基于色差分析的中国淡彩绘画保护性照明光源

党 睿， 刘 杰， 刘 刚， 张海滨

(1. 天津大学 建筑学院， 天津市建筑物理环境与生态技术重点实验室， 天津 300072;2. 重庆大学 建筑城规学院， 重庆 400044)

1 引 言

中国传统绘画是中华民族的艺术瑰宝。目前我国拥有保存绘画类展品的历史、艺术类博物馆4 000余座，且以年均7.6%的建设速度增长。其中传统绘画藏品逾70万余件，有着极大存世量[1]。同时千百年来留存下海量绘画珍品，历史和艺术价值极高，是世界文化遗产的重要组成部分。

但由于保护方面存在的问题，我国50.66%的馆藏传统绘画存在不同程度的损坏，且均为不可逆的永久性损伤[2]。光照、温度、湿度、空气质量是文物受损的影响因素，但在博物馆环境中，温度、湿度、空气质量均可通过相关技术手段调节至绘画保存所需的最适宜状态，而任何光照都会对绘画产生影响。同时在世界各个国家和国际组织的相关标准中，中国传统绘画的光敏感度均为最高等级[3-6]，因此展陈照明光源中的光学辐射是造成绘画受损的最重要因素，导致展品褪色、变色、甚至颜色消失[7]等严重破坏。

中国传统绘画可分为淡彩画和重彩画：其中淡彩画使用有机颜料作画，重彩画以使用无机颜料为主[8]。由于有机颜料比无机颜料更易受到光照辐射而发生物理化学反应，敏感性更高，因此本文主要研究中国传统淡彩绘画。

关于绘画光照保护方面的研究，国外学者开展的较多，但研究样本均为西方绘画类型，研究结论对中国传统绘画并不适用[9-14]。我国学者对中国传统绘画的光照保护研究主要是定性描述照明对绘画的影响，量化结论较为缺失，实际适用性不强[15-17]。

本课题组对多座著名博物馆进行了调研，调研结果显示，绘画照明所采用的主要光源类型是金卤灯、卤钨灯和白光LED(White light emitting diodes，WLED)[18]。但上述光源的光谱功率分布(Spectral power distribution，SPD)不同，对绘画的光照损伤存在差异，因此如何根据绘画类型选择最低损伤光源进行照明尚不明确；此外，目前满足中国传统绘画照明要求的低色温(TCCT≤3 300 K)、高显色性(Ra≥90)WLED[3-6]均为RYGB型，其光谱主要成分均为红、黄、绿、蓝4种单色光[19]，但该类光源的出现时间较短，其对绘画色彩的损伤尚未得到验证，限制了其在绘画照明中的应用。

综上所述，通过实验方法得到博物馆典型光源对中国传统淡彩绘画的量化影响规律，提出不同光源对各类淡彩绘画的相对损伤系数，可为绘画照明的光源选择提供依据，为博物馆照明标准的修订提供参考，从而更好地保护文物原真性。

2 实 验

2.1 模型试件

实验所用模型试件由天津大学美术研究所制作：首先，选用中国传统淡彩绘画所使用的胭脂、藤黄、花青、松墨4种典型有机颜料，通过严格配比颜料浓度进行均匀绘制，确保颜料在基材上各部分的浓度相同；其次，将绘制完成的红、黄、青、黑4色样本分别切割为3等份，然后重新组合成3组，作为3种光源的照射对象，每组包括4种颜色，见图1。

图1 实验模型试件

2.2 实验光源

以博物馆专用金卤灯(TCCT=2 700 K，Ra=95，35 W)、专用卤钨灯并结合使用红外滤光片滤除其红外光谱(TCCT=2 700 K，Ra=97，50 W)、以及RYGB型WLED(TCCT=2 700 K，Ra=92，13.3 W)作为实验光源。采用Photo Research PR670分光辐射亮度计测量金卤灯、卤钨灯、WLED的光源光谱分布，见图2。同时对光源参数进行周期性检测，一旦发现光源有光衰现象马上进行更换，保证实验精度。

图2 金卤灯(a)、卤钨灯(b)、RYGB型WLED(c)的光谱功率分布。

为保证各个周期实验测试的科学一致性，测试均选择在标准光源D65的照射条件下进行。D65光源是国际照明委员会(International Commission on de L’Eclairage，CIE)NO51(TC-1.3)文件推荐使用的人工日光标准光源，其色温为(6 500±200) K，显色指数大于96，可保证测试时试件的颜色效果近似在太阳光下观测效果[20]。

