基于标定模型的颜色标定方法、系统、智能终端和介质与流程

1.本发明涉及颜色标定技术领域，具体涉及一种基于标定模型的颜色标定方法、系统、智能终端和介质。


背景技术：

2.在机器视觉应用中，一般在色度学颜色空间进行颜色的表示以及色差的测量。色度学颜色空间是基于生理物理学实验定义的颜色空间系统，其主要包括：cie xyz颜色空间、cie1976l*u*v*（也称cieluv）颜色空间、 cie1976l*a*b*（也称cielab）颜色空间。
3.然而，相机输出的颜色数据为rgb颜色空间数据。在涉及颜色表示和色差测量的应用中，rgb颜色空间存在两点致命的不足：1）rgb颜色空间是设备相关的颜色空间；2）rgb颜色空间是非均匀颜色空间。作为设备相关的颜色空间，同一物体在不同成像设备、不同光源条件下成像得到的rgb颜色数据可能不同，给物体的颜色表示带来歧义。作为非均匀颜色空间，rgb颜色空间中的色差不仅与颜色坐标之间的欧氏距离相关，还与颜色坐标的具体位置有关，这给色差的测量带来了很多不便。
4.因此，在涉及颜色表示和色差测量的机器视觉应用中，提供一种颜色标定方法对成像系统进行准确的颜色标定，从而将由相机得到的设备相关的rgb颜色空间数据转换为对应的设备无关的色度学颜色空间数据，就成为本领域技术人员亟待解决的问题。


技术实现要素：

5.为此，本发明提供一种基于标定模型的颜色标定方法、系统、智能终端和介质，以实现对视觉系统的准确标定。
6.为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：一种基于标定模型的颜色标定方法，所述方法包括：提取目标色块的色卡颜色数据；将所述色卡颜色数据输入标定模型，并得到所述标定模型输出的颜色标定结果；所述标定模型通过预处理后得到的rgb颜色值组成的向量进行参数求解获得，所述预处理为对所述rgb颜色值的各维度颜色值分别求取平方根和立方根。
7.进一步地，获得所述标定模型具体包括：对所述rgb颜色值进行开平方根与开立方根预处理，得到预处理后的rgb颜色空间；获取所述rgb颜色值在所述rgb颜色空间中的向量；基于所述rgb颜色值的向量求解参数矩阵，以得到所述标定模型。
8.进一步地，利用以下公式对所述rgb颜色值进行开平方根与开立方根预处理：
其中，分别表示色块r、g、b颜色值的平方根与立方根。
9.进一步地，基于所述rgb颜色值的向量求解参数矩阵，以得到所述标定模型，具体采用以下公式：其中，表示该色块得到的l*、a*、b*颜色值组成的向量；v表示开平方与立方预处理后的rgb颜色值组成的向量，v表示开平方与立方预处理后的rgb颜色值组成的向量，v表示开平方与立方预处理后的rgb颜色值组成的向量，v表示开平方与立方预处理后的rgb颜色值组成的向量，；t为参数矩阵。
10.进一步地，色卡颜色数据包括色卡cie颜色值和rgb颜色值。
11.进一步地，提取所述rgb颜色值具体包括：响应于终端输入的色卡角点设置操作，在所述色卡图像中生成目标色块；获取所述目标色块的区域坐标；基于所述区域坐标计算所述目标色块的rgb均值，并以所述rgb均值作为所述rgb颜色值。
12.进一步地，获取所述目标色块的区域坐标，具体包括：获取所述目标色块的顶点坐标和中心坐标，其中，。
13.本发明还提供一种基于标定模型的颜色标定系统，所述系统包括：数据提取单元，用于提取目标色块的色卡颜色数据；颜色标定单元，用于将所述色卡颜色数据输入标定模型，并得到所述标定模型输出的颜色标定结果；
其中，所述标定模型通过预处理后得到的rgb颜色值组成的向量进行参数求解获得，所述预处理为对所述rgb颜色值的各维度颜色值分别求取平方根和立方根。
14.本发明还提供一种智能终端，所述智能终端包括：数据采集装置、处理器和存储器；所述数据采集装置用于采集数据；所述存储器用于存储一个或多个程序指令；所述处理器，用于执行一个或多个程序指令，用以执行如上所述的方法。
15.本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机存储介质中包含一个或多个程序指令，所述一个或多个程序指令用于执行如上所述的方法。
16.本发明所提供的基于标定模型的颜色标定方法和系统，通过提取目标色块的色卡颜色数据，将所述色卡颜色数据输入标定模型，并得到所述标定模型输出的颜色标定结果；其中，所述标定模型通过预处理后得到的rgb颜色值组成的向量进行参数求解获得，所述预处理为对所述rgb颜色值的各维度颜色值分别求取平方根和立方根。
17.这样，该方法所使用的标定模型全部由rgb颜色值的平方根与立方根的不同组合来组成，得到的标定结果数据会使得实际使用时的单个颜色值的误差和三个颜色值的综合误差均更小，则能够对成像系统进行准确的颜色标定，从而将由相机得到的设备相关的rgb颜色空间数据转换为对应的设备无关的色度学颜色空间数据，保证了颜色标定效果。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
