CN115937207A - 一种图像式染色涤纶织物颜色测量方法 - Google Patents
一种图像式染色涤纶织物颜色测量方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种图像式染色涤纶织物颜色测量方法，在标准D65光源环境下，获取未知涤纶织物样本的原始raw格式响应值和预测CIELAB值，同时获取M种染色涤纶织物样本的原始raw格式响应值和真实CIELAB值，并从中筛选P个与未知涤纶织物样本相似度最高的染色涤纶织物样本，将其真实CIELAB值与未知涤纶织物样本的预测CIELAB值一起求平均，将平均值作为未知涤纶织物样本的真实CIELAB值。本发明的方法精准度高，稳定性好。
Description
技术领域
本发明属于纺织品颜色测量技术领域，涉及一种图像式染色涤纶织物颜色测量方法。
背景技术
织品生产过程中，颜色是非常重要的检测指标，也是纺织品供应链必须检测质量指标之一。纺织制品不同于印刷品，其类型类繁多、结构多变，其最终的颜色效果不仅受到纱线颜色的影响，纤维、纱线、捻度、织造参数等多种因素的共同影响。目前对纺织品织物颜色测量的主流方式为采用分光光度法，其测量精度非常高，但受其孔径尺寸的影响，该方法只能对满足孔径尺寸且颜色单一的平面目标进行颜色测量。
为此通过数字图像进行纺织品非接触式测量方案也逐渐得到了应用。
中国专利（CN201910306813.6）提供了一种图像式织物颜色测量方法，该方法通过建立数码相机原始RGB响应值与其真实CIELAB颜色值之间的多项式模型实现了织物颜色的测量。虽然该方法能在一定范围内预测织物颜色值，但其缺点是多项式模型阶数较高，进行模型训练和测试时容易出现过拟合。
中国专利（CN202210169547.9）提供了一种基于数码相机的织物颜色数字化测量方法，该方法通过分光光度计测量大量织物样本的标准颜色及数码相机raw格式数据作为颜色数据库，并通过匹配得到目标织物待测量区域的颜色值。该方法本质为插值法，其缺点是颜色测量精度依赖于颜色数据库的规模和颜色范围（至少需要2000个不同颜色的样本）。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种图像式染色涤纶织物颜色测量方法；
为达到上述目的，本发明采用的方案如下：
一种图像式染色涤纶织物颜色测量方法，在标准D65光源环境下，获取未知涤纶织物样本的原始raw格式响应值和预测CIELAB值，同时获取M种染色涤纶织物样本的原始raw格式响应值和真实CIELAB值，并从中筛选P个与未知涤纶织物样本相似度最高的染色涤纶织物样本，将其真实CIELAB值与未知涤纶织物样本的预测CIELAB值一起求平均，将平均值作为未知涤纶织物样本的真实CIELAB值；
未知涤纶织物样本的预测CIELAB值是通过将未知涤纶织物样本的原始raw格式响应值代入颜色测量模型中计算得到的，颜色测量模型的表达式如下：
式中：
r为原始raw格式响应值中的红色通道响应值，
g为原始raw格式响应值中的绿色通道响应值，
b为原始raw格式响应值中的蓝色通道响应值；
L为CIELAB值中的亮度分量，a为CIELAB值中的绿色到红色的分量，b为CIELAB值中的蓝色到黄色的分量；
m 0~
m 9、
n 0~
n 9、
k 0~
k 9为项目系数，其值是通过在标准D65光源环境下，获取N种的标准色卡的原始raw格式响应值和真实CIELAB值，并将其作为自变量和因变量带入颜色测量模型中通过最小二乘法求解得到的，N的取值范围为400~500，N种标准色卡的颜色均不相同；
M的取值范围为200以上，M种染色涤纶织物样本的颜色均不相同；
相似度
d的公式如下：
式中：
r s 为染色涤纶织物样本的原始raw格式响应值中的红色通道响应值，
g s 为染色涤纶织物样本的原始raw格式响应值中的绿色通道响应值，
b s 为染色涤纶织物样本的原始raw格式响应值中的蓝色通道响应值；
r t 为未知涤纶织物样本的原始raw格式响应值中的红色通道响应值，
g t 为未知涤纶织物样本的原始raw格式响应值中的绿色通道响应值，
b t 为未知涤纶织物样本的原始raw格式响应值中的蓝色通道响应值；
P的取值范围为3~5；
