CN105572055A - 一种基于数码影像技术非接触式颜色检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于数码影像技术非接触式颜色检测方法。该方法通过数码相机采集标准色卡在对色观察箱中标准光源下的图像颜色数据，图像颜色数据结合标准色卡的XYZ光谱三刺激值得到两者的转换关系；使用数码相机测量标准样和批次样在对色观察箱中标准光源下的图像颜色数据，通过标准色卡获得的转换关系，计算出标准样和批次样的XYZ光谱三刺激值，基于两者XYZ光谱三刺激值计算相关色差，根据被测物品质量的要求进行颜色是否符合要求的判断。本发明排除了肉眼观察的人为影响因数，比肉眼观察的方式测试结果准确度更高更可靠；能够对彩色图像、曲面或凹凸不平、颜色混合、着色不均匀或不规则的物体表面颜色进行测量，使用范围更加广泛。
Description
技术领域
本发明涉及一种检测方法，尤其是涉及一种基于数码影像技术非接触式颜色检测方法。
背景技术
在日常工农业生产实践中，常常需要对被测物品外观颜色复制再现的质量进行评价和控制，目前常用的技术手段是肉眼目视观察或测色仪器测量。肉眼目视观察即将标准样和批次样放置于标准光源对色观察箱内由经过培训的熟练技术人员肉眼比对两者之间的差异，并做出是否符合要求的判断。测色仪器测量即将标准样和批次样分别使用仪器获取各自的色度学参数，计算两者之间的色差，并做出是否符合要求的判断。
肉眼目视观察是在符合国际CIE标准规定的标准光源对色观察箱内由经过培训的熟练技术人员完成，但是目视观察法易受使用的标准光源其光谱相对功率分布的精确程度对物体表面呈现的颜色有直接影响，加上观察者的情绪，生理和心理因素等影响，因而主观性很强，重复性很差。不同的观察者在不同的标准光源对色观察箱内给出的评判结果差异很大，即使是同一观察者，不同时期的观察结果也有很大的差别，故此在被测物品生产、销售、消费供应链上，因为目视评判的差异性会产生诸多的纠纷。
测色仪器测量的方式虽然可以尽量减少人为因素的影响，给出可靠的客观的和可重复的测量鉴定结果，但传统的测色仪器因仪器本身原理和结构的限制，无法测量彩色图像，曲面或凹凸不平、颜色混合、着色不均匀或不规则的物体表面颜色。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种可以减少人为因数的影响，又能检测彩色图像、曲面、凹凸不平、颜色混合、着色不均匀或不规则的物体表面颜色的基于数码影像技术非接触式颜色检测方法。
本发明采用以下技术方案：一种基于数码影像技术非接触式颜色检测方法，通过数码相机采集标准色卡在对色观察箱中标准光源下的图像颜色数据，图像颜色数据结合标准色卡的XYZ光谱三刺激值得到两者的转换关系；使用数码相机测量标准样和批次样在对色观察箱中标准光源下的图像颜色数据，通过标准色卡获得的转换关系，计算出标准样和批次样的XYZ光谱三刺激值，基于两者XYZ光谱三刺激值计算相关色差，根据被测物品质量的要求进行颜色是否符合要求的判断。
作为一种改进，其中标准色卡的XYZ光谱三刺激值为通过测色仪器获得或者使用标准色卡本身的标注值。
作为一种改进，其中标准光源包括日光灯，日光灯为卤钨灯配合滤光器并结合窄波LED光源补偿实现的模拟日光光源，卤钨灯配合滤光器并结合窄波LED光源进行颜色测试。
作为一种改进，标准光源还包括紫外灯，紫外灯可单独工作或在与卤钨灯、窄波LED光源同时工作时补偿紫外能量。
