CN118655304A - 皮革制文物劣化程度评级方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于皮革制文物保护技术领域，公开了一种皮革制文物劣化程度评级方法及系统。皮革制文物劣化程度评级方法包含：获取皮革制文物的电子图像；根据所述图像计算并优化采集点布局，得到优化后的采集点；检测皮革制文物在优化后的采集点的水分含量，并计算水分含量的加权平均值；获取皮革制文物中羟脯氨酸含量和皮革制文物的微观形貌；根据所述水分含量的加权平均值、羟脯氨酸含量和微观形貌来评估皮革制文物的劣化等级。本发明在对皮革制文物水分含量检测过程中，对检测采集点进行了优化，提高水分检测结果的准确性，实现对劣化等级的准确评估。

Description

皮革制文物劣化程度评级方法及系统

技术领域

本发明属于皮革制文物保护技术领域，具体涉及皮革制文物劣化程度评级方法及系统。

背景技术

人类使用皮革制品的历史悠久，皮革制文物能够反映当时的一些文化特征和社会习俗，极具研究价值。皮革制文物经过长期的保存或埋藏，往往自身结构已发生较大改变，内部的水分、胶原蛋白及油脂等物质已不同程度地流失或变性，出现了干硬、霉变、卷曲脆裂等劣化现象。及时掌握皮革制文物的劣化状态并采取有效的修复和保护措施，对于皮革制文物的长久保存具有重要意义。但是，目前多侧重于从感官层面评价皮革制文物的劣化情况，尚缺乏皮革制文物劣化程度的量化评估方法。因此，急需建立一种科学准确的皮革制文物劣化程度评级方法。

发明内容

为解决背景技术中的问题，本发明提供了皮革制文物劣化程度评级方法及系统。

为达到上述目的，本发明提供的第一个方案为：

皮革制文物劣化程度评级方法，包含：

获取皮革制文物的电子图像；

根据所述图像分别计算并优化采集点布局，得到优化后的采集点；

检测皮革制文物在优化后的采集点的水分含量，并计算水分含量的加权平均值；

获取皮革制文物中羟脯氨酸含量和皮革制文物的微观形貌；

根据所述水分含量的加权平均值、羟脯氨酸含量和微观形貌来评估皮革制文物的劣化等级。

优选的，根据所述图像计算采集点布局的方法为：

分析所述图像尺寸得到图像轮廓；

根据图像轮廓计算最大长度与宽度并做出对应矩形；

从矩形中心点出发间隔预设距离设置一个采集点，直至覆盖整个皮革制文物区域。

优选的，优化采集点布局的方法为：根据图像景深、明暗度或其他相关图像参数识别出可信度高的检测区域，并对采集点布局进行调整，以使采集点均落在可信度高的检测区域。

优选的，所述可信度高的检测区域的识别方法为：分别采集皮革制文物在相机的对焦平面、前景深边界位置、后景深边界位置对应的皮革图像，去除三幅皮革图像上的模糊区域，将最终保留的清晰区域合并。

优选的，所述水分含量的加权平均值计算公式为：；其中，x_i为每个采集点的水分含量，n为优化采集点的数量，f_i为预设权重。

优选的，根据所述水分含量的加权平均值、羟脯氨酸含量和微观形貌来评估皮革制文物的劣化等级的方法为：

分别对所述水分含量的加权平均值、羟脯氨酸含量和微观形貌按照预设标准进行赋值，得到水分含量分值、羟脯氨酸含量分值和微观形貌分值；

根据劣化评分公式，计算所述水分含量分值、羟脯氨酸含量分值和微观形貌分值下的劣化评分；

将所述劣化评分与预设劣化等级对应，得到皮革制文物的劣化等级。

优选的，所述劣化评分公式为S_i= 0.1633S₁+0.5397S₂+0.297S₃，其中S₁为微观形貌分值，S₂为水分含量分值，S₃为羟脯氨酸含量分值。

本发明采用的第二个技术方案为：

皮革制文物劣化程度评级系统，包含：

第一获取模块，用于获取皮革制文物的电子图像；

计算模块，用于根据所述图像计算并优化采集点布局，得到优化后的采集点；

检测计算模块，用于检测皮革制文物在优化后的采集点的水分含量，并计算水分含量的加权平均值；

第二获取模块，用于获取皮革制文物中羟脯氨酸含量和皮革制文物的微观形貌；

评估模块，用于根据所述水分含量的加权平均值、羟脯氨酸含量和微观形貌来评估皮革制文物的劣化等级。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明以皮革制文物的水分含量、羟脯氨酸含量和微观形貌为指标，通过计算三者之间的权重建立了劣化评分公式，在实际评级过程中分别测量出上述三个指标便能实现对皮革制文物劣化等级的准确评估。

