CN113624692B - 一种文物色变监测建模方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种文物色变监测建模方法，涉及远程监测技术领域。本发明包括如下步骤：步骤S1：构建远程文物监测系统；步骤S2：实时获取传感器单元采集的目标区域内文物图像信息；步骤S3：根据采集的文物图像信息进行色变图像序列分析，并根据图像序列分析的结果建立文物色变变化模型；步骤S4：根据文物色变变化模型进行实时采集文物图像的变化分析与评价。本发明通过在文物前构建远程文物监测系统，利用色度值、亮度值和色彩值构建不同的颜色变化模型，根据文物色变变化模型进行实时采集文物图像的变化分析与评价，根据不同标签建立的多种模型能够快速对文物色变状况监测，成本低且监测效率高。

Description

一种文物色变监测建模方法

技术领域

本发明属于远程监测技术领域，特别是涉及一种文物色变监测建模方法。

背景技术

壁画和彩绘颜料大多为无机矿物颜料。这些颜料层是壁画和彩绘的主要部分和精华所在。但在壁画和彩绘保存过程中，由于物理、化学和生物因素，如阳光、氧气、温湿度、工业气体、地层碱度和微生物等因素的影响，壁画和彩绘的颜料层会逐渐变色或者褪色，失去了原有的艺术特色，并使其真实性和完整性遭到损害。

目前对于文物色变发展变化状况的监测，主要以人工定期拍摄数码照片进行分析对比为主，同时三维激光扫描技术也在这一领域中逐渐得到运用。但是人工定期拍摄数码照片分析对比的方法难以实现对色变发展状况的定量监测，人工判读的方式也无法准确判断色变的程度；三维扫描技术虽然能够对颜色变化状况进行精确分析却成本高昂，难以广泛运用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种文物色变监测建模方法，通过在文物前构建远程文物监测系统，利用色度值、亮度值和色彩值构建不同的颜色变化模型，根据文物色变变化模型进行实时采集文物图像的变化分析与评价，解决了现有的对文物色变状况监测困难、成本高昂问题。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明为一种文物色变监测建模方法，包括如下步骤：

步骤S1：构建远程文物监测系统；

步骤S2：实时获取传感器单元采集的目标区域内文物图像信息；

步骤S3：根据采集的文物图像信息进行色变图像序列分析，并根据图像序列分析的结果建立文物色变变化模型；

步骤S4：根据文物色变变化模型进行实时采集文物图像的变化分析与评价；

其中，步骤S3中，根据文物图像信息进行图像序列分析的步骤如下：

步骤S31：根据采集的历来文物色变信息确定文物色变图像序列分析；

步骤S32：根据文物的色度值H、亮度值Y和色彩值S，预先建立文物识别模型对文物色变图像序列按照不同时期和不同色泽进行分类；

步骤S33：基于机器学习方法根据分析结果对文物色变图像进行标记，分别获取不同色度值H对应的图像数据集、不同亮度值Y对应的图像数据集、不同色彩值S对应的图像数据集；

步骤S34：根据不同色度值H对应的图像数据集、不同亮度值Y对应的图像数据集、不同色彩值S对应的图像数据集确定文物色变图像序列于不同色度值H、亮度值Y和色彩值S对应的多项标签；

步骤S35：根据多项标签进行图像分析，并根据图像分析结果建立不同色度值H、亮度值Y和色彩值S的文物色变变化模型。

优选地，所述步骤S1中，文物监测系统包括固定于文物前方的传感器单元、嵌入式工控机、数据中转装置和远程监控终端；

所述传感器单元通过数据线连接嵌入式工控机；所述嵌入式工控机通过第一通信模块与数据中转装置连接；所述数据中转装置用于对传感器采集到的数据进行汇集后，发送给远程监控终端；所述数据中转装置通过第二通信模块与远程监控终端连接；所述远程监控终端用于对各个传感器采集到的数据进行分析处理，并通过网络发送命令给予数据中转装置进而获取各监测点的实时单次监测数据。

优选地，所述传感器单元包括至少两个相机；所述相机用于将采集到的画面发送给所处监测点的数据中转装置；所述远程监控终端为手机、平板电脑、台式电脑中的任意一种；所述远程监控终端内安装有图像处理功能的监测软件。

