CN103389162A - 一种利用彩色数码相机的反射物体颜色测量仪 - Google Patents

Abstract

一种利用彩色数码相机的反射物体颜色测量仪，它包括彩色数码相机(1)、数据传输线(2)和电脑(3)。其特征在于：利用彩色数码相机(1)拍摄物体时，彩色数码相机的闪光灯(11)照明物体，物体表面的反射光进入彩色数码相机(1)，通过相机镜头(12)成像在相机焦面光敏元件彩色CCD面阵上，CCD面阵上各个像元对应于物体上的相应位置，该像元输出的信息反映了物体上对应点的颜色信息，并以红(R)、绿(G)、蓝(B)三色响应存储在相机存储器(13)中，再通过数据线传输到电脑中，电脑中的测色软件获得物体对应点的R、G、B信息，然后通过CIE1931三刺激值XYZ与RGB的数学关系将RGB信息转换成物体对应位置的CIE1931三刺激值X、Y、Z，从而获得物体的色坐标x，y。

Description

一种利用彩色数码相机的反射物体颜色测量仪

技术领域

本发明涉及一种利用彩色数码相机的反射物体颜色测量仪，属于颜色测量领域。

背景技术

颜色是人类视觉对物体的感知，是人类认识物体的主要信息。随着科技的发展。颜色的应用日渐广泛，对其测量也日趋重要。

目前常用光谱分光方法进行颜色的测量，将白光光源分光后照在物体上，测得物体的光谱反射比。根据国际照明委员会(CIE)推荐的色差计算公式，获得该物体的颜色三刺激值X、Y、Z及色坐标x，y。但其需要分光部件，结构复杂，成本高，测量面积小，工作效率低，体积大，携带不方便，而且只能测量某个区域的平均颜色，不能测量一个图像上各个位置的颜色，因此限制了其在物体颜色测量的应用。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述方法的不足而提出的一种利用彩色数码相机的反射物体颜色测量仪。

本发明设计了一种利用彩色数码相机的反射物体颜色测量仪。它包括彩色数码相机(1)、数据传输线(2)和电脑(3)。其特征在于：利用彩色数码相机(1)拍摄物体时，彩色数码相机(1)的闪光灯(11)照明物体，物体表面的反射光进入彩色数码相机(1)，通过彩色数码相机镜头(12)成像在相机焦面光敏元件彩色CCD面阵上，CCD面阵上各个像元对应于物体上的相应位置，各像元输出的信息反映了物体上对应点的颜色信息，并以红(R)、绿(G)、蓝(B)三色响应存储在相机存储器(13)中，再通过数据线(2)传输到电脑(3)中，电脑中的测色软件就获得物体的R、G、B信息，然后通过数学关系将RGB信息转换成物体对应的CIE1931三刺激值X、Y、Z，从而获得物体的颜色值色坐标x，y。

该方法能进行物体表面的非接触式拍摄，也适用于对复杂图像进行像素级水平的颜色信息采集，利用彩色数码相机的RGB信号测量颜色的颜色值是目前颜色科学中图像技术的一个重要研究方向。被拍摄对象的颜色经过照相转化为3个信号值R、G、B，这3个信号值与被拍摄对象的CIE1931颜色三刺激值X、Y、Z之间存在对应的数学关系。利用这一关系，可以求出被拍摄物体的颜色。本方法不需要使用光谱分光光度等部件，只需要彩色数码相机和计算机相关软件，即可获取拍摄物体的颜色的CIE1931三刺激值X、Y、Z，从而获得物体的色坐标x，y 。

本发明包括的数学关系如下所述：

第一步：选取不同色调、不同饱和度和不同明度的标准色卡100～300张，编号后分别用彩色数码相机对其拍摄，获得并存储在电脑(3)上的红(R)、绿(G)、蓝(B)三色响应值，由此每一张标准色卡都会有一个与之对应的RGB值，并构成RGB矩阵 $\left[\begin{array}{ccc}{R}_1& G_1& B_1\\ R_2& G_2& B_2\\ .& .& .\\ .& .& .\\ .& .& .\\ R_m& G_m& B_m\end{array}\right]$ (m是色卡数)。

第二步：用标准测色仪对上述100～300张标准色卡按照编号顺序分别进行测色，获取每张标准色卡对应的三刺激值X、Y、Z，构成XYZ矩阵 $\left[\begin{array}{ccc}{X}_1& Y_1& Z_1\\ X_2& Y_2& Z_2\\ .& .& .\\ .& .& .\\ .& .& .\\ X_m& Y_m& Z_m\end{array}\right]$ (m是色卡数)。

