劉孝鋒,任靜艷,王利飛,陸丹妮

(泉州師范學(xué)院 物理與信息工程學(xué)院,福建 泉州 362000)

在紡織印染生產(chǎn)過程中,色差是影響紡織品顏色與質(zhì)量的一個(gè)主要因素,是決定紡織品和衣服等次優(yōu)劣和價(jià)格的一個(gè)重要依據(jù).若紡織品和衣物的顏色與消費(fèi)者需要的實(shí)際顏色呈現(xiàn)出較大差距,將直接影響消費(fèi)者的感官和消費(fèi)體驗(yàn),因此,色差檢測(cè)是織物印染生產(chǎn)過程和銷售中一項(xiàng)不可缺少的環(huán)節(jié)[1-5].針對(duì)傳統(tǒng)人工進(jìn)行目測(cè)法對(duì)紡織品色差檢測(cè)所遇到的問題,結(jié)合機(jī)器視覺技術(shù),基于CMC(1:c)、JPC79、BFD、CIE1976LAB、CIE94和CIEDE2000等一系列色差公式的色差檢測(cè)廣泛應(yīng)用于紡織品質(zhì)量檢測(cè)和控制之中,通過對(duì)圖像的識(shí)別和色差的計(jì)算,實(shí)現(xiàn)色差的檢測(cè)[6-12].然而實(shí)際的色差檢測(cè)要求檢測(cè)質(zhì)量合格的同時(shí),其檢測(cè)速度也要盡可能地快,或者實(shí)現(xiàn)可控、可預(yù)測(cè)以滿足實(shí)際生產(chǎn)線需要,進(jìn)而提高色差檢測(cè)效率.基于不同色差檢測(cè)公式的色差檢測(cè)與色差檢測(cè)速度的匹配需進(jìn)一步的研究.本研究利用CIEDE2000公式進(jìn)行區(qū)域色差計(jì)算,通過檢測(cè)時(shí)間閾值設(shè)置,匹配區(qū)域色差檢測(cè)時(shí)間,實(shí)現(xiàn)紡織品的色差檢測(cè)與檢測(cè)速度相匹配.

1 CIELAB顏色空間與CIEDE2000色差公式

1.1 紡織品色差檢測(cè)CIELAB顏色空間

在紡織品和衣物色差檢測(cè)和色差評(píng)價(jià)的過程中,由于RGB顏色空間往往是非均勻的,而CIELAB顏色空間相對(duì)均勻,RGB顏色空間通常不能直接轉(zhuǎn)換成CIELAB空間.一般地,需先把RGB顏色空間轉(zhuǎn)換成XYZ顏色空間,再由中間轉(zhuǎn)換空XYZ顏色空間轉(zhuǎn)換成CIELAB顏色空間L、a、b.其具體轉(zhuǎn)換過程如下:

中間轉(zhuǎn)換空間X、Y、Z和RGB顏色空間R、G、B值的對(duì)應(yīng)關(guān)系[13-15]為

(1)

其中:X、Y、Z表示顏色空間的3個(gè)通道分量,也稱三刺激值.

相對(duì)均勻的CIELAB 顏色空間L、a、b與中間轉(zhuǎn)換空間X、Y、Z之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系為

(2)

其中:L代表光的亮度或明度;a表示紅到綠軸;b表示黃到藍(lán)軸;j=1,2,3,4,…代表圖片通過預(yù)處理分區(qū)的編號(hào);Xn、Yn、Zn表示理想白色物體的3個(gè)刺激值,通常由色差檢測(cè)過程中使用的光源確定.在具體紡織品色差檢測(cè)過程中,一般取Xn=94.812、Yn=100.00、Zn=107.209.轉(zhuǎn)換函數(shù)(f)如

(3)

由式(1)～(3)可知,將被測(cè)紡織品圖片與標(biāo)準(zhǔn)紡織品圖片分別進(jìn)行順序分區(qū)后,相應(yīng)提取兩者的每一個(gè)區(qū)塊的R、G、B值,經(jīng)過XYZ顏色空間及線性轉(zhuǎn)換后得到被測(cè)紡織品的Lj、aj、bj值和標(biāo)準(zhǔn)紡織品的Ls、as、bs值.

