明极易对其造成不可逆的永久性损伤，导致绘画褪色、变色甚至颜色消失，造成文物的历史信息流失和遗产价值降低。

在对国内外多座著名博物馆展陈照明环境进行调研后发现，卤钨灯、金卤灯、白光LED(WLED，White Light Emitting Diodes)等多种光源在绘画照明中均有使用。但由于不同光源的光谱构成差别很大，同时不同类型绘画所采用的颜料种类相异，其对各型光谱能量的吸收反射特性有差别，因此不同光源对不同类绘画色彩所造成的损伤程度差异巨大。因此，通过科学实验及分析方法，进行不同光源对不同类型绘画色彩影响程度的定量化评价，得到光源对绘画色彩的量化影响规律，以及各类型绘画的最低损伤照明光源，可为国家标准的修订、博物馆照明设计以及新型光源的开发提供支持。

1.目前与本申请最接近的现有专利如下：

(1)照明评价装置以及照明评价方法(专利号：CN104955382A)。该发明是一种照明评价装置，对基于任意光源的照明环境进行评价，该照明评价装置的特征在于，具有：视标呈现单元，其在从上述光源发出的照明光所照射的照射面上的任意检查位置呈现视标，该视标用于获取观察该照射面的观察者的对比敏感度；以及记录单元，其获取观察者看到由上述视标呈现单元呈现的视标时的对比敏感度值，其中，根据上述对比敏感度值来评价上述照射面上的任意位置的可视性。该专利主要用于评价照明环境，不能评价照明对绘画色彩的影响程度。

(2)照明评价装置和照明评价方法(专利号：CN104272078A)。该发明是一种照明评价装置，其特征在于，具备：照明条件输入部，其输入被光源照射的照射面处的照明条件；屈光度数输入部，其输入看上述照射面的观察者的眼睛的屈光度数；差值计算部，其计算由上述屈光度数输入部输入的第一时刻的上述屈光度数与第二时刻的上述屈光度数之间的差值；存储部，其将由上述照明条件输入部输入的上述照明条件与由上述差值计算部计算出的上述差值相关联地进行存储；以及评价部，其根据上述存储部中存储的上述差值，对与上述差值相关联的上述照明条件下的上述观察者的眼睛的负担进行评价。该专利主要用于评价人体对照明的感受，不能评价照明对绘画色彩的影响程度。

(3)夜间照明对植物造成的光害的评价方法、夜间照明的特性评价方法以及光害避免照明装置(专利号：CN102595874A)。该发明是一种夜间照明对植物造成的光害的评价方法，对于将在夜间照明的条件下和无夜间照明的条件下在人工气候室内培育的植物的叶片进行采集、处理而得到的试样，分别利用基因分析方法求出基因表达量，求出作为这些基因表达量之比的光害避免比例，进行对植物的光害的评价。由此，可以针对夜间照明对植物造成的光害适当且有效地进行评价。光害避免照明装置以光害避免比例为0.8以上的方式设定脉冲发光光源的脉冲发光频率以及占空比。另外，组合多种脉冲发光光源而构成，提高了平均显色指数，使得作为夜间照明装置得到自然感觉。由此，作为接近植被地区而设置的夜间照明装置，可不对植物给与光害地使人得到自然感觉。该发明主要用于夜间照明对植物造成的光害的评价，不能评价照明对绘画色彩的影响程度。

(4)基于主客观实验数据的LED照明质量评价方法及系统(专利号：CN105136432A)。一种基于主客观实验数据的LED照明质量评价方法及系统，包括输入针对发光样本采用预设LED照明评价角度所得的主观实验数据，对每组发光样本的主观得分均值进行统计；对于各组发光样本，以光谱辐射度计测量光谱功率分布，截取可见波长范围的数据，计算客观评价指标；通过多元非线性拟合方法，构建不同发光样本条件下主观得分均值与对应客观评价指标之间的关联性模型；对于待评价的发光样本，以光谱辐射度计测量其光谱功率分布，截取可见波长范围的数据，计算客观评价指标，依据关联性模型得到对应得分估计值，实现光源照明质量的表征。本发明提供了一种具有使用灵活且具有针对性的LED照明质量评价方法，可保障评价准确率，且实施方便。该发明主要用于评价LED光源的照明质量，不能评价照明对绘画色彩的影响程度。

