CN110930464A - 一种基于色调直方图统计的颜色检测方法，装置与系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于色调直方图统计的颜色检测方法，装置与系统，应用于工业现场印刷。该基于色调直方图统计的颜色检测方法包括：基于读取的目标场景的标准图像生成标准色调直方图，并对所述标准色调直方图进行平滑降噪处理，得到优化的标准色调直方图；根据阈值参数调整所述优化的标准色调直方图，得到所述优化的标准色调直方图的高阈值曲线及低阈值曲线；基于读取的同一目标场景的待检图像生成所述目标场景的待检色调直方图，并对所述待检色调直方图进行平滑降噪处理，得到优化的待检色调直方图；将所述待检色调直方图与所述高阈值曲线及所述低阈值曲线进行差异性度量，得到超差色调数目；根据所述超差色调数目确定所述待检图像的颜色差异。
Description
技术领域
本发明涉及工业印刷领域，尤其涉及一种基于色调直方图统计的颜色检测方法，装置与系统。
背景技术
颜色检测在当前社会应用相当广泛，涉及工业现场印刷、服装纺织、油墨油漆制造以及摄影摄像等技术领域。在这些技术领域中，往往需要对目标的颜色进行检测，以验证目标颜色是否正确。甚至在工业现场印刷领域，颜色检测成为印刷品质量检测的关键环节，颜色检测的结果决定待检印刷品是否合格。因此，颜色检测的研究成为各领域一项不可或缺的课题。
随着颜色空间的发展和色彩识别技术的进步，工业现场印刷领域的颜色检测方法繁多，在此提出一种基于色调直方图统计的颜色检测方法。例如，HSI颜色空间中的H色调分量表示基本颜色，所以待检印刷品的色调直方图分布就代表待检印刷品的整体颜色分布。当待检印刷品颜色不正确，其色调直方图上将会有所反应。因此，我们通过比较待检印刷品与合格印刷品的色调直方图差异程度，去判断待检印刷品颜色是否正确。
鉴于此，提出本发明。
发明内容
本发明提出一种基于色调直方图统计的颜色检测方法，装置与系统，用于解决现有技术中目标场景的待检图像颜色的正确性检测问题。
为实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供一种基于色调直方图统计的颜色检测方法，并采用如下技术方案：
该基于色调直方图统计的颜色检测方法，包括：
基于读取的目标场景的标准图像生成标准色调直方图，并对所述标准色调直方图进行平滑降噪处理，得到优化的标准色调直方图；根据预设的阈值参数调整所述优化的标准色调直方图，得到所述优化的标准色调直方图的高阈值曲线及低阈值曲线；基于读取的同一目标场景的待检图像生成待检色调直方图，并对所述待检色调直方图进行平滑降噪处理，得到优化的待检色调直方图；将所述待检色调直方图与所述高阈值曲线及所述低阈值曲线进行差异性度量，得到超差色调数目；根据所述超差色调数目确定所述待检图像的颜色差异。
进一步地，所述基于读取的目标场景的标准图像生成标准色调直方图，并对所述标准色调直方图进行平滑降噪处理，得到优化的标准色调直方图包括：色调分量提取阶段：提取所述标准图像的R、G、B分量，调用RGB颜色空间与HIS颜色空间转换关系，将所述R、G、B分量转换为标准图像的H色调分量；色调直方图生成阶段：统计所述标准图像中各H色调分量的数目，绘制标准图像的标准色调直方图；滤波阶段：使用滤波器对所述标准色调直方图进行平滑降噪处理，得到优化的标准色调直方图。
进一步地，所述根据预设的阈值参数调整所述优化的标准色调直方图包括：所述阈值参数为所述优化的标准色调直方图的上偏差百分比和下偏差百分比；其中，高阈值曲线＝(1+上偏差百分比)乘以优化的标准色调直方图；低阈值曲线＝(1-下偏差百分比)乘以优化的标准色调直方图。
进一步地，所述基于读取的同一目标场景的待检图像生成待检色调直方图，并对所述待检色调直方图进行平滑降噪处理，得到优化的待检色调直方图包括：执行所述色调分量提取阶段对所述待检图像进行处理，得到待检图像的H色调分量，执行所述色调直方图生成阶段对待检图像各H色调分量进行处理，生成待检色调直方图，执行所述滤波阶段对待检色调直方图进行处理，得到优化的待检色调直方图。
进一步地，所述将优化的待检色调直方图与所述高阈值曲线以及所述低阈值曲线进行差异性度量包括：将所述优化的待检色调直方图与所述高阈值曲线及所述低阈值曲线进行逐色调对比，统计超差色调数目；所述超差色调为优化的待检色调直方图中高于所述高阈值曲线或低于所述低阈值曲线的色调。
