CN106353264A - 适用于绘画色彩保护照明的白光led光谱获取方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于文物的保护性照明领域，为解决目前在中国传统绘画的保护性照明领域，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；本发明采用的技术方案是，适用于绘画色彩保护照明的白光LED光谱获取方法，步骤如下：1)模型试件制作2)实验光源制备3)照射实验方法(1)实验在全暗光学实验室中进行；(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；(3)对色彩试块进行周期性照射；4)参数检测方法。本发明主要应用于设计制造场合。

Description

适用于绘画色彩保护照明的白光LED光谱获取方法

技术领域

本发明属于文物的保护性照明领域，特别是涉及一种在博物馆及美术馆的展陈照明中，对绘画光照色彩损伤最小的白光LED光谱获取方法。

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。

白光LED(WLED，White Light Emitting Diodes)作为新一代光源，相比卤钨灯、荧光灯、金卤灯等传统光源，具有光效高、寿命长、体积小、易调控等优点，在绘画展陈照明领域的应用前景受到广泛关注。此外，基于WLED的发光原理，较传统光源的光谱功率分布(SPD，Spectral Power Distribution)相对固定不同，红(650nm)、黄(583nm)、绿(510nm)、蓝(482nm)是构成WLED光谱的主要单色光，且四种单色光构成整体光谱时较为灵活，同色异谱现象明显，可针对不同使用需求调整出射光谱的SPD,因此使开发出用于绘画照明的最低损伤WLED成为可能。如果能够提出一种方法，通过该方法确定构成WLED光谱的主要单色光对各类型中国传统绘画的色彩量化影响规律，进而得到适用于照射不同类型绘画的光谱组合，将对研发基于最低色彩损伤的WLED系列光源、精确保护中国传统绘画具有重要意义。

目前与本申请最接近的现有专利如下：

(1)一种多光色LED光谱优化方法(105138827A)，该专利发明了一种多光色LED光谱优化方法,通过分析多光色LED光谱光色混合方法，计算多光色LED光谱反射效率、多光色LED合成色度、多光色LED照射物体后光色效果、多光色LED照射物体后拟合成色度、多光色LED光色效果、多光色LED光谱反射效率等，通过光谱优化技术提高光谱反射效率及光色效果,适用于景观照明、情景照明、商业照明及某些功能性照明等场合。该专利提出一种多光色LED光谱优化方法，得到提高光谱反射效率及光色效果的LED光谱。

该发明旨在提出一种提高光谱反射效率及光色效果的LED光谱，并不是减小光照辐射对中国传统绘画色彩损伤的WLED光谱。

(2)高性能四芯片LED光谱优化技术方法(104979436A)，该专利发明了一种高性能四芯片LED光谱优化技术方法,包括四芯片LED光谱光色混合方法、四芯片LED光谱合成色度选择、四芯片LED光效性能优化、四芯片LED显色性性能优化、四芯片LED的辐射发光效率性能优化、四芯片LED中间视觉辐射效率性能优化、四芯片LED光生物效应性能优化。本发明不仅对四芯片LED光源某方面性能进行优化,而且同样对整体性能可进行优化,同时可对多个单芯片LED进行优化选择适用于四芯片LED合成的芯片。

该发明旨在提出一种能够提升辐射发光效率性能、中间视觉辐射效率性能、以及光生物效应性能的LED光谱优化方法，利用该方法并不能得到基于中国传统绘画色彩保护的白光LED光谱。

(3)一种用于光生物学实验的可调光配方的宽光谱LED光源(104848059A)，该光源由光源板模块和启动控制模块组成，光源板模块中采用多层PCB实现具有同一个辐射波段灯珠并联且可独立调控的电路排布；光源板模块中灯珠单元辐射的光谱波段最多可以分为七个波段,所发射光谱可覆盖可见光区域的全谱和部分紫外及远红外,通过光源板模块和启动控制模块内电路相结合以PWM的调控方式对每个波段分别实现控制波段光辐射量在该波段辐射总量0％～100％范围内调控；灯珠单元采用耐高温抗腐蚀抗衰老的透明胶局部防水封装。

