文物色变监测系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及监测技术领域。文物色变监测系统，包括远程监控终端，其特征在于，远程监控终端与一用于检测文物色彩变化情况的传感器系统无线相连；传感器系统包括至少两个相机；远程监控终端是手机、平板电脑、台式电脑中的任意一种，远程监控终端内安装有一具有图像处理功能的监测软件。本发明通过将相机拍摄到的画面作为文物色彩变化情况的依据，远程监控终端以无线的形式获知相机拍摄到的画面。远程监控终端通过监测软件的图像处理功能实现对文物色彩变化的比较与分析。
【专利说明】
文物色变监测系统
技术领域
[0001]本发明涉及监测技术领域，具体涉及壁画、彩绘色变监测系统。
【背景技术】
[0002]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。
[0003]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】
[0004]本发明的目的在于提供文物色变监测系统，以解决上述技术问题。
[0005]本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现:
[0006]文物色变监测系统，包括远程监控终端，其特征在于，所述远程监控终端与一用于检测文物色彩变化情况的传感器系统无线相连；
[0007]所述传感器系统包括至少两个相机；
[0008]所述远程监控终端是手机、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一具有图像处理功能的监测软件。
[0009]本发明通过将相机拍摄到的画面作为文物色彩变化情况的依据，远程监控终端以无线的形式获知相机拍摄到的画面。远程监控终端通过监测软件的图像处理功能实现对文物色彩变化的比较与分析。
[0010]所述传感器系统还包括负责缓存并分析相机采集到的图像数据的嵌入式工控机，所述相机通过数据线连接所述嵌入式工控机。
[0011 ]便于将信息传输给远程监控终端。
[0012]所述传感器系统通过一数据中转装置与所述远程监控终端相连；
[0013]所述数据中转装置包括至少两个无线通信模块、微型处理器系统，所述微型处理器系统连接所述至少两个无线通信模块，所述至少两个无线通信模块包括用于与所述传感器系统进行无线通信的第一通信模块、用于与所述远程监控终端进行无线通信的第二通信丰旲块;
[0014]所述嵌入式工控机设有与所述第一通信模块相匹配的第一无线收发模块；
[0015]所述远程监控终端设有与所述第二通信模块相匹配的第二无线收发模块。
[0016]本发明通过设有一数据中转装置，便于对相机监测到的数据进行汇集后，发送给远程监控终端。
[0017]每个监测点均设有一个数据中转装置，远程监控终端对各监测点的监测数据进行分析处理，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。每个监测点设有至少两个相机，一个监测点的相机采集到的画面发送给所处监测点的数据中转装置。
[0018]每个监测点的区域面积为100平方米。
[0019]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；
[0020]所述第二通信模块是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。
[0021]便于实现传感器系统、数据中转装置、远程监控终端三者的监控。
[0022]所述相机与嵌入式工控机固定在一支架上。
[0023]所述支架上设有用于所述相机移动的滑轨，所述相机与所述滑轨滑动连接，所述滑轨包括一横向的第一滑轨，所述第一滑轨的一端设有第一伸缩杆；
[0024]所述第一伸缩杆设有一伸缩部、固定部，所述伸缩部与所述固定部滑动连接，所述伸缩部远离所述固定部的端部设有磁性体；
[0025]所述相机的外壁上设有与磁性体磁性相异的相异磁性体或者磁性金属；
[0026]所述伸缩部通过传动部件连接第一电机，所述第一电机连接信号处理模块。
[0027]便于根据调整相机的监测画面方位。
[0028]所述文物是壁画或者彩绘作品。
[0029]所述监测软件包括一图像分析单元，图像分析单元从R、G、B三个颜色值分析出对应的色度值H、亮度值Y和色彩值S，其关系如下:
[0030]Y = 0.2R+0.49G+0.19B；
[0031]H=tan(cl/c2)；
[0032]S=(C12+C22)1/2；
[0033]C1=0.75R-0.35G-0.21B；
