專利名稱：一種館藏壁畫表面顏料特征的無損分析方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于館藏壁畫的分析研究與保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種館藏壁畫表面顏 料特征的無損分析方法。涉及館藏壁畫表面顏料特征指標(biāo)獲取和對比分析，利用無損檢測分析技術(shù)，建立 館藏壁畫表面顏料系統(tǒng)地評估方法，對壁畫的保存現(xiàn)狀給出科學(xué)的結(jié)論，為壁畫科技保護(hù) 與修復(fù)提供科學(xué)依據(jù)。建立的大量數(shù)據(jù)為壁畫的保存、利用和展現(xiàn)，提供技術(shù)參數(shù)。本發(fā)明 “一種館藏壁畫表面顏料特征的無損分析方法”能夠為瀕危館藏壁畫表面顏料研究、保護(hù)與 修復(fù)提供評判標(biāo)準(zhǔn)，為跨地域橫向?qū)Ρ妊芯亢痛蠓秶臄?shù)據(jù)庫建設(shè)提供可能。
背景技術(shù)：
館藏壁畫在經(jīng)過搶救性揭取、遷移、修復(fù)過程中，經(jīng)歷許多人為干預(yù)，導(dǎo)致壁畫館 藏環(huán)境中出現(xiàn)新的病變，隨著時間的積累，在保存環(huán)境中更會出現(xiàn)壁畫持續(xù)性壞損。館藏壁 畫在長期的保存環(huán)境中，壁畫地丈的粘土材料吸收水分，使地丈層與顏料層起翹、分離、脫 落，逐步導(dǎo)致壁畫色澤發(fā)生變化。在當(dāng)前的館藏壁畫科學(xué)研究中，一般是采用有損取樣方法，利用光譜技術(shù)對館藏 壁畫顏料風(fēng)化程度、組成和結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。傳統(tǒng)的館藏壁畫顏料分析方法，是在不同顏料部 位，切去Icm見方的樣品，浸泡在樹脂中，制作cross-section，在顯微鏡下觀察顏料結(jié)構(gòu)、 組成、厚度等指標(biāo)。這樣只能對館藏壁畫取樣點顏料狀況進(jìn)行分析，無法獲得壁畫整體保存 狀況的資源信息；而且對壁畫損傷大，分析時間長，結(jié)論單一，不能說明壁畫整體情況。有損分析可以在一般館藏壁畫彩繪顏料分析方面發(fā)揮一些作用，但對于大量的珍 貴壁畫就顯得無能為力。這是因為1、館藏珍貴壁畫一般不允許損傷性取樣。2、取樣點不 能完全代表館藏壁畫的整體情況。3、樣品與壁畫整體處于完全分離狀態(tài)，這樣對館藏壁畫 做出的任何分析、檢測、評估都不能代表壁畫的整體情況。隨著大量古代壁畫的發(fā)現(xiàn)、收集和積累，館藏壁畫已經(jīng)具有種類多、內(nèi)容廣、特色 鮮明等特點，在數(shù)量上和總面積上都有持續(xù)性增長。建立具有可量化、可操作、可比較和無 損傷測定的館藏壁畫評估技術(shù)是搶救保護(hù)的必要前提。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題在于提供一種館藏壁畫表面顏料特征的無損分析方法，為瀕危 館藏壁畫表面顏料研究、保護(hù)與修復(fù)提供分析方法，為建立評估體系與評判標(biāo)準(zhǔn)，為跨地域 橫向?qū)Ρ妊芯亢痛蠓秶臄?shù)據(jù)庫建設(shè)提供可能。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)一種館藏壁畫表面顏料特征的無損分析方法，包括以下步驟1)將館藏壁畫劃分成若干區(qū)域，在各個區(qū)域內(nèi)選定色度測量點和密度測量點；2)利用標(biāo)準(zhǔn)白板對便攜式色差計進(jìn)行校正后，對色度測量點進(jìn)行色度檢測，根據(jù) 色度容差球分析模型對色度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析在CIE Lab色空間中定位一個標(biāo)準(zhǔn)顏色，以ΔΕ為半徑在其周圍繪制色度容差球，ΔΕ= [(AL)2+(Aa)2+(Ab)2]1/2, AL、Aa, Ab為色度 