进一步地，所述根据所述超差色调数目输出所述待检图像的颜色差异包括：将所述超差色调数目与预设颜色差异阈值进行比较，在所述超差色调的数目超过所述颜色差异阈值时，确认所述目标场景的待检图像存在颜色差异；在所述超差色调的数目不超过所述颜色差异阈值时，确认所述目标场景的待检图像颜色正常。
根据本发明的另外一个方面，提供一种基于色调直方图统计的颜色检测装置，并采用如下技术方案：
基于色调直方图统计的颜色检测装置包括：模型训练模块，用于根据读取的目标场景的标准图像生成标准色调直方图，平滑降噪后，调用预设的阈值参数调整优化的标准色调直方图，得到高阈值曲线以及低阈值曲线；模型检测模块，用于根据读取的同一目标场景的待检图像生成待检色调直方图，平滑降噪后，将优化的待检色调直方图与所述高阈值曲线及所述低阈值曲线进行差异性度量，根据统计的超差色调数目输出所述待检图像的颜色差异。
进一步地，所述模型训练模块包括：第一读取单元，用于读取目标场景的标准图像；第一生成单元，用于根据所述标准图像生成目标场景的标准色调直方图，并对所述标准色调直方图进行平滑降噪处理，得到优化的标准色调直方图；阈值曲线获取单元，用于调用预设的阈值参数调整优化的标准色调直方图，获取优化的标准色调直方图的高阈值曲线以及低阈值曲线。
进一步地，所述模型检测模块包括：第二读取单元，用于读取同一目标场景的待检图像和所述高阈值曲线以及低阈值曲线；第二生成单元，用于根据所述待检图像生成目标场景的待检色调直方图，并对所述待检色调直方图进行平滑降噪处理，得到优化的待检色调直方图；差异性度量单元，用于将优化的待检色调直方图与所述高阈值曲线及所述低阈值曲线进行比较，统计优化的待检色调直方图中超差色调数目；检测结果输出单元，用于根据所述超差色调数目输出所述待检图像的颜色差异检测结果。
根据本发明的又一个方面，提供一种基于色调直方图统计的颜色检测系统，并采用如下技术方案：
该基于色调直方图统计的颜色检测包括上述的颜色检测装置。
本发明将读取的目标场景的标准图像、待检图像进行转换、平滑降噪处理，分别得到标准色调直方图以及待检色调直方图，对标准色调直方图按预设的阈值参数调整得到高、低阈值曲线；通过待检色调直方图与标准图像的高、低阈值曲线的差异性度量，从而验证目标场景的待检图像颜色的正确性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1表示本发明实施例所述的基于色调直方图统计的颜色检测方法总流程图；
图2表示本发明实施例所述的标准图像的标准色调直方图；
图3表示本发明实施例所述的标准图像优化的标准色调直方图；
图4表示本发明实施例所述的优化的标准色调直方图的高、低阈值曲线图；
图5表示本发明实施例所述的优化的待检色调直方图(虚线)与高、低阈值曲线关系图；
图6表示本发明实施例所述的优化的待检色调直方图(虚线)中色调超差区域放大显示图；
图7表示本发明实施例所述的基于色调直方图统计的颜色检测装置总流程图。
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做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。
图1表示本发明实施例所述的基于色调直方图统计的颜色检测方法总流程图。
参见图1所示，一种基于色调直方图统计的颜色检测方法包括：
S101：基于读取的目标场景的标准图像生成标准色调直方图，并对所述标准色调直方图进行平滑降噪处理，得到优化的标准色调直方图；
S103：根据预设的阈值参数调整所述优化的标准色调直方图，得到所述优化的标准色调直方图的高阈值曲线及低阈值曲线；
S105：基于读取的同一目标场景的待检图像生成待检色调直方图，并对所述待检色调直方图进行平滑降噪处理，得到优化的待检色调直方图；
S107：将所述待检色调直方图与所述高阈值曲线及所述低阈值曲线进行差异性度量，得到超差色调数目；
S109：根据所述超差色调数目输出所述待检图像的颜色差异。
在步骤S101中，基于读取的目标场景的标准图像生成标准色调直方图，并对所述标准色调直方图进行平滑降噪处理，得到优化的标准色调直方图。具体方法如下：