[0034]C2 = -0.3R-0.57G+0.89Bo
[0035]所述远程监控终端上设有一存储模块，所述存储模块存储有文物的原始照片;所述图像分析单元分析原始照片的H值，以原始照片上的H值为原始色H值；
[0036]在后续监测过程中，不同时期监测到照片的颜色为当前色H值；
[0037]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:
[0038]I当前色H值-原始色H值|>色变允许参数，此时，表明文物的颜色发生了改变。
[0039]当前色H值与原始色H值可以是原始照片与当前拍摄到的照片中同一个定点处的H值。
[0040]当前色H值与原始色H值可以是原始照片与当前拍摄到的照片中同一块同色区域的H值，所述同色区域的面积不小于lcm2。
[0041]所述图像分析单元对原始照片上颜色单一的区域作为比对区域，图像分析单元对当前拍摄到照片上与原始照片的比对区域位置一致的区域进行提取；
[0042]原始照片上的比对区域为第一区域，当前拍摄到照片的比对区域为第二区域；
[0043]所述第一区域与所述第二区域上均选择至少三个位置相对应的点作为比较点，进行H值比较，分别算出选取的原始照片与当前照片中比较点的H值的差值，并算出平均值，如平均值大于设定值，判断为色变。
[0044]第一区域的比较点分别记为1、2、3...η，n=比较点的个数，各个点的H值分别为Hl、H2、H3…Hn，第二区域的比较点分别记为V、2r ,37…r/，且H值记为Hl' ,H27 ,H37…Hr/ ；
[0045]( I Hl7 -Hl I + IH27 -H2 I + IH37 -H3 I + I Hn7 -Hn I )/n大于限定值时，远程监控终端分析为发生色变；
[0046]( I Hl7 -Hl I + IH2/ _H2 I + IH3, -H3 I + I Hn7 -Hn I )/n小于或等于限定值时，远程监控终端分析为未发生色变。
[0047]H值的获得方法可以是指定一个区域作为背景亮度校准与白平衡校准区域，指定的区域为颜色单一的区域，分析并保存当前的背景灰度，及对应的平均颜色参数，从而获得R、G、B值，根据H=tan(cl/c2);Cl = 0.75R-0.35G-0.21B;C2 = -0.3R-0.57G+0.89B，进而获得H值。当前的背景灰度为指定区域的背景灰度。
[0048]所述监控软件自由锁定需要检测的颜色区块目标，并自动对目标区域的颜色变化情况进行数据采集，并与历史数据对比分析，生成监测区域内的文物的颜色变化趋势。
[0049]作为一种优选方案，所述嵌入式工控机设有一图像处理软件，所述嵌入式工控机通过图像处理软件对相机当前采集到照片中指定区域进行裁剪处理后，将裁剪区域发送给数据中转装置，经数据中转装置发送至远程监控终端进行分析是否发生色变。
[0050]所述远程监控终端选取当前采集到的照片指定区域中至少三个点与原始照片上的相对应处的H值进行比较；
[0051]当前采集到的照片指定区域中选取至少三个点，分别记为1、2、3...η，η=选取点的个数，各个点的H值分别为Η1、Η2、Η3…Ηη，原始照片上的相对应处原始照片上的相对应处分别记为V ---n7，且H值记为Hl' ,H27 ,H37 ---Hn7 ；
[0052]( I Hl7 -Hl I + IH2/ _H2 I + IH3, -H3 I + I Hn7 -Hn I )/n大于限定值时，远程监控终端分析为发生色变；
[0053]( I Hl7 -Hl I + IH2/ _H2 I + IH3, -H3 I + I Hn7 -Hn I )/n小于或等于限定值时，远程监控终端分析为未发生色变。
[0054]所述嵌入式工控机将裁剪区域发送至数据中转装置的同时，还将裁剪的外轮廓在相机采集到的照片上的方位坐标值发送至数据中转装置。
[0055]便于远程监控终端根据接收到的方位坐标值与区别区域的结合，实现远程监控终端进行画面的拼合，获得裁剪处理前的相机采集到的原始照片。
[0056]所述嵌入式工控机设有一时钟模块，所述嵌入式工控机通过所述时钟模块控制所述相机进行定时画面采集。
[0057]裁剪区域为圆形，方位坐标值包括圆形的中心的坐标值以及圆形的半径值。以相机采集到的照片的左下端的坐标值为(0，0)。便于计算剪裁出的区别区域的方位坐标值。
[0058]裁剪区域为距形，方位坐标值包括矩形两个对角的坐标值。
[0059]所述文物设有一涂覆有颜料的画面层，所述画面层位于所述文物的前表面，所述文物的后端设有一加热装置，所述加热装置包括一基体，所述基体内埋设有纵横交错排布的网状加热丝，所述加热丝设有一电能输入端，所述加热丝的电能输入端连接一太阳能电池板的电能输出端，所述太阳能电池板的采光面呈一内凹的曲面。对于纸质彩绘作品发生色变的主要原因就是潮湿，导致的纸张发黄，本发明通过加热装置，实现湿气的蒸发处理。通过采光面为内凹曲面，便于提高光能的吸收率。
