颜色检测综述
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目前，国内对颜色测量仪器的研究取得了长足的进步，同时 也 取 得 了 不 错 的 成 绩 。 上 海 申 方 源 仪 器 有 限 公 司 生 产 的 HP－ 200 型 便 携 式 色 彩 色 差 仪 观 察 视 角 为 CIE 规 定 的 10°视 角 ，该 仪器可采用三种光源对被测物进行分析， 仪器本身可对被测物 做同色异谱数据的分析，但该仪器后处理分析的软件功能不全， 无法达到大型实验室和企业的要 求 ［2］。 深 圳 市 三 恩 驰 科 技 有 限 公 司 （3nh）生 产 的 NH 系 列 便 携 式 电 脑 色 差 仪 的 精 度 很 高 ，△E 的 波 动 为 0．03～0．06，且 具 有 独 创 的 光 照 定 位 功 能 ，另 外 其 PC 端软件拥有知识产权，可进行色差分析、色差累积分析、色度指 标、色样库管理等。 NH 系列色差仪的系统稳定性在业内首屈一 指，且操作简单、人机交互非常符合国人的操作习惯。
我国工业基础较差， 对测色的理论和测色仪器系统的研究 一直处于相对落后的状态。 现在，在印染、造纸、玻璃等制造行业 中，一些企业仍然采用最原始的检测方法：目视法。 该方法主要
依靠工作人员的经验和通过目视方法来判断颜色的质量， 严重 地制约我国颜色工业的发展。 许多生产单位已经逐渐意识到颜 色检测的重要性， 开始以各种颜色测量系统代替人眼对产品进 行检测。
现在，许多国内企业有不少颜色测量仪器，但大部分都是外 国的进口仪器。 一方面，国外的进口仪器价格昂贵，一般的小型 企业不可能普及使用这些仪器；另一方面，进口仪器人机交互界 面不符合国人操作习惯，且售后服务滞后，并不能完全适应国内 很多企业具体生产的要求， 因此国外的仪器在国内实际应用中 存在着一些问题，国外的测色仪器在中国仍未打开太大的市场。 基于目前国内仪器市场的这种情况， 很多国内仪器制造厂商纷 纷参与到颜色测量设备的研发中。
光谱测色仪器和测色色差计是测色领域中两大基本仪器， 前者属高档类仪器，后者属价廉物美、使用范围广的仪器。 光谱 测色仪器有着精度高的特点，但仍然有结构复杂、成本高、系统 稳定性受到限制等缺点，应用范围难以扩展。 光电积分式测色仪 器具有一定的测量精度，适用于只需要控制物体颜色(如快速质 检、在线检测)，测量精度要求不很高而又不需要配色的行业。 虽 然测色色差计的准确度不是太高，但它的客观性和低廉的价格， 仍然使它在许多要求不高的场合有广泛的应用。 目前国内外普 遍研究和采用测色色差计，这些仪器均具有高自动化、多功能、 高智能化，功能多，精度高，测量速度快、使用方便、用途广泛等 特点，在工业的色度测量和控制中得到广泛的应用。 2．1 基于机器视觉的颜色检测
分析，为了便于测量和计算，便有各种颜色模型或颜色空间。 调
整颜色可以将颜色从一个空间到另一个， 同时保持图像的原始
资料和自然看［7］。 机器视觉用于图像颜色的处理，就应该采用一
个符合人眼视觉系统特征的颜色空间模型。 目前，常用的颜色模
型包括 RGB 颜色空间、XYZ 颜色 空 间 、LAB 颜 色 空 间 3 种 ，
产生的信号经过信号调整电路处理后传送给微处理器进行处理
和存储，在此基础上，通过软件的系统界面输入显示信号，微处
理器将处理好的信号输送到液晶显示屏， 并显示出被测物体颜
色 的 具 体 信 息 ［6］。
3 颜色空间
颜色是物体表面的特征，是人类认知系统对物体表面、光照
以及视觉环境的综合效应。 然而，在图像原有的颜色可能不适合
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颜色检测综述
颜色检测综述*
Summary of Color Detection
许光明 吴昭 谢晓燕 沈军民
（杭州开源电脑技术有限公司，浙江 杭州 310052） （浙江省公安高速交警总队，浙江 杭州 310004） （浙江理工大学，浙江 杭州 310018） （浙江理工大学，浙江 杭州 310018）
一些发达国家对颜色检测非常重视。 早在上世纪 60 年代， IDL 公司就已经开发出了原型。 70 年代，美国 Macbeth 公司生 产 的 MS－4045 在 线 分 光 光 度 计 已 经 趋 于 实 用 化 阶 段 ，80 年 代 日 本 Shibanra 有 限 公 司 开 发 的 在 线 颜 色 测 量 设 备 取 得 了 较 好 的效果。 目前，世界上颜色检测仪市场主要被一些国外的大型色 控仪器公司控制控制， 如瑞士的 Datacolor、 美国的 Macbeth、 sheLyn、Hennegna、BYK－Garder、德国的 zeiss、Optronic 以及 日本的 Minolta 公司等［2］。 1．2 国内发展现状
