CN107144353B - 一种基于数码相机的纺织品色差测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于数码相机的纺织品色差测量方法，首先选取国际标准色卡作为训练样本，采用数码相机获取训练样本的RGB颜色值，采用标准分光光度计测量训练样本的CIELAB值，然后采用训练样本的RGB颜色值构建预设的色差测量模型ρi，采用训练样本的CIELAB值构建σi并训练ρi得到色差测量模型Mρi，然后获取测试样本的RGB颜色值并代入色差测量模型得到测试样本的CIELAB值，最后将测试样本的CIELAB值代入色差公式得到待测样本的色差。本发明的测量方法可同时测量多个样本，实现了纺织品色差的快速、准确和客观检测，同时具有应用简单、成本低和结构简单的优点，可应用于纺织品色差自动检测与控制领域。
Description
技术领域
本发明属于图像分析处理领域，涉及一种基于数码相机的纺织品色差测量方法，应用于纺织品色差自动检测与控制领域。
背景技术
纺织行业中颜色是一项重要参数，颜色直接关系到产品的质量、等级和价格，同一批产品颜色差别较大，直接影响到企业的经济效益，因此纺织品的颜色检验，即色差评定成为纺织品质量检测的重要指标之一。
目前国内外的纺织品的色差检验主要有人工目测法与仪器法。人工目测法是在标准光源下，将被测样本与国标灰卡进行人眼比对以判定具体级数，该方法虽然操作简单，但对检验人员要求较高且受主观因素影响较大，存在结果一致性差、客观性差及易产生争议等缺点。仪器法主要采用色差值进行客观的色差评级，目前主要有色度计和Datacolor测色仪(分光光度计)，色度计能够获取物体的色度颜色信息，但不能测量得到物体本征颜色信息的光谱反射比信息；分光光度计可以测量物体颜色在可见光波段各波长的光谱反射率，但相对来说，结构复杂，测量速度较慢，价格贵，另外，分光光度计测色时必须接触样本进行测量，并且受样本的材质和尺寸大小的影响较大，例如对于表面纹理明显以及表面不平整的样本则较难地被准确测量，对少量的纱线样本也无法测量，而且一次只能测量一个颜色，这对于很多的生产工业是十分费时费力的。
数字成像测色系统可以有效解决当前几种颜色测量方法存在的不足，数字成像测色系统属于非接触式方式，使得其测量对象所受的物理条件限制较小，除此之外，用数字图像文件格式描述测量结果，还拥有与电脑交互的强大功能，可借助于数字通讯网络，实现图像的实时传递。曾珊珊等人基于多项式模型，建立了数码相机的RGB信息到与设备无关的CIELAB空间的CIE标准观察的三刺激值之间一种非线性关系；肖志涛等人自主开发了数字测色系统TDColor，可用来测量非常小(一个像素)或不规则的图像；岑夏凤通过分光辐射度计和单反相机优化得CIELAB值和图像源数据权重系数；张显斗等人基于多项式等模型实现目标样本值RGB到所选取的照明体或光源下CIEXYZ三刺激值的预测。然而这些方法存在同色异谱问题，所建立的转换关系只在特定的照明和观察环境下适用，其模型也只有固定的几种，测量样本数量不够多。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术测量纺织品色差准确度低、成本高和操作复杂等问题，提供一种基于数码相机的纺织品色差测量方法，实现纺织品色差的快速、准确和客观检测。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种基于数码相机的纺织品色差测量方法，步骤如下：
(1)选取国际标准色卡作为训练样本，采用数码相机获取训练样本的RGB颜色值，记为(r,g,b)，同时采用标准分光光度计测量训练样本的CIELAB值，记为(L,a,b)；
(2)采用训练样本的(r,g,b)构建预设的色差测量模型ρi，采用训练样本的(r,g,b)采用训练样本的(L,a,b)构建σi，然后计算σi与ρi之间的转换矩阵M，Mρi即为色差测量模型，σi与ρi之间的转换公式如下：
σi＝Mρi；
ρi＝[1 r g b rg rb gb r2 g2 b2 r3 g3 b3 rgb(rgb)2]；
σi＝[L a b]；
(3)采用数码相机获取n对测试样本的RGB颜色值，记为(r1,g1,b1)、(r2,g2,b2)...(ri,gi,bi)...(rn,gn,bn)，将其分别代入色差测量模型得到测试样本的CIELAB值，记为(L1,a1,b1)、(L2,a2,b2)…(Li,gi,bi)…(Ln,gn,bn)；