该专利主要针对各种与光生物学相关基础科学进行研究,得到一种用于光生物学实验的可调光配方宽光谱LED光源，但该光源并不适用于中国传统绘画的色彩保护性照明。

(4)植物照明装置及其植物生长光谱的LED配比方法(103267235A)，该发明包括壳体,所述壳体内设有驱动电源和LED光源,所述驱动电源与所述LED光源电连接,所述LED光源包括若干组LED发光模组,所述LED发光模组包括白光LED、蓝光LED和红光LED,所述LED发光模组中白光LED、蓝光LED和红光LED依次个数比的范围是5～9∶1～4∶1～5。该发明光源采用按比例配比的白、蓝、红三种LED发光体,其发出的光既利于植物生长照明又利于人工作业照明,光效利用率可高达90％,节能环保,而且其生产成本较低,使用寿命较长,适用于广泛推广应用。

该发明属于植物照明技术领域,旨在得到一种植物照明装置及其植物生长光谱的LED配比方法，而不是得到用于中国传统绘画的色彩保护性照明的LED光谱配比方法。

(5)应用于博物馆与美术馆以LED为主光源的高效照明系统(2874219)，该实用新型公开了一种应用于博物馆与美术馆以LED为主光源的高效照明系统,其在博物馆、美术馆顶部或者外部安装太阳能电池与风叶组,通过蓄电池储存能量,并且在系统中加入了红外感应控制装置,避免能源浪费,独创的照度控制装置,有效避免过高光辐射对展品带来的损伤,以及采用以LED为主光源,也有效避免红外辐射、紫外辐射对展品带来的损伤,通过芯片控制,创造出适合博物馆、美术馆照明的最佳效果,更有利于保护展品。

该专利旨在建立一套以LED为主光源，并结合新能源利用和照度控制的博物馆与美术馆高效照明系统，该实用新型是对既有技术的集成应用，并不涉及对最低色彩损伤白光LED光谱优化问题的原始创新。

综上所述，目前尚未发现有关于“中国传统绘画色彩保护照明的白光LED光谱获取方法”方面的成果。在此背景下，本申请提出一种能够获得适用于中国传统绘画照明的最低色彩损伤WLED光谱的方法。

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、易操作的单色光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的保护性照明领域，获取最低色彩损伤WLED光谱的科学实验方法缺失问题。

2.提出一种根据中国传统绘画色彩参数值衰变，定量化评价不同波长单色光对绘画色彩影响程度的分析评价方法，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。

3.利用上述实验和分析评价方法，结合不同类型中国传统绘画颜料使用特点，得到不同类型绘画照明的最低色彩损伤WLED光谱构成。为该类型WLED光源研发提供支持，同时该方法具有精确、易操作、可推广等特点，并适用于获取照明各类型绘画、书法、染色丝织品、动物标本等的WLED光谱构成，利于进行推广和技术转让。

本发明采用的技术方案是，适用于绘画色彩保护照明的白光LED光谱获取方法，步骤如下：

1)模型试件制作

(1)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)实验光源制备

(1)采用150W卤钨灯和482nm、510nm、583nm、650nm窄带滤光片及红外滤光片，制作构成WLED光谱的四种主要单色光光源，同时使用分光光度计对单色光源进行光谱检测；

(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)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，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0.1mw/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30个周期，随着照射时间延长，被照物总曝光量随之累加，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 LAB色坐标(a，b)和心理明度值L*；

(2)基于所测得的色坐标(a，b)和心理明度值L*，计算在482nm、510nm、583nm、650nm单色光照射下，30个实验周期内颜料相对于初始状态ΔE^* _ab0的色差值ΔE^* _ab1～ΔE^* _ab30，计算方法如下：

${{\mathrm{\ΔE}}^{*}}_{ab1}=\sqrt{{({L^{*}}_1-{L^{*}}_0)}^2+{(a_1-a_0)}^2+{(b_1-b_0)}^2}$

${{\mathrm{\ΔE}}^{*}}_{ab2}=\sqrt{{({L^{*}}_2-{L^{*}}_0)}^2+{(a_2-a_0)}^2+{(b_2-b_0)}^2}$

……

${{\mathrm{\ΔE}}^{*}}_{ab30}=\sqrt{{({L^{*}}_{30}-{L^{*}}_0)}^2+{(a_{30}-a_0)}^2+{(b_{30}-b_0)}^2}$

