基于孟塞爾顏色系統的舌色標準化研究

鮮 崗，徐學軍，李 敏，劉師師

（長沙理工大學物理與電子科學學院，長沙　410114）

基于孟塞爾顏色系統的舌色標準化研究

鮮 崗，徐學軍，李 敏，劉師師

（長沙理工大學物理與電子科學學院，長沙410114）

針對目前舌診研究在舌色的認識、判斷和研究上沒有統一的標準，提出用國際上比較流行的孟塞爾顏色系統對舌色進行標定以達到舌色的標準化。根據對已有的孟塞爾顏色轉換研究，本文結合MySQL數據庫改進了查找法，并給出了詳細的轉換過程，通過實驗驗證了該方法在舌色標定上有較高的精度，在此基礎上設計了舌色標定系統軟件，對舌色的標準化研究具有重要的意義。

舌診；孟塞爾顏色系統；標準化；MySQL；舌色標定系統

0　引 言

舌診為中醫望診的重要的部分之一，通過舌頭的顏色、形狀、大小等特征，可以了解人體的內部狀態，其中最主要的就是對舌色的識別和判斷［1］。中醫對舌色的研究，基本都是建立在醫生個人的觀察、分析、總結的基礎上，描述方式主要為文字語言［2］，感覺器官和語言描述的差異，嚴重影響了舌色的客觀性。同時，選擇與設備相關的顏色空間，舌象在各設備間傳遞時會失真，降低了舌色的重復性和可靠性。以上狀況已經嚴重阻礙了舌色研究的發展。為了使舌色研究能夠獲得一個標準化、客觀化的功能表述環境，結合數據庫、色度學等技術研究舌診自動化的方法就具有重要的理論意義和實際價值。因此本文采用國際上通用的孟塞爾顏色系統對舌色診斷進行標準化研究。

1　孟塞爾顏色系統

孟塞爾表色體系主要用來對顏色分類和標定，是根據人對顏色的視覺特點制定的。設計模型是一個不規則的球體，類似于地球儀，主要通過色調、明度、飽和度這三個量來表示各種顏色。如圖1所示，模型的中央軸代表孟塞爾明度值，從底部的黑色0到頂部的白色11依次增加；模型上每個點到中央軸的距離代表孟塞爾飽和度；整個模型在水平方向的投影類似一個圓，把這個投影平均分成10份，每份代表一種孟塞爾色調，分別是紅（R）、黃（Y）、綠（G）、藍（B）、紫（P）、……紫藍（RP）等，每2種色調間還有詳細的劃分［3-4］。

孟塞爾表色體系用色調H、明度V、飽和度C三個值來表征顏色，因此舌色通過孟塞爾表色系統標定后，可以方便直觀地分析舌色的色調、明度、飽和度特性，并且孟塞爾表色體系在國際上使用廣泛，其圖冊具有準確性和權威性，因此舌色在孟塞爾顏色空間標定后，可以在任何設備間實現準確傳遞而不致發生失真。

圖1　孟塞爾表色系統模型圖Fig.1 Munsell color system model diagram

2　孟塞爾標號的轉換

確定舌色孟塞爾標號H V/C，傳統的方法是人工圖表法，先計算出明度值，再根據CIE的x和y 2個刺激值在CIE色度圖查找明度值相鄰2個平面的孟塞爾標號進行線性內插得到實際孟塞爾標號［5］。本文結合MySQL數據庫的查找法來確定孟塞爾標號。Newhall［6］等人建立的CIE與孟塞爾顏色空間的轉換表給用計算機來實現二者的轉換奠定了一個數據基礎，研究時只需要建立一個數據庫，再通過計算機程序來實現二者的轉換。

2.1舌色RGB空間到CIE-XYZ顏色空間的轉換

目前大多數的數字圖像采集設備和顯示設備均是采用RGB顏色系統，得到的舌色基本也都是RGB格式，但查找法是建立在CIE與孟塞爾顏色空間的轉換表的基礎上，這就需要把舌色數據轉換到CIE-XYZ顏色空間，計算出Yxy三刺激值，為轉換到孟塞爾空間打下基礎。本文不再敘述轉換公式。

2.2數據庫的建立

經過已有的實驗研究，結合舌象舌色特征，可以發現在孟塞爾顏色系統中，舌色基本都與R色調有關且飽和度均在4以上。所以本文在數據庫中只需建立轉換表中色調與R有關的數據即可，減少了查找量，簡化查找法，實時性更好。