2.目前与本申请最接近的研究如下：

(1)故宫博物院刘舜强研究员从基材角度出发，研究得到纸(物质构成为植物纤维)和绢(物质构成为蚕丝)作为中国绘画的两种基材材料，其中的纤维和蛋白分子键受到光照后易发生解离，造成基材强度下降、色泽变深、开裂破损。(刘舜强.古绘画损毁机理初探[J].文物保护与考古科学，2003,15(1)：39-42.)

(2)天津大学武金勇博士从颜料方面进行研究，在其博士论文中指出，动植物或矿物等天然材料是构成中国绘画颜料的主要成分，经光照后极易发生光氧化和光降解反应，导致分子结构变性，造成色相、明度、饱和度的改变。(武金勇.先秦两汉绘画颜料研究[D].天津大学,2011.)

(3)中国建筑科学研究院赵建平研究员指出，不同光敏感度展品可承受的最大光照射量不同，目前使用“表面照度”和“总曝光量”两项参数作为照明数量限定指标。(赵建平、肖辉乾、王书晓、罗涛、张滨，博物馆照明设计标准的研究[C].第十届全国建筑物理学术会议论文集，2008.)

(4)本申请人选取国内外典型博物馆进行现场调研，以绘画类等敏感性展品为例对调研成果进行分析研究，说明目前展陈照明在照明方式、照明光源、照度指标方面所存在的问题。(党睿、张明宇，基于文物保护的博物馆展陈照明调查研究[J]，照明工程学报，2013，24(3)：18-23)

(5)本申请人通过对我国四座著名美术馆展厅光环境的调查研究，综合考虑光照保护和视觉效果，基于现场指标检测和数据计算分析等方法，总结在室内表面特性、照明方式、照明光源、照度指标以及照明新技术方面的规律和特点。(党睿、魏智慧、张明宇,美术馆展厅光环境调查研究,照明工程学报[J]，2013，24(5)：16-21)

3.目前与本申请相关的国家标准为《博物馆照明设计规范》(GB/T 23863-2009)，该标准中对于中国传统绘画照明的光源选择相关条文如下：

(1)选择光源时，应在满足文物保护、显色性等要求的条件下，根据光源、灯具及镇流器等的效率、寿命、和价格在进行综合技术经济分析比较后确定。

(2)陈列室宜采用卤素灯、小功率的金属卤化物灯或其他适用的新型光源。

(3)陈列和收藏文物的场所应使用无紫外线光源。

(4)文物陈列室直接照明光源的色温应小于3300K。

(5)对于中国传统绘画等对辨色要求高的类型，光源一般显色指数(Ra)不应低于90。

但该标准存在如下问题：

(1)能够同时满足不含紫外线、色温小于3300K、一般显色指数(Ra)不低于90的光源种类很多，如卤素灯、小功率金属卤化物灯、WLED等，而且这些光源的光谱构成差异巨大，因此对中国传统绘画的色彩损伤程度也不同。但目前标准中并未对中国传统绘画照明的最低损伤光源给出建议。

(2)中国传统绘画的类型很多，如工笔重彩、青绿重彩、金碧重彩、工笔淡彩、浅绛淡彩、水墨淡彩等，不同类型绘画所采用的颜料种类有很大差异，它们对光谱的吸收反射特性不同，因此照明对其色彩产生的影响程度也不同。但目前标准中并未说明不同类型中国传统绘画应采用何种光源色彩损伤最小。

(3)当前标准中的相关指标是在对传统光源进行研究的基础上得到，而低色温高显色性WLED作为新一代光源，面世时间较短，其发光原理和光谱构成与传统光源存在较大差异，对绘画色彩的损伤程度不明，在满足现行指标要求的基础上是否能够保证良好的保护效果尚不明晰，导致其实际适用性缺乏科学依据。

