木材染色品质在线检测装置设计

张傲然 王帅 李新宇 白文超

摘  要：为实现木材染色生产高精度的在线检测，该文设计了一款新型在线检测装置，该装置通过计算机视觉技术获取RGB空间的实验数据集，采用分光光度计获取标准数据集然后重建光谱反射率建立模型，将RGB颜色空间映射到CIEL*a*b*颜色空间，最后分析色差进行颜色质量评价。采用标准色卡采集的标准数据作为训练样本，测试色卡作为测试样本进行实验测试，实验结果表明所设计装置具有较高的测量精度。

关键词：木材染色;计算机视觉技术;颜色质量评价

中图分类号：TS193              文献标志码：A

0 概述

常见的颜色检测方法包括分光光度法、光电积分法、机器视觉检测技术和目视法。目视法，结果包括人为主观因素，工作效率低;光电积分法，有较快的速度和适当的精度，但是无法测出光谱组成;分光分度计测量精度高，但不能和机器视觉检测一样测量整幅图像的色差变化。采用机器视觉检测技术并进行光谱反射率重建可实现对颜色的客观描述，已成为颜色测量领域的研究热点。

1 检测装置

1.1 工作原理

通过采用机器视觉获取RGB空间的实验数据集，分光光度计获取标准数据集;预处理图像和读取颜色值后，重建光谱反射率，将RGB颜色空间映射到CIEL*a*b*颜色空间，进而评价颜色质量，用偏色点信息修正染料配方。

1.2 检测方法

利用机器视觉获取与设备相关的RGB颜色空间，并将其转换为与设备无关的CIEL*a*b*空间，进而判断色差，评价颜色质量。

基于多光谱成像技术，在可见光范围内，用相机在不同的滤波片上采集待测样品的多个通道的颜色信息，成像系统模型如图1所示。

選用分光光度计获取标准图像，建立标准色卡。通过与同样条件下样品和标准反射或透射的光能量比较，得到样品在每个波长下的光谱反射率，并利用CIELAB提供的标准观察者和标准光源进行（1）式计算：

1.3 颜色质量判断

用RMSE光谱均方根误差作为衡量颜色测量的精度的标准，RMSE的计算如下公式（4）所示。

2 实验

2.1 实验环境

该装置基于多光谱成像技术，在不同的滤波片上，利用相机获得不同通道下的相机响应值，通过多光谱成像系统在可见光范围内采集待测样品的多个通道的颜色信息。由于CCD相机的输出为RGB图像，并不提供光谱反射率曲线，因此通过智能算法在源色空间和目标色空间选择样本的色彩描述，利用样品数据，通过智能算法建立2个颜色空间之间的联系。该实验中使用传统的分光光度计法采集数据，建立标准色卡，共计345个色块做标准色卡，并由其公司提供的测试色卡5张共计3300个色块做测试样本。实验中，色卡的真实的光谱反射率以及色度值L*a*b*由X-rite分光分度计测量得到，相机的响应值RGB值由MATLAB编程提取得到。

2.2 实验结果与分析

标准样品如图2所示，按标准选取测试点，由X-rite测量其真实的色度值，见表1。

3 结论

该文设计了一款针对木材染色品质高精度的在线检测装置。通过对比实验验证，结果表明该装置具有很高的颜色测量精度，且实际染出木材的颜色基本与标样相符合，总色差相差较小。在木材染色的生产线上，利用装置与染色机器配合，可以实现木材染色的在线实时监测，提高木材染色的品质，解放了传统工艺中生产线上检测染色木材的工人，节约了生产资源，降低了产品的不合格率和生产成本，提高了生产效率。

参考文献

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