【文章內(nèi)容簡介】 ，通常為2*2，3*3區(qū)域，也可以為不同的形狀，如圓形，線狀，圓環(huán)形，十字形。例如，對(duì)于一個(gè)3x3的領(lǐng)域，其中值是第5個(gè)值。當(dāng)一個(gè)領(lǐng)域中的一些像素值相同時(shí)，那么其中任何一個(gè)都可以作為中值。比如，一個(gè)3x3的領(lǐng)域內(nèi)有一系列像素值(9，15，15，15，11，15，15，25，100)，對(duì)這些值排序后為(9，11，15，15，15，15，15，25，100)，那么其中值就是15。212 線性濾波線性濾波也稱均值濾波，它的響應(yīng)(輸出)是包含在濾波掩模鄰域內(nèi)的像素簡單平均值。基本思想是利用濾波掩模確定的領(lǐng)域內(nèi)像素均值去代替圖像每個(gè)像素點(diǎn)的值，主要用于消除圖像中的顆粒噪聲。用一像素鄰域內(nèi)各像素值的平均值來替代該像素原來值，即為鄰域平均技術(shù)。假設(shè)圖像I中某個(gè)3x3的鄰域，其中心像素為I(x,y)。鄰域平均法利用的模板(掩模)(a)所示，則輸出圖像對(duì)應(yīng)中心像素的像素值G(x,y)為： 2(1) 圖21 3x3鄰域圖22平滑所用模版顯然，領(lǐng)域平均法有具有較好的降噪平滑能力，但是，鄰域平均法在對(duì)去噪和平滑邊緣信息是不加以區(qū)分的，從而削弱了圖像中原本正常的邊緣和細(xì)節(jié)，使圖像產(chǎn)生一定程度的模糊，圖像的模糊程度與模板大小相關(guān)，雖然模板越大，去噪能力越強(qiáng)，但是模糊程度也會(huì)隨之加劇。這些均不利于接下來的色差檢測評(píng)價(jià)。引入加權(quán)思想，設(shè)置一個(gè)平滑模板對(duì)鄰域平均法進(jìn)行改進(jìn)，（b）所示。定義權(quán)值之和為16，則輸出圖像中心像素值為： 2(2)其中，為模板權(quán)值。根據(jù)像素距離中心位置的遠(yuǎn)近來確定各個(gè)像素的權(quán)重或重要性，可以看出中心位置權(quán)值最大，距中心點(diǎn)位置越遠(yuǎn)，權(quán)值越小，這種處理方法在一定程度上可以降低已處理圖像的模糊程度。213高斯濾波高斯濾波器是根據(jù)高斯函數(shù)的形狀來選擇權(quán)值的線性平滑濾波器。高斯平滑濾波無論是在頻率域或是在空間域都是相當(dāng)有效的低通濾波器。其對(duì)消除服從正態(tài)分布的噪聲是十分有效的。一維零均值高斯函數(shù)為： 2(3)參數(shù)σ決定著濾波器的寬度，但對(duì)于數(shù)字圖像處理來說，常使用二維零均值離散高斯函數(shù)。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為式: 2(4)高斯函數(shù)具有很多優(yōu)勢，體現(xiàn)在：（1） 高斯函數(shù)是單值函數(shù)，這表明，高斯濾波器是用像素鄰域的加權(quán)均值來代替該點(diǎn)像素值的，而每一個(gè)鄰域像素點(diǎn)權(quán)值是隨著該點(diǎn)與中心點(diǎn)的距離單調(diào)增減的。這樣平滑運(yùn)算對(duì)離算子中心很遠(yuǎn)的像素點(diǎn)將不會(huì)有很大作用，于是就可以消除圖像的失真；（2） 它的傅里葉變換頻譜是單瓣的，意味著平滑圖像不會(huì)被不希望的高頻信號(hào)污染，同時(shí)也將保留大部分所需的信號(hào)；（3） 具有旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性，即濾波器在各個(gè)方向上的平滑程度是一樣的。