基于CIEDE 2000的陶瓷磚小色差檢測研究

張 磊，汪仁煌

(廣東工業大學 自動化學院，廣東 廣州 510090)

由于生產工藝及操作條件等原因，陶瓷磚的色差是不可避免的。為了解決這個問題，生產廠家采取同一種顏色的制品分成幾類，顏色接近的放歸一類的辦法。例如，同是棕色，但顏色深淺不等，分為 A、B、C類。該過程是通過專用儀器將被測定的試樣與標準試樣進行色度比較、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，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：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，在許多參考文獻中，也稱 CIE1976L*a*b*(簡寫為 CIEL*a*b*)顏色空間，或者稱為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的差別。在許多行業中，基于CIE1976LAB顏色空間的色差公式已經被定為標準。CIE1976LAB顏色空間如圖1所示。

使用CIELAB顏色空間時，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。此變換是一個線性變換，通過一個 3×3的矩陣實現：

得到三基色的刺激值X、Y、Z后，可以按下列變換式計算出L*、a*和 b*的值：

其中：

Xn、Yn和 Zn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°視場下觀測。此時的三刺激值分別為 Xn=95.047，Yn=100.00，Zn=108.883。

2 CIEDE2000色差公式

CIEDE2000色差公式：

式(5)的計算過程及各參數的意義如下：

(1)在 CIELAB 顏色空間中計算 L*、a*、b*、C*ab和 h*ab的值。 其中，L*、a*、b* 由式(2)、(3)、(4)求得。

(2)計算 a′、C′ab和 h′ab的值：

(3)計算亮度差 △L′、彩度差 △C′ab和色相差 △H′ab：

式中，下標s表示樣本色，b表示標準色。

(4)計算權重系數 SL、SC、SH，以及 RT和 RC：

必須指出的是，計算時要注意角度和弧度的相互轉化。

(5)選擇合適的校正系數 KL、KC和 KH。

在CIE給定的標準觀測條件下，KL=KC=KH=1。在條件不符合時，則要根據工業色差評估條件來確定這些數值。本文的觀測條件符合CIE給定的標準，因此KL、KC、KH的取值均為1。

(6)用 CIEDE2000色差公式計算色差 △E2000。

3陶瓷磚的小色差檢測

根據計算機視覺的原理，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/CGE30攝像機通過一個千兆網口控制拍攝，在拍攝和傳輸圖像方面具有很好的實時性。在光源方面，采用LED面光源，傾斜60°角，以避免瓷磚反光產生過爆。

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，進行顏色空間轉換(即RGB顏色空間轉化到CIELAB顏色空間)，進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行色差檢測試驗，實驗共用了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。

圖3 色差檢測流程圖

攝像機拍攝圖片后通過千兆網口傳送給PC機，在PC機上用VC++6.0編寫的圖像處理軟件實現均值濾波、顏色空間轉換，并最終實現CIEDE 2000色差計算。實驗數據如圖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行檢測。

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

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