1 颜色检测的发展 颜色检测和控制是一门非常复杂的学问， 工业生产的颜色
控制是不得不实施的一项重要检查目标，因此，颜色测控仪应运 而生。 这种仪器可以帮助生产之间将抽象的色彩量化成可以分 析的数字，从根本上解决色彩无法掌控的问题。
随着科学技术的发展，各种测色仪器应运而生。 使用色度学 原理的仪器代替人眼对颜色进行测量并由此评定色差是工业生 产的一个重要进步， 由此可以对物体颜色的差异作出客观的评 价，这不仅实现了统一的工业检测标准，也使产品的颜色信息能 够以数字化的形式进行传递并用于质量控制。 1．1 国外发展现状
目前，由于计算机技术及其外部设备的快速发展，机器视觉 系统广泛地用于各种工况监视、产品检验和质量控制等领域。 颜 色识别时是机器视觉中一个主要的应用且采用机器视觉进行颜 色的再现技术已经非常成熟了。 机器视觉系统是指通过机器视 觉 产 品 （即 图 像 摄 取 装 置 ，分 CMOS 和 CCD 两 种 ）把 图 像 采 集 到，然后将该图像传送至处理单元，经过数字化处理后根据像素 分布和亮度、颜色等信息，来进行尺寸、形状、颜色等的判别，最 后根据判别的结果来控制现场的设备动作。
机器视觉系统中，从获得图像数据到最后获得处理结果，通 常要经过很多种算法。 同时，不同目的的机器视觉系统要求对图 像作的运算也大为不同。 对于颜色采集系统而言，由于采集到的 图像含有各种随机噪声和由于光线等原因产生的阴影， 所以必 须对图像进行各种预处理， 接着在任意指定某个像素点进行颜 色特征值的提取。 扫描图像为 RGB 格式， 可分别提取 R、G、B 的颜色特征。 2．2 基于颜色传感器的颜色检测
基于 RGB 颜色传感器的颜色检测系统一般由由照明光源、
颜 色 传 感 器 、信 号 识 别 电 路 、微 处 理 器 、显 示 装 置 和 电 脑 等 组 成 ［5］。
检测系统的工作流程为：系统上电，打开辅助照明光源，当显示
屏提示可以检测时按下测量按钮， 然后通过电脑识别程序给微
处理器一个读取信号，颜色传感器读取被测物体的颜色信息，其
*浙 江 省 重 点 科 技 创 新 团 队 计 划 （2011R50004 ）资 助
《工业控制计算机》2015 年第 28 卷第 3 期
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2 颜色检测的方法 颜色测量有分光光度法和光电积分法两种。 分光光度法不
是直接测量待测样品的颜色， 而是间接测量出待测样品的反射 或者透射光能量，然后再通过这些数据对其光谱特性进行分析， 最后计算出待测样品在标准光源或标准照明体下的三刺激值。 光电积分法属于直接测量方式， 它通过光电探测器直接对待测 样品颜色的光谱能量进行积分测量， 从而得到该样品的颜色三 刺 激 值［1］。
都是为了满足不同的处理需要。 色彩是一个广泛的研究领域包
括分割的一个重要的信息来源，图像分析和分类，目标识别。
Abstract With the development of the color industry,the quality requirements of color products have become increasingly．Color detection system plays an important role in the field of industrial control．Domestic research on the theory and system apparatus for color detection is in a relatively backward state,so it is necessary to study the related theory of color measurement．This paper briefly introduces the development status of detection instruments at home and abroad of color;secondly, from the basic theory of color,two color measurement system that is commonly used．Finally,based on the principle of colorimetry．This paper analyses the color space so that color can be detected by quantitative analysis． Keywords:color space,color detection,color sensor,Machine Vision