由于圖的邊緣方向不是事先知道的，因此，在濾波前并不知道一個(gè)方向上與另一個(gè)方向哪個(gè)需要更多的平滑。這個(gè)優(yōu)勢則意味著高斯濾波器在后續(xù)邊緣檢測中不會(huì)偏向某一方向；（4） 可分離性，因此較大尺寸的高斯濾波器得以有效地實(shí)現(xiàn)。二維高斯函數(shù)卷積可以分兩步進(jìn)行，先將圖像與一維高斯函數(shù)進(jìn)行卷積，然后將卷積結(jié)果與方向垂直的相同一維高斯函數(shù)卷積。因此，二維高斯濾波的計(jì)算量隨濾波模板寬度是線性增長而不是平方增長，這樣計(jì)算量不至于過大。（5） 參數(shù)σ決定著高斯濾波器的寬度（平滑程度），是直接簡單相關(guān)的。參數(shù)σ越大，頻帶就越寬，平滑程度也就越好。通過調(diào)節(jié)參數(shù)σ，可在平滑圖像中由噪聲和細(xì)紋理引起的過多不希望突變量（欠平滑）之間與圖像特征過分平滑（過模糊）之間折中。214圖像預(yù)處理結(jié)果對(duì)比本文以在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)下采集到的一幅圖像樣本為研究對(duì)象，對(duì)該圖像分別采用線性濾波法、中值濾波法以及高斯模板濾波法進(jìn)行去噪平滑處理。從濾波效果（）中可以看出，鄰域平均法在圖像邊緣處易被邊緣周圍的高頻信息污染。而中值濾波法在圖像的角點(diǎn)處易產(chǎn)生凸點(diǎn)。相比較以上兩種方法，高斯濾波法的圖像邊緣信息保持良好，針對(duì)染色品的色差檢測這一研究目標(biāo)，采用高斯濾波法相比較而言較為適合。因此，在本文的以下章節(jié)中均采用高斯濾波法對(duì)樣本進(jìn)行圖像預(yù)處理。 原圖像 線性濾波法 中值濾波圖像 高斯模版濾波法圖23 三種圖像預(yù)處理的效果圖22 圖像顏色空間顏色空間也稱彩色系統(tǒng)[7] [8] [9]，其目的是在某些標(biāo)準(zhǔn)下用通?？山邮艿姆绞綄?duì)彩色加以說明。本質(zhì)上，顏色模型是坐標(biāo)系統(tǒng)和子空間的闡述。位于系統(tǒng)的每種顏色都由單個(gè)點(diǎn)來表示。色差是指顏色的知覺差異，通常可從色調(diào)，明度和彩度這三種顏色屬性的差異來表示。色調(diào)差表示色相的差異（即偏黃或偏紅等），明度差表示深淺的差異，彩度差表示鮮艷度的差異。在理想的顏色空間中，相應(yīng)顏色之間的色差大小即為點(diǎn)與點(diǎn)之間距離的大小。221 R G B空間現(xiàn)有采集設(shè)備最初采集的均為圖像的RGB值。而在圖像處理的過程中使用的其他顏色空間也均是從RGB顏色空間轉(zhuǎn)換而來的，其處理結(jié)果顯示出來也需要轉(zhuǎn)回RGB顏色空間，所以圖像處理中最常用的是RGB顏色空間。R,G,B為三基色，它們相互之間是互獨(dú)立的，即任何一種基色都不能有其它兩種顏色合成，而任何彩色都可以用紅、綠、藍(lán)3種基色配制而成，看起來似乎完美，但在進(jìn)行圖像處理時(shí)，則會(huì)發(fā)現(xiàn)它的不足：其一，RGB顏色空間是最不均勻的顏色空間之一。兩個(gè)顏色之間的知覺差并不能通過該顏色空間中兩個(gè)顏色點(diǎn)之間的距離來表示。其二，RGB空間不直觀，顏色認(rèn)知屬性很難通過RGB的值來體現(xiàn)。其三，RGB具有很高的相關(guān)性（RG:，BR:，GB:）。高相關(guān)性的存在，不僅對(duì)圖像數(shù)據(jù)壓縮造成了相當(dāng)?shù)睦щy，而且也為圖像的顏色處理帶來了麻煩。