測量點的色度與標(biāo)準(zhǔn)顏色的色度差值；ΔΕ大小反映館藏壁畫的顏料層的保存情況；3)利用密度儀對密度測量點的表面顏料進(jìn)行無損密度測定，得到其顏料密度P ； 密度大小反映了顏料層結(jié)構(gòu)緊密與疏松程度；4)利用顯微分析儀原位觀察館藏壁畫表面顏料的顯微結(jié)構(gòu)，并觀察顏料層斷面部 位，獲得色彩顏料層厚度d;5)計算壁畫表面單位面積顏料承載質(zhì)量M，M = P V/F，V = d*Fs，其中V為表面顏 料體積，F(xiàn)為樣品表面積，F(xiàn)s為表面顏料的面積；M表征了單位面積上顏料的絕對殘留量。所述按照館藏壁畫在揭取時的切割線為依據(jù)劃分成不同的區(qū)域，對各個區(qū)域進(jìn)行 數(shù)碼拍照，在數(shù)碼照片上根據(jù)顏色的種類標(biāo)定色度測量點，根據(jù)圖案特點和顏料風(fēng)化特征 標(biāo)定密度測量點，以標(biāo)定的色度測量點和密度測量點在館藏壁畫上相對應(yīng)的位置作為選定 的待測量分析點。進(jìn)一步，對選定的所有色度測量點數(shù)據(jù)進(jìn)行色度容差球模型分析，獲得壁畫整體 的色彩質(zhì)量評估信息。 所述的標(biāo)準(zhǔn)顏色根據(jù)所檢測的色度測量點的顏色種類，在pantone標(biāo)準(zhǔn)色卡中選 擇對應(yīng)的顏色。所述的ΔΕ大小所反映的顏料層的保存情況的判定為ΔΕ數(shù)值越高，顏料層的保 存質(zhì)量越差，保存的越不完整；以2. ODE的梯度將0 10. ODE分成五個不同的保存情況， 10. ODE以上保存情況為最差。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果本發(fā)明提供的館藏壁畫表面顏料特征的無損分析方法，利用無損檢測分析技術(shù)， 包括建立容差球模型對顏色的評估分析(定量分析)、對單位表面積壁畫顏料質(zhì)量統(tǒng)計分 析(定量分析)、通過表面顯微特征分析(定性分析)、顏料厚度分析(定量分析)，是一種 可量化、可操作、可比較和無損傷測量的評估方法，對壁畫的保存現(xiàn)狀給出科學(xué)的結(jié)論，為 壁畫科技保護(hù)與修復(fù)提供科學(xué)依據(jù)。而目前傳統(tǒng)的分析方法對壁畫顏料色度分析(定量分 析)、顏色密度分析(定量分析)和顯微分析(定性分析)均為有損檢測，對顏色質(zhì)量評估 并沒有具體的分析評估方法。在無損分析檢測的基礎(chǔ)上，本發(fā)明通過對館藏壁畫進(jìn)行劃分區(qū)域，根據(jù)壁畫揭取 特點、畫面結(jié)構(gòu)、畫面內(nèi)容等信息劃分成較小的分析區(qū)域，再根據(jù)顏料色彩分布情況選定多 個測量點。在3平方米的館藏壁畫上可以選定421 842個測量點，從而能夠以整幅壁畫 為評估分析對象，給出壁畫整體的評估結(jié)論。以前傳統(tǒng)的有損分析方法，只能以取樣點為核 心給出壁畫評估結(jié)論，而出于對壁畫的保護(hù)，取樣點的數(shù)量、范圍必然非常有限，不能得到 壁畫整體的評估結(jié)論。進(jìn)一步，基于本發(fā)明提供的館藏壁畫表面顏料特征的無損分析方法，可以建立對 壁畫顏料色度測量、密度測量、顯微分析、單位表面積壁畫顏料質(zhì)量分析的標(biāo)準(zhǔn)，形成相應(yīng) 的技術(shù)規(guī)范，建立一套館藏壁畫顏料表面特征評估體系。從而，獲得的大量分析數(shù)據(jù)為壁畫 保存、利用和展現(xiàn)提供重要的技術(shù)參數(shù)，能夠為瀕危館藏壁畫表面顏料研究、保護(hù)與修復(fù)提 供評判標(biāo)準(zhǔn)，為跨地域橫向?qū)Ρ妊芯亢痛蠓秶臄?shù)據(jù)庫建設(shè)提供可能。