2.3 实验方案

实验在天津大学全暗光学实验室中进行，按光源种类分为3个照射组同时开展：首先，设置3台具有相同环境参数控制指标的照明实验箱，按照标准对箱内的温度、湿度、空气质量进行调节，使其满足标准要求并在实验过程中保持恒定[21]；其次，使用遮光帘对3台实验箱进行分隔，保证各试验箱之间不产生干扰；第三，将绘画试件置于光源下方进行垂直照射，并通过调整光源照射时距离试件的高度使每组试件表面辐照度相等。各绘画模型试件表面辐照度均为17.5 W/m2。图3为实验方案示意图。

图3 实验方案示意图

图4 研究技术路线

3 结果与讨论

3.1 色差变化曲线

(1)

其中，i=1～20。

图5 在金卤灯(a)、卤钨灯(b)、WLED(c)照射下，4种颜料色差随曝光量变化的实验结果。

根据计算结果，以曝光量为横坐标，以色差值为纵坐标，绘制各个周期色差随曝光量变化的实验结果折线图(图5)。

3.2 色差变化函数

观察颜料色差变化折线图可以发现，不同光源照射下4种颜料色差随曝光量变化基本符合对数函数关系，因此对各光源影响下4种颜料色差随曝光量变化数据进行回归分析，拟合颜料色差随曝光量变化对数曲线(图6)。

图6 在金卤灯(a)、卤钨灯(b)、WLED(c)照射下，4种颜料色差衰变函数曲线图。

(2)

可拟合得到各光源照射下4种颜料色差随曝光量的函数关系式(表1)。其中，拟合优度(R2)是指回归线对观测值的拟合程度，R2的值越接近1，说明拟合程度越好。表1中函数公式的R2均大于0.8，说明拟合效果较好，该函数关系式可应用于推理得到任何曝光量值下的色差变化值。

表1 各光源对4种颜料的色差影响函数

3.3 不同光源影响系数

通过观察图6色差变化曲线可以发现，在各光源照射下，4种颜料色差呈现出先快后慢并逐渐趋缓的变化趋势，最终随曝光量的不断增加将趋于稳定。因此可以认为，当曝光量增加到无穷大时，颜料色差将趋于某一稳定值不再变化。为了确定不同光源对颜料的最终影响，当照射时间t足够长时，将4种颜料在各光源照射下色差的变化函数关系式求比值，可得到各光源照射下4种颜料的相对影响系数。

现定义4种颜料在金卤灯照射下的最终色差平均值为1.00，按该系数对各光源最终照射结果进行折减，可得到各光源照射下4种颜料的相对影响系数，用来评价各光源对4种颜料色彩的相对影响程度(表2)。

表2 不同光源对4种颜料的相对影响程度

4 结 论

由于使用有机颜料绘制的中国传统淡彩绘画主要有3种类型，不同类型所采用的颜料也有差异，因此不同类型绘画所采用的照明光源应根据表2结果进行选择：

(1)工笔淡彩的画面色彩丰富，胭脂(红色)、藤黄(黄色)、花青(青色)、松墨(黑色)4种颜料均会使用。因此对工笔淡彩绘画照明光源进行选择时，应考虑光源对4种颜料的综合影响。3种照明光源对4种颜料的综合影响系数为K金卤灯∶K卤钨灯∶KWLED=1.00∶0.92∶0.84。因此，在照射工笔淡彩绘画时，应选择RYGB型WLED光源。

(2)小青绿淡彩的画面以使用花青颜料的青色和松墨颜料的黑色为主，因此对小青绿淡彩绘画照明光源进行选择时，应考虑光源对这两种颜料的综合影响。3种照明光源对两种颜料的综合影响系数为K金卤灯∶K卤钨灯∶KWLED=(0.88+1.17)∶(0.77+0.94)∶(0.74+0.91)=2.05∶1.71∶1.65。因此，在照射小青绿淡彩绘画时，应选择RYGB型WLED光源。

(3)水墨淡彩的画面主要以松墨颜料的黑色为主，因此对水墨淡彩绘画照明光源进行选择时，应考虑光源对松墨颜料的影响。3种照明光源对松墨颜料的影响系数为K金卤灯∶K卤钨灯∶KWLED=1.17∶0.94∶0.91。因此，在照射工笔淡彩绘画时，应选择RYGB型WLED光源。

根据上述结果，在照射3种类型中国传统淡彩绘画时，RYGB型WLED对画面色彩造成的损伤均小于金卤灯和卤钨灯，该类型光源在中国传统淡彩绘画照明中有着广泛的应用前景。

参 考 文 献：

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