另外，在RGB顏色空間中，實(shí)際選定的三原色在比配等能光譜時(shí)存在著負(fù)比配，光譜三刺激值曲線有一部分是負(fù)的。這和日常生活中人們關(guān)于顏色的概念無法吻合，也無法理解。所有這些，因此，在實(shí)際應(yīng)用中，極少會(huì)用到RGB顏色空間。222 HSV顏色空間HSV模型的三維表示從RGB立方體演化而來。其中，HSV顏色空間中顏色的參數(shù)分別是：（1） H參數(shù)表示色彩信息，即所處的光譜顏色的位置。該參數(shù)用一角度量來表示，紅、綠、藍(lán)分別相隔120度。互補(bǔ)色分別相差180度。 （2） 純度S為一比例值，范圍從0到1，它表示成所選顏色的純度和該顏色最大的純度之間的比率。S=0時(shí)，只有灰度。 （3） V表示色彩的明亮程度，范圍從0到1。有一點(diǎn)要注意：它和光強(qiáng)度之間并沒有直接的聯(lián)系。 HSV是一種比較直觀的顏色模型，其顏色空間示意圖如下所示。圖24 HSV顏色空間示意圖在一定程度上將顏色信息與灰度信息、飽和度信息進(jìn)行了有效地分離。對(duì)于色差檢測系統(tǒng)而言，待測目標(biāo)的H值具有良好的分類特性。223 LAB顏色空間Lab是一種顏色空間，也即一種顏色模型，是在1931年國際照明委員會(huì)(CIE)制定的顏色度量國際標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上建立的，也是一種基于生理特性的顏色系統(tǒng)，以數(shù)字化方式來描述人的視覺感應(yīng)。它適用于一切光源色體或物體色的表示與計(jì)算。在Lab顏色空間中，一種顏色由L（亮度）、a顏色、b顏色三種參數(shù)表征．L表示照度（Luminosity），相當(dāng)于亮度，L取值為0100(純黑純白)。a表示從紅色至綠色的范圍，a取值為+127128(洋紅綠)。b表示從黃色至藍(lán)色的范圍，b取值為+127128(黃藍(lán))．、正為暖色，負(fù)為冷色。下圖為LAB顏色空間的量化特性。圖25 LAB量化特性其中，LAB顏色空間的具有以下特點(diǎn)：（1） Lab顏色空間中明度和顏色是分開的， L通道沒有顏色，a通道和b通道只有顏色。（2） 在Lab中進(jìn)行調(diào)節(jié)很簡單，速度很快。（3） 色域?qū)掗?，它不僅包含了RGB顏色空間、HSV顏色空間的所有色域，還能表現(xiàn)它們不能表現(xiàn)的色彩。人的肉眼能感知的色彩，都能通過LAB顏色空間表現(xiàn)出來。（4） 它彌補(bǔ)了RGB色彩模型和HSV色彩模式色彩分布不均的不足。23 色差計(jì)算原理針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)樣和試樣之間的色差可接受程度所進(jìn)行的研究，相關(guān)科研人員已做出了卓越的努力。最終我們想獲得的是一個(gè)使兩個(gè)樣本之間色差結(jié)果與人眼視覺相關(guān)性保持良好的評(píng)價(jià)指標(biāo)。下面將針對(duì)各種色差公式進(jìn)行介紹與比較并選出本文實(shí)驗(yàn)所采用的色差公式。231 RGB顏色空間色差計(jì)算 由于RGB顏色空間的顏色信息包含于三個(gè)分量中（R、G、B），因此表示待測目標(biāo)的顏色與標(biāo)準(zhǔn)顏色的差異可采用計(jì)算歐式距離，即： 或者， 其中表示計(jì)算出的色差信息。232 HSV顏色空間色差計(jì)算 HSV顏色空間中的顏色信息主要包含于H分離（色度分量）、S分量（飽和度分量）、V分量（亮度分量）。