综上所述，由于目前在中国传统绘画保护性照明方面的研究成果较少，当前研究主要是对光照影响绘画的机理进行定性描述。同时由于缺少相关研究成果的有效支撑，目前《博物馆照明设计规范》(GB/T 23863-2009)并不能对中国传统绘画的保护性照明提供精确指导。因此，如果能够得到一种能够定量化衡量不同光源光学辐射对中国传统绘画色彩影响的实验及评价方法，并利用该方法对各类型绘画在不同光源照射下的色彩变化情况进行评价,同时确定不同光源对各类绘画色彩的影响程度，将对中国传统绘画的光照保护具有重要意义。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明旨在：

1.提出一种科学、翔实、易操作的光源辐射对中国传统绘画色彩影响实验方法，解决目前在中国传统绘画色彩的保护性照明领域，科学实验方法缺失的问题。

2.提出一种根据中国传统绘画色彩参数值衰变，定量化评价不同光源对绘画色彩影响程度的分析评价方法，解决目前不能对照明影响中国传统绘画的色彩情况进行精确评价的问题。

3.利用上述实验和分析评价方法，得到不同类型绘画在各种光源照射下的色彩衰变规律，并得到各种光源对不同类型绘画的量化影响程度及相对影响系数。在理论上，为我国《博物馆照明设计规范》的修订提供支持，为博物馆和美术馆的照明设计提供参考，并为相关研究提供基础；在实际应用上，该方法具有精确、易操作、可推广等特点，并适用于各类型绘画、书法、染色丝织品、动物标本等的“照明-色彩变化”评价，利于进行推广和技术转让。

本发明采用的技术方案是，衡量照明光源对传统绘画色彩损伤的检测及评价方法，步骤如下：

1)模型试件制作

(1)按中国传统技法和工艺，使用花青即青色、藤黄即黄色、胭脂即红色、松墨即黑色四种有机颜料，和石青即青色、雌黄即黄色、朱砂即红色、蛤粉即白色、石墨即黑色五种无机颜料绘制试件色彩；

(2)采用宣纸和丝绢制作试件基材；

(3)通过小麦淀粉制成的糨糊进行手工装裱；

2)实验光源选择

(1)分别采用博物馆典型光源卤钨灯、博物馆专用金卤灯、RYGB型WLED作为光源，采用分光光度计分别对卤钨灯、金卤灯、WLED的光谱进行测量，得到光源的光谱功率分布；

(2)每个周期的色彩测量均在D₆₅标准光源下进行；

3)照射实验方法

(1)在全暗光学实验室中进行，同时按照标准控制室内温度、湿度及空气质量保持恒定，首先，将光源放置在互相分隔的独立空间内，使各组实验不产生相互干扰；

(2)将绘画试件放置于光源下方，使光源对试件进行垂直照射，此将辐照度作为样本表面的照明数量控制指标；

(3)对色彩试块进行周期性照射，每天照射12小时，6天为一个测量周期，整个实验进行16个周期，每个照射周期后进行色度参数测量；

4)参数检测方法

(1)采用色彩亮度计在D₆₅标准光源下测量试件的CIE XYZ色坐标(x，y)和亮度值L，

(2)根据所测数据通过色度学和数学方法将色坐标(x，y)转换为主波长和兴奋纯度；任一颜色M(x,y)的主波长是由其照明光源坐标点到M点连线并延长与光谱轨迹相交于L点，L点所对应的数值即为主波长，样品的颜色接近同一主波长光谱色的程度表明该样品颜色的纯度。则：

M的兴奋纯度

其中，CM为C点与M点之间距离，CL为C点与L点之间距离，x_c为C点x轴坐标，x_L为L点x轴坐标；

5)数据分析方法

5.1)绘画在不同光源照射下的色彩变化评价方法

根据每个实验周期内主波长、亮度、兴奋纯度的测试结算结果，绘制主波长、亮度、兴奋纯度三个参数在16个实验周期内随时间的衰变曲线；

5.2)不同光源对绘画色彩的影响程度评价方法

(1)根据每个实验周期内主波长、亮度、兴奋纯度的测试结算结果，将三种典型光源照射下的五种无机颜料按如下公式对各个周期的主波长差、亮度差和兴奋纯度差值求平均值，得到16个照射周期的平均值，并计算各单色光对五种颜料的影响总平均值，公式如下：

