CN103063310A - 基于数码技术的非接触式测色方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于数码技术的非接触式测色方法及其装置。本发明通过分光辐射度计和单反相机对所选用的国际标准色卡分别进行测量和拍摄，得到每个颜色样本的CIELAB值和源数据，然后利用最小二乘法拟合CIELAB值和源数据优化得权重系数，根据这权重系数和任一测量样本的图片源数据可计算该测量样本对应的颜色值。该方法应用简单、精度高、速度快、可同时测量对个样本、具有很高的实用价值。另外，本发明也提供基于该方法的测色装置，包括一用于照明样本的灯箱(1)、放置国际标准色卡和需要测量的样本(3)的置物平台(2)，和可读取源数据的单反相机(4)。

Description

基于数码技术的非接触式测色方法及其装置

技术领域

本发明涉及一种测量颜色的方法及其装置，具体是涉及一种基于数码技术的非接触式测色方法及其装置。

背景技术

随着工业化地快速发展，颜色在油漆、纺织、油墨等领域内的传递已成为生产过程中不可或缺的一部分，在大大缩短相关产品生产周期的同时，也实现了对产品质量更好、更精确的品质管理。因此，测量颜色的准确性是决定最终产品质量的重要一环。

颜色的测量方法主要分为两种，包括使用色度计和分光光度计或分光辐射度进行测色。色度计测量物体颜色的CIEXYZ值、CIELAB值或色品坐标，该方法简单、方便、测量速度快，但不包含物体颜色的所有颜色信息；分光光度计或分光辐射度计可以测量物体色在可见光波段各波长的光谱反射率，包含物体色的所有颜色信息，但相对来说，测量速度较慢，价格贵。

不管是色度计还是分光光度计或分光辐射度计，都必须接触样本进行测量，并且受样本的材质的影响较大，例如高光泽的样本或者表面纹理明显的样本则较难地被准确测量。另外，色度计和分光光度计都无法实现对表面不平整的样本的颜色测量，且该两种仪器一次只能测量一个颜色，这对于需要大量测量的生产工业是十分费时费力的。目前，对于非接触式同时测量多种颜色的测色方法方面的研究很少。

发明内容

本发明为了解决背景技术中所述的问题，公开了一种基于数码技术的非接触式测色方法及其装置。基于本方法的测色装置可以达到不接触样本且一次测量多种颜色的目的，本发明专利的测色方法具体步骤如下：

1)选取相关的国际标准色卡，如X-Rite公司的ColorChecker标准24色色卡或该公司的ColorChecker SG140色色卡；

2)选取一照明灯箱，将所选取的国际标准色卡斜放于灯箱中央，打开所需的照明光源，如标准光源D65、A等；

3)利用一台分光辐射度计对于选取的国际标准色卡中的每一个颜色样本进行测量，测量得到每一个样本在照明光源下的CIELAB值，记为(l_i，a_i，b_i)，下标i表示为第i个颜色样本。其中，分光辐射度计的测量镜头在测量国际标准色卡中的每个颜色样本时需垂直于样本，且距离样本一定距离，一般为40-60cm；

4)移走分光辐射度计，在相同的位置放置一单反相机，相机镜头也垂直于样本。将单反相机调至手动模式，拍摄图片保存格式为源数据(RAW Data)，设置合适的曝光时间和光圈大小保证所拍摄的国际标准色卡的图片中的任一一像素的R或G或B值均未超过255，但图片中像素的最大RGB值尽量接近255，以保证充分利用相机的传感器响应范围。最终设置的曝光时间和光圈大小在以下的步骤中保持不变；

5)利用单反相机厂商提供的软件取出所拍摄国际标准色卡图片的每个像素的源数据，记为(r，g，b)。对于每一个颜色样本在图片中都占据一块像素区域，故取该区域中央的一块16×16像素区域，将该区域中总共256个像素的源数据取平均值，记为(r_i，g_i，b_i)作为第i个颜色样本的相机传感器响应值；

6)假定第i个颜色样本的CIELAB值(l_i，a_i，b_i)和相机传感器响应值(r_i，g_i，b_i)满足下式：

l_i＝m₁₁×1+m₁₂×r_i+m₁₃×g_i+m₁₄×b_i+m₁₅×r_i×g_i+m₁₆×r_i×b_i+m₁₇×g_i×b_i+m₁₈×r_i×g_i×b_ia_i＝m₂₁×1+m₂₂×r_i+m₂₃×g_i+m₂₄×b_i+m₂₅×r_i×g_i+m₂₆×r_i×b_i+m₂₇×g_i×b_i+m₂₈×r_i×g_i×b_ib_i＝m₃₁×1+m₃₂×r_i+m₃₃×g_i+m₃₄×b_i+m₃₅×r_i×g_i+m₃₆×r_i×b_i+m₃₇×g_i×b_i+m₃₈×r_i×g_i×b_i其中，三个公式的第1项表示常数项，第2-4项表示三个通道各自的响应项，第5-8项是通道间的串扰项；