19.本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
20.图1为颜色标定任务示意图；图2为颜色标定原理示意图；图3为本发明所提供的基于标定模型的颜色标定方法一种具体实施方式的流程图；图4为it8色卡图；图5为提取rgb颜色值的流程图；图6为在图4中加入四个角点时的示意图；图7为色卡区域图；图8为标定模型获取过程的流程图；图9为使用rgb颜色值一次方构成的颜色标定模型对应的误差分布；图10为使用rgb颜色值一、二次方构成的颜色标定模型对应的误差分布；图11为使用rgb颜色值一、二、三次方构成的颜色标定模型对应的误差分布；图12为使用rgb颜色值立方根构成的颜色标定模型对应的误差分布；
图13为本文使用的颜色标定模型对应的误差分布；图14为本发明所提供的基于标定模型的颜色标定系统一种具体实施方式的结构框图。
具体实施方式
21.以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
22.为了提高颜色标定的准确性，本发明提供了一种基于标定模型的颜色标定方法。从原理上来讲，如图1所示，颜色标定的目的就是确定由rgb颜色空间到色度学颜色空间之间的转换关系。颜色标定本质上是将实际成像条件（实际成像设备、实际光源）下的颜色值转换到标准成像条件（标准观察者、标准光源）下的颜色值。可见，颜色标定的任务是确定由rgb颜色空间到cielab颜色空间或cieluv颜色空间之间的转换系数，该实施例以cielab颜色空间为例。
23.如图2所示，由rgb颜色空间到cielab颜色空间的转换可以分为两步：1）由rgb颜色空间到ciexyz颜色空间的转换，该变换是一个非线性映射关系；2）由ciexyz颜色空间到cielab颜色空间的转换，该变换也是一个非线性映射关系。在应用中，为了兼顾转换精度和效率，也可以直接将设备相关的rgb颜色空间转换到设备无关的cielab颜色空间，即将两个非线性映射（设备相关rgb颜色空间到ciexyz颜色空间非线性映射、ciexyz颜色空间到cielab颜色空间非线性映射）归并为一个非线性映射。
24.基于上述标定原理，在一种具体实施方式中，如图3所示，本发明所提供的基于标定模型的颜色标定方法包括以下步骤：s1：提取目标色块的色卡颜色数据。其中，色卡颜色数据包括色卡cie颜色值和rgb颜色值（即色卡图像rgb颜色值），因此，色卡颜色数据的提取也包括色卡cie颜色值和rgb颜色值的提取。
25.s2：将所述色卡颜色数据输入标定模型，并得到所述标定模型输出的颜色标定结果；其中，所述标定模型通过预处理后得到的rgb颜色值组成的向量进行参数求解获得，所述预处理为对所述rgb颜色值的各维度颜色值分别求取平方根和立方根。
26.在得到颜色标定结果时，是通过对颜色标定模型求解实现的。具体地，可以利用svd分解求解，经过必要的预处理以后标定模型可以表示为：其中，矩阵c表示总共j个色块的cielab颜色值l*、a*、b*；矩阵v表示总共j个色块的rgb颜色值开平方根与开立方根后的不同组合组成的向量；的矩阵t为颜色标定需要求解的未知参数矩阵。j等于色卡的色块数量。公式1是典型的线性模型参数求解问题，可以采用svd的方法来求解其最小二乘解，本文对求解过程不再详细论述。
27.颜色标定本质上是一个参数估计的问题，因此，在求解参数之前需要确定参数的
模型以及模型的输入输出采样值。色卡颜色数据即为颜色标定模型的输入和输出值，上述步骤s1中，色卡颜色数据的提取包括色卡cie颜色值的提取和rgb颜色值的提取。
28.其中，色卡cie颜色值由色卡厂家提供的数据文件直接给出，导入到系统即可，rgb颜色值则需要对色卡图像进行处理得到。
29.如图4所示，色卡cie颜色值的提取以it8色卡举例，如图4所示为it8色卡的标准样式，包括三个颜色区域：（1）中性色块区域；（2）特定彩色色块区域；（3）厂家自定义区域：可以为中性色块、彩色色块、图像等。每批色卡都由对应的数据文件提供色卡中每个色块的参考值，包括：xyz_x，xyz_y，xyz_z，lab_l，lab_a，lab_b，stdev_x，stdev_y，stdev_z，stdev_de等。在进行颜色标定的过程中直接从色卡数据文件中读取所需色块的cie颜色数据即可。
30.具体地，如图5所示，提取所述rgb颜色值包括以下步骤：s501：响应于终端输入的色卡角点设置操作，在所述色卡图像中生成目标色块；s502：获取所述目标色块的区域坐标；s503：基于所述区域坐标计算所述目标色块的rgb均值，并以所述rgb均值作为所述rgb颜色值。