(4)将(L1,a1,b1)、(L2,a2,b2)…(Li,gi,bi)…(Ln,gn,bn)代入色差公式得到待测样本的色差；
其中，采用数码相机获取训练样本和测试样本的RGB颜色值时，数码相机的测量参数相同。
作为优选的技术方案：
如上所述的一种基于数码相机的纺织品色差测量方法，所述训练样本中含有35张以上国际标准色卡，所述国际标准色卡包含24色相环。
如上所述的一种基于数码相机的纺织品色差测量方法，所述训练样本中含有200～500张国际标准色卡，采用数码相机获取样本的RGB颜色值具体操作为：首先将样本置于标准光源箱内，然后采用数码相机采集样本的图像，最后提取图像的RGB颜色值。
如上所述的一种基于数码相机的纺织品色差测量方法，所述标准光源箱内的照明光源为D65照明体，拍照条件为45°/垂直。
如上所述的一种基于数码相机的纺织品色差测量方法，所述数码相机支持手动曝光设置和采集RAW格式图像，本发明直接在其RAW格式文件上提取r、g、b三个滤镜的平均值作为原始RGB颜色值的输出，实现了精确到像素级数据提取，测量结果精确，相机可同时对多个样本进行拍照获取RAW格式图像，进而实现多个样本同时测量分析。
如上所述的一种基于数码相机的纺织品色差测量方法，所述提取图像的RGB颜色值是指选取图像中心区域100×100个像素，根据相机感光器件表面的拜耳滤镜排列方式分别提取r、g、b三个分量的平均值，数码相机图像传感器(CMOS或CCD)所能采集到的RGB颜色信息由其表面的特定滤光片(也称拜耳滤镜)所决定，每个滤镜只能透过对应波长的光信号，剩余的两种颜色要经过差值计算得到，滤镜下方对应的像素点的RGB就是此时计算得到的颜色信息，这个过程称为色彩插值或“去马赛克”。
如上所述的一种基于数码相机的纺织品色差测量方法，所述样本的RGB颜色值是指5个图像的RGB颜色值的平均值。
如上所述的一种基于数码相机的纺织品色差测量方法，采用σi训练ρi得到二者之间的转换矩阵M，转换矩阵M是利用伪逆或者最小二乘法拟合ρi和σi值得到；所述转换矩阵M的大小为15×3。
如上所述的一种基于数码相机的纺织品色差测量方法，所述色差公式为CIEDE2000色差公式。
如上所述的一种基于数码相机的纺织品色差测量方法，测量方法使用的装置主要由标准光源箱、置物平台、数码相机和数码相机支架组成，置物平台位于标准光源箱内，数码相机位于标准光源箱外且由数码相机支架进行固定，置物平台的工作面与水平面之间的夹角为45°，数码相机的摄像头面向置物平台的工作面。有益效果：
(1)本发明的测量方法使用的测色系统相对于现有技术中的色度计和分光光度计等其他测色设备具有成本低、速度快和结构简单的优点；
(2)本发明的测量方法能够与电脑交互，借助于数字通讯网络，实现图像的实时传递；
(3)本发明的测量方法可以实现精确到像素级的色差测量。
附图说明
图1为本发明测量方法的流程图；
图2为本发明测量方法使用的装置示意图；
图3为本发明测量方法使用的装置右视图；
其中，1-标准光源箱，2-置物平台，3-测试样本，4-数码相机。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
一种基于数码相机的纺织品色差测量方法，其测试流程如图1所示，具体步骤如下：
(1)选取200张包含24色相环的不同颜色的国际标准色卡作为训练样本，将样本置于标准光源箱内，标准光源箱内的照明光源为D65照明体，拍照条件为45°/垂直，采用训练数码相机拍照采集样本的图像，选取5张样本图像中心区域100×100个像素内的图像，根据相机感光器件表面的拜耳滤镜排列方式提取图像的r、g、b三个分量的平均值，记为(r,g,b)，同时采用标准分光光度计测量训练样本的CIELAB值，记为(L,a,b)；
(2)采用训练样本的(r,g,b)构建预设的色差测量模型ρi，采用训练样本的(L,a,b)构建σi，然后利用最小二乘法拟合ρi和σi值得到转换矩阵M，转换矩阵M的大小为15×3，Mρi即为色差测量模型，σi与ρi之间的转换公式如下：
σi＝Mρi；
ρi＝[1 r g b rg rb gb r2 g2 b2 r3 g3 b3 rgb(rgb)2]；
σi＝[L a b]；