本发明在对皮革制文物水分含量检测过程中，对检测采集点进行了优化，提高水分检测结果的准确性，实现对劣化等级的准确评估。

附图说明

图1为本发明实施例提供的不同劣化程度的皮革制文物模拟样品指标检测结果；

图2为本发明实施例提供的皮革制文物劣化程度评级方法的流程示意图；

图3为本发明一优选实施方式提供的采集皮革制文物图像的装置示意图；

图4为本发明一优选实施方式提供的皮革制文物在相机的对焦平面、前景深边界位置、后景深边界位置的位置示意图；

图5为本发明实施例提供的不同劣化程度的待测皮革制文物模拟样品；

图6为本发明实施例提供的皮革制文物模拟样品水分含量（a）与羟脯氨酸含量（b）测试数据及劣化等级区间划分；

图7为本发明实施例提供的皮革制文物劣化程度评级系统的结构示意图。

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他实施例，都属于本发明保护的范围。

皮革制文物的主要成分是胶原蛋白和水，而水有助于皮革制文物的胶原纤维网络结构保持良好的状态。劣化会使胶原纤维网络受损，同时使皮革的保水能力变差。随着皮革内部的水分不断流失，皮革逐渐出现干硬易碎的现象。由此可见，水分含量与皮革的劣化程度密切相关。除了埋藏在极端干燥或饱水环境中的皮革外，成品皮革的水分含量一般保持在12%~18%。当皮革制文物在博物馆中存放时，馆藏温度与湿度通常恒定。因此，皮革制文物的水分含量主要取决于它自身的保水能力，可以将其作为判断皮革制文物劣化程度的重要依据。

虽然皮革制文物的水分含量能够反映其劣化程度与保存状态，但仅凭单个指标判断皮革的劣化程度，容易因偶然因素的影响而出现偏差，难以保证最终结果的准确性。为使劣化评级方法更具普适性、准确性与合理性，还需结合其他指标对皮革制文物的劣化程度进行综合判断。

当皮革出现劣化现象时，皮革的化学组成、物理性能及胶原纤维网络形貌均会发生改变。为建立皮革制文物劣化程度评级方法，寻找与劣化程度密切相关的指标，申请人首先以仿古铁鞣皮革为原料，采用堆肥快速老化法制备了一系列劣化程度不同的皮革制文物模拟样品，样品的编号为1~6（图1）。其中，样品1为未经老化处理的皮革，样品从1到6劣化程度逐渐增加。采用体式显微镜观察表面与断面的宏观形貌，采用扫描电子显微镜（SEM）观察断面的微观形貌，采用显微型计算机断层扫描系统（显微CT）检测样品形貌和孔隙率，采用皮肤水分测试仪检测水分含量，采用高效液相色谱-荧光检测法测定羟脯氨酸含量，检测结果如图1所示。

从体视显微镜拍摄的照片可以看出，随着样品劣化程度的增加，皮革表面的颜色加深，粗糙感增加；断面处粒面层与网状层的区分逐渐模糊，胶原纤维粘连程度增加；皮革厚度减小。虽然皮革的宏观形貌与劣化程度明显相关，但是由宏观形貌难以获得判断劣化程度的特征性信息，因此不宜作为判断劣化程度的关键指标。显微CT检测结果表明，随着劣化程度的增加，样品的孔隙率逐渐下降，皮革由疏松多孔逐渐变得致密粘连。但皮革的孔隙率容易受到制革工艺（如鞣法等）的影响，初始值往往不同且变化值波动较大，因此也不宜作为判断劣化程度的量化指标。

从SEM照片可以看出，未经老化的皮革样品胶原纤维结构完整，有明显的“D周期”，即原纤维中由原胶原四分之一错列排列而形成的周期性明暗横纹。随着劣化程度增加，胶原纤维束开始出现破损断裂，而后原纤维结构被破坏，“D周期”清晰度下降。也就是说，随着劣化程度的增加，胶原纤维的结构遭到逐级破坏。因此，可由SEM照片获得皮革的特征性信息，从而判断皮革制文物的劣化程度。

