不同環(huán)境條件下同一色標(biāo)的數(shù)碼色度值之間的相互關(guān)系

魏 斌 許 敏 陳 凌

福建醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院口腔科，福建 福州 350005

口腔臨床牙色采集目前有兩種方式：肉眼比色法和儀器比色法。采用肉眼比色，很多因素會影響比色的準(zhǔn)確性，不同環(huán)境條件會得出不同的顏色。使用儀器比色相對穩(wěn)定，但現(xiàn)有儀器受各種因素影響，臨床使用準(zhǔn)確性還很低，主要用于實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)際工作還只能作為輔助手段[1]。尋找一種穩(wěn)定、可靠的比色方法成為口腔臨床的迫切需要。隨著數(shù)碼照相技術(shù)的進(jìn)步和普及，許多研究者在探討該技術(shù)用于口腔比色的可能性。本研究意在探討不同環(huán)境下所得到數(shù)碼色值的穩(wěn)定性及相互間的內(nèi)在聯(lián)系。

1 材料與方法

1.1 儀器和材料

Nikon D200數(shù)碼相機(jī)；Nikon三腳架；臺灣產(chǎn)數(shù)碼相機(jī)專用環(huán)行LED燈；Vita 16色比色板；Nikon AF-S VR Micro-Nikkor 105 mm f/2.8G微距鏡頭；Abode Photoshop CS軟件；NEC Packard Bell Easynote E4710筆記本電腦。

1.2 拍攝方法

用1R日進(jìn)熱凝仿生牙托粉制作7.00 cm×7.00 cm×0.15 cm平板背面加襯白紙作為拍攝背景底板，底板中央位置對稱制作兩個定位凹坑（安放比色片位置）。拍攝前用三腳架固定底板與相機(jī)間位置不變，鏡頭前緣距底板30 cm，取景器中央對焦點(diǎn)正對底板中央?yún)^(qū)。取下16色比色板各色片，依次放在底板中央固定凹坑上，在固定于鏡頭前的環(huán)行LED燈亮度全開下使用快門線各拍攝一定張數(shù)。

數(shù)碼相機(jī)在所有拍攝過程均使用預(yù)存的白平衡設(shè)定（18%灰板，只有環(huán)行LED燈照明下拍攝現(xiàn)場取得的，并存儲在相機(jī)中，每次拍攝時調(diào)用），色彩模式：sRGB，ISO：100，其他設(shè)定采用標(biāo)準(zhǔn)模式；光圈固定6.3，快門速度根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)定的拍攝場景亮度不同，先由相機(jī)自動測光系統(tǒng)測試，再選定一個合適的快門速度。圖片品質(zhì)選擇最佳無壓縮并以JPEG格式保存，每張圖片大小約2000 KB。使用快門線拍照，每張之間間隔5 s。

1.3 數(shù)據(jù)采集及處理

①拍攝場景一：在暗房內(nèi)，拍攝時只有安裝于鏡頭前的LED燈正上方供光。16色比色板每個色片依次放于底板右側(cè)定位凹坑上各拍攝10張，每張間隔5 s。光圈固定6.3，快門速度1/125 s。②拍攝場景二：白天沒有陽光直射的背光診室，于房間中央?yún)^(qū)設(shè)置拍攝點(diǎn)，每個色片（實(shí)驗(yàn)色片）與A2色片（對照色片）并排對稱放置在鏡頭中央位置（實(shí)驗(yàn)色片放在左側(cè)凹坑，對照色片放在右側(cè)凹坑，以保證不同色片拍攝時在畫面上的位置相同）。打開鏡頭前的LED燈，每張色片各拍攝3張，每張間隔5 s。光圈固定6.3，快門速度1/160 s。③拍攝場景三：白天同一診室，關(guān)閉普通窗簾，于房間中央?yún)^(qū)設(shè)置拍攝點(diǎn)，拍攝時其他條件和方法同場景二。

拍攝的所有圖片均輸入Abode Photoshop CS軟件，以軟件默認(rèn)的RGB顏色模式打開圖片。在圖片放大率為33.33%下由坐標(biāo)定位采集色片頸部1/3中點(diǎn)、中1/3中點(diǎn)，切1/3中點(diǎn)（左右中線偏左側(cè)5 mm以避開中線高光區(qū)）共3點(diǎn)的RGB和Lab值。采色時使用采樣吸管工具，采樣點(diǎn)大小5×5像素。