其中，ΔE^* _ab0为初始状态值，ΔE^* _ab1～ΔE^* _ab30分别为30个周期相对于初始状态ΔE^* _ab0的色差值；

5)数据分析方法

5.1)有机颜料数据分析方法

按公式：

$\stackrel{\‾}{{{\mathrm{\ΔE}}^{*}}_{ab}}=({{\mathrm{\ΔE}}^{*}}_{ab1}+{{\mathrm{\ΔE}}^{*}}_{ab2}+{{\mathrm{\ΔE}}^{*}}_{ab3}+\mathrm{...}+{{\mathrm{\ΔE}}^{*}}_{30})/30$

其中，各个周期的色差平均值

求取各个周期的色差平均值以评价单色光对颜料色彩的影响程度，进而计算并绘制单色光照射下四种有机颜料的平均色差值表格，见表1。

表1单色光照射下四种有机颜料的平均色差值

其中，为花青在482nm单色光照射下各个周期的色差平均值，为藤黄在482nm单色光照射下各个周期的色差平均值，为胭脂在482nm单色光照射下各个周期的色差平均值，为松墨在482nm单色光照射下各个周期的色差平均值；

定义482nm单色光对黑色松墨颜料的影响系数为1，通过计算得到四种单色光对有机颜料的影响系数μ值，见表2，

表2单色光对有机颜料的色彩影响系数μ

5.2)无机颜料数据分析方法

按公式：

$\stackrel{\‾}{{{\mathrm{\ΔE}}^{*}}_{ab}}=({{\mathrm{\ΔE}}^{*}}_{ab1}+{{\mathrm{\ΔE}}^{*}}_{ab2}+{{\mathrm{\ΔE}}^{*}}_{ab3}+\mathrm{...}+{{\mathrm{\ΔE}}^{*}}_{30})/30$

求取各个周期的色差平均值以评价单色光对颜料色彩的影响程度，进而计算并绘制单色光照射下五种无机颜料的平均色差值表格，见表3，

表3单色光照射下五种无机颜料的平均色差值

定义482nm单色光对黑色石墨颜料的影响系数为1，通过计算得到四种单色光对无机颜料的影响系数μ值，见表4，

表4单色光对无机颜料的色彩影响系数μ

照射三种淡彩画的WLED光谱构成按如下方法确定：

(1)工笔淡彩：花青、藤黄、胭脂、松墨四种有机颜料均有使用，因此根据已得到四种单色光对有机颜料的影响系数μ值，用于工笔淡彩照明的WLED光谱构成为482nm：510nm：583nm：650nm＝(μC·482+μY·482+μR·482+1.00):(μC·510+μY·510+μR·510+μB·510):(μC·583+μY·583+μR·583+μB·583):(μC·650+μY·650+μR·650+μB·650)；

(2)浅绛淡彩：使用花青、胭脂、松墨三种有机颜料，因此根据已得到四种单色光对有机颜料的影响系数μ值，用于浅绛淡彩的WLED光谱构成为482nm：510nm：583nm：650nm＝(μC·482+μR·482+1.00):(μC·510+μR·510+μB·510):(μC·583+μR·583+μB·583):(μC·650+μR·650+μB·650)；

(3)水墨淡彩：仅使用松墨一种有机颜料，因此根据已得到四种单色光对有机颜料的影响系数μ值，用于水墨淡彩照明的WLED光谱构成为482nm：510nm：583nm：650nm＝1.00:μB·510μB·583:μB·650。

照射三种重彩画的WLED光谱构成按如下方法确定：

(1)工笔重彩：石青、雌黄、朱砂、蛤粉、石墨五种无机颜料均会使用，因此根据已得到四种单色光对无机颜料的影响系数μ值，用于工笔重彩照明的WLED光谱构成为482nm：510nm：583nm：650nm＝(μC·482+μY·482+μR·482+μW·482+1.00):(μC·510+μY·510+μR·510+μW·510+μB·510):(μC·583+μY·583+μR·583+μW·583+μB·583):(μC·650+μY·650+μR·650+μW·650+μB·650)；

