木材染色品質在線檢測裝置設計

張傲然 王帥 李新宇 白文超

摘? 要：為實現木材染色生產高精度的在線檢測，該文設計了一款新型在線檢測裝置，該裝置通過計算機視覺技術獲取RGB空間的實驗數據集，采用分光光度計獲取標準數據集然后重建光譜反射率建立模型，將RGB顏色空間映射到CIEL*a*b*顏色空間，最后分析色差進行顏色質量評價。采用標準色卡采集的標準數據作為訓練樣本，測試色卡作為測試樣本進行實驗測試，實驗結果表明所設計裝置具有較高的測量精度。

關鍵詞：木材染色;計算機視覺技術;顏色質量評價

中圖分類號：TS193? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

0 概述

常見的顏色檢測方法包括分光光度法、光電積分法、機器視覺檢測技術和目視法。目視法，結果包括人為主觀因素，工作效率低;光電積分法，有較快的速度和適當的精度，但是無法測出光譜組成;分光分度計測量精度高，但不能和機器視覺檢測一樣測量整幅圖像的色差變化。采用機器視覺檢測技術并進行光譜反射率重建可實現對顏色的客觀描述，已成為顏色測量領域的研究熱點。

1 檢測裝置

1.1 工作原理

通過采用機器視覺獲取RGB空間的實驗數據集，分光光度計獲取標準數據集;預處理圖像和讀取顏色值后，重建光譜反射率，將RGB顏色空間映射到CIEL*a*b*顏色空間，進而評價顏色質量，用偏色點信息修正染料配方。

1.2 檢測方法

利用機器視覺獲取與設備相關的RGB顏色空間，并將其轉換為與設備無關的CIEL*a*b*空間，進而判斷色差，評價顏色質量。

基于多光譜成像技術，在可見光范圍內，用相機在不同的濾波片上采集待測樣品的多個通道的顏色信息，成像系統模型如圖1所示。

選用分光光度計獲取標準圖像，建立標準色卡。通過與同樣條件下樣品和標準反射或透射的光能量比較，得到樣品在每個波長下的光譜反射率，并利用CIELAB提供的標準觀察者和標準光源進行（1）式計算：

1.3 顏色質量判斷

用RMSE光譜均方根誤差作為衡量顏色測量的精度的標準，RMSE的計算如下公式（4）所示。

2 實驗

2.1 實驗環境

該裝置基于多光譜成像技術，在不同的濾波片上，利用相機獲得不同通道下的相機響應值，通過多光譜成像系統在可見光范圍內采集待測樣品的多個通道的顏色信息。由于CCD相機的輸出為RGB圖像，并不提供光譜反射率曲線，因此通過智能算法在源色空間和目標色空間選擇樣本的色彩描述，利用樣品數據，通過智能算法建立2個顏色空間之間的聯系。該實驗中使用傳統的分光光度計法采集數據，建立標準色卡，共計345個色塊做標準色卡，并由其公司提供的測試色卡5張共計3300個色塊做測試樣本。實驗中，色卡的真實的光譜反射率以及色度值L*a*b*由X-rite分光分度計測量得到，相機的響應值RGB值由MATLAB編程提取得到。

2.2 實驗結果與分析

標準樣品如圖2所示，按標準選取測試點，由X-rite測量其真實的色度值，見表1。

3 結論

該文設計了一款針對木材染色品質高精度的在線檢測裝置。通過對比實驗驗證，結果表明該裝置具有很高的顏色測量精度，且實際染出木材的顏色基本與標樣相符合，總色差相差較小。在木材染色的生產線上，利用裝置與染色機器配合，可以實現木材染色的在線實時監測，提高木材染色的品質，解放了傳統工藝中生產線上檢測染色木材的工人，節約了生產資源，降低了產品的不合格率和生產成本，提高了生產效率。

參考文獻

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