不同環境條件下同一色標的數碼色度值之間的相互關系

魏 斌 許 敏 陳 凌

福建醫科大學附屬第一醫院口腔科，福建 福州 350005

口腔臨床牙色采集目前有兩種方式：肉眼比色法和儀器比色法。采用肉眼比色，很多因素會影響比色的準確性，不同環境條件會得出不同的顏色。使用儀器比色相對穩定，但現有儀器受各種因素影響，臨床使用準確性還很低，主要用于實驗研究，實際工作還只能作為輔助手段[1]。尋找一種穩定、可靠的比色方法成為口腔臨床的迫切需要。隨著數碼照相技術的進步和普及，許多研究者在探討該技術用于口腔比色的可能性。本研究意在探討不同環境下所得到數碼色值的穩定性及相互間的內在聯系。

1 材料與方法

1.1 儀器和材料

Nikon D200數碼相機；Nikon三腳架；臺灣產數碼相機專用環行LED燈；Vita 16色比色板；Nikon AF-S VR Micro-Nikkor 105 mm f/2.8G微距鏡頭；Abode Photoshop CS軟件；NEC Packard Bell Easynote E4710筆記本電腦。

1.2 拍攝方法

用1R日進熱凝仿生牙托粉制作7.00 cm×7.00 cm×0.15 cm平板背面加襯白紙作為拍攝背景底板，底板中央位置對稱制作兩個定位凹坑（安放比色片位置）。拍攝前用三腳架固定底板與相機間位置不變，鏡頭前緣距底板30 cm，取景器中央對焦點正對底板中央區。取下16色比色板各色片，依次放在底板中央固定凹坑上，在固定于鏡頭前的環行LED燈亮度全開下使用快門線各拍攝一定張數。

數碼相機在所有拍攝過程均使用預存的白平衡設定（18%灰板，只有環行LED燈照明下拍攝現場取得的，并存儲在相機中，每次拍攝時調用），色彩模式：sRGB，ISO：100，其他設定采用標準模式；光圈固定6.3，快門速度根據實驗設定的拍攝場景亮度不同，先由相機自動測光系統測試，再選定一個合適的快門速度。圖片品質選擇最佳無壓縮并以JPEG格式保存，每張圖片大小約2000 KB。使用快門線拍照，每張之間間隔5 s。

1.3 數據采集及處理

①拍攝場景一：在暗房內，拍攝時只有安裝于鏡頭前的LED燈正上方供光。16色比色板每個色片依次放于底板右側定位凹坑上各拍攝10張，每張間隔5 s。光圈固定6.3，快門速度1/125 s。②拍攝場景二：白天沒有陽光直射的背光診室，于房間中央區設置拍攝點，每個色片（實驗色片）與A2色片（對照色片）并排對稱放置在鏡頭中央位置（實驗色片放在左側凹坑，對照色片放在右側凹坑，以保證不同色片拍攝時在畫面上的位置相同）。打開鏡頭前的LED燈，每張色片各拍攝3張，每張間隔5 s。光圈固定6.3，快門速度1/160 s。③拍攝場景三：白天同一診室，關閉普通窗簾，于房間中央區設置拍攝點，拍攝時其他條件和方法同場景二。

拍攝的所有圖片均輸入Abode Photoshop CS軟件，以軟件默認的RGB顏色模式打開圖片。在圖片放大率為33.33%下由坐標定位采集色片頸部1/3中點、中1/3中點，切1/3中點（左右中線偏左側5 mm以避開中線高光區）共3點的RGB和Lab值。采色時使用采樣吸管工具，采樣點大小5×5像素。

1.4 實驗方法

以場景一作為標準組，將每個色片的10張圖片中同一點的RGB值和Lab值的平均值作為該色片該點的數據庫標準值，建立16色比色板3個點的RGB和Lab標準數據庫。以場景二和場景三中所拍攝的圖片作為實驗組，采集每張圖片中兩個色片的同樣3個點的RGB和Lab值，并以A2色片的RGB值為調整依據，在“色彩平衡”對話框中通過滑動3根調色滑桿，調改RGB值，將在場景二或場景三中拍攝圖片中A2某點的RGB值調整到與標準數據庫中A2色片同點的RGB值相同，再采集與A2并排拍攝的實驗色片的同部位點的Lab值。并將所得的值與標準數據庫中同名色片值比較。如：場景二中，A1色片和A2色片并排拍攝的圖片DSC-0408，采集本圖中A2色片頸部1/3點RGB值，并通過“色彩平衡”對話框調整，將此RGB值調整為與標準數據庫中A2色片頸部1/3的RGB值相同。然后再采集調整后的DSC-0408圖中A1色片的頸部1/3點的Lab值，并將此Lab值與標準數據庫中A1色片同點的Lab值比較，檢驗數值是否符合。考慮到拍攝光源環行LED燈亮度是從四周向中央逐漸減弱，光線在同一圓周線上，亮度基本相同[2]。因此調整時遵循同區位對稱原則，即檢側頸部色度值時，校正A2色片頸部的RGB值到標準數據庫中的A2色片頸部標準值，再讀取實驗牙頸部的Lab值；同樣檢側切端部色度值時，校正A2色片切端部的RGB值到標準數據庫中的A2色片頸部標準值，再讀取實驗牙切端部的Lab值。區位不對稱，會造成數據差異，導致色差加大。本研究數據檢驗采用Lab數值色差檢驗方法，公式：ΔE*ab={（ΔL*）2+（Δa*）2+（Δb*）2}1/2。 色差（ΔE*ab）是用數量來描述的兩種顏色之間的差別，ΔE值越大表明顏色的差異越明顯。Ecker等[3]認為，若ΔE＜1，表示無肉眼可察覺的顏色差異；1＜ΔE＜2，表示存在肉眼可察覺的色差，但在臨床可接受的范圍內；如果ΔE＞3.3，則表面顏色完全不匹配。Douglas等[4]認為臨床可接受的ΔE范圍為2～4；美國牙醫師協會推薦以2作為衡量顏色差異的值。由于研究目的最終是為臨床使用，所以本研究分別以ΔE≤2和ΔE≤4作兩次統計。