(2)金碧重彩：使用石青和雌黄两种无机颜料，因此根据已得到四种单色光对无机颜料的影响系数μ值，用于金碧重彩的WLED光谱构成为482nm：510nm：583nm：650nm＝(μC·482+μY·482):(μC·510+μY·510):(μC·583+μY·583):(μC·650+μY·650)；

(3)青绿重彩：仅使用石青一种无机颜料，因此根据已得到四种单色光对无机颜料的影响系数μ值，用于青绿重彩照明的WLED光谱构成为482nm：510nm：583nm：650nm＝μC·482:μC·510μC·583:μC·650。

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150W卤钨灯和482nm、510nm、583nm、650nm窄带滤光片及红外滤光片，制作构成WLED光谱的四种主要单色光光源；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)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0.1mw/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30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 LAB色坐标(a，b)和心理明度值L*，基于所测得数据计算在482nm、510nm、583nm、650nm单色光照射下，30个实验周期内颜料相对于初始状态ΔE^* _ab0的色差值ΔE^* _ab1～ΔE^* _ab30。

(5)在数据分析方法方面：利用数学公式求取30个周期的色差平均值计算并绘制单色光照射下颜料的平均色差值表格；进而定义482nm单色光对黑色颜料的影响系数为1通过计算可得到四种单色光对颜料的影响系数μ值。

(6)在最低色彩损伤WLED光谱的获取方面：根据各类型中国传统淡彩绘画和重彩绘画的颜料使用特点，结合所得到的四种单色光对不同颜料的影响系数，将各类绘画所用颜料分别乘以相对应的四种单色光影响系数，得到适用于照射不同类型中国传统绘画的最低色彩损伤WLED光谱配比。

附图说明：

图1单色光源的SPD示意图。

图2总体流程。

图3模型试件(有机)。

图4模型试件(无机)。

图5实验光源制备。

图6实验方法。

图7检测方法。

图8数据分析方法(有机)。

图9数据分析方法(无机)。

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.实验光源制备

(1)采用150W卤钨灯和482nm、510nm、583nm、650nm窄带滤光片及红外滤光片，制作构成WLED光谱的四种主要单色光光源。同时使用分光光度计对单色光源进行光谱检测，保证实验精度，得到单色光源的SPD。

(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0.1mw/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30个周期。随着照射时间延长，被照物总曝光量随之累加，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 LAB色坐标(a，b)和心理明度值L*。

(2)基于所测得的色坐标(a，b)和心理明度值L*，计算在482nm、510nm、583nm、650nm单色光照射下，30个实验周期内颜料相对于初始状态ΔE^* _ab0的色差值ΔE^* _ab1～ΔE^* _ab30，计算方法如下：

${{\mathrm{\ΔE}}^{*}}_{ab1}=\sqrt{{({L^{*}}_1-{L^{*}}_0)}^2+{(a_1-a_0)}^2+{(b_1-b_0)}^2}$

${{\mathrm{\ΔE}}^{*}}_{ab2}=\sqrt{{({L^{*}}_2-{L^{*}}_0)}^2+{(a_2-a_0)}^2+{(b_2-b_0)}^2}$

……

${{\mathrm{\ΔE}}^{*}}_{ab30}=\sqrt{{({L^{*}}_{30}-{L^{*}}_0)}^2+{(a_{30}-a_0)}^2+{(b_{30}-b_0)}^2}$

5.数据分析方法

5.1有机颜料数据分析方法

按公式：

$\stackrel{\‾}{{{\mathrm{\ΔE}}^{*}}_{ab}}=({{\mathrm{\ΔE}}^{*}}_{ab1}+{{\mathrm{\ΔE}}^{*}}_{ah2}+{{\mathrm{\ΔE}}^{*}}_{ab3}+\mathrm{...}+{{\mathrm{\ΔE}}^{*}}_{30})/30$

求取各个周期的色差平均值以评价单色光对颜料色彩的影响程度，进而计算并绘制单色光照射下四种有机颜料的平均色差值表格，见表1。

表1单色光照射下四种有机颜料的平均色差值

定义482nm单色光对黑色松墨颜料的影响系数为1通过计算可得到四种单色光对有机颜料的影响系数μ值，见表2。

表2单色光对有机颜料的色彩影响系数μ

中国传统淡彩画按照用色特点可分为工笔淡彩、浅绛淡彩、水墨淡彩，三者使用有机颜料的种类有所差别，而不同颜料对光谱的吸收反射特性相异，因此为取得最佳保护效果，照射三种淡彩画的WLED光谱构成按如下方法确定：