$\stackrel{\‾}{\mathrm{\λ}}=\frac{1}{16}\left(\right|{\mathrm{\λ}}_1-{\mathrm{\λ}}_0|+|{\mathrm{\λ}}_2-{\mathrm{\λ}}_0|+......+|{\mathrm{\λ}}_{16}-{\mathrm{\λ}}_0\left|\right)$

$\stackrel{\‾}{Y}=\frac{1}{16}\left(\right|Y_1-Y_0|+|Y_2-Y_0|+......+|Y_{16}-Y_0\left|\right)$

$\stackrel{\‾}{P_e}=\frac{1}{16}\left(\right|P_{e1}-P_{e0}|+|P_{e2}-P_{e0}|+......+|P_{e16}-P_{e0}\left|\right)$

其中，为主波长平均值，λ₀、λ₁……λ₁₆分别为初始周期、第一周期……第十六周期的主波长值；为亮度平均值，Y₀、Y₁……Y₁₆分别为初始周期、第一周期……第十六周期的亮度值；为兴奋纯度平均值，P_e0、P_e1……P_e16分别为初始周期、第一周期……第十六周期的兴奋纯度值；

(2)典型光源对色彩影响程度。

本发明的特点及有益效果是：

(1)在绘画模型试件制作方面：按中国传统技法和工艺，使用四种典型有机颜料和五种典型无机颜料绘制试件色彩；采用宣纸和丝绢制作试件基材；通过小麦淀粉制成的糨糊按照古典技法进行手工装裱。

(2)在实验光源选择方面：采用博物馆典型光源卤钨灯、博物馆专用金卤灯、RYGB型WLED作为实验光源；采用分光光度计分别对三种光源的光谱进行测量，得到光源的光谱功率分布；每个周期的色彩测量均在D₆₅标准光源下进行。

(3)在照射实验方法方面：实验在全暗光学实验室中进行，同时按照标准控制室内温度、湿度及空气质量保持恒定。首先，将光源放置在互相分隔的独立空间内，使各组实验不产生相互干扰；其次，将绘画试件放置于光源下方，使光源对试件进行垂直照射，将辐照度作为样本表面的照明数量控制指标，并控制各样本表面辐照度同为1.75mW/cm²；第三，对色彩试块进行周期性照射，每天照射12小时，6天为一个测量周期，整个实验进行16个周期，每个照射周期后进行色度参数测量。

(4)在参数检测方法方面：采用色彩亮度计在D65标准光源下测量试件的CIE XYZ色坐标(x，y)和亮度值L，进而根据所测数据通过色度学和数学方法将色坐标(x，y)转换为主波长和兴奋纯度。

(5)在色彩参数变化规律的分析方法方面：根据每个实验周期内主波长、亮度、兴奋纯度的测试结算结果，绘制三个参数在16个实验周期内随时间的衰变曲线，通过曲线分析并结合不同颜料的化学成分特点，得到各类中国传统绘画在不同光源照射下，色相、亮度、饱和度三个色彩评价参数的变化规律。

(6)在不同光源对色彩影响程度评价方法方面：根据每个实验周期内主波长、亮度、兴奋纯度的测试结算结果，对颜料在各个周期的亮度差、主波长差和兴奋纯度差值求平均值，进而计算各光源对不同颜料的影响总平均值，以该值作为不同光源对色彩影响程度的评价依据，并结合不同类型中国传统绘画的色彩构成特点，得到不同光源对各类型绘画的相对影响系数。