作为一种改进，标准光源还包括白炽灯、日落灯或荧光灯中的一种或者多种，白炽灯、日落灯、荧光灯分别单独工作进行颜色测试。
作为一种改进，图像颜色数据到XYZ三刺激值的转换关系的计算方法如下：
获取标准色卡上的N个色块的图像颜色数据，获取标准色卡上N个色卡的XYZ光谱三刺激值，建立两者之间的多项式回归模型，计算出两者之间的转换矩阵；多项式回归模型如下：
式中R为红光信号，G为绿光信号，B为蓝光信号，X、Y、Z为三刺激值，令矩阵即公式(1)可表示为H＝IM，M为需要求解的矩阵系数，基于最小二乘法，变换矩阵M可由下式求解：
M＝(ITI)-1ITH(2)
式中IT表示I的转置。
作为一种改进，通过在对色观察箱上方设置光源，配合上方的数码相机进行颜色采集；所述数码相机可设置在对色观察箱上方中部或对色观察箱上方侧面开口处；当数码相机设置在对色观察箱上方中部时，被测物品直接放置于对色观察箱底板上或放置于与观察箱底板平行的基板上；当数码相机设置在对色观察箱上方侧面开口处时，数码相机与底板成45度夹角，并在底板上设置与数码相机正对的基板，基板与底板成45度夹角，在基板上放置被测物品。
作为一种改进，在对色观察箱的侧面开口处设置窗帘，放下窗帘时对色观察箱形成密闭不透光空间，数码相机在密闭不透光空间中工作进行颜色采集；打开窗帘时可由数码相机工作进行颜色采集或者由测试人员人工测试。
本发明的有益效果：通过数码相机获取图像颜色数据，根据转换关系得到XYZ光谱三刺激值进而可以计算相关的色度学参数。排除了肉眼观察的人为影响因数，比肉眼观察的方式测试结果准确度更高更可靠。通过数码相机获取图像颜色数据的方式能够对传统测色仪器所不能检测的彩色图像、曲面或凹凸不平、颜色混合、着色不均匀或不规则的物体表面颜色进行测量，使用范围更加广泛。
附图说明
图1是本发明的流程示意图。
图2是本发明的对色观察箱的侧面剖视图一。
图3是本发明的对色观察箱的侧面剖视图二。
图4是本发明的对色观察箱的内部仰视图。
图中：1、数码相机；2、基板；3、底板；4、卤钨灯；5、滤光器；6、窄波LED光源；7、白炽灯；8、日落灯；9、荧光灯；10、紫外灯；11、窗帘。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施例做详细说明。
如图1、2、3、4所示，为本发明基于数码影像技术非接触式颜色检测方法的具体实施方式。如图1所示，为本发明的流程示意图，首先获取标准色卡的图像颜色数据和XYZ光谱三刺激值数据，基于数码相机1与当前光源得到图像颜色数据，而XYZ光谱三刺激值通过测色仪器获得或者使用标准色卡本身的标注值得到，结合两者计算出转换关系；然后到了被测物品的测试阶段，基于数码相机1与当前光源获取标准样和批次样的图像颜色数据，根据转换关系计算出标准样和批次样的XYZ光谱三刺激值，根据XYZ光谱三刺激值进行色度学运算，如果批次样与标准样相比符合要求，则测试结束，批次样可投入生产；若不符合要求，需重新制造批次样，经过数据采集和计算后再与标准样对比。相对自动化的测试相比人工肉眼测试更加准确，效率更高，所受外界的干扰较少；而数码相机1的应用又满足了不同物品的测试需求，相比传统仪器测试范围更广。
作为一种改进的具体实施方式，其中标准光源包括日光灯，日光灯为卤钨灯4配合滤光器5并结合窄波段范围为350nm-850nm的窄波LED光源6补偿实现的模拟日光光源，卤钨灯配合滤光器并结合窄波LED光源进行颜色测试。由卤钨灯4通过滤光器5，并经过窄波LED光源6补偿后，光源的质量按CIE标准D照明体规定的同色异谱指数<0.2A级水平，可以稳定的模拟日光光源，保证光源的稳定性，使数码相机1测得的图像颜色数据符合标准，颜色检测结果准确，保证产品质量。另一方面提高了卤钨灯4的稳定性，长时间使用的卤钨灯4经过LED灯6补偿后射出的补偿光线也能符合CIE标准，因此在光源使用过程中不会产生色温的变化，通过自动监控来调整补偿光线，使得辐照光源的色温符合标准。