(1)工笔淡彩：花青、藤黄、胭脂、松墨四种有机颜料均有使用，因此根据已得到四种单色光对有机颜料的影响系数μ值，用于工笔淡彩照明的WLED光谱构成为482nm：510nm：583nm：650nm＝(μC·482+μY·482+μR·482+1.00):(μC·510+μY·510+μR·510+μB·510):(μC·583+μY·583+μR·583+μB·583):(μC·650+μY·650+μR·650+μB·650)。

(2)浅绛淡彩：使用花青、胭脂、松墨三种有机颜料，因此根据已得到四种单色光对有 机颜料的影响系数μ值，用于浅绛淡彩的WLED光谱构成为482nm：510nm：583nm：650nm＝(μC·482+μR·482+1.00):(μC·510+μR·510+μB·510):(μC·583+μR·583+μB·583):(μC·650+μR·650+μB·650)。

(3)水墨淡彩：仅使用松墨一种有机颜料，因此根据已得到四种单色光对有机颜料的影响系数μ值，用于水墨淡彩照明的WLED光谱构成为482nm：510nm：583nm：650nm＝1.00:μB·510μB·583:μB·650。

5.2无机颜料数据分析方法

按公式：

$\stackrel{\‾}{{{\mathrm{\ΔE}}^{*}}_{ab}}=({{\mathrm{\ΔE}}^{*}}_{ab1}+{{\mathrm{\ΔE}}^{*}}_{ab2}+{{\mathrm{\ΔE}}^{*}}_{ab3}+\mathrm{...}+{{\mathrm{\ΔE}}^{*}}_{30})/30$

求取各个周期的色差平均值以评价单色光对颜料色彩的影响程度，进而计算并绘制单色光照射下五种无机颜料的平均色差值表格，见表3。

表3单色光照射下五种无机颜料的平均色差值

定义482nm单色光对黑色石墨颜料的影响系数为通过计算可得到四种单色光对无机颜料的影响系数μ值，见表4。

表4单色光对无机颜料的色彩影响系数μ

中国传统重彩画按照用色特点可分为工笔重彩、金碧重彩、青绿重彩，三者使用无机颜料的种类有所差别，而不同颜料对光谱的吸收反射特性相异，因此为取得最佳保护效果，照射三种重彩画的WLED光谱构成按如下方法确定：

(1)工笔重彩：石青、雌黄、朱砂、蛤粉、石墨五种无机颜料均会使用，因此根据已得到四种单色光对无机颜料的影响系数μ值，用于工笔重彩照明的WLED光谱构成为482nm：510nm：583nm：650nm＝(μC·482+μY·482+μR·482+μW·482+1.00):(μC·510+μY·510+μR·510+μW·510+μB·510):(μC·583+μY·583+μR·583+μW·583+μB·583):(μC·650+μY·650+μR·650+μW·650+μB·650)。

(2)金碧重彩：使用石青和雌黄两种无机颜料，因此根据已得到四种单色光对无机颜料的影响系数μ值，用于金碧重彩的WLED光谱构成为482nm：510nm：583nm：650nm＝(μC·482+μY·482):(μC·510+μY·510):(μC·583+μY·583):(μC·650+μY·650)。

(3)青绿重彩：仅使用石青一种无机颜料，因此根据已得到四种单色光对无机颜料的影响系数μ值，用于青绿重彩照明的WLED光谱构成为482nm：510nm：583nm：650nm＝μC·482:μC·510μC·583:μC·650。

1.目前现有成果在“适用于中国传统绘画色彩保护照明的白光LED光谱获取方法”领域存在如下问题：

(1)一种多光色LED光谱优化方法(105138827A)，以及高性能四芯片LED光谱优化技术方法(CN201510241210.4)，上述专利旨在提出能够提高光谱反射效率、提升辐射发光效率、改善不同视觉环境下的光色效果、符合人体光生物效应的LED光谱优化方法，其所得到的光谱并非为减小光学辐射对中国传统绘画色彩的损伤，所提出的优化方法也不能用于获取基于保护的白光LED光谱。