皮革制文物在劣化过程中，胶原蛋白会逐渐流失且保水能力变差。从图1可以看出，皮革的水分含量和羟脯氨酸含量与劣化程度具有负相关性。如前所述，馆藏皮革制文物的水分含量基本只与其保水能力有关；羟脯氨酸是胶原的特征氨基酸，在胶原蛋白中比例基本稳定。因此，皮革的水分含量和羟脯氨酸含量可以用于量化皮革的劣化程度。

基于以上研究，本发明第一实施方式提供了皮革制文物劣化程度评级方法，图2为本发明实施例所提供的皮革制文物劣化程度评级方法的流程示意图。

如图2所示，皮革制文物劣化程度评级方法具体包含以下步骤：

S101，获取皮革制文物的电子图像。

可理解的，可直接对皮革制文物进行扫描得到电子图像，该电子图像能够反映皮革制文物的基本轮廓、大小等，该电子图像用于后续对于水分含量检测时采集点的确认。

S102，根据所述图像计算并优化采集点布局，得到优化后的采集点。

对于采集点布局的计算，可包括：分析所述图像尺寸得到图像轮廓；根据图像轮廓计算最大长度与宽度并做出对应矩形；从矩形中心点出发间隔预设距离设置一个采集点，直至覆盖整个皮革制文物区域。

可理解的，对于所述预设距离，本领域技术人员可以根据皮革制文物的尺寸、形状等进行选择。

由于皮革制文物的形状较多，可能会存在弯曲、折叠、凹陷和凸起等不规则区域，这些区域难以满足测试的基本要求，该区域的测试结果准确度存疑，故需要对这些区域进行排除。可根据图像的景深、明暗度或其他相关图像参数识别出可信度高的检测区域，对采集点布局进行调整，去除弯曲折叠、明显凹陷或凸起区域内的采集点，以使采集点均落在可信度较高的检测区域，实现对采集点的优化。

在一些优选实施方式中，所述可信度高的检测区域的识别方法为：分别采集皮革制文物在相机的对焦平面、前景深边界位置、后景深边界位置对应的皮革图像，去除三幅皮革图像上的模糊区域，将最终保留的清晰区域合并。

具体来说，如图3-4所示，图3为一个优选的采集皮革制文物图像的装置，主要由采集图像的相机1（优选小景深相机）、放置皮革制文物的可移动平台2（以下简称载物台），以及激光测距仪3组成。采集方法具体为：获取激光测距仪3与载物台2间的平均高度值，作为基础高度值L₀；将皮革制文物4置于载物台2上，采用激光测距仪3对皮革制文物4进行扫描，得到皮革制文物4各区域的高度值h；对所有高度值h进行统计分析，可将各高度值进行排序，找出方差值最小的数据区段，计算该区段高度数据的平均值，即平整区域平均高度值a；计算出相机1到对焦中心点所在平面5的景深大小∆L；在垂直方向上分别将载物台向上移动L₀-a-∆L/2（图4a），L₀-a（图4b），和L₀-a+∆L/2距离（图4c），即让具有平均高度值的平整区域分别位于相机的对焦平面，前景深和后景深边界位置；采集三个位置对应的皮革图像，将三幅图像上的模糊区域全部去除，将最终保留的清晰区域合并后作为平整度较高的可信区域，即可信度高的检测区域。

景深大小的计算公式为：，其中，σ为弥散圆半径，f为镜头焦距，F为镜头拍摄时的光圈值，L为对焦距离。

S103，检测皮革制文物在优化后的采集点的水分含量，并计算水分含量的加权平均值。

对于皮革水分含量的检测，目前常用的检测方法有烘箱干燥、卡尔费休等方法，但这些方法在测试时对样品的破坏性大，并不适用于珍贵的皮革制文物。申请人在实现本发明的过程中，发现可使用皮肤水分测试仪对皮革制文物的水分含量进行无损检测。通过在皮革制文物表面布置水分检测探头，便能实现对皮革制文物中水分含量的无损检测。

为了减少异常数据对水分含量结果的影响，故需要对检测到的优化后的采集点的水分含量计算加权平均值。

具体来说，将检测得到的所有水分含量数据按大小进行排序找出中位数m，计算每个数据x_i与中位数m的比值a_i（a_i=x_i/m），对照表1确定各个数据的权重f_i。