1.4 實(shí)驗(yàn)方法

以場景一作為標(biāo)準(zhǔn)組，將每個色片的10張圖片中同一點(diǎn)的RGB值和Lab值的平均值作為該色片該點(diǎn)的數(shù)據(jù)庫標(biāo)準(zhǔn)值，建立16色比色板3個點(diǎn)的RGB和Lab標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫。以場景二和場景三中所拍攝的圖片作為實(shí)驗(yàn)組，采集每張圖片中兩個色片的同樣3個點(diǎn)的RGB和Lab值，并以A2色片的RGB值為調(diào)整依據(jù)，在“色彩平衡”對話框中通過滑動3根調(diào)色滑桿，調(diào)改RGB值，將在場景二或場景三中拍攝圖片中A2某點(diǎn)的RGB值調(diào)整到與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫中A2色片同點(diǎn)的RGB值相同，再采集與A2并排拍攝的實(shí)驗(yàn)色片的同部位點(diǎn)的Lab值。并將所得的值與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫中同名色片值比較。如：場景二中，A1色片和A2色片并排拍攝的圖片DSC-0408，采集本圖中A2色片頸部1/3點(diǎn)RGB值，并通過“色彩平衡”對話框調(diào)整，將此RGB值調(diào)整為與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫中A2色片頸部1/3的RGB值相同。然后再采集調(diào)整后的DSC-0408圖中A1色片的頸部1/3點(diǎn)的Lab值，并將此Lab值與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫中A1色片同點(diǎn)的Lab值比較，檢驗(yàn)數(shù)值是否符合?？紤]到拍攝光源環(huán)行LED燈亮度是從四周向中央逐漸減弱，光線在同一圓周線上，亮度基本相同[2]。因此調(diào)整時遵循同區(qū)位對稱原則，即檢側(cè)頸部色度值時，校正A2色片頸部的RGB值到標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫中的A2色片頸部標(biāo)準(zhǔn)值，再讀取實(shí)驗(yàn)牙頸部的Lab值；同樣檢側(cè)切端部色度值時，校正A2色片切端部的RGB值到標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫中的A2色片頸部標(biāo)準(zhǔn)值，再讀取實(shí)驗(yàn)牙切端部的Lab值。區(qū)位不對稱，會造成數(shù)據(jù)差異，導(dǎo)致色差加大。本研究數(shù)據(jù)檢驗(yàn)采用Lab數(shù)值色差檢驗(yàn)方法，公式：ΔE*ab={（ΔL*）2+（Δa*）2+（Δb*）2}1/2。 色差（ΔE*ab）是用數(shù)量來描述的兩種顏色之間的差別，ΔE值越大表明顏色的差異越明顯。Ecker等[3]認(rèn)為，若ΔE＜1，表示無肉眼可察覺的顏色差異；1＜ΔE＜2，表示存在肉眼可察覺的色差，但在臨床可接受的范圍內(nèi)；如果ΔE＞3.3，則表面顏色完全不匹配。Douglas等[4]認(rèn)為臨床可接受的ΔE范圍為2～4；美國牙醫(yī)師協(xié)會推薦以2作為衡量顏色差異的值。由于研究目的最終是為臨床使用，所以本研究分別以ΔE≤2和ΔE≤4作兩次統(tǒng)計(jì)。

2 結(jié)果

場景一所拍攝圖片，16片色片各拍10張，共160張圖，每張圖取3個位點(diǎn)共480個位點(diǎn)。取每色片10張平均值制作成16色比色板標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫Lab值（表1）和RGB值（表2）。從表1和表2可以看出，16色比色板各色系Lab具有一定規(guī)律，如A系中從A1到A4，L值由大到小，a、b值則由小到大，RGB值均由大到小。另外本實(shí)驗(yàn)中每色片連拍10張圖片，同點(diǎn) Lab 色值誤差范圍“L”值和“b”值＝±0.5，“a”值＝±0.25。同點(diǎn)RGB 色值誤差范圍“R”、“G”、“B”值＝±1。以色差公式計(jì)算，所有16色號同色號片十張中相互偏差最大的兩張其ΔE*ab＝1，在肉眼不能查覺的色差范圍[3]。說明本數(shù)碼相機(jī)色彩穩(wěn)定性可靠。