种模式可实现微小颜色判别的检测，但传感器会受目标机械位置
的影响。 目前的颜色传感器通常是在独立的光电二极管上覆盖经
过修正的红绿蓝滤光片，需要对输出信号进行相应的处理才能将
颜色信号识别出来，有的输出的是模拟信号，需要一个 A ／ D 电路
进行采样，对该信号进一步处理，才能进行识别，增加了电路的复
杂性，并且存在较大的识别误差，影响了识别的效果。
Baidu Nhomakorabea
摘要 随着颜色工业的发展，对颜色产品质量控制的要求越来越高，颜色检测系统在工业控制领域发挥着日益重要的作用。 国内在仪器颜色检测的理论和系统的研究处于相对落后的状态，因此有必要对颜色测量相关理论进行研究。 首先简要介绍 了国内外颜色检测仪器的发展状况；其次，从颜色的基本理论出发，介绍两种常用的测色体系，最后，基于色度学原理，对颜 色空间进行分析，使检测到的颜色可以进行定量分析。 关键词：颜色空间，颜色检测，颜色传感器，机器视觉
一个典型的机器视觉系统包括五大块：照明、镜头、相机、图 像采集卡、视觉处理器［3］。 基于机器视觉的颜色识别是基于物体 表面颜色特征差异，通过一定的算法来识别出不同的颜色，从而 实现各种检测及控制。 通常彩色图像以 RGB 方式存储，利用机 器视觉的颜色采集系统基本工作原理是，选用工业相机，在一定 的照明条件下拍摄图片， 将拍摄的图像信号传到图像集卡进行 模数转换、数字解码和抗混迭滤波后存储到工业计算机中，计算 机 将 处 理 过 的 图 像 信 号 进 行 颜 色 信 息 的 提 取 ［3］。
颜色传感器也叫色彩识别传感器。 标准的颜色测量方法是 采用光谱光度测色仪，通过测量被测样品的三刺激值，从而得到 样品的颜色。 目前，基于各种原理的颜色识别传感器有两种基本 类型：是 RGB 颜色传感器和色标传感器。 RGB 颜色传感器检测 的是物体的三刺激值，对相似颜色和色调的检测可靠性较高。 它 是通过测量构成物体颜色的三基色的反射比率实现颜色检测 的 ，由 于 这 种 颜 色 检 测 法 精 密 度 极 高 ，所 以 RGB 传 感 器 能 准 确 区别极其相似的颜色，甚至相同颜色的不同色调［4］。 色标传感器 常用于检测待测色标或物体上的斑点， 通过与非色标区 （或背 景）相比较来实现色标检测，而不是对颜色进行直接测量，这类
装置许多是漫反射型、光束型和光纤型的，封装在各种金属和聚
碳酸酯外壳中。
RGB 颜色传感器有两种测量模式：一种是分析红、绿 、蓝 光
的比例。 因为无论检测距离怎样变化，只能引起光强的变化，三种
颜色光的比例不会变，因此，即使在目标有机械振动的场合也可
以检测； 第二种是利用红绿蓝三基色的反射光强度实现检测，这
我国工业基础较差， 对测色的理论和测色仪器系统的研究 一直处于相对落后的状态。 现在，在印染、造纸、玻璃等制造行业 中，一些企业仍然采用最原始的检测方法：目视法。 该方法主要
依靠工作人员的经验和通过目视方法来判断颜色的质量， 严重 地制约我国颜色工业的发展。 许多生产单位已经逐渐意识到颜 色检测的重要性， 开始以各种颜色测量系统代替人眼对产品进 行检测。
现在，许多国内企业有不少颜色测量仪器，但大部分都是外 国的进口仪器。 一方面，国外的进口仪器价格昂贵，一般的小型 企业不可能普及使用这些仪器；另一方面，进口仪器人机交互界 面不符合国人操作习惯，且售后服务滞后，并不能完全适应国内 很多企业具体生产的要求， 因此国外的仪器在国内实际应用中 存在着一些问题，国外的测色仪器在中国仍未打开太大的市场。 基于目前国内仪器市场的这种情况， 很多国内仪器制造厂商纷 纷参与到颜色测量设备的研发中。
光谱测色仪器和测色色差计是测色领域中两大基本仪器， 前者属高档类仪器，后者属价廉物美、使用范围广的仪器。 光谱 测色仪器有着精度高的特点，但仍然有结构复杂、成本高、系统 稳定性受到限制等缺点，应用范围难以扩展。 光电积分式测色仪 器具有一定的测量精度，适用于只需要控制物体颜色(如快速质 检、在线检测)，测量精度要求不很高而又不需要配色的行业。 虽 然测色色差计的准确度不是太高，但它的客观性和低廉的价格， 仍然使它在许多要求不高的场合有广泛的应用。 目前国内外普 遍研究和采用测色色差计，这些仪器均具有高自动化、多功能、 高智能化，功能多，精度高，测量速度快、使用方便、用途广泛等 特点，在工业的色度测量和控制中得到广泛的应用。 2．1 基于机器视觉的颜色检测