优选地，所述第一通信模块是蓝牙通信模块、红外通信模块、ZigBee模块中的至少一种无线通信模块；第二通信模块是2G网络通信模块、3G网络通信模块、4G网络通信模块中的至少一种网络通信模块。

优选地，所述步骤S2中,采集的目标区域内文物图像信息需要利用预设的图像分割方法对不同时期对应的色度值H、亮度值Y和色彩值S的文物图像进行分割，将分割的结果仅包含文物图像的二值图像，通过图像运算方法确定文物的RGB图像，并将RGB图像转换到HSI颜色空间下。

优选地，所述图像分割方法根据色度值H、亮度值Y和色彩值S的标签来选择图像分割方法，采用的图像分割方法均为基于像素级别的颜色分析，包括ExG方法、ExG-ExR方法、VEG方法、CIVE方法、H方法和HI方法中的任意一种或者多种。

优选地，所述ExG方法、ExG-ExR方法、VEG方法和CIVE方法是利用各个颜色空间各个通道之间关系进行目标分割；所述H方法和HI方法是利用了图像色相及亮度信息进行目标分割。

优选地，所述步骤S4中，文物图像的变化分析中，将原始照片上的H值为原始色H值，在后续检测过程中，不同时期监测到照片的颜色为当前色H值；

当前H值与原始H值之差的绝对值与色变允许参数之间的关系为：

若∣当前色H值-原始色H值∣>色变允许参数，则表明文物的色度发生了改变；若∣当前色H值-原始色H值∣<色变允许参数，则表明文物的色度发生了改变；

将原始照片上的Y值为原始色Y值，在后续检测过程中，不同时期监测到照片的颜色为当前色Y值；

当前Y值与原始Y值之差的绝对值与色变允许参数之间的关系为：

若∣当前色Y值-原始色Y值∣>色变允许参数，则表明文物的亮度值发生了改变；若∣当前色Y值-原始色Y值∣<色变允许参数，则表明文物的亮度值发生了改变；

将原始照片上的S值为原始色S值，在后续检测过程中，不同时期监测到照片的颜色为当前色S值；

当前S值与原始S值之差的绝对值与色变允许参数之间的关系为：

若∣当前色S值-原始色S值∣>色变允许参数，则表明文物的色彩值发生了改变；若∣当前色S值-原始色S值∣<色变允许参数，则表明文物的色彩值发生了改变。

本发明具有以下有益效果：

本发明通过在文物前构建远程文物监测系统，利用色度值、亮度值和色彩值构建不同的颜色变化模型，根据文物色变变化模型进行实时采集文物图像的变化分析与评价，根据不同标签建立的多种模型能够快速对文物色变状况监测，成本低且监测效率高。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的一种文物色变监测建模方法步骤图；

图2为文物图像信息进行图像序列分析步骤图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1所示，本发明为一种文物色变监测建模方法，包括如下步骤：

步骤S1：构建远程文物监测系统；

步骤S2：实时获取传感器单元采集的目标区域内文物图像信息；

步骤S3：根据采集的文物图像信息进行色变图像序列分析，并根据图像序列分析的结果建立文物色变变化模型；

步骤S4：根据文物色变变化模型进行实时采集文物图像的变化分析与评价；

如图2所示，步骤S3中，根据文物图像信息进行图像序列分析的步骤如下：

步骤S31：根据采集的历来文物色变信息确定文物色变图像序列分析；

步骤S32：根据文物的色度值H、亮度值Y和色彩值S，预先建立文物识别模型对文物色变图像序列按照不同时期和不同色泽进行分类；

步骤S33：基于机器学习方法根据分析结果对文物色变图像进行标记，分别获取不同色度值H对应的图像数据集、不同亮度值Y对应的图像数据集、不同色彩值S对应的图像数据集；

步骤S34：根据不同色度值H对应的图像数据集、不同亮度值Y对应的图像数据集、不同色彩值S对应的图像数据集确定文物色变图像序列于不同色度值H、亮度值Y和色彩值S对应的多项标签；