附图说明：

图1博物馆典型光源的光谱功率分布。

图2 CIE1931色度图。

图3朱砂在三种光源照射下变化示意图。图中，a朱砂在三种光源照射下主波长变化；b朱砂在三种光源照射下亮度变化；c朱砂在三种光源照射下兴奋纯度变化变化。

图4总体流程图。

图5模型试件制作图。

图6实验方法示意图。

图中，

①模型试件

②照射光源

③高度可调节试验台

④温湿度空气质量恒定试验箱

⑤试件表面辐照度0.1mw/m²

⑥周期性循环照射，每天12小时，6天为一个测试周期，共持续30个周期。

图7检测方法示意图。

图中，

①模型试件

②D₆₅标准光源

③BM-5色彩亮度计

④光源与试件成45°入射，色彩亮度与法线成45°检测。

具体实施方式

1.模型试件制作

(1)按中国传统技法和工艺，使用花青(青色)、藤黄(黄色)、胭脂(红色)、松墨(黑色)四种有机颜料，和石青(青色)、雌黄(黄色)、朱砂(红色)、蛤粉(白色)、石墨(黑色)五种无机颜料绘制试件色彩。

(2)采用宣纸和丝绢制作试件基材。

(3)通过小麦淀粉制成的糨糊按照古典技法进行手工装裱。

2.实验光源选择

(1)分别采用博物馆典型光源卤钨灯(Tc＝2700K，Ra＝97，50W，同时结合使用红外滤光片滤除其红外光谱)、博物馆专用金卤灯(Tc＝2700K，Ra＝95，35W)、RYGB型WLED(Tc＝2700K,Ra＝92，13.3W)作为实验光源。采用分光光度计(量程为300nm～1100nm)分别对卤钨灯、金卤灯、WLED的光谱进行测量，得到光源的光谱功率分布，见图。

(2)每个周期的色彩测量均在D₆₅标准光源下进行，以保证检测科学一致性。

3.照射实验方法

(1)实验在全暗光学实验室中进行，同时按照标准控制室内温度、湿度及空气质量保持恒定。首先，将光源放置在互相分隔的独立空间内，使各组实验不产生相互干扰。

(2)将绘画试件放置于光源下方，使光源对试件进行垂直照射。因为主要研究光照对绘画展品的物理辐射影响，因此将辐照度作为样本表面的照明数量控制指标。根据实验所用灯具性能以及对光源高度的设定，控制各样本表面辐照度同为1.75mW/cm²。

(3)对色彩试块进行周期性照射，每天照射12小时，6天为一个测量周期，整个实验进行16个周期，每个照射周期后进行色度参数测量。

4.参数检测方法

(1)采用色彩亮度计在D₆₅标准光源下测量试件的CIE XYZ色坐标(x，y)和亮度值L。以无机颜料朱砂为例，对测试结果进行说明。

(2)根据所测数据通过色度学和数学方法将色坐标(x，y)转换为主波长和兴奋纯度。以无机颜料朱砂为例，对转换方法进行说明。

如图2，任一颜色M(x,y)的主波长是由其照明光源坐标点(如C光源)到M点连线并延长与光谱轨迹相交于L点，L点所对应的数值即为主波长。样品的颜色接近同一主波长光谱色的程度表明该样品颜色的纯度。则：

M的兴奋纯度

5.数据分析方法

5.1绘画在不同光源照射下的色彩变化评价方法

以无机颜料朱砂为例，对绘画在不同光源照射下的色彩变化评价方法进行说明。如图3。

(1)根据每个实验周期内主波长、亮度、兴奋纯度的测试结算结果，绘制三个参数在16个实验周期内随时间的衰变曲线。

(2)色彩变化特点。

红色(朱砂)：由图可知，主波长在实验开始后到第二周期变化不大，从第二周期至第七周期大幅下降，其后主波长曲线较为平缓直到实验结束，说明红色的色相在照射144小时后向橙色方向偏移；亮度在整个实验周期内一直呈递减趋势，说明红色有一定的褪色现象。兴奋纯度从开始到第二周期变化很小，第二到第三周期大幅增加，其后保持稳定，说明红色的饱和度在照射144小时后开始变大，照射216小时后饱和度趋于稳定；朱砂的总体变色程度高于石青而低于雌黄，由于朱砂的主要成分是α-HgS，化学稳定性介于2CuCO₃·Cu(OH)₂和Fe₂S₃之间，在光照的作用下容易发生光化学反应转变成β-HgS，从而导致变色和褪色。