未知涤纶织物样本的真实CIELAB值对应的L为“筛选出的P个染色涤纶织物样本的真实CIELAB值对应的L”与“未知涤纶织物样本的预测CIELAB值对应的L”的平均值，未知涤纶织物样本的真实CIELAB值对应的a为“筛选出的P个染色涤纶织物样本的真实CIELAB值对应的a”与“未知涤纶织物样本的预测CIELAB值对应的a”的平均值，未知涤纶织物样本的真实CIELAB值对应的b为“筛选出的P个染色涤纶织物样本的真实CIELAB值对应的b”与“未知涤纶织物样本的预测CIELAB值对应的b”的平均值。
作为优选的技术方案：
如上所述的一种图像式染色涤纶织物颜色测量方法，采用单反数码相机获取未知涤纶织物样本的原始raw格式响应值、标准色卡的原始raw格式响应值和染色涤纶织物样本的原始raw格式响应值，步骤如下：
（a）拍摄待测物的raw格式图像，待测物为未知涤纶织物样本、标准色卡或染色涤纶织物样本；
（b）对单反数码相机的白平衡进行标定；
首先将标准白板放入标准D65光源下并拍摄其raw格式图像，然后分别计算白板raw格式图像内R、G、B三个通道响应值的平均值，最后以G响应值不变，计算R和B通道的白平衡补偿系数；
（c）利用所得的白平衡补偿系数对采集到的待测物的R和B通道响应值进行补偿后，计算待测物的raw格式图像区域的R、G、B三个通道响应值的平均值作为待测物的原始raw格式响应值(r, g, b)。
现有技术通常不采用白平衡这一步骤，而是直接把raw相应输入模型进行颜色测量，本发明使用该步骤是为了对每次特定环境进行标定，有利于提高精度。
如上所述的一种图像式染色涤纶织物颜色测量方法，采用分光光度计获取染色涤纶织物样本的真实CIELAB值和标准色卡的真实CIELAB值。
如上所述的一种图像式染色涤纶织物颜色测量方法，M种染色涤纶织物样本的制作过程为：先将CIELAB空间中的（a, b）颜色分量空间进行均匀划分得到M个区域，再在经划分的（a, b）颜色分量空间中进行染色样本的制作，如此可保证所选取的染色涤纶织物能最大化覆盖CIELAB颜色空间。
如上所述的一种图像式染色涤纶织物颜色测量方法，N种标准色卡选自中国国家标准色卡，即CNCS色卡，该色卡每块大小为1.4cm×1.4cm，材质为织物。
如上所述的一种图像式染色涤纶织物颜色测量方法，具体步骤如下：
（1）采集N种标准色卡，并获取N种标准色卡的原始raw格式响应值和真实CIELAB值；
（2）采集M种染色涤纶织物样本，并获取M种染色涤纶织物样本的原始raw格式响应值和真实CIELAB值；
（3）构建颜色测量模型；
（4）获取未知涤纶织物样本的原始raw格式响应值和预测CIELAB值；
（5）计算每种染色涤纶织物样本的真实CIELAB值与未知涤纶织物样本的预测CIELAB值的相似度后，按相似度由小到大的次序（相似度d的值越小，说明其相似程度越高）对M种染色涤纶织物样本进行排序，选择前P个染色涤纶织物样本的真实CIELAB值与未知涤纶织物样本的预测CIELAB值一起求平均，将平均值作为未知涤纶织物样本的真实CIELAB值。
如上所述的一种图像式染色涤纶织物颜色测量方法，具体步骤如下：
（1）采集M种染色涤纶织物样本，并获取M种染色涤纶织物样本的原始raw格式响应值和真实CIELAB值；
（2）采集N种标准色卡，并获取N种标准色卡的原始raw格式响应值和真实CIELAB值；
（3）构建颜色测量模型；
（4）获取未知涤纶织物样本的原始raw格式响应值和预测CIELAB值；
（5）计算每种染色涤纶织物样本的真实CIELAB值与未知涤纶织物样本的预测CIELAB值的相似度后，按相似度由小到大的次序（相似度d的值越小，说明其相似程度越高）对M种染色涤纶织物样本进行排序，选择前P个染色涤纶织物样本的真实CIELAB值与未知涤纶织物样本的预测CIELAB值一起求平均，将平均值作为未知涤纶织物样本的真实CIELAB值。
有益效果
针对现有多项式颜色测量模型，项式多、阶数高，容易出现过拟合等问题，本发明借鉴数字图像的伽马非线性化校正原理，先对数码相机的raw格式响应进行幂次校正，再构建非线性颜色测量模型，大大简化了模型的复杂度，进而解决高阶多项式过拟合问题。此外，借助于少量已知的颜色的织物样本构建的数据库对测色结果进行优化，进一步提升幂次测色模型的精度与稳定性。