色调分量提取阶段,数字相机拍摄的RGB图像的颜色空间虽然也包含色彩信息，但是很不直观，HSI颜色空间中的色调分量直观地描述了基本色彩信息。HSI颜色空间的H色调分量与RGB颜色空间的R、G、B分量的转换关系如下：
作为优化的技术方案，还可以通过加、乘系数把H取值范围调整到[0，255]。
色调直方图生成阶段，标准图像的标准色调直方图是一维离散函数，具体如下：
h(k)＝nk，k＝0,1,2,……,359 公式2
其中，h(k)为标准色调直方图，nk为标准图像中色调值等于k的像素个数的总和，标准图像的色调值域为[0，359]；作为优化的技术方案，当标准图像中像素饱和度非常低，即颜色接近中性灰色时，RGB颜色空间的R、G、B分量接近，此时利用公式1计算的HSI颜色空间的H色调分量值发生抖动，且包含的色彩信息少。因此，在生成色调直方图时，饱和度低于一定阈值的像素不参与统计。图2为横向为色调值，纵向为点数的标准色调直方图。
滤波阶段，由于噪声影响，标准图像的标准色调直方图中通常会存在大量的尖峰噪声。为提高颜色检测的抗噪声干扰能力，使用滤波器对标准色调直方图进行平滑降噪处理。
所述滤波器包括但不限于：高斯滤波器，高斯滤波器是应用最为广泛的低通滤波器。高斯函数的数学表示为：
其中，σ为高斯函数的宽度控制参数；
对于离散信号，设滤波器宽度为W，滤波器半宽为
Int()为取整函数，则σ＝Wh/4。滤波器系数构造公式为：
其中，
更具体地，用高斯滤波器对标准色调直方图进行滤波实质上就是进行如下卷积计算：
其中，h(x)为标准色调直方图，h′(x)是滤波后的色调直方图，f(i)为高斯滤波器，x＝0,1,2,……,359；作为优化的技术方案，对于公式5的卷积，其边界填充策略不能使用常规的近邻填充策略。如图2所示，标准色调直方图中两端色调在物理上是连续的，而在数学表示时被人为地分隔开。因此在边界填充时有必要考虑这种物理特性，因而公式5改进为：
其中，L为色调直方图数据长度(即360)，％为取模运算；标准图像的标准色调直方图经过高斯滤波器平滑降噪处理后，得到优化的标准色调直方图如图3。
本实施例通过上述方案，即提供一种根据读取的标准图像生成标准色调直方图，并对标准色调直方图进行平滑降噪处理，得到优化的标准色调直方图的具体实施方案，原理清晰，结构优化，为后面获取标准色调直方图的高、低阈值曲线做好准备工作。
在步骤S103中，根据预设的阈值参数调整步骤S101中优化的标准色调直方图，得到优化的标准色调直方图的高阈值曲线及低阈值曲线。
基于颜色检测的基本流程可知，在对待检色调直方图进行差异度量时，可为每个色调设定高、低阈值；每个色调的高、低阈值是优化的标准色调直方图添加上、下偏差百分比获取的，具体方法如下：
设标准目标图像的色调直方图为HM(k)，上偏差百分比为Pup，下偏差百分比为Plow，则标准色调直方图的高、低阈值可确定为：
Hup(k)＝(1+Pup)HM(k) 公式7
Hlow(k)＝(1-Plow)HM(k) 公式8
其中，Hup(k)为色调直方图高阈值，Hlow(k)为色调直方图低阈值，k＝0,1,2,……,359；
本实施例通过上述方案，通过预设的上、下偏差百分比调整优化的标准色调直方图，得到优化的标准色调直方图的高阈值曲线以及低阈值曲线，操作易于实现，为待检色调直方图的颜色检测提供依据。本实施例设定上、下偏差百分比均为30％，得到的优化的标准色调直方图的高、低阈值曲线如图4所示。
本实施例通过上述方案，即步骤S101及步骤S103构成模型训练模块，用于根据目标场景的标准图像生成优化的标准色调直方图，调用预设的阈值参数获取并保存优化的标准色调直方图的高、低阈值曲线。
在步骤S105中，基于读取的同一目标场景的待检图像生成待检色调直方图，并对所述待检色调直方图进行平滑降噪处理，得到优化的待检色调直方图。具体方法与步骤S101类似，经历色调分量提取阶段、色调直方图生成阶段及滤波阶段得到的优化的待检图像的待检色调直方图如图5中虚线所示。
在步骤S107中，将步骤S105中生成的优化的待检色调直方图与步骤S103获取的高阈值曲线及所述低阈值曲线进行差异性度量，得到超差色调数目，具体方法如下：