5.2不同光源对绘画色彩的影响程度评价方法

以无机颜料朱砂为例，对绘画在不同光源照射下的色彩变化评价方法进行说明。

(1)根据每个实验周期内主波长、亮度、兴奋纯度的测试结算结果，将三种典型光源照射下的五种无机颜料按如下公式对各个周期的主波长差、亮度差和兴奋纯度差值求平均值，得到16个照射周期的平均值，并计算各单色光对五种颜料的影响总平均值。公式如下：

$\stackrel{\‾}{\mathrm{\λ}}=\frac{1}{16}\left(\right|{\mathrm{\λ}}_1-{\mathrm{\λ}}_0|+|{\mathrm{\λ}}_2-{\mathrm{\λ}}_0|+......+|{\mathrm{\λ}}_{16}-{\mathrm{\λ}}_0\left|\right)$

$\stackrel{\‾}{Y}=\frac{1}{16}\left(\right|Y_1-Y_0|+|Y_2-Y_0|+......+|Y_{16}-Y_0\left|\right)$

$\stackrel{\‾}{P_e}=\frac{1}{16}\left(\right|P_{e1}-P_{e0}|+|P_{e2}-P_{e0}|+......+|P_{e16}-P_{e0}\left|\right)$

(2)典型光源对色彩影响程度。

三种典型光源对无机颜料朱砂的影响

由表可知，金卤、卤素和LED三种典型光源对颜料主波长的平均影响程度分别为2.98、2.71、3.42；三种典型光源对颜料亮度的平均影响程度分别为3.29、3.38、3.40；三种典型光源对颜料兴奋纯度的平均影响程度分别为15％、14％、16％，三种典型光源对颜料的综合影响程度为2.14、2.07、2.33。光源辐射对亮度影响最大，主波长其次，对兴奋纯度影响最小，可见亮度改变是造成中国传统重彩绘画色彩改变的主要因素。

1.目前现有技术和方法在“光源对中国传统绘画色彩损伤的实验及评价”领域存在如下问题：

(1)照明评价装置以及照明评价方法(专利号：CN104955382A)、照明评价装置和照明评价方法(专利号：CN104272078A)两项发明，主要是针对人眼对于照明整体环境的评价方法，发明点在于人眼对整体光环境的舒适度感受评价，不涉及照明对于绘画色彩的损伤评价。

(2)夜间照明对植物造成的光害的评价方法、夜间照明的特性评价方法以及光害避免照明装置(专利号：CN102595874A)，该发明主要是针对照明影响植物生长问题进行创新，发明点在于利用实验方法得到照明影响植物生长的评价方法，进而发明一种光害避免照明装置。该发明在研究对象、实验流程、评价指标等方面与本申请均存在差异，不能用于评价照明对于绘画色彩的损伤。

(3)基于主客观实验数据的LED照明质量评价方法及系统(专利号：CN105136432A)，该发明主要通过测试实验进行LED的光谱功率分布分析，并结合主观实验进行LED照明质量的评价方法创新，发明点在于根据光谱功率分布对LED光源本身的照明质量评价，不涉及评价照明对于绘画色彩的影响。

(4)故宫博物院刘舜强研究员得到纸和绢作为中国绘画的两种基材材料，其中的纤维和蛋白分子键受到光照后易发生解离，造成基材强度下降、色泽变深、开裂破损；天津大学武金勇博士得到动物、植物、矿物等天然材料作为中国绘画颜料的主要成分，经光照后极易发生光氧化和光降解反应，导致分子结构变性，造成色相、明度、饱和度的改变。但两位学者均是对光照破坏中国绘画的机理和后果进行定性描述，没有通过实验、测试、分析等手段提出照明对于绘画色彩影响的量化评价方法。

(5)本申请人通过对国内外典型博物馆及美术馆的光环境进行调研，以绘画类等敏感性展品为例对调研成果进行分析研究，得到目前展陈照明在照明方式、照明光源、照度指标方面所存在的问题。上述研究仅针对绘画照明领域的现存问题进行分析，发现不科学照明会对中国传统绘画的色彩造成严重影响，但并未提出照明对于绘画色彩影响的量化评价方法。