表1 水分含量数据权重参照表

。

计算皮革水分含量的加权平均值，并以此值作为皮革水分含量的最终值。降低特殊区域及采集到的异常数据对平均水分含量结果的影响，使得到的结果更加准确。

皮革水分含量的加权平均值的计算公式为：。

S105，获取皮革制文物中羟脯氨酸含量和皮革制文物的微观形貌。

可理解的，可使用SEM获取并观察皮革制文物的微观形貌。

对于皮革制文物中羟脯氨酸含量的测量，可使用现有技术中检测皮革中羟脯氨酸含量的方法进行测量，例如高效液相色谱-荧光检测法、对二甲氨基苯甲醛显色法等。

S106，根据所述水分含量的加权平均值、羟脯氨酸含量和微观形貌来评估皮革制文物的劣化等级。

该步骤具体包含：

S106-1，分别对所述水分含量的加权平均值、羟脯氨酸含量和微观形貌按照预设标准进行赋值，得到水分含量分值、羟脯氨酸含量分值和微观形貌分值。

在一具体实施方式中，按照预设标准进行赋值的方法为：

对于水分含量与羟脯氨酸含量的赋值，拟将皮革的劣化等级划分为0、I、II和III共四个等级，其中，0级是没有劣化现象的皮革，从0级到III级劣化程度依次增加。为确定各劣化等级对应的羟脯氨酸含量与水分含量的取值范围，需对大量模拟样品进行分析测试。如图5所示，选取四类不同劣化程度的皮革制文物模拟样品，每类劣化程度有四个样品，共16个样品，分别测定每个样品的羟脯氨酸与水分含量，实验结果如图6所示。根据样品的取值特征确定各劣化区间的取值范围，并赋予各劣化等级对应分值，如表2所示。

表2 水分含量和羟脯氨酸含量各劣化等级取值区间及赋值

。

对于微观形貌的赋值，未发生劣化现象的皮革胶原纤维具有完整的结构与明暗交错的“D周期”结构；随劣化程度的增加，纤维出现破损断裂，“D周期”清晰度下降。可据此判断皮革的劣化程度，具体等级划分、描述及示例图片如表3所示。

表3 微观形貌劣化等级划分及描述

。

需要说明的是，以上赋值过程中赋值的具体大小、对应的具体等级、水分含量、羟脯氨酸含量，以及微观形貌的描述均为示例性的，无需特殊限定，本领域技术人员可以根据实际情况进行调整。

S106-2，根据劣化评分公式，计算所述水分含量分值、羟脯氨酸含量分值和微观形貌分值下的劣化评分。

本发明实施方式中劣化评分公式为申请人独立构建的，具体方法为：

在使用水分含量、羟脯氨酸含量和微观形貌作为皮革制文物劣化指标时，需确定每个指标在最终决策时所占的权重，采用层次分析法计算各指标的权重：目标层Z：确定皮革制文物的劣化程度；准则层A：微观形貌（A₁）、水分含量（A₂）、羟脯氨酸含量（A₃）。

（1）构建判断矩阵A，指标间两两进行对比得到相对重要性a_ij，a_ij代表与j指标相比i指标的重要程度，a_ij的取值范围为1~9，释义参照表4。若对指标间的差别判断介于两种程度间时，a_ij的取值可为2，4，6，8。另a_ij·a_ji=1，a_ii=1。

表4 a_ij取值及对应描述

。

（2）构造的判断矩阵A如表5，计算矩阵A的特征向量w与最大特征向量λ_max，并进行一致性检测，确定各指标的权重。

表5 判断矩阵A

。

最大特征值λ_max=3.00875。

（3）矩阵A的一致性检测

根据以下公式计算一致性指标CI，

；

计算得出CI=0.004375。查表得n=3时，平均随机一致性指标RI=0.52，

根据以下公式计算一致性比率CR，并进行一致性检测，

；

由于CR=0.0084﹤0.1，认为矩阵的一致性是可以接受的。

（4）指标权重的确定

矩阵的特征向量w=（0.081，0.731，0.188）^T，对应数值为各指标的权重。即微观形貌权重n₁=0.1633，水分含量权重n₂=0.5397，羟脯氨酸含量权重n₃=0.297。

因此，本发明实施方式的劣化评分公式为：S_i= 0.1633S₁+0.5397S₂+0.297S₃，其中S₁为微观形貌分值，S₂为水分含量分值，S₃为羟脯氨酸含量分值。