作为一种改进的具体实施方式，标准光源还包括紫外灯10，紫外灯10与卤钨灯4、窄波LED光源6同时工作时补偿紫外能量。卤钨灯4透过滤光器5后的光线其360--390nm近紫外光谱能量只能达到CIE标准D照明体规定的能量的20％左右，在标准光源中配置365nm主波长的UV紫外灯10，出厂校准UV紫外灯10能量，可以补充卤钨灯4光源的紫外能量，UV紫外灯10与卤钨灯4、窄波LED光源6同时开启工作时能够模拟更加标准的D照明体相对光谱功率分布曲线，使测试结果更加准确。
作为一种改进的具体实施方式，标准光源还包括白炽灯7、日落灯8或荧光灯中9的一种或者多种，白炽灯7、日落灯8、荧光灯9分别单独工作进行颜色测试。颜色观察箱中标准光源可以根据需要切换成不同类型，便于根据被测物品的不同来选择标准光源，由数码相机1采集图像颜色数据，得到更加准确和全面的测试结果。
作为一种改进的具体实施方式，图像颜色数据到XYZ三刺激值的转换关系的计算方法如下：
获取标准色卡上的N个色块的图像颜色数据，获取标准色卡上N个色卡的XYZ光谱三刺激值，建立两者之间的多项式回归模型，计算出两者之间的转换矩阵；多项式回归模型如下：
式中R为红光信号，G为绿光信号，B为蓝光信号，X、Y、Z为三刺激值，令矩阵即公式(1)可表示为H＝IM，M为需要求解的矩阵系数，基于最小二乘法，变换矩阵M可由下式求解：
M＝(ITI)-1ITH(2)
式中IT表示I的转置。
以标准色卡为标准通过上述公式得到了转换关系即矩阵系数M，可以在数码相机1获取标准样和批次样的图像颜色数据后根据转换关系得到XYZ光谱三刺激值进而可以计算相关的色度学参数，对比色差由计算机判断批次样是否符合要求，自动化的检测使准确性更高，受外界的干扰小，并且应用面更广，可以测试的物品更多。
作为一种改进的具体实施方式，通过在对色观察箱上方设置光源，配合上方的数码相机1进行颜色采集；所述数码相机1可设置在对色观察箱上方中部或对色观察箱上方侧面开口处；当数码相机1设置在对色观察箱上方中部时，被测物品直接放置于对色观察箱底板3上或放置于与观察箱底板3平行的基板2上；当数码相机1设置在对色观察箱上方侧面开口处时，数码相机1与底板3成45度夹角，并在底板3上设置与数码相机1正对的基板2，基板2与底板3成45度夹角，在基板2上放置被测物品。根据光源的布置位置的不同，可以采取不同的数码相机1设置方式。当对色观察箱上方光源较密集时，可以将数码相机1设置在对色观察箱上方侧面开口处，采用45度的夹角设置基板2，令基板2正对数码相机1进行图像颜色数据的采集，上方光源以45度投射到基板2上的被测物品上，光源受干扰较少，也便于测试人员观察对色观察箱内情况。当对色观察箱上方的中部留有空间时，将数码相机1设置在对色观察箱上方中部为最佳位置，数码相机1直接采集放置于正下方被测物品的图像颜色数据，光源投向正下方的被测物品，光照效果更均匀。