步骤S35：根据多项标签进行图像分析，并根据图像分析结果建立不同色度值H、亮度值Y和色彩值S的文物色变变化模型。

其中，步骤S1中，文物监测系统包括固定于文物前方的传感器单元、嵌入式工控机、数据中转装置和远程监控终端；

传感器单元通过数据线连接嵌入式工控机；嵌入式工控机通过第一通信模块与数据中转装置连接；数据中转装置用于对传感器采集到的数据进行汇集后，发送给远程监控终端；数据中转装置通过第二通信模块与远程监控终端连接；远程监控终端用于对各个传感器采集到的数据进行分析处理，并通过网络发送命令给予数据中转装置进而获取各监测点的实时单次监测数据。

其中，传感器单元包括至少两个相机；相机用于将采集到的画面发送给所处监测点的数据中转装置；远程监控终端为手机、平板电脑、台式电脑中的任意一种；远程监控终端内安装有图像处理功能的监测软件。

其中，第一通信模块是蓝牙通信模块、红外通信模块、ZigBee模块中的至少一种无线通信模块；第二通信模块是2G网络通信模块、3G网络通信模块、4G网络通信模块中的至少一种网络通信模块。

其中，步骤S2中,采集的目标区域内文物图像信息需要利用预设的图像分割方法对不同时期对应的色度值H、亮度值Y和色彩值S的文物图像进行分割，将分割的结果仅包含文物图像的二值图像，通过图像运算方法确定文物的RGB图像，并将RGB图像转换到HSI颜色空间下。

其中，图像分割方法根据色度值H、亮度值Y和色彩值S的标签来选择图像分割方法，采用的图像分割方法均为基于像素级别的颜色分析，包括ExG方法、ExG-ExR方法、VEG方法、CIVE方法、H方法和HI方法中的任意一种或者多种。

其中，ExG方法、ExG-ExR方法、VEG方法和CIVE方法是利用各个颜色空间各个通道之间关系进行目标分割；H方法和HI方法是利用了图像色相及亮度信息进行目标分割。

其中，步骤S4中，文物图像的变化分析中，将原始照片上的H值为原始色H值，在后续检测过程中，不同时期监测到照片的颜色为当前色H值；

当前H值与原始H值之差的绝对值与色变允许参数之间的关系为：

若∣当前色H值-原始色H值∣>色变允许参数，则表明文物的色度发生了改变；若∣当前色H值-原始色H值∣<色变允许参数，则表明文物的色度发生了改变；

将原始照片上的Y值为原始色Y值，在后续检测过程中，不同时期监测到照片的颜色为当前色Y值；

当前Y值与原始Y值之差的绝对值与色变允许参数之间的关系为：

若∣当前色Y值-原始色Y值∣>色变允许参数，则表明文物的亮度值发生了改变；若∣当前色Y值-原始色Y值∣<色变允许参数，则表明文物的亮度值发生了改变；

将原始照片上的S值为原始色S值，在后续检测过程中，不同时期监测到照片的颜色为当前色S值；

当前S值与原始S值之差的绝对值与色变允许参数之间的关系为：

若∣当前色S值-原始色S值∣>色变允许参数，则表明文物的色彩值发生了改变；若∣当前色S值-原始色S值∣<色变允许参数，则表明文物的色彩值发生了改变。

值得注意的是，上述系统实施例中，所包括的各个单元只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。

另外，本领域普通技术人员可以理解实现上述各实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，相应的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (8)

1.一种文物色变监测建模方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1：构建远程文物监测系统；

步骤S2：实时获取传感器单元采集的目标区域内文物图像信息；

步骤S3：根据采集的文物图像信息进行色变图像序列分析，并根据图像序列分析的结果建立文物色变变化模型；

步骤S4：根据文物色变变化模型进行实时采集文物图像的变化分析与评价；

其中，步骤S3中，根据文物图像信息进行图像序列分析的步骤如下：

步骤S31：根据采集的历来文物色变信息确定文物色变图像序列分析；

步骤S32：根据文物的色度值H、亮度值Y和色彩值S，预先建立文物识别模型对文物色变图像序列按照不同时期和不同色泽进行分类；

步骤S33：基于机器学习方法根据分析结果对文物色变图像进行标记，分别获取不同色度值H对应的图像数据集、不同亮度值Y对应的图像数据集、不同色彩值S对应的图像数据集；