[0060]远程监控终端内设有一用于实时记录色彩变化数据的数据库。当监控到的数据与存储有的数据一致时，更新数据的存储时间，数据值不变，当监控到的数据与存储有的数据不一致时，存储数据并记录存储时间。便于节约数据库的存储空间的同时，便于数据整合。
【附图说明】
[0061]图1为本发明的一种结构不意图。
【具体实施方式】
[0062]为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面进一步阐述本发明。
[0063]参见图1，文物色变监测系统，包括远程监控终端14，远程监控终端14与一用于检测文物色彩变化情况的传感器系统无线相连;传感器系统包括至少两个相机10;远程监控终端14是手机、平板电脑、台式电脑中的任意一种，远程监控终端内安装有一具有图像处理功能的监测软件。本发明通过将相机拍摄到的画面作为文物色彩变化情况的依据，远程监控终端以无线的形式获知相机拍摄到的画面。远程监控终端通过监测软件的图像处理功能实现对文物色彩变化的比较与分析。
[0064]传感器系统还包括负责缓存并分析相机采集到的图像数据的嵌入式工控机11，相机10通过数据线连接嵌入式工控机11。便于将信息传输给远程监控终端。
[0065]传感器系统通过一数据中转装置13与远程监控终端14相连;数据中转装置13包括至少两个无线通信模块、微型处理器系统，微型处理器系统连接至少两个无线通信模块，至少两个无线通信模块包括用于与传感器系统进行无线通信的第一通信模块、用于与远程监控终端进行无线通信的第二通信模块;嵌入式工控机设有与第一通信模块相匹配的第一无线收发模块;远程监控终端设有与第二通信模块相匹配的第二无线收发模块。本发明通过设有一数据中转装置，便于对相机监测到的数据进行汇集后，发送给远程监控终端。
[0066]每个监测点均设有一个数据中转装置，远程监控终端对各监测点的监测数据进行分析处理，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。每个监测点设有至少两个相机，一个监测点的相机采集到的画面发送给所处监测点的数据中转装置。
[0067]每个监测点的区域面积为100平方米。
[0068]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。便于实现传感器系统、数据中转装置、远程监控终端三者的监控。
[0069]相机10与嵌入式工控机11固定在一支架12上。
[0070]支架上设有用于相机移动的滑轨，相机与滑轨滑动连接，滑轨包括一横向的第一滑轨，第一滑轨的一端设有第一伸缩杆;第一伸缩杆设有一伸缩部、固定部，伸缩部与固定部滑动连接，伸缩部远离固定部的端部设有磁性体;相机的外壁上设有与磁性体磁性相异的相异磁性体或者磁性金属；伸缩部通过传动部件连接第一电机，第一电机连接信号处理模块。便于根据调整相机的监测画面方位。
[0071 ]文物是壁画或者彩绘作品。
[0072]监测软件包括一图像分析单元，图像分析单元从R、G、B三个颜色值分析出对应的色度值H、亮度值Y和色彩值S，其关系如下:
[0073]Y = 0.2R+0.49G+0.19B；
[0074]H=tan(cl/c2)；
[0075]S=(C12+C22)1/2；
[0076]C1=0.75R-0.35G-0.21B；
[0077]C2 = -0.3R-0.57G+0.89Bo
[0078]远程监控终端上设有一存储模块，存储模块存储有文物的原始照片；图像分析单元分析原始照片的H值，以原始照片上的H值为原始色H值;在后续监测过程中，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:I当前色H值-原始色H值|>色变允许参数，此时，表明文物的颜色发生了改变。
[0079]当前色H值与原始色H值可以是原始照片与当前拍摄到的照片中同一个定点处的H值。
[0080]当前色H值与原始色H值可以是原始照片与当前拍摄到的照片中同一块同色区域的H值，同色区域的面积不小于Icm20
[0081]图像分析单元对原始照片上颜色单一的区域作为比对区域，图像分析单元对当前拍摄到照片上与原始照片的比对区域位置一致的区域进行提取;原始照片上的比对区域为第一区域，当前拍摄到照片的比对区域为第二区域;第一区域与第二区域上均选择至少三个位置相对应的点作为比较点，进行H值比较，分别算出选取的原始照片与当前照片中比较点的H值的差值，并算出平均值，如平均值大于设定值，判断为色变。