2.3孟塞爾標號的確定

在確定孟塞爾標號的過程中，首先通過CIE的Y值計算出孟塞爾明度值V。由于Y與V的關系公式［6］在計算過程中較復雜，所以本文采用CIE的立方根公式［7］來計算明度值V：

W?=25Y1/3-17（1）

式（1）中，W?為CIE均勻顏色空間的明度指數，W?/10與孟塞爾明度V的值一致。在確定明度值V后，只需要在數據庫中根據x和y的值查找出該明度值相鄰兩邊明度V-1，V+1下各自的色相H和飽和度C，做線性內插就可得到實際的色調H和飽和度C。

數據庫中查找x，y對應的孟塞爾標號時，由于數據庫不可能存放所有的點，所以只能找出離x，y最近的4個點，做線性內插求出孟塞爾標號。如圖2所示，其中P1為x，y對應的點；A，B，C，D為離P1最近的4個點，具體對應的孟塞爾標號可以從數據庫中查出；等色調線H1，H2和等飽和度線C1，C2都近似為直線；O點為白色，坐標為（0.310 1，0.316 3）。等飽和度C1的直線方程公式如下：

P1點的等色調近似線為OF，方程如下：

聯立（2）、（3）式就可得到G點的坐標，同理可得到F點的坐標，以此得到等飽和度內插系數λC和等色調內插系數λH：

那么P1點的色調H和飽和度C就可以用下面的插值公式求得：

同理，通過明度V+1平面的色調和飽和度插值可以求出P2點的色調HP2和飽和度CP2值。最后在對V-1，V+1這2個平面進行線性內插得到最終P點的色調HP和飽和度CP，公式如下：

最終，即可確定舌色的孟塞爾標號為HPV/CP。

圖2　色相H和飽和度C的插值Fig.2 The interpolation of hue and saturation

3　實驗測試和結果分析

經過實驗統計和已有經驗總結，發現舌色的色調H在5R左右，明度值V在6左右，所以研究中結合舌色范圍隨機選取7個樣本，如表1所示，通過圖表法求出孟塞爾標號，作為標準值與本文的方法進行誤差比較。

表1　圖表法和軟件轉換結果Tab.1 Chart method and software conversion results

在表1中可以發現，本文軟件轉換的結果和人工圖表法的差值較小，說明本文的轉換方法可行、精度較高、實時性也較好，證明了其優越性。

根據本文研究的方法，采用Qt結合MySQL數據庫設計了一個自動轉換軟件，如圖3所示。鼠標左鍵在舌象中選取舌色點，在右邊會自動顯示出預覽舌色、RGB、CIE-XYZ、CIEYxy、孟塞爾標號。這樣可以方便觀察舌色的色調，明度和飽和度變化，為舌色診斷提供數據說明。通過得到的孟塞爾標號可以把舌象在各種顯示設備間傳遞而不失真，為舌色的標準化做出了貢獻。

The tongue color standardization research based on the Munsell color system

XIAN Gang，XU Xuejun，LI Min，LIU Shishi
（School Of Physical and Electronic Science，Changsha University Of Science&Technology，Changsha 410114，China）

Based on the current research on tongue diagnosis，there is no uniform standard on the recognition and judgement of tongue color.The tongue color calibration is carried out with the relatively popular international Munsell color system in order to achieve the standardization of tongue color.According to the existing Munsell color system conversion research，and combining with the MySQL database，search method is improved，and the detailed conversion process is also given.Experiment on the tongue color calibration verifies the method is of high accuracy.Next based on this design software，the paper proposes the tongue color calibration system，which has the vital significance for the standardized study of tongue color.

tongue diagnosis；Munsell color system；standardization；MySQL；tongue color calibration system

TP391.4；R241.25

A

2095-2163（2016）03-0125-03

2016-06-01

鮮 崗（1991-），男，碩士研究生，主要研究方向：智能信息處理；徐學軍（1964-），男，博士，教授，碩士生導師，主要研究方向：計算機應用技術、醫學信息處理、電路與系統等；李 敏（1991-），女，碩士研究生，主要研究方向：智能信息處理；劉師師（1990-），女，碩士研究生，主要研究方向：智能信息處理。