1.2 色差與CIEDE2000色差公式

色差通常是指兩種顏色的差別,一般用色差ΔE值表示色差.在無外界干擾的標(biāo)準(zhǔn)光源D65均勻照射下,ΔE=1表示1個(gè)NBS色差單位.然而實(shí)際紡織品色差檢測(cè)環(huán)境往往與實(shí)驗(yàn)室環(huán)境相差較大,其色差值的大小難以按照國(guó)際或國(guó)家統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)判斷.不同的紡織品生產(chǎn)企業(yè)往往按照各自的色差檢測(cè)模型和色差檢測(cè)要求,設(shè)定一套符合自身色差檢測(cè)需要的色差閾值和判別標(biāo)準(zhǔn).在紡織行業(yè)和紡織品生產(chǎn)的過程中,色差盡管分為可以接受的色差和可以感知的色差,但往往更強(qiáng)調(diào)可以接受的色差.常用的紡織品對(duì)照如表1所示[15].

表1 常用的紡織品色差對(duì)照

建立在CIE1976-Lab顏色空間基礎(chǔ)之上的CIELAB色差公式[16]為

(4)

CIEDE2000色差公式[17-18]為

(5)

CIEDE2000色差公式因能檢測(cè)出較小的色差,可有效解決CIELAB在檢測(cè)小色差時(shí)顏色空間分布不均的問題.針對(duì)藍(lán)色、比較深的顏色和一些接近中性的顏色,可提高一定的判斷準(zhǔn)確性,克服CIELAB等其他色差公式的一些局限性,廣泛應(yīng)用于紡織品行業(yè)的色差檢測(cè)與質(zhì)量控制之中.其計(jì)算步驟如下:

(6)

(7)

進(jìn)而得出如式(8)的色度、飽和度和色調(diào),分別為

(8)

(2)通過式(9)計(jì)算明度差ΔL′、飽和度差ΔC′、色調(diào)差ΔH′.即

(9)

(3)由式(10)計(jì)算明度、飽和度和色調(diào)權(quán)重函數(shù)SL、SC、SH,由式(11)得出旋轉(zhuǎn)幅度(RC),旋轉(zhuǎn)角度Δθ和旋轉(zhuǎn)函數(shù)(RT).即

(10)

(11)

通過式(12)計(jì)算系數(shù)(T),則為

(12)

(4)選擇合適的明度參數(shù)因子KL、色度參數(shù)因子KC和色相角參數(shù)因子KH.在實(shí)際紡織品色差檢測(cè)生產(chǎn)過程中,參數(shù)因子一般取KL=KC=KH=1.

2 基于CIEDE2000的色差檢測(cè)和檢速匹配

與標(biāo)準(zhǔn)紡織物的顏色對(duì)比,紡織物在染色過程中往往因染色不均勻而存在色差,通過區(qū)域分塊可有效進(jìn)行色差檢測(cè).區(qū)域分塊數(shù)越多,色差檢測(cè)結(jié)果越精確,色差檢測(cè)時(shí)間越長(zhǎng),因此,色差檢測(cè)速度越慢而影響色差檢測(cè)效率.通過標(biāo)準(zhǔn)圖與待測(cè)圖大小屬性統(tǒng)一化、區(qū)域分塊設(shè)置、檢測(cè)時(shí)間閾值設(shè)置、色差值和檢測(cè)時(shí)間的計(jì)算,實(shí)現(xiàn)色差檢測(cè)與檢測(cè)速度的匹配,具體流程圖如圖1所示.

圖1 色差檢測(cè)與檢速匹配流程圖

(1)標(biāo)準(zhǔn)圖與待測(cè)圖屬性統(tǒng)一.為對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)紡織物與實(shí)際待測(cè)紡織物的色差,通過對(duì)紡織物的標(biāo)準(zhǔn)圖和待測(cè)圖大小的統(tǒng)一,使標(biāo)準(zhǔn)紡織物與待測(cè)紡織物對(duì)應(yīng)位置一致而有效計(jì)算和對(duì)比色差.