7)假定每个国际标准色卡内的颜色样本均满足步骤6)中的公式，则可采用最小二乘法计算得权重系数m_xy(1≤x≤3，1≤y≤8)；

8)对于需要测量的单个或多个样本，将其放置于国际标准色卡的位置，用单反相机进行拍照，用厂商提供的软件读取出样本的源数据，再根据步骤7)中计算的权重系数和步骤6)中的公式，计算得该样本对应的CIELAB值作为其颜色值。

本发明还提供一种非接触式测色的装置，包括一用于照明样本的灯箱(其可选择多种标准光源)、放置国际标准色卡和需要测量的样本的置物平台，可读取源数据的单反相机。另外，需将整个装置放置于暗室中进行测色以防止环境光的影响。

本发明通过分光辐射度计和单反相机对所选用的国际标准色卡分别进行测量和拍摄，得到每个颜色样本的CIELAB值和源数据，然后利用最小二乘法拟合CIELAB值和源数据优化得权重系数，根据这权重系数和任一测量样本的图片源数据可计算该测量样本对应的颜色值。该方法应用简单、精度高、速度快、可同时测量对个样本、具有很高的实用价值。

附图说明

图1是基于数码技术的非接触式测色方法流程图；

图2是基于数码技术的非接触式测色装置图；

图3是基于数码技术的非接触式测色装置剖面图；

具体实施方式

以一台Konica Minolta公司的CS-2000分光辐射度计和Canon公司的5DMark II单反相机为例，对上述基于数码技术的非接触式测色方法及其装置的具体实施方式进行阐述。如图1所示，本发明的测色方法具体步骤如下：

1)选取X-Rite公司的ColorChecker SG140色色卡；

2)选用Verivide公司的CAC60CF型照明灯箱，将ColorChecker SG140色色卡以45°倾角斜放于灯箱中央，如图2和图3所示，打开最为常用的照明光源D65；3)利用CS-2000分光辐射度计对于ColorChecker SG140色色卡中的每一个颜色样本进行测量，测量得到每一个样本在D65下的CIELAB值，记为(l_i，a_i，b_i)，下标i表示为第i个颜色样本。其中，分光辐射度计的测量镜头在测量ColorChecker SG140色色卡中的每个颜色样本时需垂直于样本，距离样本50cm；4)移走分光辐射度计，在相同的位置放置Canon5D Mark II单反相机，相机镜头也垂直于样本。将单反相机调至手动模式，拍摄图片保存格式为源数据(RAWData)，经过多次调节，最终设置曝光时间为1/100秒，光圈大小2.8，保证所拍摄的ColorChecker SG140色色卡的图片中的任一一像素的R或G或B值均未超过255，最终图片中像素的最大RGB值分别为247、250、248。

5)利用厂商提供的软件取出所拍摄ColorChecker SG140色色卡图片的每个像素的源数据，记为(r，g，b)。对于每一个颜色样本在图片中都占据一块像素区域，故取该区域中央的一块16×16像素区域，将该区域中总共256个像素的源数据取平均值，记为(r_i，g_i，b_i)作为第i个颜色样本的相机传感器响应值；

6)假定第i个颜色样本的CIELAB值(l_i，a_i，b_i)和相机传感器响应值(r_i，g_i，b_i)满足下式：

l_i＝m₁₁×1+m₁₂×r_i+m₁₃×g_i+m₁₄×b_i+m₁₅×r_i×g_i+m₁₆×r_i×b_i+m₁₇×g_i×b_i+m₁₈×r_i×g_i×b_ia_i＝m₂₁×1+m₂₂×r_i+m₂₃×g_i+m₂₄×b_i+m₂₅×r_i×g_i+m₂₆×r_i×b_i+m₂₇×g_i×b_i+m₂₈×r_i×g_i×b_ib_i＝m₃₁×1+m₃₂×r_i+m₃₃×g_i+m₃₄×b_i+m₃₅×r_i×g_i+m₃₆×r_i×b_i+m₃₇×g_i×b_i+m₃₈×r_i×g_i×b_i其中，三个公式的第1项表示常数项，第2-4项表示三个通道各自的响应项，第5-8项是通道间的串扰项；

7)假定140个ColorChecker SG140色色卡内的样本均满足步骤6)中的公式，则可采用最小二乘法计算得权重系数m_xy(1≤x≤3，1≤y≤8)；

8)对于需要测量的单个或多个样本，将其放置于ColorChecker SG140色色卡的位置，用Canon5D Mark II单反相机进行拍照，用厂商提供的软件读取出样本的源数据，再根据步骤7)中计算的权重系数和步骤6)中的公式，则计算得该样本对应的CIELAB值作为其颜色值。

本发明提供一种基于数码技术的非接触式测色装置如图2和图3所示，包括一用于照明样本的灯箱(1)，该照明灯箱可提供多种常用的光源；放置国际标准色卡和需要测量的样本(3)的置物平台(2)，该平台可以保证样本一定以45°倾角斜放置于灯箱中央；可读取源数据的单反相机(4)。另外，需将整个装置放置于暗室中进行测色以防止环境光的影响。

Claims (7)