其中，主要的色差信息主要集中于H分量和V分量，同時(shí)也有小部分的S分量影響著物體整體的顏色信息。因此，我們一般采用三者差異的加權(quán)和的方式來表現(xiàn)待測物體的顏色與標(biāo)準(zhǔn)顏色的色差，即： 其中。一般情況下，顏色的大部分信息位于H分量，其次是S分量和V分量。因此試驗(yàn)可取。233 LAB顏色空間色差計(jì)算在LAB模型中[10]，L代表明度，A代表紅綠，B代表黃藍(lán)，大部分國家（包括國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)）都將它作為自己的標(biāo)準(zhǔn)。因此，可以說CIE1976L、A、B色差公式是自1976年起較為通用的色差公式。在與顏色感覺一致的均勻顏色空間內(nèi)，兩個(gè)顏色樣品之間的色差表示為坐標(biāo)點(diǎn)之間的距離，一般CIE1976LAB色差公式采用歐式距離的計(jì)算方法： 24色差檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基于計(jì)算機(jī)視覺的染色品色差檢測系統(tǒng)主要由以下幾個(gè)部分組成：（1） 高性能彩色工業(yè)相機(jī)；（2） 圖像采集卡；（3） 照射光源；（4） 圖像算法處理PC；其中，高性能的工業(yè)彩色相機(jī)，實(shí)時(shí)監(jiān)測布匹表面顏色信息，并將采集的圖像數(shù)據(jù)經(jīng)由圖像采集卡傳輸?shù)綀D像算法處理PC中進(jìn)行實(shí)時(shí)處理和檢測。這樣如果發(fā)現(xiàn)色差問題可以得到有效調(diào)整，便于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)管理的智能化、透明化，提高客戶對(duì)染色質(zhì)量的誠信度并獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益。本文所設(shè)計(jì)的檢測系統(tǒng)采用的是日本索尼公司SSCDC398BP經(jīng)濟(jì)型高清晰彩色工業(yè)相機(jī)及配套的SSV0358GNB工業(yè)鏡頭。本系統(tǒng)采用的是微視圖像公司的一款高性能圖像采集卡對(duì)圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)采集。相機(jī)的成像器件為1/3英寸SuperHAD的CCD傳感器，其最高幀率可達(dá)到60fps，并且具有1/50至1/100000s的快門范圍以及高信噪比的特性。由于具有高靈敏度的特性，我們可以在高速以及弱光環(huán)境下用它進(jìn)行拍攝工作。SSV0358GNB是一款自動(dòng)光圈、手動(dòng)變焦的工業(yè)鏡頭，其焦距可調(diào)范圍為：，鏡頭的最小物距為：，后焦距為：。染色品色差在線檢測系統(tǒng)簡易示意圖如下所示：圖26 檢測系統(tǒng)示意圖考慮到對(duì)采集圖像的高質(zhì)量要求，光源的選擇也非常重要，下一節(jié)將對(duì)本系統(tǒng)的光源及照明系統(tǒng)進(jìn)行介紹。25 照明系統(tǒng)和光源在基于計(jì)算機(jī)視覺的應(yīng)用系統(tǒng)中，光源與照明系統(tǒng)的優(yōu)劣決定著整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的成敗[11]。