不同环境条件下同一色标的数码色度值之间的相互关系

魏 斌 许 敏 陈 凌

福建医科大学附属第一医院口腔科，福建 福州 350005

口腔临床牙色采集目前有两种方式：肉眼比色法和仪器比色法。采用肉眼比色，很多因素会影响比色的准确性，不同环境条件会得出不同的颜色。使用仪器比色相对稳定，但现有仪器受各种因素影响，临床使用准确性还很低，主要用于实验研究，实际工作还只能作为辅助手段[1]。寻找一种稳定、可靠的比色方法成为口腔临床的迫切需要。随着数码照相技术的进步和普及，许多研究者在探讨该技术用于口腔比色的可能性。本研究意在探讨不同环境下所得到数码色值的稳定性及相互间的内在联系。

1 材料与方法

1.1 仪器和材料

Nikon D200数码相机；Nikon三脚架；台湾产数码相机专用环行LED灯；Vita 16色比色板；Nikon AF-S VR Micro-Nikkor 105 mm f/2.8G微距镜头；Abode Photoshop CS软件；NEC Packard Bell Easynote E4710笔记本电脑。

1.2 拍摄方法

用1R日进热凝仿生牙托粉制作7.00 cm×7.00 cm×0.15 cm平板背面加衬白纸作为拍摄背景底板，底板中央位置对称制作两个定位凹坑（安放比色片位置）。拍摄前用三脚架固定底板与相机间位置不变，镜头前缘距底板30 cm，取景器中央对焦点正对底板中央区。取下16色比色板各色片，依次放在底板中央固定凹坑上，在固定于镜头前的环行LED灯亮度全开下使用快门线各拍摄一定张数。

数码相机在所有拍摄过程均使用预存的白平衡设定（18%灰板，只有环行LED灯照明下拍摄现场取得的，并存储在相机中，每次拍摄时调用），色彩模式：sRGB，ISO：100，其他设定采用标准模式；光圈固定6.3，快门速度根据实验设定的拍摄场景亮度不同，先由相机自动测光系统测试，再选定一个合适的快门速度。图片品质选择最佳无压缩并以JPEG格式保存，每张图片大小约2000 KB。使用快门线拍照，每张之间间隔5 s。

1.3 数据采集及处理

①拍摄场景一：在暗房内，拍摄时只有安装于镜头前的LED灯正上方供光。16色比色板每个色片依次放于底板右侧定位凹坑上各拍摄10张，每张间隔5 s。光圈固定6.3，快门速度1/125 s。②拍摄场景二：白天没有阳光直射的背光诊室，于房间中央区设置拍摄点，每个色片（实验色片）与A2色片（对照色片）并排对称放置在镜头中央位置（实验色片放在左侧凹坑，对照色片放在右侧凹坑，以保证不同色片拍摄时在画面上的位置相同）。打开镜头前的LED灯，每张色片各拍摄3张，每张间隔5 s。光圈固定6.3，快门速度1/160 s。③拍摄场景三：白天同一诊室，关闭普通窗帘，于房间中央区设置拍摄点，拍摄时其他条件和方法同场景二。

拍摄的所有图片均输入Abode Photoshop CS软件，以软件默认的RGB颜色模式打开图片。在图片放大率为33.33%下由坐标定位采集色片颈部1/3中点、中1/3中点，切1/3中点（左右中线偏左侧5 mm以避开中线高光区）共3点的RGB和Lab值。采色时使用采样吸管工具，采样点大小5×5像素。

1.4 实验方法

以场景一作为标准组，将每个色片的10张图片中同一点的RGB值和Lab值的平均值作为该色片该点的数据库标准值，建立16色比色板3个点的RGB和Lab标准数据库。以场景二和场景三中所拍摄的图片作为实验组，采集每张图片中两个色片的同样3个点的RGB和Lab值，并以A2色片的RGB值为调整依据，在“色彩平衡”对话框中通过滑动3根调色滑杆，调改RGB值，将在场景二或场景三中拍摄图片中A2某点的RGB值调整到与标准数据库中A2色片同点的RGB值相同，再采集与A2并排拍摄的实验色片的同部位点的Lab值。并将所得的值与标准数据库中同名色片值比较。如：场景二中，A1色片和A2色片并排拍摄的图片DSC-0408，采集本图中A2色片颈部1/3点RGB值，并通过“色彩平衡”对话框调整，将此RGB值调整为与标准数据库中A2色片颈部1/3的RGB值相同。然后再采集调整后的DSC-0408图中A1色片的颈部1/3点的Lab值，并将此Lab值与标准数据库中A1色片同点的Lab值比较，检验数值是否符合。考虑到拍摄光源环行LED灯亮度是从四周向中央逐渐减弱，光线在同一圆周线上，亮度基本相同[2]。因此调整时遵循同区位对称原则，即检侧颈部色度值时，校正A2色片颈部的RGB值到标准数据库中的A2色片颈部标准值，再读取实验牙颈部的Lab值；同样检侧切端部色度值时，校正A2色片切端部的RGB值到标准数据库中的A2色片颈部标准值，再读取实验牙切端部的Lab值。区位不对称，会造成数据差异，导致色差加大。本研究数据检验采用Lab数值色差检验方法，公式：ΔE*ab={（ΔL*）2+（Δa*）2+（Δb*）2}1/2。 色差（ΔE*ab）是用数量来描述的两种颜色之间的差别，ΔE值越大表明颜色的差异越明显。Ecker等[3]认为，若ΔE＜1，表示无肉眼可察觉的颜色差异；1＜ΔE＜2，表示存在肉眼可察觉的色差，但在临床可接受的范围内；如果ΔE＞3.3，则表面颜色完全不匹配。Douglas等[4]认为临床可接受的ΔE范围为2～4；美国牙医师协会推荐以2作为衡量颜色差异的值。由于研究目的最终是为临床使用，所以本研究分别以ΔE≤2和ΔE≤4作两次统计。