将检测得到的所述水分含量分值、羟脯氨酸含量分值和微观形貌分值代入至劣化评分公式即可得到劣化评分。

S106-3，将所述劣化评分与预设劣化等级对应，得到皮革制文物的劣化等级。

本发明实施例中皮革制文物各劣化等级对应评分范围如表6所示，将最终劣化评分S_i与表6对照得出劣化等级。

表6 皮革劣化等级分级及评分范围

。

通过以上方法，申请人对自行制备的皮革制文物模拟样品进行劣化程度评级，结果如表7所示。

表7 皮革制文物模拟样品劣化评估结果及最终劣化等级

。

本发明第二方面实施方式提供了皮革制文物劣化程度评级系统，图7为本申请实施例所提供的皮革制文物劣化程度评级系统的结构示意图。

皮革制文物劣化程度评级系统700，包括第一获取模块701、计算模块702、检测计算模块703、第二获取模块704、评估模块705。具体如下：

第一获取模块701，用于获取皮革制文物的电子图像；

计算模块702，用于根据所述图像计算并优化采集点布局，得到优化后的采集点；

检测计算模块703，用于检测皮革制文物在优化后的采集点的水分含量，并计算水分含量的加权平均值；

第二获取模块704，用于获取皮革制文物中羟脯氨酸含量和皮革制文物的微观形貌；

评估模块705，用于根据所述水分含量的加权平均值、羟脯氨酸含量和微观形貌来评估皮革制文物的劣化等级。

以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.皮革制文物劣化程度评级方法，其特征在于，包含：

获取皮革制文物的电子图像；

根据所述图像计算并优化采集点布局，得到优化后的采集点；

检测皮革制文物在优化后的采集点的水分含量，并计算水分含量的加权平均值；

获取皮革制文物中羟脯氨酸含量和皮革制文物的微观形貌；

根据所述水分含量的加权平均值、羟脯氨酸含量和微观形貌来评估皮革制文物的劣化等级。

2.如权利要求1所述的皮革制文物劣化程度评级方法，其特征在于，根据所述图像计算采集点布局的方法为:

分析所述图像尺寸得到图像轮廓；

根据图像轮廓计算最大长度与宽度并做出对应矩形；

从矩形中心点出发间隔预设距离设置一个采集点，直至覆盖整个皮革制文物区域。

3.如权利要求1所述的皮革制文物劣化程度评级方法，其特征在于，优化采集点布局的方法为：根据所述图像景深、明暗度或其他相关图像参数识别出可信度高的检测区域，并对采集点布局进行调整，以使采集点均落在可信度高的检测区域。

4.如权利要求3所述的皮革制文物劣化程度评级方法，其特征在于，所述可信度高的检测区域的识别方法为：分别采集皮革制文物在相机的对焦平面、前景深边界位置、后景深边界位置对应的皮革图像，去除三幅皮革图像上的模糊区域，将最终保留的清晰区域合并。

5.如权利要求1所述的皮革制文物劣化程度评级方法，其特征在于，所述水分含量的加权平均值计算公式为： ；其中，x_i为每个采集点的水分含量，n为优化采集点的数量，f_i为预设权重。

6.如权利要求1所述的皮革制文物劣化程度评级方法，其特征在于，根据所述水分含量的加权平均值、羟脯氨酸含量和微观形貌来评估皮革制文物的劣化等级的方法为：

分别对所述水分含量的加权平均值、羟脯氨酸含量和微观形貌按照预设标准进行赋值，得到水分含量分值、羟脯氨酸含量分值和微观形貌分值；

根据劣化评分公式，计算所述水分含量分值、羟脯氨酸含量分值和微观形貌分值下的劣化评分；

将所述劣化评分与预设劣化等级对应，得到皮革制文物的劣化等级。

7.如权利要求6所述的皮革制文物劣化程度评级方法，其特征在于，所述劣化评分公式为S_i= 0.1633S₁+0.5397S₂+0.297S₃，其中S₁为微观形貌分值，S₂为水分含量分值，S₃为羟脯氨酸含量分值。

8.皮革制文物劣化程度评级系统，其特征在于，包含：

第一获取模块，用于获取皮革制文物的电子图像；

计算模块，用于根据所述图像计算并优化采集点布局，得到优化后的采集点；

检测计算模块，用于检测皮革制文物在优化后的采集点的水分含量，并计算水分含量的加权平均值；

第二获取模块，用于获取皮革制文物中羟脯氨酸含量和皮革制文物的微观形貌；

评估模块，用于根据所述水分含量的加权平均值、羟脯氨酸含量和微观形貌来评估皮革制文物的劣化等级。