步骤S34：根据不同色度值H对应的图像数据集、不同亮度值Y对应的图像数据集、不同色彩值S对应的图像数据集确定文物色变图像序列于不同色度值H、亮度值Y和色彩值S对应的多项标签；

步骤S35：根据多项标签进行图像分析，并根据图像分析结果建立不同色度值H、亮度值Y和色彩值S的文物色变变化模型。

2.根据权利要求1所述的一种文物色变监测建模方法，其特征在于，所述步骤S1中，文物监测系统包括固定于文物前方的传感器单元、嵌入式工控机、数据中转装置和远程监控终端；

所述传感器单元通过数据线连接嵌入式工控机；所述嵌入式工控机通过第一通信模块与数据中转装置连接；所述数据中转装置用于对传感器采集到的数据进行汇集后，发送给远程监控终端；所述数据中转装置通过第二通信模块与远程监控终端连接；所述远程监控终端用于对各个传感器采集到的数据进行分析处理，并通过网络发送命令给予数据中转装置进而获取各监测点的实时单次监测数据。

3.根据权利要求1或2所述的一种文物色变监测建模方法，其特征在于，所述传感器单元包括至少两个相机；所述相机用于将采集到的画面发送给所处监测点的数据中转装置；所述远程监控终端为手机、平板电脑、台式电脑中的任意一种；所述远程监控终端内安装有图像处理功能的监测软件。

4.根据权利要求2所述的一种文物色变监测建模方法，其特征在于，所述第一通信模块是蓝牙通信模块、红外通信模块、ZigBee模块中的至少一种无线通信模块；第二通信模块是2G网络通信模块、3G网络通信模块、4G网络通信模块中的至少一种网络通信模块。

5.根据权利要求1所述的一种文物色变监测建模方法，其特征在于，所述步骤S2中,采集的目标区域内文物图像信息需要利用预设的图像分割方法对不同时期对应的色度值H、亮度值Y和色彩值S的文物图像进行分割，将分割的结果仅包含文物图像的二值图像，通过图像运算方法确定文物的RGB图像，并将RGB图像转换到HSI颜色空间下。

6.根据权利要求5所述的一种文物色变监测建模方法，其特征在于，所述图像分割方法根据色度值H、亮度值Y和色彩值S的标签来选择图像分割方法，采用的图像分割方法均为基于像素级别的颜色分析，包括ExG方法、ExG-ExR方法、VEG方法、CIVE方法、H方法和HI方法中的任意一种或者多种。

7.根据权利要求6所述的一种文物色变监测建模方法，其特征在于，所述ExG方法、ExG-ExR方法、VEG方法和CIVE方法是利用各个颜色空间各个通道之间关系进行目标分割；所述H方法和HI方法是利用了图像色相及亮度信息进行目标分割。

8.根据权利要求1所述的一种文物色变监测建模方法，其特征在于，所述步骤S4中，文物图像的变化分析中，将原始照片上的H值为原始色H值，在后续检测过程中，不同时期监测到照片的颜色为当前色H值；

当前H值与原始H值之差的绝对值与色变允许参数之间的关系为：

若∣当前色H值-原始色H值∣>色变允许参数，则表明文物的色度发生了改变；若∣当前色H值-原始色H值∣<色变允许参数，则表明文物的色度发生了改变；

将原始照片上的Y值为原始色Y值，在后续检测过程中，不同时期监测到照片的颜色为当前色Y值；

当前Y值与原始Y值之差的绝对值与色变允许参数之间的关系为：

若∣当前色Y值-原始色Y值∣>色变允许参数，则表明文物的亮度值发生了改变；若∣当前色Y值-原始色Y值∣<色变允许参数，则表明文物的亮度值发生了改变；

将原始照片上的S值为原始色S值，在后续检测过程中，不同时期监测到照片的颜色为当前色S值；

当前S值与原始S值之差的绝对值与色变允许参数之间的关系为：

若∣当前色S值-原始色S值∣>色变允许参数，则表明文物的色彩值发生了改变；若∣当前色S值-原始色S值∣<色变允许参数，则表明文物的色彩值发生了改变。