2 结果

场景一所拍摄图片，16片色片各拍10张，共160张图，每张图取3个位点共480个位点。取每色片10张平均值制作成16色比色板标准数据库Lab值（表1）和RGB值（表2）。从表1和表2可以看出，16色比色板各色系Lab具有一定规律，如A系中从A1到A4，L值由大到小，a、b值则由小到大，RGB值均由大到小。另外本实验中每色片连拍10张图片，同点 Lab 色值误差范围“L”值和“b”值＝±0.5，“a”值＝±0.25。同点RGB 色值误差范围“R”、“G”、“B”值＝±1。以色差公式计算，所有16色号同色号片十张中相互偏差最大的两张其ΔE*ab＝1，在肉眼不能查觉的色差范围[3]。说明本数码相机色彩稳定性可靠。

实验组中所拍摄图片共60张，每张图取3个位点，共180个位点，经调整后色差公式计算，ΔE*ab≤4的有115个位点，占82.78%，ΔE*ab≤2的共有149个位点，占63.89%。见表3。

表1 16色Vita比色板在场景一中测定的Lab值

3 讨论

不同相机，同一环境所得图片不同，同一相机颜色本身也会有偏差[5]。数码相机要想在临床比色上应用，必须先解决图片的色彩的稳定性，这包括相机自身的稳定性、环境光线的相对稳定。光源方向也直接影响图片的L值，同一色片，在同样拍摄设定值下，同样亮度的光源方向不同，测的同点Lab值和RGB值均有很大差异，尤其是代表亮度的L值不同[6-7]。同一相机在不同拍摄设定下（白平衡、锐度、饱和度、光圈速度）图片同点Lab值不同，尤其是采用自动模式拍摄时会有很大差异。光线不足时，数码相机拍摄稳定会受到极大影响。本研究在拍摄时使用预存的白平衡设定，其他设定采用标准模式，固定了锐利度、对比度、饱和度和色相等，且由于使用数码相机专用LED灯配合微距镜头，在微距拍摄下其光线充足，基本排除了周围光线的影响，图片质量极其稳定。

表2 16色Vita比色板在场景一中测定的RGB值

表3 实验组180位点色度值调整后结果[点（%）]

目测比色法由于影响因素很多，尤其对没有接受比色专业训练的普通牙科医生，比色准确率很低。李智等[8]报道视觉比色准确率仅39.17%。从本实验结果看：使用数码相机在本研究拍摄条件下（临床工作环境内光线变化范围）所拍摄的数码图片，通过Adobe photoshop软件调整，可以将图片色度值还原到标准条件下的色度值范围，如以临床可接受的范围内（ΔE*ab≤4）计算，则有82.78%准确率；如以美国牙医师协会推荐以2作为衡量标准，则有63.89%准确率。两者均明显高于视觉比色准确率。随着数码技术的进步，这一数据还可以进一步提高。这为临床数码比色提供了一种可能：将比色片放在比色牙旁，进行数码拍摄，将图片输入Adobe photoshop软件，将比色片固定点的色度值调整到标准数据库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，并与标准数据库中同部位各色片的标准值进行色差计算，查找色差最小值即为该牙颜色值，为临床提供一客观的参考。

由于照明光线的的方向、角度、位置明显影响采集点颜色信息值，在实验条件下可以做到色片放置位置和拍摄位置的恒定，保证每张图片接受的照明光线的方向、角度、位置相同，而在临床比色拍摄时难以做到位置的恒定，这给数码相机在临床比色的应用提出了挑战。

[1]何邕江，黄红园.目测法比色和比色仪测色准确性的比较研究[J].中华口腔医学杂志，2001，36（4）：272.

[2]魏斌，许敏，陈凌.光源对色标数码色度值的影响[J].中国医药导报，2008，16（5）：99-102.

[3]Ecker GA，Moser JB，Wozniak WT，et al.Effect of reprated firing on fluorescence of porcelain-fused-to metal porcelains[J].J Prosthet Dent，1985，54（2）：207-214.

[4]Douglas RD，Brewer JD.Acceptability of shade difference in metal ceramic crowns[J].J Prosthet Dent，1998，79（3）∶254-260.

[5]刘峰.比色方法及颜色信息传递[J].中华口腔医学杂志，2008，43（12）：764-765.

[6]程辉，郑明，黄常伟，等.三种常用比色板色度值的比较研究[J].口腔颌面修复学杂志，2002，3（1）：22-25.

[7]Cal E，Sonugelen M，Guneri P，et al.Application of a digital technique in evaluating the reliability of shade guides[J].J Oral Rehabil，2004，31（5）：483-491.

[8]李智，高平.电脑色度计与视觉比色准确性研究[J].口腔颌面修复学杂志，2008，9（1）：17-19.