(2)圖像區(qū)域分割.標(biāo)準(zhǔn)圖和待測(cè)圖M×N區(qū)域分塊,M、N為自然數(shù),其值越大,區(qū)域分塊越細(xì),色差檢測(cè)越精確,檢測(cè)所需時(shí)間越長(zhǎng),檢測(cè)速度越慢.在紡織物色差檢測(cè)過程中,花色紡織物色差檢測(cè)分塊數(shù)多于單色紡織物色差檢測(cè)分塊數(shù),同時(shí)為實(shí)現(xiàn)色差檢測(cè)和速度匹配,更快地確定較優(yōu)色差分塊,需根據(jù)不同顏色色差檢測(cè)的實(shí)際需要,確定分塊數(shù)M、N的上限值.(3)檢測(cè)時(shí)間閾值的設(shè)定.區(qū)域分塊數(shù)量增多,色差檢測(cè)的速度會(huì)隨之變慢.一個(gè)實(shí)際紡織物生產(chǎn)車間其色差檢測(cè)生產(chǎn)線往往有一定的檢測(cè)速度約束,每張圖片的檢測(cè)時(shí)間不超過αs,考慮到圖像采集所需要的時(shí)間,以及檢測(cè)過程中可能出現(xiàn)的延遲問題,需考慮其緩沖時(shí)間為βs,因此,實(shí)際色差檢測(cè)時(shí)間為這兩個(gè)時(shí)間的差值,即檢測(cè)時(shí)間閾值δ=α-β.

(4)色差閾值的設(shè)定:依照存在色差的國(guó)際統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),各紡織物生產(chǎn)企業(yè)依據(jù)自家的色差檢測(cè)要求,選擇一套合適的色差評(píng)定標(biāo)準(zhǔn),設(shè)定色差閾值ε.檢測(cè)色差值大于或等于色差閾值ε,則表示與標(biāo)準(zhǔn)物比較,存在色差;檢測(cè)色差值小于色差閾值ε,則表示與標(biāo)準(zhǔn)物比較,無色差.

(5)區(qū)域劃分的步長(zhǎng)設(shè)置.由于開始的圖像區(qū)域分塊數(shù)為上限值,若色差檢測(cè)時(shí)間大于時(shí)間閾值δ,表明需要減少區(qū)域分塊數(shù),可采用寬的步長(zhǎng)逐漸減1的方式得下一次色差檢測(cè)區(qū)域分塊M×(N-1),也可采用長(zhǎng)的步長(zhǎng)逐漸減1的方式得下一次色差檢測(cè)區(qū)域分塊(M-1)×N,還可采用長(zhǎng)和寬的步長(zhǎng)同時(shí)逐漸減1的方式得下一次色差檢測(cè)區(qū)域分塊(M-1)×(N-1),直至色差檢測(cè)時(shí)間小于或等于時(shí)間閾值δ后,停止區(qū)域分塊.

(6)流程說明.為了準(zhǔn)確知道一張圖片中色差存在的具體位置,先把采集的兩張圖像設(shè)置為相同大小,再將圖像從上到下、從左到右分成大小相同的M×N個(gè)區(qū)域窗口后,對(duì)每個(gè)小的區(qū)域窗口進(jìn)行色差檢測(cè),計(jì)算色差檢測(cè)所用的時(shí)間.若色差檢測(cè)時(shí)間大于檢測(cè)時(shí)間閾值δ,則通過將M和N依次減1的方式,得到下一次色差檢測(cè)新分塊,直至色差檢測(cè)時(shí)間小于等于檢測(cè)時(shí)間閾值δ,得出色差檢測(cè)檢速要求的較優(yōu)色差分塊數(shù),同時(shí)計(jì)算此時(shí)的色差檢測(cè)值.對(duì)比色差閾值ε的大小,得出檢測(cè)紡織物與標(biāo)準(zhǔn)物是否存在色差,實(shí)現(xiàn)色差檢測(cè)與檢測(cè)速度匹配.

3 仿真結(jié)果與分析

以福建省石獅市的某服裝自動(dòng)化生產(chǎn)線為例,圖2是加工車間采集的標(biāo)準(zhǔn)樣品圖,圖3是加工車間采集的待測(cè)樣品圖,色差檢測(cè)時(shí)間閾值為0.5 s,色差閾值為0.25,初始分塊上限數(shù)為12×12.