分析，为了便于测量和计算，便有各种颜色模型或颜色空间。 调
整颜色可以将颜色从一个空间到另一个， 同时保持图像的原始
资料和自然看［7］。 机器视觉用于图像颜色的处理，就应该采用一
个符合人眼视觉系统特征的颜色空间模型。 目前，常用的颜色模
型包括 RGB 颜色空间、XYZ 颜色 空 间 、LAB 颜 色 空 间 3 种 ，
产生的信号经过信号调整电路处理后传送给微处理器进行处理
和存储，在此基础上，通过软件的系统界面输入显示信号，微处
理器将处理好的信号输送到液晶显示屏， 并显示出被测物体颜
色 的 具 体 信 息 ［6］。
3 颜色空间
颜色是物体表面的特征，是人类认知系统对物体表面、光照
以及视觉环境的综合效应。 然而，在图像原有的颜色可能不适合
92
颜色检测综述
颜色检测综述*
Summary of Color Detection
许光明 吴昭 谢晓燕 沈军民
（杭州开源电脑技术有限公司，浙江 杭州 310052） （浙江省公安高速交警总队，浙江 杭州 310004） （浙江理工大学，浙江 杭州 310018） （浙江理工大学，浙江 杭州 310018）
一些发达国家对颜色检测非常重视。 早在上世纪 60 年代， IDL 公司就已经开发出了原型。 70 年代，美国 Macbeth 公司生 产 的 MS－4045 在 线 分 光 光 度 计 已 经 趋 于 实 用 化 阶 段 ，80 年 代 日 本 Shibanra 有 限 公 司 开 发 的 在 线 颜 色 测 量 设 备 取 得 了 较 好 的效果。 目前，世界上颜色检测仪市场主要被一些国外的大型色 控仪器公司控制控制， 如瑞士的 Datacolor、 美国的 Macbeth、 sheLyn、Hennegna、BYK－Garder、德国的 zeiss、Optronic 以及 日本的 Minolta 公司等［2］。 1．2 国内发展现状
1 颜色检测的发展 颜色检测和控制是一门非常复杂的学问， 工业生产的颜色
控制是不得不实施的一项重要检查目标，因此，颜色测控仪应运 而生。 这种仪器可以帮助生产之间将抽象的色彩量化成可以分 析的数字，从根本上解决色彩无法掌控的问题。
随着科学技术的发展，各种测色仪器应运而生。 使用色度学 原理的仪器代替人眼对颜色进行测量并由此评定色差是工业生 产的一个重要进步， 由此可以对物体颜色的差异作出客观的评 价，这不仅实现了统一的工业检测标准，也使产品的颜色信息能 够以数字化的形式进行传递并用于质量控制。 1．1 国外发展现状
目前，由于计算机技术及其外部设备的快速发展，机器视觉 系统广泛地用于各种工况监视、产品检验和质量控制等领域。 颜 色识别时是机器视觉中一个主要的应用且采用机器视觉进行颜 色的再现技术已经非常成熟了。 机器视觉系统是指通过机器视 觉 产 品 （即 图 像 摄 取 装 置 ，分 CMOS 和 CCD 两 种 ）把 图 像 采 集 到，然后将该图像传送至处理单元，经过数字化处理后根据像素 分布和亮度、颜色等信息，来进行尺寸、形状、颜色等的判别，最 后根据判别的结果来控制现场的设备动作。
机器视觉系统中，从获得图像数据到最后获得处理结果，通 常要经过很多种算法。 同时，不同目的的机器视觉系统要求对图 像作的运算也大为不同。 对于颜色采集系统而言，由于采集到的 图像含有各种随机噪声和由于光线等原因产生的阴影， 所以必 须对图像进行各种预处理， 接着在任意指定某个像素点进行颜 色特征值的提取。 扫描图像为 RGB 格式， 可分别提取 R、G、B 的颜色特征。 2．2 基于颜色传感器的颜色检测
基于 RGB 颜色传感器的颜色检测系统一般由由照明光源、
颜 色 传 感 器 、信 号 识 别 电 路 、微 处 理 器 、显 示 装 置 和 电 脑 等 组 成 ［5］。
检测系统的工作流程为：系统上电，打开辅助照明光源，当显示
屏提示可以检测时按下测量按钮， 然后通过电脑识别程序给微
处理器一个读取信号，颜色传感器读取被测物体的颜色信息，其
*浙 江 省 重 点 科 技 创 新 团 队 计 划 （2011R50004 ）资 助
《工业控制计算机》2015 年第 28 卷第 3 期
93
2 颜色检测的方法 颜色测量有分光光度法和光电积分法两种。 分光光度法不
是直接测量待测样品的颜色， 而是间接测量出待测样品的反射 或者透射光能量，然后再通过这些数据对其光谱特性进行分析， 最后计算出待测样品在标准光源或标准照明体下的三刺激值。 光电积分法属于直接测量方式， 它通过光电探测器直接对待测 样品颜色的光谱能量进行积分测量， 从而得到该样品的颜色三 刺 激 值［1］。