[0082 ]第一区域的比较点分别记为1、2、3…η，η =比较点的个数，各个点的H值分别为H1、Η2、Η3…Ηη，第二区域的比较点分别记为V ,27 ,37…Y，且H值记为Hl' ,H27 ,H37…Hr/ ；(Hl7 -Hl I + IH2/ -H2 I + IH37 -H3 I + IHn7 -Hn I )/n大于限定值时，远程监控终端分析为发生色变；(I Hl7 -Hl I + IH2/ -H2 I + IH37 -H3 I + I Hn7 -Hn I )/n小于或等于限定值时，远程监控终端分析为未发生色变。
[0083]H值的获得方法可以是指定一个区域作为背景亮度校准与白平衡校准区域，指定的区域为颜色单一的区域，分析并保存当前的背景灰度，及对应的平均颜色参数，从而获得R、G、B值，根据H=tan(cl/c2);Cl = 0.75R-0.35G-0.21B;C2 = -0.3R-0.57G+0.89B，进而获得H值。当前的背景灰度为指定区域的背景灰度。
[0084]监控软件自由锁定需要检测的颜色区块目标，并自动对目标区域的颜色变化情况进行数据采集，并与历史数据对比分析，生成监测区域内的文物的颜色变化趋势。
[0085]作为一种优选方案，嵌入式工控机设有一图像处理软件，嵌入式工控机通过图像处理软件对相机当前采集到照片中指定区域进行裁剪处理后，将裁剪区域发送给数据中转装置，经数据中转装置发送至远程监控终端进行分析是否发生色变。
[0086]远程监控终端选取当前采集到的照片指定区域中至少三个点与原始照片上的相对应处的H值进行比较；当前采集到的照片指定区域中选取至少三个点，分别记为1、2、3...η，η =选取点的个数，各个点的H值分别为H1、H2、H3…Hn，原始照片上的相对应处原始照片上的相对应处分别记为V、2,、3,…η,，且H值记为HV、Η2,、邮…Hr/ ; ( I Hl'-Hl I + I虹-Η2+ IΗ3, -Η3 I + I Hn7 -Hn I )/η大于限定值时，远程监控终端分析为发生色变;(I HI, -Hl I + IΗ2/ -Η2 I + IΗ37 -Η3 I + I Hn7 -Hn I )/η小于或等于限定值时，远程监控终端分析为未发生色变。
[0087]嵌入式工控机将裁剪区域发送至数据中转装置的同时，还将裁剪的外轮廓在相机采集到的照片上的方位坐标值发送至数据中转装置。便于远程监控终端根据接收到的方位坐标值与区别区域的结合，实现远程监控终端进行画面的拼合，获得裁剪处理前的相机采集到的原始照片。
[0088]嵌入式工控机设有一时钟模块，嵌入式工控机通过时钟模块控制相机进行定时画面采集。
[0089]裁剪区域为圆形，方位坐标值包括圆形的中心的坐标值以及圆形的半径值。以相机采集到的照片的左下端的坐标值为(0，0)。便于计算剪裁出的区别区域的方位坐标值。
[0090]裁剪区域为距形，方位坐标值包括矩形两个对角的坐标值。
[0091]文物设有一涂覆有颜料的画面层，画面层位于文物的前表面，文物的后端设有一加热装置，加热装置包括一基体，基体内埋设有纵横交错排布的网状加热丝，加热丝设有一电能输入端，加热丝的电能输入端连接一太阳能电池板的电能输出端，太阳能电池板的采光面呈一内凹的曲面。对于纸质彩绘作品发生色变的主要原因就是潮湿，导致的纸张发黄，本发明通过加热装置，实现湿气的蒸发处理。
[0092]远程监控终端内设有一用于实时记录色彩变化数据的数据库。当监控到的数据与存储有的数据一致时，更新数据的存储时间，数据值不变，当监控到的数据与存储有的数据不一致时，存储数据并记录存储时间。便于节约数据库的存储空间的同时，便于数据整合。
[0093]以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
【主权项】
1.文物色变监测系统，包括远程监控终端，其特征在于，所述远程监控终端与一用于检测文物色彩变化情况的传感器系统无线相连； 所述传感器系统包括至少两个相机； 所述远程监控终端是手机、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一具有图像处理功能的监测软件。2.根据权利要求1所述的文物色变监测系统，其特征在于:所述传感器系统还包括负责缓存并分析相机采集到的图像数据的嵌入式工控机，所述相机通过数据线连接所述嵌入式工控机。3.