CIEDE 2000色差公式在陶瓷業(yè)色差檢測中應(yīng)用

CIEDE2000是到目前為止最新的色差公式，該公式與CIE94相比要復雜的多，同時也大大提高了精度。CIEDE2000色差公式主要對CIE94公式做了如下幾項修正：1. 重新標定近中性區(qū)域的a*軸，以改善中性色的預測性能；2. 將CIE94公式中的明度權(quán)重函數(shù)修改為近似V形函數(shù)；3. 在色相權(quán)重函數(shù)中考慮了色相角，以體現(xiàn)色兼容限隨顏色的色相而變化的事實；4. 包含了與BFD和Leeds色差公式中類似的橢圓選擇選項，以反映在藍色區(qū)域的色差容限橢圓不指向中心點的現(xiàn)象。

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。為了解決這個問題，生產(chǎn)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(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。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(zhuǎn)換

RGB值是相機獲得的第一數(shù)據(jù)，然而由于RGB顏色空間的不均勻性需要進行顏色空間的轉(zhuǎn)換。本文將RGB顏色空間轉(zhuǎn)換到CIELAB顏色空間。

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(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，光亮度、色調(diào)及飽和度都能夠獨立調(diào)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(shù)。

從RGB顏色空間到CIELAB顏色空間的轉(zhuǎn)換要先轉(zhuǎn)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(xiàn)：

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：

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(jù)工業(yè)色差評估條件來確定這些數(shù)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ΔE2000。

3 陶瓷磚的小色差檢測

根據(jù)計算機視覺的原理，所設(shè)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。

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(zhuǎn)換（即RGB顏色空間轉(zhuǎn)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。

攝像機拍攝圖片后通過千兆網(wǎng)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(xiàn)均值濾波、顏色空間轉(zhuǎn)換，并最終實現(xiàn)CIEDE 2000色差計算。實驗數(shù)據(jù)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(jié)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(yè)色差檢測中應(yīng)用以及在其他類似行業(yè)中推廣。