2 結果

場景一所拍攝圖片，16片色片各拍10張，共160張圖，每張圖取3個位點共480個位點。取每色片10張平均值制作成16色比色板標準數據庫Lab值（表1）和RGB值（表2）。從表1和表2可以看出，16色比色板各色系Lab具有一定規律，如A系中從A1到A4，L值由大到小，a、b值則由小到大，RGB值均由大到小。另外本實驗中每色片連拍10張圖片，同點 Lab 色值誤差范圍“L”值和“b”值＝±0.5，“a”值＝±0.25。同點RGB 色值誤差范圍“R”、“G”、“B”值＝±1。以色差公式計算，所有16色號同色號片十張中相互偏差最大的兩張其ΔE*ab＝1，在肉眼不能查覺的色差范圍[3]。說明本數碼相機色彩穩定性可靠。

實驗組中所拍攝圖片共60張，每張圖取3個位點，共180個位點，經調整后色差公式計算，ΔE*ab≤4的有115個位點，占82.78%，ΔE*ab≤2的共有149個位點，占63.89%。見表3。

表1 16色Vita比色板在場景一中測定的Lab值

3 討論

不同相機，同一環境所得圖片不同，同一相機顏色本身也會有偏差[5]。數碼相機要想在臨床比色上應用，必須先解決圖片的色彩的穩定性，這包括相機自身的穩定性、環境光線的相對穩定。光源方向也直接影響圖片的L值，同一色片，在同樣拍攝設定值下，同樣亮度的光源方向不同，測的同點Lab值和RGB值均有很大差異，尤其是代表亮度的L值不同[6-7]。同一相機在不同拍攝設定下（白平衡、銳度、飽和度、光圈速度）圖片同點Lab值不同，尤其是采用自動模式拍攝時會有很大差異。光線不足時，數碼相機拍攝穩定會受到極大影響。本研究在拍攝時使用預存的白平衡設定，其他設定采用標準模式，固定了銳利度、對比度、飽和度和色相等，且由于使用數碼相機專用LED燈配合微距鏡頭，在微距拍攝下其光線充足，基本排除了周圍光線的影響，圖片質量極其穩定。

表2 16色Vita比色板在場景一中測定的RGB值

表3 實驗組180位點色度值調整后結果[點（%）]

目測比色法由于影響因素很多，尤其對沒有接受比色專業訓練的普通牙科醫生，比色準確率很低。李智等[8]報道視覺比色準確率僅39.17%。從本實驗結果看：使用數碼相機在本研究拍攝條件下（臨床工作環境內光線變化范圍）所拍攝的數碼圖片，通過Adobe photoshop軟件調整，可以將圖片色度值還原到標準條件下的色度值范圍，如以臨床可接受的范圍內（ΔE*ab≤4）計算，則有82.78%準確率；如以美國牙醫師協會推薦以2作為衡量標準，則有63.89%準確率。兩者均明顯高于視覺比色準確率。隨著數碼技術的進步，這一數據還可以進一步提高。這為臨床數碼比色提供了一種可能：將比色片放在比色牙旁，進行數碼拍攝，將圖片輸入Adobe photoshop軟件，將比色片固定點的色度值調整到標準數據庫中同色片同部位的色度值，再采集比色牙相同部位的的色度值，并與標準數據庫中同部位各色片的標準值進行色差計算，查找色差最小值即為該牙顏色值，為臨床提供一客觀的參考。

由于照明光線的的方向、角度、位置明顯影響采集點顏色信息值，在實驗條件下可以做到色片放置位置和拍攝位置的恒定，保證每張圖片接受的照明光線的方向、角度、位置相同，而在臨床比色拍攝時難以做到位置的恒定，這給數碼相機在臨床比色的應用提出了挑戰。

[1]何邕江，黃紅園.目測法比色和比色儀測色準確性的比較研究[J].中華口腔醫學雜志，2001，36（4）：272.

[2]魏斌，許敏，陳凌.光源對色標數碼色度值的影響[J].中國醫藥導報，2008，16（5）：99-102.

[3]Ecker GA，Moser JB，Wozniak WT，et al.Effect of reprated firing on fluorescence of porcelain-fused-to metal porcelains[J].J Prosthet Dent，1985，54（2）：207-214.

[4]Douglas RD，Brewer JD.Acceptability of shade difference in metal ceramic crowns[J].J Prosthet Dent，1998，79（3）∶254-260.

[5]劉峰.比色方法及顏色信息傳遞[J].中華口腔醫學雜志，2008，43（12）：764-765.

[6]程輝，鄭明，黃常偉，等.三種常用比色板色度值的比較研究[J].口腔頜面修復學雜志，2002，3（1）：22-25.

[7]Cal E，Sonugelen M，Guneri P，et al.Application of a digital technique in evaluating the reliability of shade guides[J].J Oral Rehabil，2004，31（5）：483-491.

[8]李智，高平.電腦色度計與視覺比色準確性研究[J].口腔頜面修復學雜志，2008，9（1）：17-19.