一种古建筑彩画的色彩衰变监测方法与流程

本发明涉及古建筑保护检测领域，特别是一种古建筑彩画的色彩衰变监测方法。

背景技术：

彩画作为文物建筑特殊的组成部分，不仅色彩优美绚丽，而且反映着特定历史时代信息，有很高的文化艺术价值。但是彩画是对自然环境变化最为敏感的文物类型之一，极易受到侵蚀与破坏。为了加强对古建筑彩画的保护，对其进行现状的监测非常必要。目前，国内外对于古建筑彩画保护的研究集中在退化机理、维护方法、修复方法等方面，在监测彩画保存状态、退化情况方面暂时处于空白。

颜色是古建筑彩画最直观的表现形式，对于颜色的分析检测可以快速直观地表现出彩画的保存状态与破坏退化情况。

cie1976(l*a*b*)色度空间(下称cielab)是国际照明委员会推荐的用于非自照明系统的均匀颜色空间。l*表示亮度，a*和b*表示绿红色和蓝黄色成分。cielab的设计在人类色觉方面在感知上是均匀的，这意味着这些值中相同数量的数值变化对应于大约相同量的视觉感知变化。cielab现已成为国际通用的测色标准。

ciede2000色差公式是目前国际照明委员会推荐的最新的色差评价公式，仍基于cielab，计算值与人眼评价更为接近。该公式与cie94相比要复杂的多，同时也大大提高了精度。ciede2000色差公式为解决知觉一致性问题，主要对cie94公式做了如下几项修正：重新标定近中性区域的a*轴，以改善中性色的预测性能；将cie94公式中的明度权重函数修改为近似v形函数；在色相权重函数中考虑了色相角，以体现色相容限随颜色的色相而变化的事实；包含了与bfd和leeds色差公式中类似的椭圆选择选项，以反映在蓝色区域的色差容限椭圆不指向中心点的现象。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种现场操作简便、灵活性好、精确度高的古建筑彩画色彩衰变监测方法，以填补彩画监测领域的空白。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种古建筑彩画的色彩衰变监测方法，包括以下步骤：

(1)在夜晚无人工照明环境下，使用d65标准光源对彩画进行照射，保证画面受光均匀柔和，没有强烈光斑；

(2)首次监测时，对彩画照度分布进行测试，得到照度分布矩阵；之后的监测，对光源布置的位置与姿态进行重定位，保证彩画表面照度分布与上一次监测时的照度分布相同；

(3)使用二维色彩亮度计对彩画进行色度的检测，得到彩画的色坐标值与明度值；

(4)根据彩画的色坐标与明度值运用ciede2000公式计算色差，评价彩画的色彩衰变程度；

(5)按照监测周期，再次对彩画进行色彩衰变检测，重复步骤(1)～(4)，其中监测周期至少为一个季度。

进一步的，步骤(1)、(3)光源、色彩亮度计布置的形式包括：采用两个光源对称放置，光源与彩画侧边呈平行关系，光源高度与彩画水平轴线相同，光源与彩画的距离在50—100cm，保证画面受光柔和，没有强烈反射光斑；对于长边小于30cm的彩画，采用单光源照射，置于彩画轴线处；二维色彩亮度计视轴与彩画中心法线上，距离以使彩画能拍摄完整为准。

进一步的，步骤(2)照度测量的实验方法包括：在彩画表面底边布置照度传感器线阵列，照度传感器间距5cm，使用该照度传感器线阵列自下而上，按照行距10cm对彩画表面照度分布进行扫描测试，直到顶边，最终得到彩画表面照度分布矩阵a，首次测得的照度分布矩阵命名为a0；

其中，i表示传感器线阵列在各个高度测试的次数；

j表示线阵列上传感器个数；

y表示传感器测得的照度值，lux。

进一步的，步骤(2)光源位置与姿态的重定位包括：根据测试得到的照度分布矩阵a，经过插值运算，在计算机上生成彩画表面的二维照度云图以及云图的数值矩阵a’；矩阵a’与首次监测时的照度云图数值矩阵a0’进行运算：

将两矩阵对应值做差，并计算标准差σ，

其中，n,m表示经过电脑插值运算后的照度矩阵行数、列数；

k,l表示经过电脑插值运算后的照度值，lux；

σ表示两矩阵各元素的标准差；

根据标准差σ调整对称光源的距离与姿态，当标准差达到设定的阈值1.0以下时，认为照度分布相同，进入下一步骤，标准差阈值根据照度传感器精确度而定。

进一步的，步骤(4)包括：在计算前，需要选取关键取样点，取样点数量每幅画不少9个，取样点的大小以只包含单一颜色为标准确定，取样的颜色之间色差大，如红、黄、绿、蓝、紫、黑、白，避免选择同种颜色不同深浅的情况，如浅黄、淡黄、正黄、深黄；计算时，根据同一点的色彩数据进行计算，得出两次监测的期间该点的色差值。