都是为了满足不同的处理需要。 色彩是一个广泛的研究领域包
括分割的一个重要的信息来源，图像分析和分类，目标识别。
Abstract With the development of the color industry,the quality requirements of color products have become increasingly．Color detection system plays an important role in the field of industrial control．Domestic research on the theory and system apparatus for color detection is in a relatively backward state,so it is necessary to study the related theory of color measurement．This paper briefly introduces the development status of detection instruments at home and abroad of color;secondly, from the basic theory of color,two color measurement system that is commonly used．Finally,based on the principle of colorimetry．This paper analyses the color space so that color can be detected by quantitative analysis． Keywords:color space,color detection,color sensor,Machine Vision
种模式可实现微小颜色判别的检测，但传感器会受目标机械位置
的影响。 目前的颜色传感器通常是在独立的光电二极管上覆盖经
过修正的红绿蓝滤光片，需要对输出信号进行相应的处理才能将
颜色信号识别出来，有的输出的是模拟信号，需要一个 A ／ D 电路
进行采样，对该信号进一步处理，才能进行识别，增加了电路的复
杂性，并且存在较大的识别误差，影响了识别的效果。
Baidu Nhomakorabea
摘要 随着颜色工业的发展，对颜色产品质量控制的要求越来越高，颜色检测系统在工业控制领域发挥着日益重要的作用。 国内在仪器颜色检测的理论和系统的研究处于相对落后的状态，因此有必要对颜色测量相关理论进行研究。 首先简要介绍 了国内外颜色检测仪器的发展状况；其次，从颜色的基本理论出发，介绍两种常用的测色体系，最后，基于色度学原理，对颜 色空间进行分析，使检测到的颜色可以进行定量分析。 关键词：颜色空间，颜色检测，颜色传感器，机器视觉
一个典型的机器视觉系统包括五大块：照明、镜头、相机、图 像采集卡、视觉处理器［3］。 基于机器视觉的颜色识别是基于物体 表面颜色特征差异，通过一定的算法来识别出不同的颜色，从而 实现各种检测及控制。 通常彩色图像以 RGB 方式存储，利用机 器视觉的颜色采集系统基本工作原理是，选用工业相机，在一定 的照明条件下拍摄图片， 将拍摄的图像信号传到图像集卡进行 模数转换、数字解码和抗混迭滤波后存储到工业计算机中，计算 机 将 处 理 过 的 图 像 信 号 进 行 颜 色 信 息 的 提 取 ［3］。
颜色传感器也叫色彩识别传感器。 标准的颜色测量方法是 采用光谱光度测色仪，通过测量被测样品的三刺激值，从而得到 样品的颜色。 目前，基于各种原理的颜色识别传感器有两种基本 类型：是 RGB 颜色传感器和色标传感器。 RGB 颜色传感器检测 的是物体的三刺激值，对相似颜色和色调的检测可靠性较高。 它 是通过测量构成物体颜色的三基色的反射比率实现颜色检测 的 ，由 于 这 种 颜 色 检 测 法 精 密 度 极 高 ，所 以 RGB 传 感 器 能 准 确 区别极其相似的颜色，甚至相同颜色的不同色调［4］。 色标传感器 常用于检测待测色标或物体上的斑点， 通过与非色标区 （或背 景）相比较来实现色标检测，而不是对颜色进行直接测量，这类
装置许多是漫反射型、光束型和光纤型的，封装在各种金属和聚
碳酸酯外壳中。
RGB 颜色传感器有两种测量模式：一种是分析红、绿 、蓝 光
的比例。 因为无论检测距离怎样变化，只能引起光强的变化，三种
颜色光的比例不会变，因此，即使在目标有机械振动的场合也可
以检测； 第二种是利用红绿蓝三基色的反射光强度实现检测，这