實(shí)驗(yàn)組中所拍攝圖片共60張，每張圖取3個位點(diǎn)，共180個位點(diǎn)，經(jīng)調(diào)整后色差公式計(jì)算，ΔE*ab≤4的有115個位點(diǎn)，占82.78%，ΔE*ab≤2的共有149個位點(diǎn)，占63.89%。見表3。

表1 16色Vita比色板在場景一中測定的Lab值

3 討論

不同相機(jī)，同一環(huán)境所得圖片不同，同一相機(jī)顏色本身也會有偏差[5]。數(shù)碼相機(jī)要想在臨床比色上應(yīng)用，必須先解決圖片的色彩的穩(wěn)定性，這包括相機(jī)自身的穩(wěn)定性、環(huán)境光線的相對穩(wěn)定。光源方向也直接影響圖片的L值，同一色片，在同樣拍攝設(shè)定值下，同樣亮度的光源方向不同，測的同點(diǎn)Lab值和RGB值均有很大差異，尤其是代表亮度的L值不同[6-7]。同一相機(jī)在不同拍攝設(shè)定下（白平衡、銳度、飽和度、光圈速度）圖片同點(diǎn)Lab值不同，尤其是采用自動模式拍攝時會有很大差異。光線不足時，數(shù)碼相機(jī)拍攝穩(wěn)定會受到極大影響。本研究在拍攝時使用預(yù)存的白平衡設(shè)定，其他設(shè)定采用標(biāo)準(zhǔn)模式，固定了銳利度、對比度、飽和度和色相等，且由于使用數(shù)碼相機(jī)專用LED燈配合微距鏡頭，在微距拍攝下其光線充足，基本排除了周圍光線的影響，圖片質(zhì)量極其穩(wěn)定。

表2 16色Vita比色板在場景一中測定的RGB值

表3 實(shí)驗(yàn)組180位點(diǎn)色度值調(diào)整后結(jié)果[點(diǎn)（%）]

目測比色法由于影響因素很多，尤其對沒有接受比色專業(yè)訓(xùn)練的普通牙科醫(yī)生，比色準(zhǔn)確率很低。李智等[8]報(bào)道視覺比色準(zhǔn)確率僅39.17%。從本實(shí)驗(yàn)結(jié)果看：使用數(shù)碼相機(jī)在本研究拍攝條件下（臨床工作環(huán)境內(nèi)光線變化范圍）所拍攝的數(shù)碼圖片，通過Adobe photoshop軟件調(diào)整，可以將圖片色度值還原到標(biāo)準(zhǔn)條件下的色度值范圍，如以臨床可接受的范圍內(nèi)（ΔE*ab≤4）計(jì)算，則有82.78%準(zhǔn)確率；如以美國牙醫(yī)師協(xié)會推薦以2作為衡量標(biāo)準(zhǔn)，則有63.89%準(zhǔn)確率。兩者均明顯高于視覺比色準(zhǔn)確率。隨著數(shù)碼技術(shù)的進(jìn)步，這一數(shù)據(jù)還可以進(jìn)一步提高。這為臨床數(shù)碼比色提供了一種可能：將比色片放在比色牙旁，進(jìn)行數(shù)碼拍攝，將圖片輸入Adobe photoshop軟件，將比色片固定點(diǎn)的色度值調(diào)整到標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫中同色片同部位的色度值，再采集比色牙相同部位的的色度值，并與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫中同部位各色片的標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行色差計(jì)算，查找色差最小值即為該牙顏色值，為臨床提供一客觀的參考。

由于照明光線的的方向、角度、位置明顯影響采集點(diǎn)顏色信息值，在實(shí)驗(yàn)條件下可以做到色片放置位置和拍攝位置的恒定，保證每張圖片接受的照明光線的方向、角度、位置相同，而在臨床比色拍攝時難以做到位置的恒定，這給數(shù)碼相機(jī)在臨床比色的應(yīng)用提出了挑戰(zhàn)。

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