(6)我国《博物馆照明设计规范》(GB/T 23863-2009)的主要编写人，中国建筑科学研究院赵建平研究员指出，不同光敏感度展品可承受的最大光照射量不同，目前使用“表面照度”和“总曝光量”两项参数作为照明数量限定指标。同时《博物馆照明设计规范》中，对用于中国传统绘画照明的光源进行了限制紫外光、色温、显色性等参数要求，并给出了建议光源类型。但《博物馆照明设计规范》尚存在如下三个问题：

首先，能够同时满足不含紫外光、色温、显色性等参数要求的光源种类很多，而且这些光源的光谱构成差异巨大，因此对中国传统绘画的色彩损伤程度也不同。但目前标准中并未对中国传统绘画照明的最低损伤光源给出建议。

其次，中国传统绘画的类型很多，不同类型绘画所采用的颜料种类有很大差异，它们对光谱的吸收反射特性不同，因此照明对其色彩产生的影响程度也不同。但目前标准中并未说明不同类型中国传统绘画应采用何种光源色彩损伤最小。

第三，当前标准中的相关指标是在对传统光源进行研究的基础上得到，而低色温高显色性WLED作为新一代光源，面世时间较短，其发光原理和光谱构成与传统光源存在较大差异，对绘画色彩的损伤程度不明，在满足现行指标要求的基础上是否能够保证良好的保护效果尚不明晰，导致其实际适用性缺乏科学依据。

2.本申请在以下方面进行了创新：

(1)在绘画模型试件制作方面：按中国传统技法和工艺，使用四种典型有机颜料和五种典型无机颜料绘制试件色彩；采用宣纸和丝绢制作试件基材；通过小麦淀粉制成的糨糊按照古典技法进行手工装裱。

(2)在实验光源选择方面：采用博物馆典型光源卤钨灯、博物馆专用金卤灯、RYGB型WLED作为实验光源；采用分光光度计分别对三种光源的光谱进行测量，得到光源的光谱功率分布；每个周期的色彩测量均在D65标准光源下进行。

(3)在照射实验方法方面：实验在全暗光学实验室中进行，同时按照标准控制室内温度、湿度及空气质量保持恒定。首先，将光源放置在互相分隔的独立空间内，使各组实验不产生相互干扰；其次，将绘画试件放置于光源下方，使光源对试件进行垂直照射，将辐照度作为样本表面的照明数量控制指标，并控制各样本表面辐照度同为1.75mW/cm²；第三，对色彩试块进行周期性照射，每天照射12小时，6天为一个测量周期，整个实验进行16个周期，每个照射周期后进行色度参数测量。

(4)在参数检测方法方面：采用色彩亮度计在D65标准光源下测量试件的CIE XYZ色坐标(x，y)和亮度值L，进而根据所测数据通过色度学和数学方法将色坐标(x，y)转换为主波长和兴奋纯度。

(5)在色彩参数变化规律的分析方法方面：根据每个实验周期内主波长、亮度、兴奋纯度的测试结算结果，绘制三个参数在16个实验周期内随时间的衰变曲线，通过曲线分析并结合不同颜料的化学成分特点，得到各类中国传统绘画在不同光源照射下，色相、亮度、饱和度三个色彩评价参数的变化规律。

(6)在不同光源对色彩影响程度评价方法方面：根据每个实验周期内主波长、亮度、兴奋纯度的测试结算结果，对颜料在各个周期的亮度差、主波长差和兴奋纯度差值求平均值，进而计算各光源对不同颜料的影响总平均值，以该值作为不同光源对色彩影响程度的评价依据，并结合不同类型中国传统绘画的色彩构成特点，得到不同光源对各类型绘画的相对影响系数。

本申请通过实验、检测、分析，提出一种衡量光源对中国传统绘画色彩损伤的评价方法。在理论上，该方法可为我国《博物馆照明设计规范》的修订提供支持，可为博物馆和美术馆的照明设计提供参考，并可为相关研究提供基础；在实际应用上，该方法具有精确、易操作、可推广等特点，并适用于各类型绘画、书法、染色丝织品、动物标本等的“照明-色彩变化”评价，具有广泛的应用前景，利于进行推广和技术转让。本申请能够使中国传统绘画的历史、艺术、文化原真性得到更好保留，具有重要的科学意义与应用价值。