第三步：根据每张标准色卡通过数码相机拍摄后获取的RGB矩阵 $\left[\begin{array}{ccc}{R}_1& G_1& B_1\\ R_2& G_2& B_2\\ .& .& .\\ .& .& .\\ .& .& .\\ R_m& G_m& B_m\end{array}\right]$ (m是色卡数)和经过标准测色仪测色后获取的XYZ矩阵 $\left[\begin{array}{ccc}{X}_1& Y_1& Z_1\\ X_2& Y_2& Z_2\\ .& .& .\\ .& .& .\\ .& .& .\\ X_m& Y_m& Z_m\end{array}\right]$ (m是色卡数)，用线性回归方程，或偏最小二乘方法，或支持向量机方法，或神经网络方法在两者之间建立转换矩阵 $A=\left[\begin{array}{ccc}{a}_{11}& a_{12}& a_{13}\\ a_{21}& a_{22}& a_{23}\\ a_{31}& a_{32}& a_{33}\end{array}\right],$ 使得 $\left[\begin{array}{ccc}{R}_1& G_1& B_1\\ R_2& G_2& B_2\\ .& .& .\\ .& .& .\\ .& .& .\\ R_m& G_m& B_m\end{array}\right]\·A=\left[\begin{array}{ccc}{X}_1& Y_1& Z_1\\ X_2& Y_2& Z_2\\ .& .& .\\ .& .& .\\ .& .& .\\ X_m& Y_m& Z_m\end{array}\right]$ (m是色卡数)，即 $\left[\begin{array}{ccc}{R}_1& G_1& B_1\\ R_2& G_2& B_2\\ .& .& .\\ .& .& .\\ .& .& .\\ R_m& G_m& B_m\end{array}\right]\·\left[\begin{array}{ccc}{a}_{11}& a_{12}& a_{13}\\ a_{21}& a_{22}& a_{23}\\ a_{31}& a_{32}& a_{33}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}{X}_1& Y_1& Z_1\\ X_2& Y_2& Z_2\\ .& .& .\\ .& .& .\\ .& .& .\\ X_m& Y_m& Z_m\end{array}\right]$ (m是色卡数)。

求出转换矩阵A的各个矩阵元a_ij(i，j＝1，2，3)，则转换矩阵A就是本方法所建立的数学关系。

第四步：建立了转换矩阵A以后，物体上各个位置上的颜色值由其R_i、G_i、B_i(i表示位置序号)，和转换矩阵A获得该位置对应的三刺激值X_i、Y_i、Z_i，从而获得这个位置的色坐标x_i，y_i，该色坐标是物体对应于标准测色仪测试条件下的色坐标。

附图说明

图1是一种利用彩色数码相机的反射颜色测量仪的示意图

具体实施方式

以下结合两个实施实例证明本发明的有效性。两个实例分别选取单色和多色的物体，以表明本发明可以实现对不同反射物体的颜色测量。

实施实例1：

选取单色物体红色塑料片一张，经过彩色数码相机对其拍摄，数码相机型号为佳能PC1354。利用电脑中的测色软件分析后，得到了其RGB值，为R：203，G：95，B：110。经过本发明中的数学关系计算出的色品坐标为x＝0.525，y＝0.235。与CIE标准测色仪进行比较验证，证明测量的结果基本一致。

实施实例2：

选取多色物体药品包装盒，该包装盒外包装含有红、黄、蓝三种色块的多种颜色。利用彩色数码相机对其表面进行拍照后，通过数据线连接电脑，经过电脑中的测色软件得到其表面各个位置颜色的RGB信息，从而可得包装盒表面各个位置的颜色。其中红、黄、蓝三种较大色块的RGB值分别是红色块R：195，G：37，B：72，黄色块R：198，G：164，B：66，蓝色块R：11，G：111，B：187。经过本发明中的数据模型计算后，得到对应三个色块的色品坐标分别是红色块：x＝0.525，y＝0.235；黄色块：x＝0.525，y＝0.44；蓝色块：x＝0.085，y＝0.225。与CIE标准测色仪进行比较验证，测量结果基本一致。

Claims (3)