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。
一种图像式染色涤纶织物颜色测量方法，具体步骤如下：
（1）获取N种标准色卡和M种染色涤纶织物样本的原始raw格式响应值和真实CIELAB值：
（a）以N种标准色卡和M种染色涤纶织物样本作为待测物，在标准D65光源环境下采用单反数码相机拍摄待测物的raw格式图像；
其中，N种标准色卡选自CNCS色卡，N的取值范围为400~500，N种标准色卡的颜色均不相同；
M种染色涤纶织物样本的制作过程为：先将CIELAB空间中的（a, b）颜色分量空间进行均匀划分得到M个区域，再在经划分的（a, b）颜色分量空间中进行染色样本的制作；其中，M的取值范围为200以上，M种染色涤纶织物样本的颜色均不相同；
（b）对单反数码相机的白平衡进行标定；
首先将标准白板放入标准D65光源下并拍摄其raw格式图像，然后分别计算白板raw格式图像内R、G、B三个通道响应值的平均值，最后以G响应值不变，计算R和B通道的白平衡补偿系数；
（c）利用所得的白平衡补偿系数对采集到的待测物的R和B通道响应值进行补偿后，计算待测物的raw格式图像区域的R、G、B三个通道响应值的平均值作为待测物的原始raw格式响应值(r, g, b)；
（d）采用分光光度计获取M种染色涤纶织物样本和N种标准色卡的真实CIELAB值；
（2）构建颜色测量模型：
颜色测量模型的表达式如下：
式中：
r为原始raw格式响应值中的红色通道响应值，
g为原始raw格式响应值中的绿色通道响应值，
b为原始raw格式响应值中的蓝色通道响应值；
L为CIELAB值中的亮度分量，a为CIELAB值中的绿色到红色的分量，b为CIELAB值中的蓝色到黄色的分量；
m 0~
m 9、
n 0~
n 9、
k 0~
k 9为项目系数，其值是通过在标准D65光源环境下，获取N种标准色卡的原始raw格式响应值和真实CIELAB值，并将其作为自变量和因变量带入颜色测量模型中通过最小二乘法求解得到的；
（3）获取未知涤纶织物样本的原始raw格式响应值：
按照步骤（1）中的方法获取未知涤纶织物样本的原始raw格式响应值；
（4）获取未知涤纶织物样本的预测CIELAB值：
通过步骤（3）获得的未知涤纶织物样本的原始raw格式响应值和步骤（2）的颜色测量模型计算未知涤纶织物样本的预测CIELAB值；
（5）计算未知涤纶织物样本的真实CIELAB值：
计算每种染色涤纶织物样本的真实CIELAB值与未知涤纶织物样本的预测CIELAB值的相似度后，按相似度由小到大的次序对M种染色涤纶织物样本进行排序，选择前P个染色涤纶织物样本的真实CIELAB值与未知涤纶织物样本的预测CIELAB值一起求平均，将平均值作为未知涤纶织物样本的真实CIELAB值；
其中，相似度
d的公式如下：
；
式中：
r s 为染色涤纶织物样本的原始raw格式响应值中的红色通道响应值，
g s 为染色涤纶织物样本的原始raw格式响应值中的绿色通道响应值，
b s 为染色涤纶织物样本的原始raw格式响应值中的蓝色通道响应值；
r t 为未知涤纶织物样本的原始raw格式响应值中的红色通道响应值，
g t 为未知涤纶织物样本的原始raw格式响应值中的绿色通道响应值，
b t 为未知涤纶织物样本的原始raw格式响应值中的蓝色通道响应值；
P的取值范围为3~5。
分别使用现有的颜色测量方法（多项式颜色测量模型）和上述本发明的图像式染色涤纶织物颜色测量方法，在同一环境下对46个未知涤纶织物样本依次进行颜色测量，采用CIEDE2000色差值进行其测量精度评价。现有的颜色测量方法测得平均色差值为2.23，其中最大色差值为5.41，本发明的颜色测量方法准确测量织物测得平均色差值为1.95，其中最大色差值为4.73，测量精度评价结果表明本发明的图像式染色涤纶织物颜色测量方法具有较高的精准度和稳定性。
Claims (7)
1.一种图像式染色涤纶织物颜色测量方法，其特征在于，在标准D65光源环境下，获取未知涤纶织物样本的原始raw格式响应值和预测CIELAB值，同时获取M种染色涤纶织物样本的原始raw格式响应值和真实CIELAB值，并从中筛选P个与未知涤纶织物样本相似度最高的染色涤纶织物样本，将其真实CIELAB值与未知涤纶织物样本的预测CIELAB值一起求平均，将平均值作为未知涤纶织物样本的真实CIELAB值；