圖1為色度容差球分析模型的示意圖。圖2為一幅內(nèi)蒙古館藏壁畫，按照揭取時切割線為依據(jù)進(jìn)行區(qū)域劃分的示意圖。圖3為對劃分的NMBH20區(qū)域標(biāo)定的測量點分布的示意圖。下面結(jié)合具體的實施案例和館藏壁畫的區(qū)域劃分原則、測量點的選擇、評估標(biāo)準(zhǔn) 以及體系的建立，對館藏壁畫表面顏料特征的無損分析方法做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，所述是 對本發(fā)明的解釋而不是限定。為了便于數(shù)據(jù)庫的建立，對于待檢測的館藏壁畫，在檢測之前對其信息數(shù)據(jù)歸檔 根據(jù)館藏壁畫顏的發(fā)現(xiàn)時間、收藏時間、面積大小，進(jìn)行基本信息編輯處理和歸檔。對館藏壁畫表面顏料特征的無損分析方法，包括以下步驟1)將館藏壁畫劃分成若干區(qū)域，在各個區(qū)域內(nèi)選定色度測量點和密度測量點；由于館藏壁畫一般面積較大，可以把壁畫概念性的分劃成為若干區(qū)域，進(jìn)行研究 區(qū)域標(biāo)記，準(zhǔn)確地記錄圖像、色度和密度等數(shù)據(jù)，錄入數(shù)據(jù)庫。根據(jù)壁畫保存的具體情況，對 其分析研究區(qū)域劃分可以考慮以下的原則(1)根據(jù)壁畫在揭取過程中的切割線進(jìn)行區(qū)域劃分；(2)根據(jù)壁畫畫面的完整性 和局部特征進(jìn)行區(qū)域劃分；C3)根據(jù)壁畫圖案特征分布形狀進(jìn)行區(qū)域劃分；(4)根據(jù)壁畫保 護(hù)修復(fù)的方案規(guī)劃進(jìn)行區(qū)域劃分；( 根據(jù)壁畫顏料色澤分布特點進(jìn)行區(qū)域劃分；(6)根據(jù) 壁畫展覽模式的要求進(jìn)行區(qū)域劃分。對劃分的各個區(qū)域進(jìn)行數(shù)碼拍照，然后選定具體的測量分析點(1)利用高清晰度照相機(jī)，按照區(qū)域劃分方案對各個分區(qū)進(jìn)行數(shù)碼拍照。再把照片 按分區(qū)編號，原始照片保存在館藏壁畫保護(hù)修復(fù)數(shù)據(jù)庫中。圖片資料是壁畫保護(hù)過程、修復(fù) 過程、研究過程重要的資料信息，對館藏壁畫進(jìn)行了相關(guān)圖像資料的建立、處理和存檔。(2)把各個分區(qū)的數(shù)碼照片再拷貝一份，在Wiotoshop程序下處理，調(diào)整亮度、對 比度、飽和度使照片呈現(xiàn)出最佳效果，編號存檔。(3)在處理好的各個分區(qū)的數(shù)碼照片標(biāo)定色度測量點和密度測量點。根據(jù)顏色類 別、圖案特點、顏料風(fēng)化特征、保護(hù)修復(fù)方案等因素選擇測量點。(4)把標(biāo)記好測量點的數(shù)碼照片編號存檔。2)利用標(biāo)準(zhǔn)白板對便攜式色差計進(jìn)行校正后，對色度測量點進(jìn)行色度檢測。具體 操作為采用美能達(dá)CR-410便攜式色差計對色度測量點進(jìn)行測量。每個樣品點測量三次， 記錄數(shù)據(jù)；根據(jù)檢測的結(jié)果進(jìn)行色度容差球模型分析在CIE Lab色空間中定位一個標(biāo)準(zhǔn)顏 色，以Δ E為半徑在其周圍繪制色度容差球，AE= [(AL)2+(Aa)2+(Ab)2]1/2, AL、Aa、 Ab為色度測量點的色度與標(biāo)準(zhǔn)顏色的色度差值；ΔΕ的大小反映館藏壁畫的顏料層的保 存情況；所建立的色度容差球分析模型如圖1所示，標(biāo)準(zhǔn)顏色根據(jù)所檢測的色度測量點的 顏色種類，在pantone標(biāo)準(zhǔn)色卡中選擇對應(yīng)的顏色，ΔΕ數(shù)值越小，落在色度容差球之內(nèi)為 相匹配的顏色；△ E數(shù)值越高，匹配顏色“誤差極限”越高，落在色度容差球之外，顏色的質(zhì) 量越差，保存的越不完整。如表1所示是一種建立的顏料層△ E容差的評價標(biāo)準(zhǔn)，反映出顏料衰變的基本情況。把在I至V級之間的測定點數(shù)量與總測定點數(shù)量之比的百分?jǐn)?shù)定義為該顏料色度匹配率。表1樣品顏料層的ΔΕ容差評價標(biāo)準(zhǔn)
權(quán)利要求