1.一种利用彩色数码相机的反射物体颜色测量仪，包括彩色数码相机(1)、数据传输线(2)和电脑(3)。其特征在于：利用彩色数码相机(1)拍摄物体时，彩色数码相机(1)的闪光灯(11)照明物体，物体表面的反射光进入彩色数码相机(1)，通过彩色数码相机镜头(12)成像在相机焦面光敏元件彩色CCD面阵上，彩色CCD面阵上各个像元对应于物体上的相应位置，该像元输出的信息反映了物体上对应点的颜色信息，并以红(R)、绿(G)、蓝(B)三色信号响应存储在相机存储器(13)中，再通过数据线(2)传输到电脑(3)中，电脑中的测色软件就获得物体的R、G、B信息，然后通过数学关系将RGB信息转换成物体对应的CIE1931三刺激值X、Y、Z，从而获得物体的色坐标x，y。

2.根据权利要求1所述的一种利用彩色数码相机的反射物体颜色测量仪，其特征在于：建立一个数学关系实现拍摄物体的各个位置的RGB信息向对应的CIE1931颜色三刺激值X、Y、Z的转换，此数学关系的建立步骤如下：

第一步：选取不同色调、不同饱和度和不同明度的标准色卡100-300张，编写好编号后分别用彩色数码相机对其拍摄，获得并存储在电脑(3)上的红(R)、绿(G)、蓝(B)三色响应值，由此每一张标准色卡都会有一个与之对应的RGB值，并构成RGB矩阵 $\left[\begin{array}{ccc}{R}_1& G_1& B_1\\ R_2& G_2& B_2\\ .& .& .\\ .& .& .\\ .& .& .\\ R_m& G_m& B_m\end{array}\right]$ (m是色卡数)。

第二步：用标准测色仪对上述100-300张标准色卡按照编号顺序分别进行测色，获取每张标准色卡对应的CIE1931三刺激值X、Y、Z，构成XYZ矩阵 $\left[\begin{array}{ccc}{X}_1& Y_1& Z_1\\ X_2& Y_2& Z_2\\ .& .& .\\ .& .& .\\ .& .& .\\ X_m& Y_m& Z_m\end{array}\right]$ (m是色卡数)。

第三步：根据每张标准色卡通过数码相机拍摄后获取的RGB矩阵 $\left[\begin{array}{ccc}{R}_1& G_1& B_1\\ R_2& G_2& B_2\\ .& .& .\\ .& .& .\\ .& .& .\\ R_m& G_m& B_m\end{array}\right]$ (m是色卡数)和经过标准测色仪测色后获取的XYZ矩阵 $\left[\begin{array}{ccc}{X}_1& Y_1& Z_1\\ X_2& Y_2& Z_2\\ .& .& .\\ .& .& .\\ .& .& .\\ X_m& Y_m& Z_m\end{array}\right]$ (m是色卡数)，用线性回归方程，或偏最小二乘方法，或支持向量机方法，或神经网络方法在两者之间建立转换矩阵 $A=\left[\begin{array}{ccc}{a}_{11}& a_{12}& a_{13}\\ a_{21}& a_{22}& a_{23}\\ a_{31}& a_{32}& a_{33}\end{array}\right],$ 使得 $\left[\begin{array}{ccc}{R}_1& G_1& B_1\\ R_2& G_2& B_2\\ .& .& .\\ .& .& .\\ .& .& .\\ R_m& G_m& B_m\end{array}\right]\·A=\left[\begin{array}{ccc}{X}_1& Y_1& Z_1\\ X_2& Y_2& Z_2\\ .& .& .\\ .& .& .\\ .& .& .\\ X_m& Y_m& Z_m\end{array}\right]$ (m是色卡数)，即 $\left[\begin{array}{ccc}{R}_1& G_1& B_1\\ R_2& G_2& B_2\\ .& .& .\\ .& .& .\\ .& .& .\\ R_m& G_m& B_m\end{array}\right]\·\left[\begin{array}{ccc}{a}_{11}& a_{12}& a_{13}\\ a_{21}& a_{22}& a_{23}\\ a_{31}& a_{32}& a_{33}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}{X}_1& Y_1& Z_1\\ X_2& Y_2& Z_2\\ .& .& .\\ .& .& .\\ .& .& .\\ X_m& Y_m& Z_m\end{array}\right]$ (m是色卡数)，则转换矩阵A就是本方法所建立的数学关系。

第四步：建立了转换矩阵A以后，物体上各个位置上的颜色值由其R_i、G_i、B_i(i表示位置序号)，和转换矩阵A获得该位置对应的CIE1931三刺激值X_i、Y_i、Z_i，从而求得其色坐标x_i，y_i。

3.根据权利要求1和2所述的一种利用彩色数码相机的反射物体颜色测量仪，其利用数码相机测得整个物体上各个位置点的色坐标值。

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