(2)一种用于光生物学实验的可调光配方的宽光谱LED光源(104848059A)，该专利通过对各种与光生物学相关基础科学进行研究,得到一种用于光生物学实验的可调光配方宽光谱LED光源，但该光源并不适用于中国传统绘画的色彩保护性照明，所采用的研究方法与本申请也存在很大差异。

(3)植物照明装置及其植物生长光谱的LED配比方法(103267235A)，该发明采用按比例配比的白、蓝、红三种LED发光体,获得一种既利于植物生长照明又利于人工作业的LED配比方法。但该LED的主要目的是促进植物生长，而不是降低照明对绘画色彩的损伤。

(4)应用于博物馆与美术馆以LED为主光源的高效照明系统(2874219)，该实用新型旨在建立一套以LED为主光源，并结合新能源利用和照度控制的博物馆与美术馆高效照明系统，该实用新型是对既有技术的集成应用，并不涉及对最低色彩损伤白光LED光谱优化问题的原始创新。

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150W卤钨灯和482nm、510nm、583nm、650nm窄带滤光片及红外滤光片，制作构成WLED光谱的四种主要单色光光源；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)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0.1mw/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30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 LAB色坐标(a，b)和心理明度值L*，基于所测得数据计算在482nm、510nm、583nm、650nm单色光照射下，30个实验周期内颜料相对于初始状态ΔE^* _ab0的色差值ΔE^* _ab1～ΔE^* _ab30。

(5)在数据分析方法方面：利用数学公式求取30个周期的色差平均值计算并绘制单色光照射下颜料的平均色差值表格；进而定义482nm单色光对黑色颜料的影响系数为通过计算可得到四种单色光对颜料的影响系数μ值。

(6)在最低色彩损伤WLED光谱的获取方面：根据各类型中国传统淡彩绘画和重彩绘画的颜料使用特点，结合所得到的四种单色光对不同颜料的影响系数，将各类绘画所用颜料分别乘以相对应的四种单色光影响系数，得到适用于照射不同类型中国传统绘画的最低色彩损伤WLED光谱配比。

本申请通过实验、检测、分析，提出一种适用于中国传统绘画色彩保护照明的白光LED光谱获取方法。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，该方法可为最低色彩损伤WLED光源研发提供支持，同时该方法具有精确、易操作、可推广等特点，并适用于获取照明各类型绘画、书法、染色丝织品、动物标本等的WLED光谱构成，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 (3)

1.一种适用于绘画色彩保护照明的白光LED光谱获取方法，其特征是，步骤如下：

1)模型试件制作

(1)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)实验光源制备

(1)采用150W卤钨灯和482nm、510nm、583nm、650nm窄带滤光片及红外滤光片，制作构成WLED光谱的四种主要单色光光源，同时使用分光光度计对单色光源进行光谱检测；

(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)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，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0.1mw/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30个周期，随着照射时间延长，被照物总曝光量随之累加，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 LAB色坐标(a，b)和心理明度值L*；

(2)基于所测得的色坐标(a，b)和心理明度值L*，计算在482nm、510nm、583nm、650nm单色光照射下，30个实验周期内颜料相对于初始状态ΔE^* _ab0的色差值ΔE^* _ab1～ΔE^* _ab30，计算方法如下：

$\begin{array}{c}{{\mathrm{\ΔE}}^{*}}_{ab1}=\sqrt{{\left({L^{*}}_1-{L^{*}}_0\right)}^2+{\left(a_1-a_0\right)}^2+{\left(b_1-b_0\right)}^2}\\ {{\mathrm{\ΔE}}^{*}}_{ab2}=\sqrt{{\left({L^{*}}_2-{L^{*}}_0\right)}^2+{\left(a_2-a_0\right)}^2+{\left(b_2-b_0\right)}^2}\\ \mathrm{......}\\ {{\mathrm{\ΔE}}^{*}}_{ab30}=\sqrt{{\left({L^{*}}_{30}-{L^{*}}_0\right)}^2+{\left(a_{30}-a_0\right)}^2+{\left(b_{30}-b_0\right)}^2}\end{array}$

