木材染色品質(zhì)在線檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)

張傲然 王帥 李新宇 白文超

摘? 要：為實(shí)現(xiàn)木材染色生產(chǎn)高精度的在線檢測(cè)，該文設(shè)計(jì)了一款新型在線檢測(cè)裝置，該裝置通過(guò)計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)獲取RGB空間的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)集，采用分光光度計(jì)獲取標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)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(jìn)行顏色質(zhì)量評(píng)價(jià)。采用標(biāo)準(zhǔn)色卡采集的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練樣本，測(cè)試色卡作為測(cè)試樣本進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明所設(shè)計(jì)裝置具有較高的測(cè)量精度。

關(guān)鍵詞：木材染色;計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù);顏色質(zhì)量評(píng)價(jià)

中圖分類號(hào)：TS193? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 概述

常見(jiàn)的顏色檢測(cè)方法包括分光光度法、光電積分法、機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)和目視法。目視法，結(jié)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(dāng)?shù)木龋菬o(wú)法測(cè)出光譜組成;分光分度計(jì)測(cè)量精度高，但不能和機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)一樣測(cè)量整幅圖像的色差變化。采用機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)并進(jìn)行光譜反射率重建可實(shí)現(xiàn)對(duì)顏色的客觀描述，已成為顏色測(cè)量領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

1 檢測(cè)裝置

1.1 工作原理

通過(guò)采用機(jī)器視覺(jué)獲取RGB空間的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)集，分光光度計(jì)獲取標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)集;預(yù)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(jìn)而評(píng)價(jià)顏色質(zhì)量，用偏色點(diǎn)信息修正染料配方。

1.2 檢測(cè)方法

利用機(jī)器視覺(jué)獲取與設(shè)備相關(guān)的RGB顏色空間，并將其轉(zhuǎn)換為與設(shè)備無(wú)關(guān)的CIEL*a*b*空間，進(jìn)而判斷色差，評(píng)價(jià)顏色質(zhì)量。

基于多光譜成像技術(shù)，在可見(jiàn)光范圍內(nèi)，用相機(jī)在不同的濾波片上采集待測(cè)樣品的多個(gè)通道的顏色信息，成像系統(tǒng)模型如圖1所示。

選用分光光度計(jì)獲取標(biāo)準(zhǔn)圖像，建立標(biāo)準(zhǔn)色卡。通過(guò)與同樣條件下樣品和標(biāo)準(zhǔn)反射或透射的光能量比較，得到樣品在每個(gè)波長(zhǎng)下的光譜反射率，并利用CIELAB提供的標(biāo)準(zhǔn)觀察者和標(biāo)準(zhǔn)光源進(jìn)行（1）式計(jì)算：

1.3 顏色質(zhì)量判斷

用RMSE光譜均方根誤差作為衡量顏色測(cè)量的精度的標(biāo)準(zhǔn)，RMSE的計(jì)算如下公式（4）所示。

2 實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境

該裝置基于多光譜成像技術(shù)，在不同的濾波片上，利用相機(jī)獲得不同通道下的相機(jī)響應(yīng)值，通過(guò)多光譜成像系統(tǒng)在可見(jiàn)光范圍內(nèi)采集待測(cè)樣品的多個(gè)通道的顏色信息。由于CCD相機(jī)的輸出為RGB圖像，并不提供光譜反射率曲線，因此通過(guò)智能算法在源色空間和目標(biāo)色空間選擇樣本的色彩描述，利用樣品數(shù)據(jù)，通過(guò)智能算法建立2個(gè)顏色空間之間的聯(lián)系。該實(shí)驗(yàn)中使用傳統(tǒng)的分光光度計(jì)法采集數(shù)據(jù)，建立標(biāo)準(zhǔn)色卡，共計(jì)345個(gè)色塊做標(biāo)準(zhǔn)色卡，并由其公司提供的測(cè)試色卡5張共計(jì)3300個(gè)色塊做測(cè)試樣本。實(shí)驗(yàn)中，色卡的真實(shí)的光譜反射率以及色度值L*a*b*由X-rite分光分度計(jì)測(cè)量得到，相機(jī)的響應(yīng)值RGB值由MATLAB編程提取得到。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

標(biāo)準(zhǔn)樣品如圖2所示，按標(biāo)準(zhǔn)選取測(cè)試點(diǎn)，由X-rite測(cè)量其真實(shí)的色度值，見(jiàn)表1。

3 結(jié)論

該文設(shè)計(jì)了一款針對(duì)木材染色品質(zhì)高精度的在線檢測(cè)裝置。通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果表明該裝置具有很高的顏色測(cè)量精度，且實(shí)際染出木材的顏色基本與標(biāo)樣相符合，總色差相差較小。在木材染色的生產(chǎn)線上，利用裝置與染色機(jī)器配合，可以實(shí)現(xiàn)木材染色的在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，提高木材染色的品質(zhì)，解放了傳統(tǒng)工藝中生產(chǎn)線上檢測(cè)染色木材的工人，節(jié)約了生產(chǎn)資源，降低了產(chǎn)品的不合格率和生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率。

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