作为一种改进的具体实施方式，在对色观察箱的侧面开口处设置窗帘11，放下窗帘11时对色观察箱形成密闭不透光空间，数码相机1在密闭不透光空间中工作进行颜色采集；打开窗帘11时也可由数码相机1工作进行颜色采集或者由测试人员人工测试。原来的对色观察箱为利于测试人员观察，正面为开放状态，这样外界的光源或多或少会影响到对色观察箱内的光线环境，从而影响到测试数据的准确性。设置活动的窗帘11，令窗帘11内层的颜色满足对色观察箱内壁的要求，即相匹配，使窗帘11放下后与对色观察箱内壁形成密闭不透光空间，减少外界的干扰，提高颜色测试的准确性。在打开窗帘11时，又便于测试人员进行调试或者进行直接的目视辩色。
Claims (8)
1.一种基于数码影像技术非接触式颜色检测方法，其特征在于：通过数码相机采集标准色卡在对色观察箱中标准光源下的图像颜色数据，图像颜色数据结合标准色卡的XYZ光谱三刺激值得到两者的转换关系；
使用数码相机测量标准样和批次样在对色观察箱中标准光源下的图像颜色数据，通过标准色卡获得的转换关系，计算出标准样和批次样的XYZ光谱三刺激值，基于两者XYZ光谱三刺激值进行计算相关色差，根据被测物品质量的要求进行颜色是否符合要求的判断。
2.根据权利要求1所述的一种基于数码影像技术非接触式颜色检测方法，其特征在于：其中标准色卡的XYZ光谱三刺激值为通过测色仪器获得或者使用标准色卡本身的标注值。
3.根据权利要求2所述的一种基于数码影像技术非接触式颜色检测方法，其特征在于：其中标准光源包括日光灯，日光灯为卤钨灯配合滤光器并结合窄波LED光源补偿实现的模拟日光光源，卤钨灯配合滤光器并结合窄波LED光源进行颜色测试。
4.根据权利要求3所述的一种基于数码影像技术非接触式颜色检测方法，其特征在于：标准光源还包括紫外灯，紫外灯可单独工作或在与卤钨灯、窄波LED光源同时工作时补偿紫外能量。
5.根据权利要求4所述的一种基于数码影像技术非接触式颜色检测方法，其特征在于：标准光源还包括白炽灯、日落灯或荧光灯中的一种或者多种，白炽灯、日落灯、荧光灯分别单独工作进行颜色测试。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的一种基于数码影像技术非接触式颜色检测方法，其特征在于：图像颜色数据到XYZ三刺激值的转换关系的计算方法如下：
获取标准色卡上的N个色块的图像颜色数据，获取标准色卡上N个色卡的XYZ光谱三刺激值，建立两者之间的多项式回归模型，计算出两者之间的转换矩阵；多项式回归模型如下：
式中R为红光信号，G为绿光信号，B为蓝光信号，X、Y、Z为三刺激值，令矩阵即公式(1)可表示为H＝IM，M为需要求解的矩阵系数，基于最小二乘法，变换矩阵M可由下式求解：
M＝(ITI)-1ITH(2)
式中IT表示I的转置。
7.根据权利要求6所述的一种基于数码影像技术非接触式颜色检测方法，其特征在于：通过在对色观察箱上方设置光源，配合上方的数码相机进行颜色采集；所述数码相机可设置在对色观察箱上方中部或对色观察箱上方侧面开口处；当数码相机设置在对色观察箱上方中部时，被测物品直接放置于对色观察箱底板上或放置于与观察箱底板平行的基板上；当数码相机设置在对色观察箱上方侧面开口处时，数码相机与底板成45度夹角，并在底板上设置与数码相机正对的基板，基板与底板成45度夹角，在基板上放置被测物品。
8.根据权利要求7所述的一种基于数码影像技术非接触式颜色检测方法，其特征在于：在对色观察箱的侧面开口处设置窗帘，放下窗帘时对色观察箱形成密闭不透光空间，数码相机在密闭不透光空间中工作进行颜色采集；打开窗帘时可由数码相机工作进行颜色采集或者由测试人员人工测试。
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