基于CIEDE 2000的陶瓷磚小色差檢測研究

由于生產(chǎn)工藝及操作條件等原因，陶瓷磚的色差是不可避免的。為了解決這個(gè)問(wèn)題，生產(chǎn)廠(chǎng)家采取同一種顏色的制品分成幾類(lèi)，顏色接近的放歸一類(lèi)的辦法。例如，同是棕色，但顏色深淺不等，分為A、B、C類(lèi)。該過(guò)程是通過(guò)專(zhuān)用儀器將被測定的試樣與標準試樣進(jìn)行色度比較、計算色差、以確定顏色匹配的可接受性。用于顏色測量的儀器為反射光譜光度計或三刺激值式色度計。而目前行業(yè)采用的計算色差的顏色空間多為1976年的YUV顏色空間和LAB顏色空間或者CMC色差公式。為判定可接受性，應選擇有關(guān)各方達成的“寬容度”。當被測試樣與參照標準試樣間計算的ΔE值與該寬容度相比時(shí)，即可確定被測試樣與參照標準試樣間是否是可接受的匹配。與參照標準試樣相比較，被測試樣包括兩類(lèi)：其ΔE值小于或等于達成的寬容度，則為可接受(合格)；其ΔE值大于達成的寬容度，則為不可接受(不合格)。因此，對于色差要求嚴格的產(chǎn)品，尤其需要均勻的顏色空間及計算準確的色差公式。CIEDE 2000色差公式在理論上是目前和人的視覺(jué)最能夠相匹配的公式，因此本文采用CIEDE 2000色差公式對陶瓷磚進(jìn)行小色差的檢測研究。

1 顏色空間轉換

RGB值是相機獲得的第一數據，然而由于RGB顏色空間的不均勻性需要進(jìn)行顏色空間的轉換。本文將RGB顏色空間轉換到CIELAB顏色空間。CIELAB顏色空間是CIE1976LAB顏色空間的縮寫(xiě)，在許多參考文獻中，也稱(chēng)CIE1976L*a*b*(簡(jiǎn)寫(xiě)為CIEL*a*b*)顏色空間，或者稱(chēng)為CIELAB/CIEL A B色差制(CIELAB color difference metric)。

CIE1976LAB顏色空間是一種均勻的顏色空間，它能夠比較準確地求出符合人眼視覺(jué)的差別。在許多行業(yè)中，基于CIE1976LAB顏色空間的色差公式已經(jīng)被定為標準。CIE1976LAB顏色空間如圖1所示。

使用CIELAB顏色空間時(shí)，光亮度、色調及飽和度都能夠獨立調整。CIELAB使用L*、a*和b*坐標軸定義CIE顏色空間。其中，L*值代表光亮度，其值從0(黑色)～100(白色)。a*和b*代表色度坐標，其中，a*代表紅-綠軸，b*代表黃-藍軸，它們的值從0~10。a*=b*=0表示無(wú)色，因此L*就代表從黑到白的比例系數。

從RGB顏色空間到CIELAB顏色空間的轉換要先轉換到CIE1931XYZ顏色空間，計算出三基色的刺激值X、Y、Z。此變換是一個(gè)線(xiàn)性變換，通過(guò)一個(gè)3×3的矩陣實(shí)現：

X_n、Y_n和Z_n是CIE標準光源的坐標，是三刺激值。本文采用D65標準光源漫反射，在2°視場(chǎng)下觀(guān)測。此時(shí)的三刺激值分別為X_n=95.047，Y_n=100.00，Zn=108.883。

2 CIEDE2000色差公式

CIEDE2000色差公式：

在CIE給定的標準觀(guān)測條件下，K_L=K_C=K_H=1。在條件不符合時(shí)，則要根據工業(yè)色差評估條件來(lái)確定這些數值。本文的觀(guān)測條件符合CIE給定的標準，因此K_L、K_C、K_H的取值均為1。

(6)用CIEDE2000色差公式計算色差ΔE2000。

3 陶瓷磚的小色差檢測

根據計算機視覺(jué)的原理，所設計瓷磚色差檢測裝置如圖2所示。

選擇合適的相機和光源對小色差檢測尤其重要。本文選用微視MVC1000SAM/C-GE30攝像機，采用的是10 bit、逐行掃描的CMOS傳感器。微視MVC1000SAM/C-GE30攝像機通過(guò)一個(gè)千兆網(wǎng)口控制拍攝，在拍攝和傳輸圖像方面具有很好的實(shí)時(shí)性。在光源方面，采用LED面光源，傾斜60°角，以避免瓷磚反光產(chǎn)生過(guò)爆。

瓷磚顏色繁多，每種顏色的檢測都必須找一塊符合要求的標準磚。每次檢測色差，都用攝像機拍攝樣本和標準磚的圖像存入計算機。然后采用3×3均值濾波去掉噪聲干擾，進(jìn)行顏色空間轉換(即RGB顏色空間轉化到CIELAB顏色空間)，進(jìn)而計算出整塊瓷磚的平均L*、a*和b*值，最后利用CIEDE 2000色差公式計算色差。其檢測流程圖如圖3所示。

本文采用白色陶瓷磚進(jìn)行色差檢測試驗，實(shí)驗共用了20塊待測樣本磚和1塊標準磚。其中10塊是符合要求的瓷磚，另外10塊是存在微小顏色偏差的瓷磚。

攝像機拍攝圖片后通過(guò)千兆網(wǎng)口傳送給PC機，在PC機上用VC++6.0編寫(xiě)的圖像處理軟件實(shí)現均值濾波、顏色空間轉換，并最終實(shí)現CIEDE 2000色差計算。實(shí)驗數據如圖4所示。從圖4(c)可以清楚地看到，兩種樣本陶瓷磚與標準瓷磚色差值的大小差異，因此可以得出結論：采用目前最均勻的色差公式CIEDE 2000，可以有效地針對小色差進(jìn)行檢測。

綜上所述，采用目前和人的視覺(jué)最能夠相匹配的CIEDE 2000色差公式，針對小色差進(jìn)行檢測是一種比較有效的方法，此方法值得在陶瓷業(yè)色差檢測中應用以及在其他類(lèi)似行業(yè)中推廣。