根据权利要求2所述的文物色变监测系统，其特征在于:所述传感器系统通过一数据中转装置与所述远程监控终端相连； 所述数据中转装置包括至少两个无线通信模块、微型处理器系统，所述微型处理器系统连接所述至少两个无线通信模块，所述至少两个无线通信模块包括用于与所述传感器系统进行无线通信的第一通信模块、用于与所述远程监控终端进行无线通信的第二通信模块； 所述嵌入式工控机设有与所述第一通信模块相匹配的第一无线收发模块； 所述远程监控终端设有与所述第二通信模块相匹配的第二无线收发模块。4.根据权利要求3所述的文物色变监测系统，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； 所述第二通信模块是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2所述的文物色变监测系统，其特征在于:所述相机与嵌入式工控机固定在一支架上； 所述支架上设有用于所述相机移动的滑轨，所述相机与所述滑轨滑动连接，所述滑轨包括一横向的第一滑轨，所述第一滑轨的一端设有第一伸缩杆； 所述第一伸缩杆设有一伸缩部、固定部，所述伸缩部与所述固定部滑动连接，所述伸缩部远离所述固定部的端部设有磁性体； 所述相机的外壁上设有与磁性体磁性相异的相异磁性体或者磁性金属； 所述伸缩部通过传动部件连接第一电机，所述第一电机连接信号处理模块。6.根据权利要求3所述的文物色变监测系统，其特征在于:所述监测软件包括一图像分析单元，图像分析单元从R、G、B三个颜色值分析出对应的色度值H、亮度值Y和色彩值S，其关系如下: Y = 0.2R+0.49G+0.19B； H=tan(cl/c2)； S=(C12+C22)1/2； C1 = 0.75R-0.35G-0.21B； C2 = -0.3R-0.57G+0.89Bo7.根据权利要求6所述的文物色变监测系统，其特征在于:所述远程监控终端上设有一存储模块，所述存储模块存储有文物的原始照片;所述图像分析单元分析原始照片的H值，以原始照片上的H值为原始色H值； 在后续监测过程中，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: 当前色H值-原始色H值I >色变允许参数，此时，表明文物的颜色发生了改变。8.根据权利要求6所述的文物色变监测系统，其特征在于:所述图像分析单元对原始照片上颜色单一的区域作为比对区域，图像分析单元对当前拍摄到照片上与原始照片的比对区域位置一致的区域进行提取； 原始照片上的比对区域为第一区域，当前拍摄到照片的比对区域为第二区域； 所述第一区域与所述第二区域上均选择至少三个位置相对应的点作为比较点，进行H值比较，分别算出选取的原始照片与当前照片中比较点的H值的差值，并算出平均值，如平均值大于设定值，判断为色变。9.根据权利要求8所述的文物色变监测系统，其特征在于:第一区域的比较点分别记为1、2、3...η，η =比较点的个数，各个点的H值分别为Hl、Η2、Η3…Hn，第二区域的比较点分别记为I' ,2' ,37 ---n7，且H值记为Hl' ,H27 ,H37 ---Hn7 ； (I Hl7 -Hl I + IH2/ -H2 I + IH3, -H3 I + I Hn7 -Hn I )/n大于限定值时，远程监控终端分析为发生色变； (I Hl7 -Hl I + IH2/ -H2 I + IH3, -H3 I + I Hn7 -Hn I )/n小于或等于限定值时，远程监控终端分析为未发生色变。10.根据权利要求6所述的文物色变监测系统，其特征在于:所述嵌入式工控机设有一图像处理软件，所述嵌入式工控机通过图像处理软件对相机当前采集到照片中指定区域进行裁剪处理后，将裁剪区域发送给数据中转装置，经数据中转装置发送至远程监控终端进行分析是否发生色变； 所述远程监控终端选取当前采集到的照片指定区域中至少三个点与原始照片上的相对应处的H值进行比较； 当前采集到的照片指定区域中选取至少三个点，分别记为1、2、3...η，η =选取点的个数，各个点的H值分别为Η1、Η2、Η3...Ηη，原始照片上的相对应处原始照片上的相对应处分别记为V---n7，且H值记为Hl' ,H27 ,H37 ---Hn7 ； (I Hl7 -Hl I + IH2/ -H2 I + IH3, -H3 I + I Hn7 -Hn I )/n大于限定值时，远程监控终端分析为发生色变； (I Hl7 -Hl I + IH2/ -H2 I + IH3, -H3 I + I Hn7 -Hn I )/n小于或等于限定值时，远程监控终端分析为未发生色变。
【文档编号】H04N1/60GK105872492SQ201610404707
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年6月8日
【发明人】李晓武, 郭伟民, 高凤, 付焕平, 刘超
【申请人】上海建为历保工程科技股份有限公司