进一步的，步骤(4)评价色彩衰变程度的标准包括：根据计算得到的色差，当色差值在[0,6]的范围内时，认为彩画颜色有细微变化，人眼难以识别；当色差值在(6,12]的范围内时，认为彩画颜色有较大变化，人眼经过仔细辨认可以识别；但色差值大于15时，认为彩画颜色有明显差别，人眼可以轻易识别。

与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：

本发明填补了古建筑保护领域彩画监测部分的空白，属于领域的首创。环境适应性高，灵活性好，快速简便，涉及到的设备可以方便移动，灵活调整，适用于古建筑彩画存在的各种难以抵达的角落、高处的梁枋、狭小的湖心亭空间等复杂环境。精确度高，根据国际最新的色差公式计算的色差值，结合长期实践得出的评价标准，可较为准确地反映彩画的色彩衰变，从而科学有效地评价彩画的健康状况，为彩画的保护提供数据支持。

附图说明

图1为本发明方法的流程示意图；

图2为光源与色彩亮度计布置位置与彩画的几何关系正视图；

图3为光源与色彩亮度计布置位置与彩画的几何关系侧视图；

图4为照度测试示意图；

图5为彩画取样点示意图。

附图标记：20-彩画；21-d65标准光源；22-二维色彩亮度计；30-照度传感器。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明的一种古建筑彩画的色彩衰变监测方法，通过两个对称的d65标准光源对彩画进行照射，在保证彩画照度一致的情况下，用二维色彩亮度计采集彩画的色彩信息，通过计算色差来评价彩画的色彩衰变程度。

如图1所示，本发明的一种古建筑彩画的色彩衰变监测方法，包括如下步骤：

(1)在天完全黑的情况下，使用两个d65标准光源21对彩画20进行照射。

光源具体布置形式为：两个光源对称放置，光源与彩画侧边呈平行关系，光源高度与彩画水平轴线相同，光源与彩画的距离在50—100cm，保证画面受光柔和，没有强烈反射光斑；对于小尺度(长边小于30cm)彩画，可使用单光源置于彩画轴线处；具体参见图2、图3布置。

(2)首次监测时，对彩画照度分布进行测试，得到照度分布矩阵；之后的监测，对光源布置的位置与姿态进行重定位，保证彩画表面照度分布与上一次监测时的照度分布相同。

具体进行照度测量的措施是：在彩画表面底边布置照度传感器30线阵列，照度传感器30间距在5cm，见图4，使用照度探测仪得到彩画表面的照度，按照行距10cm对彩画表面照度分布进行扫描测试，直到彩画顶边，最终得到彩画表面照度分布矩阵a(首次测得的照度分布矩阵命名为a0)。

其中，i表示传感器线阵列在各个高度测试的次数；

j表示线阵列上传感器个数；

y表示传感器测得的照度值，lux。

具体实现光源位置与姿态的重定位的措施是：根据测试得到的照度分布矩阵a，经过插值运算，在计算机上生成彩画表面的二维照度云图以及云图的数值矩阵a’；矩阵a’与首次监测时的照度云图数值矩阵a0’进行运算：

将两矩阵对应值做差，并计算标准差σ，

其中，n,m表示经过电脑插值运算后的照度矩阵行数、列数；

k,l表示经过电脑插值运算后的照度值，lux；

σ表示两矩阵各元素的标准差。

根据标准差σ调整对称光源的距离与姿态，当标准差达到设定的阈值1.0以下时，认为照度分布相同，进入下一步骤。(标准差阈值可根据照度传感器精确度而定)

(3)使用二维色彩亮度计22对彩画进行色度的检测，得到彩画的色坐标值与明度值。

具体布置形式为：二维色彩亮度计的视轴布置在彩画中轴线上，距离以使彩画拍摄完全为准。

(4)根据彩画的色坐标与明度值运用ciede2000公式计算色差，评价彩画的色彩衰变程度。

在计算前，需要选取关键取样点，取样点数量每幅画不少9个，取样点的大小以只包含单一颜色为标准确定，取样的颜色之间尽可能有较大差别(如红、黄、绿、蓝、紫、黑、白等)，尽量避免选择同种颜色不同深浅的情况(如浅黄、淡黄、正黄、深黄等)；计算时，根据同一点的色彩数据进行计算，得出两次监测的期间该点的色差值。

评价色彩衰变程度时，按照以下标准：根据计算得到的色差，当色差值在[0,6]的范围内时，可认为彩画颜色有细微变化，人眼难以识别；当色差值在(6,12]的范围内时，可认为彩画颜色有较大变化，人眼经过仔细辨认可以识别；但色差值大于15时，可认为彩画颜色有明显差别，人眼可以轻易识别。

(5)一段时间后，再次对彩画进行色彩衰变检测，重复步骤(1)～(4)，监测周期至少为一个季度。

图5所示是以实际中的一处彩画为例，选择取样点并确定点的大小。

本发明并不限于上文描述的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在描述和说明本发明的技术方案，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，本领域的普通技术人员在本发明的启示下还可做出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。