5)数据分析方法

5.1)有机颜料数据分析方法

按公式：

$\stackrel{\‾}{{{\mathrm{\ΔE}}^{*}}_{ab}}=({{\mathrm{\ΔE}}^{*}}_{ab1}+{{\mathrm{\ΔE}}^{*}}_{ab2}+{{\mathrm{\ΔE}}^{*}}_{ab3}+...+{{\mathrm{\ΔE}}^{*}}_{30})/30$

求取各个周期的色差平均值以评价单色光对颜料色彩的影响程度，进而计算并绘制单色光照射下四种有机颜料的平均色差值表格，见表1：

表1 单色光照射下四种有机颜料的平均色差值

定义482nm单色光对黑色松墨颜料的影响系数为1，通过计算得到四种单色光对有机颜料的影响系数μ值，见表2，

表2 单色光对有机颜料的色彩影响系数μ

5.2)无机颜料数据分析方法

按公式：

$\stackrel{\‾}{{{\mathrm{\ΔE}}^{*}}_{ab}}=({{\mathrm{\ΔE}}^{*}}_{ab1}+{{\mathrm{\ΔE}}^{*}}_{ab2}+{{\mathrm{\ΔE}}^{*}}_{ab3}+...+{{\mathrm{\ΔE}}^{*}}_{30})/30$

求取各个周期的色差平均值以评价单色光对颜料色彩的影响程度，进而计算并绘制单色光照射下五种无机颜料的平均色差值表格，见表3，

表3 单色光照射下五种无机颜料的平均色差值

定义482nm单色光对黑色石墨颜料的影响系数为1，通过计算得到四种单色光对无机颜料的影响系数μ值，见表4，

表4 单色光对无机颜料的色彩影响系数μ

2.如权利要求1所述的适用于绘画色彩保护照明的白光LED光谱获取方法，其特征是，照射三种淡彩画的WLED光谱构成按如下方法确定：

(1)工笔淡彩：花青、藤黄、胭脂、松墨四种有机颜料均有使用，因此根据已得到四种单色光对有机颜料的影响系数μ值，用于工笔淡彩照明的WLED光谱构成为482nm：510nm：583nm：650nm＝(μC·482+μY·482+μR·482+1.00):(μC·510+μY·510+μR·510+μB·510):(μC·583+μY·583+μR·583+μB·583):(μC·650+μY·650+μR·650+μB·650)；

(2)浅绛淡彩：使用花青、胭脂、松墨三种有机颜料，因此根据已得到四种单色光对有机颜料的影响系数μ值，用于浅绛淡彩的WLED光谱构成为482nm：510nm：583nm：650nm＝(μC·482+μR·482+1.00):(μC·510+μR·510+μB·510):(μC·583+μR·583+μB·583):(μC·650+μR·650+μB·650)；

(3)水墨淡彩：仅使用松墨一种有机颜料，因此根据已得到四种单色光对有机颜料的影响系数μ值，用于水墨淡彩照明的WLED光谱构成为482nm：510nm：583nm：650nm＝1.00:μB·510μB·583:μB·650。

3.如权利要求1所述的适用于绘画色彩保护照明的白光LED光谱获取方法，其特征是，照射三种重彩画的WLED光谱构成按如下方法确定：

(1)工笔重彩：石青、雌黄、朱砂、蛤粉、石墨五种无机颜料均会使用，因此根据已得到四种单色光对无机颜料的影响系数μ值，用于工笔重彩照明的WLED光谱构成为482nm：510nm：583nm：650nm＝(μC·482+μY·482+μR·482+μW·482+1.00):(μC·510+μY·510+μR·510+μW·510+μB·510):(μC·583+μY·583+μR·583+μW·583+μB·583):(μC·650+μY·650+μR·650+μW·650+μB·650)；

(2)金碧重彩：使用石青和雌黄两种无机颜料，因此根据已得到四种单色光对无机颜料的影响系数μ值，用于金碧重彩的WLED光谱构成为482nm：510nm：583nm：650nm＝(μC·482+μY·482):(μC·510+μY·510):(μC·583+μY·583):(μC·650+μY·650)；

(3)青绿重彩：仅使用石青一种无机颜料，因此根据已得到四种单色光对无机颜料的影响系数μ值，用于青绿重彩照明的WLED光谱构成为482nm：510nm：583nm：650nm＝μC·482:μC·510μC·583:μC·650。