1.一種館藏壁畫表面顏料特征的無損分析方法，其特征在于，包括以下步驟1)將館藏壁畫劃分成若干區(qū)域，在各個區(qū)域內(nèi)選定色度測量點和密度測量點；2)利用標(biāo)準(zhǔn)白板對便攜式色差計進(jìn)行校正后，對色度測量點進(jìn)行色度檢測，根據(jù)色度 容差球分析模型對色度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析在CIE Lab色空間中定位一個標(biāo)準(zhǔn)顏色，以ΔΕ為半 徑在其周圍繪制色度容差球，ΔΕ= [(AL)2+(Aa)2+(Ab)2]1/2, AL、Aa, Ab為色度測量 點的色度與標(biāo)準(zhǔn)顏色的色度差值；ΔΕ大小反映館藏壁畫的顏料層的保存情況；3)利用密度儀對密度測量點的表面顏料進(jìn)行無損密度測定，得到其顏料密度P；密度 大小反映了顏料層結(jié)構(gòu)緊密與疏松程度；4)利用顯微分析儀原位觀察館藏壁畫表面顏料的顯微結(jié)構(gòu)，并觀察顏料層斷面部位， 獲得色彩顏料層厚度d ；5)計算壁畫表面單位面積顏料承載質(zhì)量M，M= pV/F，V = d*Fs，其中V為表面顏料體 積，F(xiàn)為樣品表面積，F(xiàn)s為表面顏料的面積；M表征了單位面積上顏料的絕對殘留量。
2.如權(quán)利要求1所述的館藏壁畫表面顏料特征的無損分析方法，其特征在于，按照館 藏壁畫在揭取時的切割線為依據(jù)劃分成不同的區(qū)域，對各個區(qū)域進(jìn)行數(shù)碼拍照，在數(shù)碼照 片上根據(jù)顏色的種類標(biāo)定色度測量點，根據(jù)圖案特點和顏料風(fēng)化特征標(biāo)定密度測量點，以 標(biāo)定的色度測量點和密度測量點在館藏壁畫上相對應(yīng)的位置作為選定的待測量分析點。
3.如權(quán)利要求1所述的館藏壁畫表面顏料特征的無損分析方法，其特征在于，對選定 的所有色度測量點數(shù)據(jù)進(jìn)行色度容差球模型分析，獲得壁畫整體的色彩質(zhì)量評估信息。
4.如權(quán)利要求1所述的館藏壁畫表面顏料特征的無損分析方法，其特征在于，所述的 標(biāo)準(zhǔn)顏色根據(jù)所檢測的色度測量點的顏色種類，在pantone標(biāo)準(zhǔn)色卡中選擇對應(yīng)的顏色。
5.如權(quán)利要求1所述的館藏壁畫表面顏料特征的無損分析方法，其特征在于，所述的 ΔΕ大小所反映的顏料層的保存情況的判定為ΔΕ數(shù)值越高，顏料層的保存質(zhì)量越差，保 存的越不完整；以2. ODE的梯度將0 10. ODE分成五個不同的保存情況，10. ODE以上保存 情況為最差。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種館藏壁畫表面顏料特征的無損分析方法，利用無損檢測分析技術(shù)，包括建立容差球模型對顏色的評估分析(定量分析)、對單位表面積壁畫顏料質(zhì)量統(tǒng)計分析(定量分析)、通過表面顯微特征分析(定性分析)、顏料厚度分析(定量分析)，是一種可量化、可操作、可比較和無損傷測量的評估方法。在無損分析檢測的基礎(chǔ)上，本發(fā)明通過對館藏壁畫進(jìn)行劃分區(qū)域，綜合考慮多種因素選定多個測量點，對壁畫保存現(xiàn)狀給出科學(xué)的結(jié)論，為壁畫科技保護(hù)與修復(fù)提供科學(xué)依據(jù)。本發(fā)明進(jìn)行大量測量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計與分析，對壁畫顏料數(shù)據(jù)庫建設(shè)和壁畫長期保存、保護(hù)、修復(fù)、展示與管理提供了雄厚的科學(xué)檢測數(shù)據(jù)資源。
文檔編號G01N9/00GK102062725SQ20101055696
公開日2011年5月18日 申請日期2010年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月24日
發(fā)明者廖光熙, 張虎勤, 杜建強(qiáng), 葛琴雅, 郭宏, 馬清林 申請人:中國文化遺產(chǎn)研究院, 西安交通大學(xué)