首先，照明光源不能造成顏色失真，具有足夠的亮度，并在照明區(qū)域內(nèi)亮度保持均勻穩(wěn)定；其次，照明系統(tǒng)和光源要能夠避免被檢測對(duì)象的高反射區(qū)域，以免導(dǎo)致檢測精度的降低或無法檢測；最后，在某些工業(yè)場合，要充分地將光源和照明方案結(jié)合，以突出某些特征量以增加對(duì)比度。另外要保證足夠的整體亮度，不至于由于物體位置的變化影響成像質(zhì)量。總而言之，在選擇照明系統(tǒng)和光源時(shí)，要充分考慮被檢測對(duì)象的具體情況，確定所需光源的照明亮度、幾何形狀、光譜特性、均勻度、使用壽命以及發(fā)光效率等。 為了統(tǒng)一顏色測量標(biāo)準(zhǔn)，國際照明委員會(huì)(CIE)規(guī)定了色度學(xué)標(biāo)準(zhǔn)照明體。（1） A類標(biāo)準(zhǔn)光源：具有相當(dāng)于色溫度CCT（correlated colour temperature）。，CIE規(guī)定提供此光譜分布的光源為標(biāo)準(zhǔn)A光源。（2） B類標(biāo)準(zhǔn)光源：具有相當(dāng)于直射太陽光，CCT約為4874K的完全幅射體的光譜功率發(fā)布。CIE規(guī)定符合此光譜功率分布的光源為標(biāo)準(zhǔn)B光源。（3） C類標(biāo)準(zhǔn)光源：具有相當(dāng)于CCT約為6774K的完全幅射體的光譜功率發(fā)布，它代表陰天太陽光的光譜分布，通常又被稱為評(píng)價(jià)日光。此光譜功率分布，CIE規(guī)定由標(biāo)準(zhǔn)C光源得到。（4） 1964年，CIE委員會(huì)追加了第四種光源D，旨在克服B類和C類光源在紫外區(qū)域的照明缺陷。標(biāo)準(zhǔn)D類光源主要有D55，D65及D75，相應(yīng)的CCT值為5500K、6500K及7500K。 1）A 對(duì)應(yīng)光源為鎢絲電燈，CCT為2856K 2）D50 對(duì)應(yīng)光源為版畫與刻印應(yīng)用的暖色調(diào)室內(nèi)燈，CCT為5003K 3）D65 對(duì)應(yīng)光源為色度測量的平均日光燈，CCT為6504K 4）D75 對(duì)應(yīng)光源為冷色調(diào)室內(nèi)燈，CCT為7504K白熾燈價(jià)格便宜，將其作為應(yīng)用光源成本較低，另外其具有同日光相似的連續(xù)光譜能量分布，輸出可控，光輸出較為穩(wěn)定，隨電輸入可改變，結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)。所以大部分工業(yè)廠家偏好它，但物體的顏色在白熾燈下卻不夠真實(shí)。石英鹵素?zé)糁挥糜诠庠碅。這類燈發(fā)射出非常有效的UV線，所以它們并不像日光燈一樣會(huì)產(chǎn)生熒光增白效果。另外，石英鹵素?zé)粼贗R區(qū)域會(huì)產(chǎn)生較多的能量，一些著色劑對(duì)光或熱敏感，這將造成樣本在鹵素?zé)粝率軣?，從而產(chǎn)生熱變色樣本的顏色度量誤差。并且樣本長時(shí)間暴露在此光源下還會(huì)造成褪色現(xiàn)象?？傮w來說，脈沖氙燈可以克服以上所述缺點(diǎn)。其具有與日光相近的光譜能量分布和良好的物理特性，可以很容易的過濾掉紫外。在每次測量中，脈沖氙燈只是在幾納秒的時(shí)間內(nèi)釋放閃光，并不提供持續(xù)的光源照明。熒光樣本在此類光源照射下不會(huì)受熱，所以可在此等光源下的進(jìn)行顏色測量。另外，脈沖氙光也較適合對(duì)暗顏色的測量。脈沖氙光的缺點(diǎn)在于它提供的是線性非連續(xù)的光譜，輸出穩(wěn)定性也較差。綜上所述，考慮到不同光源的不同特性，相關(guān)行業(yè)在進(jìn)行染色品色差檢