圖2 標(biāo)準(zhǔn)樣品圖 圖3 待測(cè)樣品圖

首先將肉眼分辨不清楚的標(biāo)準(zhǔn)圖與待測(cè)圖進(jìn)行預(yù)處理, 按照流程依次進(jìn)行區(qū)域窗口的劃分并進(jìn)行色差檢測(cè),檢測(cè)出不同區(qū)域塊下的色差值與消耗時(shí)間值,實(shí)現(xiàn)色差檢測(cè)與檢測(cè)速度的匹配.通過仿真計(jì)算,9×8分塊或8×9分塊色差檢測(cè)時(shí)間都超過0.5 s,8×8分塊色差檢測(cè)時(shí)間值為0.492 2 s,滿足色差檢測(cè)時(shí)間閾值要求,64塊區(qū)域色差檢測(cè)折線圖如圖4所示.圖4表明,標(biāo)準(zhǔn)樣品圖與待測(cè)樣品圖的色差在0.18～0.27,標(biāo)準(zhǔn)樣品圖與待測(cè)樣品圖部分區(qū)域存在色差,對(duì)標(biāo)準(zhǔn)樣品圖與待測(cè)樣品圖進(jìn)行8×8分塊,既能滿足色差檢測(cè)時(shí)間要求,又能檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)樣品圖與待測(cè)樣品圖存在的較小色差,實(shí)現(xiàn)色差檢測(cè)與檢測(cè)速度匹配.

圖4 8×8分塊區(qū)域色差檢測(cè)結(jié)果折線圖

針對(duì)與標(biāo)準(zhǔn)樣品圖2存在明顯色差的肉眼可分辨待測(cè)樣品圖5,按照同樣的方法進(jìn)行處理:通過仿真,8×8分塊色差檢測(cè)時(shí)間值為0.490 5 s,滿足色差檢測(cè)時(shí)間閾值要求,64塊區(qū)域色差檢測(cè)折線如圖6所示.圖6表明:標(biāo)準(zhǔn)樣品圖與待測(cè)樣品圖部分區(qū)域存在明顯色差,對(duì)標(biāo)準(zhǔn)樣品圖與待測(cè)樣品圖同樣進(jìn)行8×8分塊,既能滿足色差檢測(cè)時(shí)間要求,又能檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)樣品圖與待測(cè)樣品圖存在的較大色差,實(shí)現(xiàn)色差檢測(cè)與檢測(cè)速度匹配.

圖5 待測(cè)樣品圖

圖6 8×8分塊區(qū)域色差檢測(cè)結(jié)果折線圖 圖7 5×5分塊區(qū)域色差檢測(cè)結(jié)果折線圖

針對(duì)圖2～3所示較小色差的色差檢測(cè),若提高自動(dòng)化生產(chǎn)線檢測(cè)速度,色差檢測(cè)時(shí)間閾值調(diào)整為0.22 s,色差閾值要求0.25不變,通過仿真計(jì)算,5×5分塊色差檢測(cè)時(shí)間值為0.216 9 s,25塊區(qū)域色差檢測(cè)折線如圖7所示.

對(duì)比色差折線圖4和圖7,通過8×8區(qū)域分塊,標(biāo)樣與待測(cè)樣品11個(gè)區(qū)域存在微小色差,通過5×5區(qū)域分塊,標(biāo)樣與待測(cè)樣品2個(gè)區(qū)域存在微小色差,但5×5區(qū)域分塊色差檢測(cè)速度相對(duì)更快,因此,在實(shí)際紡織品色差檢測(cè)過程中,需根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要確定色差檢測(cè)精度和檢測(cè)速度.

4 結(jié)語

針對(duì)紡織品色差檢測(cè)過程中需要較精確檢測(cè)色差的同時(shí),滿足實(shí)際生產(chǎn)過程中檢測(cè)速度的需要,給出了一種基于CIEDE2000色差公式的紡織品色差檢測(cè)與檢速匹配的方法.通過檢測(cè)時(shí)間閾值和色差閾值的設(shè)定,自動(dòng)改變區(qū)域劃分的步長(zhǎng),匹配紡織品色差值和色差檢測(cè)時(shí)間,得出較優(yōu)區(qū)域分割,并給出了仿真結(jié)果.該方法可有效實(shí)現(xiàn)紡織品色差檢測(cè)與檢測(cè)速度匹配,為進(jìn)一步研究紡織品的色差檢測(cè)和質(zhì)量控制提供參考依據(jù).