未知涤纶织物样本的预测CIELAB值是通过将未知涤纶织物样本的原始raw格式响应值代入颜色测量模型中计算得到的，颜色测量模型的表达式如下：
式中：
r为原始raw格式响应值中的红色通道响应值，g为原始raw格式响应值中的绿色通道响应值，b为原始raw格式响应值中的蓝色通道响应值；
L为CIELAB值中的亮度分量，a为CIELAB值中的绿色到红色的分量，b为CIELAB值中的蓝色到黄色的分量；
m 0~m 9、n 0~n 9、k 0~k 9为项目系数，其值是通过在标准D65光源环境下，获取N种标准色卡的原始raw格式响应值和真实CIELAB值，并将其作为自变量和因变量带入颜色测量模型中通过最小二乘法求解得到的，N的取值范围为400~500，N种标准色卡的颜色均不相同；
M的取值范围为200以上，M种染色涤纶织物样本的颜色均不相同；
相似度d的公式如下：
；
式中：
r s 为染色涤纶织物样本的原始raw格式响应值中的红色通道响应值，g s 为染色涤纶织物样本的原始raw格式响应值中的绿色通道响应值，b s 为染色涤纶织物样本的原始raw格式响应值中的蓝色通道响应值；
r t 为未知涤纶织物样本的原始raw格式响应值中的红色通道响应值，g t 为未知涤纶织物样本的原始raw格式响应值中的绿色通道响应值，b t 为未知涤纶织物样本的原始raw格式响应值中的蓝色通道响应值；
P的取值范围为3~5。
2.根据权利要求1所述的一种图像式染色涤纶织物颜色测量方法，其特征在于，采用单反数码相机获取未知涤纶织物样本的原始raw格式响应值、标准色卡的原始raw格式响应值和染色涤纶织物样本的原始raw格式响应值，步骤如下：
（a）拍摄待测物的raw格式图像，待测物为未知涤纶织物样本、标准色卡或染色涤纶织物样本；
（b）对单反数码相机的白平衡进行标定；
首先将标准白板放入标准D65光源下并拍摄其raw格式图像，然后分别计算白板raw格式图像内R、G、B三个通道响应值的平均值，最后以G响应值不变，计算R和B通道的白平衡补偿系数；
（c）利用所得的白平衡补偿系数对采集到的待测物的R和B通道响应值进行补偿后，计算待测物的raw格式图像区域的R、G、B三个通道响应值的平均值作为待测物的原始raw格式响应值(r, g, b)。
3.根据权利要求1所述的一种图像式染色涤纶织物颜色测量方法，其特征在于，采用分光光度计获取染色涤纶织物样本的真实CIELAB值和标准色卡的真实CIELAB值。
4.根据权利要求1所述的一种图像式染色涤纶织物颜色测量方法，其特征在于，M种染色涤纶织物样本的制作过程为：先将CIELAB空间中的（a, b）颜色分量空间进行均匀划分得到M个区域，再在经划分的（a, b）颜色分量空间中进行染色样本的制作。
5.根据权利要求1所述的一种图像式染色涤纶织物颜色测量方法，其特征在于，N种标准色卡选自中国国家标准色卡，即CNCS色卡。
6.根据权利要求1所述的一种图像式染色涤纶织物颜色测量方法，其特征在于，具体步骤如下：
（1）采集N种标准色卡，并获取N种标准色卡的原始raw格式响应值和真实CIELAB值；
（2）采集M种染色涤纶织物样本，并获取M种染色涤纶织物样本的原始raw格式响应值和真实CIELAB值；
（3）构建颜色测量模型；
（4）获取未知涤纶织物样本的原始raw格式响应值和预测CIELAB值；
（5）计算每种染色涤纶织物样本的真实CIELAB值与未知涤纶织物样本的预测CIELAB值的相似度后，按相似度由小到大的次序对M种染色涤纶织物样本进行排序，选择前P个染色涤纶织物样本的真实CIELAB值与未知涤纶织物样本的预测CIELAB值一起求平均，将平均值作为未知涤纶织物样本的真实CIELAB值。
7.根据权利要求1所述的一种图像式染色涤纶织物颜色测量方法，其特征在于，具体步骤如下：
（1）采集M种染色涤纶织物样本，并获取M种染色涤纶织物样本的原始raw格式响应值和真实CIELAB值；
（2）采集N种标准色卡，并获取N种标准色卡的原始raw格式响应值和真实CIELAB值；
（3）构建颜色测量模型；
（4）获取未知涤纶织物样本的原始raw格式响应值和预测CIELAB值；
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