(3)采用数码相机获取50对测试样本的RGB颜色值，记为(r1,g1,b1)、(r2,g2,b2)...(ri,gi,bi)...(r50,g50,b50)，将其分别代入色差测量模型得到测试样本的CIELAB值，记为(L1,a1,b1)、(L2,a2,b2)…(Li,gi,bi)…(L50,g50,b50)；
(4)将(L1,a1,b1)、(L2,a2,b2)…(Li,gi,bi)…(L50,g50,b50)代入CIEDE2000色差公式得到待测样本的色差；
其中使用数码相机获样本时采集装置的示意图如图2、图3所示，采集装置主要由标准光源箱1、置物平台2、测试样本3、数码相机4和数码相机支架组成，置物平台2位于标准光源箱1内，数码相机4位于标准光源箱1外且由数码相机支架进行固定，数码相机4支持手动曝光设置和采集RAW格式图像，置物平台2的工作面与水平面之间的夹角为45°，数码相机4的摄像头面向置物平台2的工作面，采用数码相机4获取训练样本和测试样本的RGB颜色值时，数码相机4的测量参数相同。
Claims (10)
1.一种基于数码相机的纺织品色差测量方法，其特征是，步骤如下：
(1)选取国际标准色卡作为训练样本，采用数码相机获取训练样本的RGB颜色值，记为(r,g,b)，同时采用标准分光光度计测量训练样本的CIELAB值，记为(L,a,b)；
(2)采用训练样本的(r,g,b)构建预设的色差测量模型ρi，采用训练样本的(L,a,b)构建σi，然后计算σi与ρi之间的转换矩阵M，即为色差测量模型，σi与ρi之间的转换公式如下：
σi＝Mρi；
ρi＝[1 r g b rg rb gb r2 g2 b2 r3 g3 b3 rgb(rgb)2]；
σi＝[L a b]；
(3)采用数码相机获取n对测试样本的RGB颜色值，记为(r1,g1,b1)、(r2,g2,b2)...(ri,gi,bi)...(rn,gn,bn)，将其分别代入色差测量模型得到测试样本的CIELAB值，记为(L1,a1,b1)、(L2,a2,b2)...(Li,ai,bi)...(Ln,an,bn)；
(4)将(L1,a1,b1)、(L2,a2,b2)...(Li,ai,bi)...(Ln,an,bn)代入色差公式得到待测样本的色差；
其中，采用数码相机获取训练样本和测试样本的RGB颜色值时，数码相机的测量参数相同。
2.根据权利要求1所述的一种基于数码相机的纺织品色差测量方法，其特征在于，所述训练样本中含有35张以上国际标准色卡，所述国际标准色卡包含24色相环。
3.根据权利要求2所述的一种基于数码相机的纺织品色差测量方法，其特征在于，所述训练样本中含有200～500张国际标准色卡，采用数码相机获取样本的RGB颜色值具体操作为：首先将样本置于标准光源箱内，然后采用数码相机采集样本的图像，最后提取图像的RGB颜色值。
4.根据权利要求3所述的一种基于数码相机的纺织品色差测量方法，其特征在于，所述标准光源箱内的照明光源为D65照明体。
5.根据权利要求3所述的一种基于数码相机的纺织品色差测量方法，其特征在于，所述数码相机支持手动曝光设置和采集RAW格式图像。
6.根据权利要求3所述的一种基于数码相机的纺织品色差测量方法，其特征在于，所述提取图像的RGB颜色值是指选取图像中心区域100×100个像素，根据相机感光器件表面的拜耳滤镜排列方式分别提取r、g、b三个分量的平均值。
7.根据权利要求3所述的一种基于数码相机的纺织品色差测量方法，其特征在于，所述样本的RGB颜色值是指5个图像的RGB颜色值的平均值。
8.根据权利要求1所述的一种基于数码相机的纺织品色差测量方法，其特征在于，采用σi训练ρi得到二者之间的转换矩阵M，转换矩阵M是利用伪逆或者最小二乘法拟合ρi和σi值得到的；所述转换矩阵M的大小为15×3。
9.根据权利要求1所述的一种基于数码相机的纺织品色差测量方法，其特征在于，所述色差公式为CIEDE2000色差公式。
10.根据权利要求1所述的一种基于数码相机的纺织品色差测量方法，其特征在于，测量方法使用的装置主要由标准光源箱、置物平台、数码相机和数码相机支架组成，置物平台位于标准光源箱内，数码相机位于标准光源箱外且由数码相机支架进行固定，置物平台的工作面与水平面之间的夹角为45°，数码相机的摄像头面向置物平台的工作面。
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