如图5所示，待检色调直方图与高、低阈值曲线在色调维度进行逐个比对，将待检色调直方图中高于高阈值曲线或低于低阈值曲线的色调定义为超差色调，从左向右遍历横轴，统计待检色调直方图中超差色调的数目。图5中箭头指向处为色调超差的区域。
为方便观察，将图5中箭头指向处放大显示，得到图6色调超差区域的放大显示图。待检色调直方图中超差色调统计函数如下：
其中，设待检目标图像的色调直方图为HT(k)，N为超差色调数目，k＝0,1,2,……,359；
在步骤S109中，判断步骤S107中统计的超差色调数目是否超过颜色差异阈值，从而输出待检图像颜色正确性的检测结果，具体为：
若待检色调直方图中超差色调数目超过颜色差异阈值，则输出待检图像存在颜色差异信息；若统计的超差色调数目不超过颜色差异阈值，则输出待检图像颜色正常信息。所以，待检图像颜色的差异性度量就归结到色调直方图的差异性度量。
本实施例通过上述方案，即步骤S105、步骤S107及步骤S109构成模型检测模块，读入模型训练模块保存的高、低阈值曲线，将待检色调直方图与高低阈值曲线做差异性度量，实现目标场景的待检图像与标准图像的差异性度量，最终达到待检图像颜色检测的目的。
本发明的第二个方面，提供一种基于色调直方图统计的颜色检测装置，如图7所示，包括：
模型训练模块10，用于根据读取的目标场景的标准图像生成标准色调直方图，平滑降噪后，调用预设的阈值参数调整优化的标准色调直方图，得到高阈值曲线以及低阈值曲线；模型检测模块30，用于根据读取的同一目标场景的待检图像生成待检色调直方图，平滑降噪后，将优化的待检色调直方图与所述高阈值曲线及所述低阈值曲线进行差异性度量，根据统计的超差色调数目输出所述待检图像的颜色差异。
更具体地，所述模型训练模块10包括：第一读取单元101，用于读取目标场景的标准图像；第一生成单元102，用于根据所述标准图像生成目标场景的标准色调直方图，并对所述标准色调直方图进行平滑降噪处理，得到优化的标准色调直方图；阈值曲线获取单元103，用于调用预设的阈值参数调整优化的标准色调直方图，获取优化的标准色调直方图的高阈值曲线以及低阈值曲线。
更具体地，所述模型检测模块30包括：第二读取单元301，用于读取同一目标场景的待检图像和所述高阈值曲线以及低阈值曲线；第二生成单元302，用于根据所述待检图像生成目标场景的待检色调直方图，并对所述待检色调直方图进行平滑降噪处理，得到优化的待检色调直方图；差异性度量单元303，用于将优化的待检色调直方图与所述高阈值曲线及所述低阈值曲线进行比较，统计优化的待检色调直方图中超差色调数目；检测结果输出单元304，用于根据所述超差色调数目输出所述待检图像的颜色差异检测结果。
本发明的第三个方面，提供基于色调直方图统计的颜色检测系统，包括上述的基于色调直方图统计的颜色检测装置。
综上，本发明公开的基于色调直方图统计的颜色检测方法通过将读取的目标场景的标准图像、待检图像分别进行转换得到标准色调直方图以及待检色调直方图，对标准色调直方图按预设的阈值参数调整得到高、低阈值曲线；通过待检色调直方图与标准图像的高、低阈值曲线的差异性度量，从而达到待检图像颜色检测的目的。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种基于色调直方图统计的颜色检测方法，其特征在于，包括：
基于读取的目标场景的标准图像生成标准色调直方图，并对所述标准色调直方图进行平滑降噪处理，得到优化的标准色调直方图；
根据预设的阈值参数调整所述优化的标准色调直方图，得到所述优化的标准色调直方图的高阈值曲线及低阈值曲线；
基于读取的同一目标场景的待检图像生成待检色调直方图，并对所述待检色调直方图进行平滑降噪处理，得到优化的待检色调直方图；
将所述待检色调直方图与所述高阈值曲线及所述低阈值曲线进行差异性度量，得到超差色调数目；
根据所述超差色调数目确定所述待检图像的颜色差异。
2.如权利要求1所述的基于色调直方图统计的颜色检测方法，其特征在于，所述基于读取的目标场景的标准图像生成标准色调直方图，并对所述标准色调直方图进行平滑降噪处理，得到优化的标准色调直方图包括：
色调分量提取阶段：提取所述标准图像的R、G、B分量，调用RGB颜色空间与HIS颜色空间转换关系，将所述R、G、B分量转换为标准图像的H色调分量；