1.基于数码技术的非接触式测色方法，其特征在于包括以下步骤： 

1)选取相关的国际标准色卡； 

2)选取一照明灯箱，将所选取的国际标准色卡斜放于灯箱中央，打开所需的照明光源； 

3)利用一台分光辐射度计对于选取的国际标准色卡中的每一个颜色样本进行测量，测量得到每一个样本在照明光源下的CIELAB值，记为(l_i，a_i，b_i)，下标i表示为第i个颜色样本。其中，分光辐射度计的测量镜头在测量国际标准色卡中的每个颜色样本时需垂直于样本，且距离样本一定距离，一般为40-60cm； 

4)移走分光辐射度计，在相同的位置放置一单反相机，相机镜头也垂直于样本。将单反相机调至手动模式，拍摄图片保存格式为源数据(RAW Data)，设置合适的曝光时间和光圈大小保证所拍摄的国际标准色卡的图片中的任一一像素的R或G或B值均未超过255，但图片中像素的最大RGB值尽量接近255，以保证充分利用相机的传感器响应范围。最终设置的曝光时间和光圈大小在以下的步骤中保持不变； 

5)利用单反相机厂商提供的软件取出所拍摄国际标准色卡图片的每个像素的源数据，记为(r，g，b)。对于每一个颜色样本在图片中都占据一块像素区域，故取该区域中央的一块16×16像素区域，将该区域中总共256个像素的源数据取平均值，记为(r_i，g_i，b_i)作为第i个颜色样本的相机传感器响应值； 

6)假定第i个颜色样本的CIELAB值(l_i，a_i，b_i)和相机传感器响应值(r_i，g_i，b_i)满足下式： 

l_i＝m₁₁×1+m₁₂×r_i+m₁₃×g_i+m₁₄×b_i+m₁₅×r_i×g_i+m₁₆×r_i×b_i+m₁₇×g_i×b_i+m₁₈×r_i×g_i×b_ia_i＝m₂₁×1+m₂₂×r_i+m₂₃×g_i+m₂₄×b_i+m₂₅×r_i×g_i+m₂₆×r_i×b_i+m₂₇×g_i×b_i+m₂₈×r_i×g_i×b_ib_i＝m₃₁×1+m₃₂×r_i+m₃₃×g_i+m₃₄×b_i+m₃₅×r_i×g_i+m₃₆×r_i×b_i+m₃₇×g_i×b_i+m₃₈×r_i×g_i×b_i其中，三个公式的第1项表示常数项，第2-4项表示三个通道各自的响应项，第5-8项是通道间的串扰项； 

7)假定每个国际标准色卡内的颜色样本均满足步骤6)中的公式，则可采用最小二乘法计算得权重系数m_xy(1≤x≤3，1≤y≤8)； 

8)对于需要测量的单个或多个样本，将其放置于国际标准色卡的位置，用单反相机进行拍照，用厂商提供的软件读取出样本的源数据，再根据步骤7)中计算的权重系数和步骤6)中的公式，计算得该样本对应的CIELAB值作为其颜色值。 

2.根据权利要求1所述的基于数码技术的非接触式测色方法，其特征在于所述步骤1)中选取的相关国际标准色卡；也可根据需要采用自制的颜色样本。 

3.根据权利要求1所述的基于数码技术的非接触式测色方法，其特征在于所述步骤2)中选取一照明灯箱，将所选取的国际标准色卡斜放于灯箱中央，打开所需的照明光源；斜放倾角在30°-60°范围内自由选择，一般设置为45°。 

4.根据权利要求1所述的基于数码技术的非接触式测色方法，其特征在于所述步骤3)中利用一台分光辐射度计对于选取的国际标准色卡中的每一个颜色样本进行测量，测量得到每一个样本在照明光源下的CIELAB值，要保证分光辐射度计的测量镜头在测量时需垂直于测量样本，且距离样本一定距离，一般为40-60cm。 

5.根据权利要求1所述的基于数码技术的非接触式测色方法，其特征在于所述步骤5)中利用软件取出所拍摄国际标准色卡图片的每个像素的源数据，记为(r，g，b)。对于每一个颜色样本在图片中都占据一块像素区域，故取该区域中央的一块16×16像素区域，将该区域中总共256个像素的源数据取平均值，记为(r_i，g_i，b_i)作为第i个颜色样本的相机传感器响应值；也可选择其他尺寸的像素区域求取颜色样本的相机传感器响应值，如20×20。 

6.根据权利要求1所述的基于数码技术的非接触式测色方法，其特征在于所述步骤6)-7)中根据每个国际标准色卡中样本的CIELAB值和相机传感器响应值以及包含常数项、单通道响应项、串扰项的多项式，采用最小二乘法求取权重系数。 

7.基于数码技术的非接触式测色装置，其特征在于包括一用于照明样本的灯箱(1)，该照明灯箱可提供多种常用的光源；放置国际标准色卡和需要测量的样本(3)的置物平台(2)，该平台可以保证样本以一定倾角斜放置于灯箱中央；可读取源数据的单反相机(4)。 

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