Claims (1)

1.一种衡量照明光源对传统绘画色彩损伤的检测及评价方法，其特征是，步骤如下：

1)模型试件制作

(1)按中国传统技法和工艺，使用花青即青色、藤黄即黄色、胭脂即红色、松墨即黑色四种有机颜料，和石青即青色、雌黄即黄色、朱砂即红色、蛤粉即白色、石墨即黑色五种无机颜料绘制试件色彩；

(2)采用宣纸和丝绢制作试件基材；

(3)通过小麦淀粉制成的糨糊进行手工装裱；

2)实验光源选择

(1)分别采用博物馆典型光源卤钨灯、博物馆专用金卤灯、RYGB型WLED作为光源，采用分光光度计分别对卤钨灯、金卤灯、WLED的光谱进行测量，得到光源的光谱功率分布；

(2)每个周期的色彩测量均在D₆₅标准光源下进行；

3)照射实验方法

(1)在全暗光学实验室中进行，同时按照标准控制室内温度、湿度及空气质量保持恒定，首先，将光源放置在互相分隔的独立空间内，使各组实验不产生相互干扰；

(2)将绘画试件放置于光源下方，使光源对试件进行垂直照射，此将辐照度作为样本表面的照明数量控制指标；

(3)对色彩试块进行周期性照射，每天照射12小时，6天为一个测量周期，整个实验进行16个周期，每个照射周期后进行色度参数测量；

4)参数检测方法

(1)采用色彩亮度计在D₆₅标准光源下测量试件的CIE XYZ色坐标(x，y)和亮度值L，

(2)根据所测数据通过色度学和数学方法将色坐标(x，y)转换为主波长和兴奋纯度；任一颜色M(x,y)的主波长是由其照明光源坐标点到M点连线并延长与光谱轨迹相交于L点，L点所对应的数值即为主波长，样品的颜色接近同一主波长光谱色的程度表明该样品颜色的纯度。则：

M的兴奋纯度

其中，CM为C点与M点之间距离，CL为C点与L点之间距离，x_c为C点x轴坐标，x_L为L点x轴坐标；

5)数据分析方法

5.1)绘画在不同光源照射下的色彩变化评价方法

根据每个实验周期内主波长、亮度、兴奋纯度的测试结算结果，绘制主波长、亮度、兴奋纯度三个参数在16个实验周期内随时间的衰变曲线；

5.2)不同光源对绘画色彩的影响程度评价方法

(1)根据每个实验周期内主波长、亮度、兴奋纯度的测试结算结果，将三种典型光源照射下的五种无机颜料按如下公式对各个周期的主波长差、亮度差和兴奋纯度差值求平均值，得到16个照射周期的平均值，并计算各单色光对五种颜料的影响总平均值，公式如下：

$\stackrel{\‾}{\mathrm{\λ}}=\frac{1}{16}\left(\right|{\mathrm{\λ}}_1-{\mathrm{\λ}}_0|+|{\mathrm{\λ}}_2-{\mathrm{\λ}}_0|+\mathrm{......}+|{\mathrm{\λ}}_{16}-{\mathrm{\λ}}_0\left|\right)$

$\stackrel{\‾}{Y}=\frac{1}{16}\left(\right|Y_1-Y_0|+|Y_2-Y_0|+\mathrm{......}+|Y_{16}-Y_0\left|\right)$

$\stackrel{\‾}{P_e}=\frac{1}{16}\left(\right|P_{e1}-P_{e0}|+|P_{e2}-P_{e0}|+\mathrm{......}+|P_{e16}-P_{e0}\left|\right)$

其中，为主波长平均值，λ₀、λ₁……λ₁₆分别为初始周期、第一周期……第十六周期的主波长值；为亮度平均值，Y₀、Y₁……Y₁₆分别为初始周期、第一周期……第十六周期的亮度值；为兴奋纯度平均值，P_e0、P_e1……P_e16分别为初始周期、第一周期……第十六周期的兴奋纯度值；

(2)典型光源对色彩影响程度。