色调直方图生成阶段：统计所述标准图像中各H色调分量的数目，绘制标准图像的标准色调直方图；
滤波阶段：使用滤波器对所述标准色调直方图进行平滑降噪处理，得到优化的标准色调直方图。
3.如权利要求1所述的基于色调直方图统计的颜色检测方法，其特征在于，所述根据预设的阈值参数调整所述优化的标准色调直方图包括：
所述阈值参数为所述优化的标准色调直方图的上偏差百分比和下偏差百分比；其中，
高阈值曲线＝(1+上偏差百分比)乘以优化的标准色调直方图；
低阈值曲线＝(1-下偏差百分比)乘以优化的标准色调直方图。
4.如权利要求2所述的基于色调直方图统计的颜色检测方法，其特征在于，所述基于读取的同一目标场景的待检图像生成待检色调直方图，并对所述待检色调直方图进行平滑降噪处理，得到优化的待检色调直方图包括：
执行所述色调分量提取阶段对所述待检图像进行处理，得到待检图像的H色调分量，执行所述色调直方图生成阶段对待检图像各H色调分量进行处理，生成待检色调直方图，执行所述滤波阶段对待检色调直方图进行处理，得到优化的待检色调直方图。
5.如权利要求1所述的基于色调直方图统计的颜色检测方法，其特征在于，所述将所述待检色调直方图与所述高阈值曲线以及所述低阈值曲线进行比较包括：
将所述优化的待检色调直方图与所述高阈值曲线及所述低阈值曲线进行逐色调对比，统计超差色调数目；所述超差色调为优化的待检色调直方图中高于所述高阈值曲线或低于所述低阈值曲线的色调。
6.如权利要求1所述的基于色调直方图统计的颜色检测方法，其特征在于，所述根据所述超差色调数目确认所述待检图像的颜色差异包括：
将所述超差色调数目与预设的颜色差异阈值进行比较，在所述超差色调的数目超过所述颜色差异阈值时，确认所述目标场景的待检图像存在颜色差异；在所述超差色调的数目不超过所述颜色差异阈值时，确认所述目标场景的待检图像颜色正常。
7.一种基于色调直方图统计的颜色检测装置，其特征在于，包括：
模型训练模块，用于根据读取的目标场景的标准图像生成标准色调直方图，降噪处理后，调用预设的阈值参数调整优化的标准色调直方图，得到高阈值曲线以及低阈值曲线；
模型检测模块，用于根据读取的同一目标场景的待检图像生成待检色调直方图，降噪处理后，将优化的待检色调直方图与所述高阈值曲线及所述低阈值曲线进行差异性度量，根据统计的超差色调数目输出所述待检图像的颜色差异检测结果。
8.如权利要求7所述的基于色调直方图统计的颜色检测装置，其特征在于，所述模型训练模块包括：
第一读取单元，用于读取目标场景的标准图像；
第一生成单元，用于根据所述标准图像生成目标场景的标准色调直方图，并对所述标准色调直方图进行平滑降噪处理，得到优化的标准色调直方图；
阈值曲线获取单元，用于调用预设的阈值参数调整优化的标准色调直方图，获取优化的标准色调直方图的高阈值曲线以及低阈值曲线。
9.如权利要求7所述的基于色调直方图统计的颜色检测装置，其特征在于，所述模型检测模块包括：
第二读取单元，用于读取同一目标场景的待检图像和所述高阈值曲线以及低阈值曲线；
第二生成单元，用于根据所述待检图像生成目标场景的待检色调直方图，并对所述待检色调直方图进行平滑降噪处理，得到优化的待检色调直方图；
差异性度量单元，用于将优化的待检色调直方图与所述高阈值曲线及所述低阈值曲线进行比较，统计优化的待检色调直方图中超差色调数目；
检测结果输出单元，用于根据所述超差色调数目输出所述待检图像的颜色差异检测结果。
10.一种基于色调直方图统计的颜色检测系统，其特征在于，包括权利要求7至9任一项所述的基于色调直方图统计的颜色检测装置。
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| CN201910564725.6A CN110930464A (zh) | 2019-06-27 | 2019-06-27 | 一种基于色调直方图统计的颜色检测方法，装置与系统 |
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- 2019-06-27 CN CN201910564725.6A patent/CN110930464A/zh active Pending
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