31.其中，获取所述目标色块的区域坐标，具体包括：获取所述目标色块的顶点坐标和中心坐标，其中，。
32.在一些实施例中，色卡图像rgb颜色值的提取过程如下：1）用户设置色卡角点用户在色卡图像中设定彩色色块区域的4个角点的位置，如图6所示。
33.2）生成色块区域信息根据色卡图像中由用户设置的4个角点的坐标，可以计算得到色卡中每一个彩色色块的区域信息，即色块的高度和宽度，每一个色块的4个顶点坐标，进而得到每一个色块的中心坐标。
34.3）计算色块rgb均值如图7所示，由用户设定的色卡角点坐标，可以计算得到每个色块在图像中的4个顶点坐标以及中心坐标。当色卡在图像中任意角度摆放时，即色块在图像中的角度也为任意的（如图7中两个大方框，设短边长为a）。不同角度色块之间的公共区域如图7中所示的圆形区域（半径为a/2）。取图7中虚线小方框（短边长为a/2）为求rgb均值的区域，最后在该区域内计算得到该色块的rgb颜色均值。色块区域（大方框区域）、色块公共区域（圆形区域）、计算rgb均值区域（虚线小方框区域）的中心点都为。
35.进一步地，由rgb颜色空间到cielab颜色空间之间的转换关系是一个非线性映射关系，可以用多项式模型来近似该过程。本发明所提供的标定模型，即rgb空间到cielab空间的平方根与立方根混合多项式模型在创建时，首先对rgb颜色数据进行开平方根与开立
方根预处理，然后用三阶多项式模型来近似预处理后的rgb颜色空间到cielab颜色空间的非线性映射关系。
36.如图8所示，获得所述标定模型具体包括：s801：对所述rgb颜色值进行开平方根与开立方根预处理，得到预处理后的rgb颜色空间；s802：获取所述rgb颜色值在所述rgb颜色空间中的向量；s803：基于所述rgb颜色值的向量求解参数矩阵，以得到所述标定模型。
37.优选地，利用以下公式对所述rgb颜色值进行开平方根与开立方根预处理：其中，分别表示色块r、g、b颜色值的平方根与立方根。
38.进一步地，基于所述rgb颜色值的向量求解参数矩阵，以得到所述标定模型，具体采用以下公式：其中，表示该色块得到的l*、a*、b*颜色值组成的向量；v表示开平方与立方预处理后的rgb颜色值组成的向量，v表示开平方与立方预处理后的rgb颜色值组成的向量，v表示开平方与立方预处理后的rgb颜色值组成的向量，v表示开平方与立方预处理后的rgb颜色值组成的向量，；t为待求解的参数矩阵。lab颜色值可由经过开平方与开立方预处理后的rgb颜色值组成的向量v与的参数矩阵t相乘得到。
39.颜色标定的过程就是利用已知颜色数据求解标定结果数据（上述向量t）的过程，标定模型的搭建是标定工作最为核心的内容，它决定着使用该标定结果数据（上述向量t）后得到的lab颜色值与真实lab颜色值之间的误差。好的标定模型（上述向量v）在标定后得到的标定结果数据（即上述参数矩阵t），会在实际使用时使得此误差更小。
40.为了论述本发明所提供的基于标定模型的颜色标定方法所具有的技术效果，本发
明提供了采用五种不同颜色标定模型得到的标定结果数据（即上述参数矩阵t）在实际使用时的误差分析对比，得到了如图9-13的结果对比。其中，图9为使用rgb颜色值一次方构成的颜色标定模型对应的误差分布；图10为使用rgb颜色值一、二次方构成的颜色标定模型对应的误差分布；图11为使用rgb颜色值一、二、三次方构成的颜色标定模型对应的误差分布；图12为使用rgb颜色值立方根构成的颜色标定模型对应的误差分布；图13为本文使用的颜色标定模型对应的误差分布。
41.由图9-图13可知，本发明所提供的标定模型全部由rgb颜色值的平方根与立方根的不同组合来组成。比起使用rgb颜色值的一次方、二次方、三次方、立方根等不同组合构成的标定模型，其得到的标定结果数据会使得实际使用时的单个颜色值误差更小。该标定模型全部由rgb颜色值的平方根与立方根的单个颜色值或三个颜色值来组成，这样做其得到的标定结果数据会使得实际使用时的三个颜色值的综合误差最小。
42.在上述具体实施方式中，本发明所提供的基于标定模型的颜色标定方法，通过提取目标色块的色卡颜色数据，将所述色卡颜色数据输入标定模型，并得到所述标定模型输出的颜色标定结果；其中，所述标定模型通过预处理后得到的rgb颜色值组成的向量进行参数求解获得，所述预处理为对所述rgb颜色值的各维度颜色值分别求取平方根和立方根。这样，该方法所使用的标定模型全部由rgb颜色值的平方根与立方根的不同组合来组成，得到的标定结果数据会使得实际使用时的单个颜色值的误差和三个颜色值的综合误差均更小，则能够对成像系统进行准确的颜色标定，从而将由相机得到的设备相关的rgb颜色空间数据转换为对应的设备无关的色度学颜色空间数据，保证了颜色标定效果。
43.除了上述方法，本发明还提供一种基于标定模型的颜色标定系统，如图14所示，所述系统包括：数据提取单元100，用于提取目标色块的色卡颜色数据；颜色标定单元200，用于将所述色卡颜色数据输入标定模型，并得到所述标定模型输出的颜色标定结果；其中，所述标定模型通过预处理后得到的rgb颜色值组成的向量进行参数求解获得，所述预处理为对所述rgb颜色值的各维度颜色值分别求取平方根和立方根。
44.在上述具体实施方式中，本发明所提供的基于标定模型的颜色标定系统，通过提取目标色块的色卡颜色数据，将所述色卡颜色数据输入标定模型，并得到所述标定模型输出的颜色标定结果；其中，所述标定模型通过预处理后得到的rgb颜色值组成的向量进行参数求解获得，所述预处理为对所述rgb颜色值的各维度颜色值分别求取平方根和立方根。这样，该系统所使用的标定模型全部由rgb颜色值的平方根与立方根的不同组合来组成，得到的标定结果数据会使得实际使用时的单个颜色值的误差和三个颜色值的综合误差均更小，则能够对成像系统进行准确的颜色标定，从而将由相机得到的设备相关的rgb颜色空间数据转换为对应的设备无关的色度学颜色空间数据，保证了颜色标定效果。
45.本发明还提供一种智能终端，所述智能终端包括：数据采集装置、处理器和存储器；所述数据采集装置用于采集数据；所述存储器用于存储一个或多个程序指令；所述处理器，用于执行一个或多个程序指令，用以执行如上所述的方法。
46.与上述实施例相对应的，本发明实施例还提供了一种计算机存储介质，该计算机存储介质中包含一个或多个程序指令。其中，所述一个或多个程序指令用于被一种双目相
机深度标定系统执行如上所述的方法。
47.在本发明实施例中，处理器可以是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。处理器可以是通用处理器、数字信号处理器（digital signal processor，简称dsp）、专用集成电路（application specific工ntegrated circuit，简称asic）、现场可编程门阵列（fieldprogrammable gate array，简称fpga）或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
48.可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本发明实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。处理器读取存储介质中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。
49.存储介质可以是存储器，例如可以是易失性存储器或非易失性存储器，或可包括易失性和非易失性存储器两者。
50.其中，非易失性存储器可以是只读存储器（read-only memory，简称rom）、可编程只读存储器（programmable rom，简称prom）、可擦除可编程只读存储器（erasable prom，简称eprom）、电可擦除可编程只读存储器（electrically eprom，简称eeprom）或闪存。
51.易失性存储器可以是随机存取存储器（random access memory，简称ram），其用作外部高速缓存。通过示例性但不是限制性说明，许多形式的ram可用，例如静态随机存取存储器（static ram，简称sram）、动态随机存取存储器（dynamic ram，简称dram）、同步动态随机存取存储器（synchronous dram，简称sdram）、双倍数据速率同步动态随机存取存储器（double data ratesdram，简称ddrsdram）、增强型同步动态随机存取存储器（enhanced sdram，简称esdram）、同步连接动态随机存取存储器（synchlink dram，简称sldram）和直接内存总线随机存取存储器（directrambus ram，简称drram）。
52.本发明实施例描述的存储介质旨在包括但不限于这些和任意其它适合类型的存储器。
53.本领域技术人员应该可以意识到，在上述一个或多个示例中，本发明所描述的功能可以用硬件与软件组合来实现。当应用软件时，可以将相应功能存储在计算机可读介质中或者作为计算机可读介质上的一个或多个指令或代码进行传输。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质，其中通信介质包括便于从一个地方向另一个地方传送计算机程序的任何介质。存储介质可以是通用或专用计算机能够存取的任何可用介质。
54.以上的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的技术方案的基础之上，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。