高光谱成像技术在布料颜色测量当中的应用
一、背景
纺织品作为颜色传播的重要载体，对织物颜色的准确度和均匀度具有较高要求。在纺织工业生产中，加工出符合要求的布料和成衣的两个前提条件是准确测量样品布匹颜色和严格控制印染颜色。
工业上测量织物颜色最常用的分光光度法只能测量单色织物,对织物尺寸大小要求较高且操作繁琐,使得其并不适应于多色织物或单根纱线颜色测量。
为了满足企业生产和发展的需求,本公司对织物颜色的精确测量方法进行了深入研究,针对当前技术的不足,在分析光谱成像技术的基础上建立高光谱成像系统,提出基于高光谱成像技术的织物颜色测量方法,实现了具有较高精度的颜色测量。光谱成像技术是将光谱技术和成像技术结合在一起,可以测量织物感兴趣区域(ROI)中光谱波段的反射率。从而获得更多的纺织品颜色信息,达到较高的颜色测量精度。
二、可行性分析
作为一种集光谱学、微弱信号检测、信息处理等于一体的综合性技术，光谱成像技术克服了分光光度法测量纺织品颜色的缺点。光谱成像技术能测量单色、多色和各种形状的织物，从采集的光谱图像中获取每个像素的颜色信息，从而实现光谱成像技术在纺织品颜色测量中的应用。光谱成像技术在对目标的空间信息成像的同时，也对每一个空间像元在波段内进行光谱信息覆盖，从而形成“光谱图像立方体”。浙江理工大学的张盼曾利用高光谱成像仪进行 15 个标准样品与15 个次品颜色测量并计算明度差、色度差和色差，其反射率图片如图 1 所示：
图 1 标准样品与次品反射率对比图
图一（a）为标准样品的反射率曲线，（b）为次品的反射率曲线，从光谱反射率曲线可以直观的看出，单色色织布标准样与批次样间的光谱反射率曲线的走向是一样的，但是在数值上还是有差异的。高光谱成像仪测量织物间颜色可以获得它们的色差值，这反映了高光谱成像仪的测色能力。
三、数据采集设备
数据采集的设备为杭州高谱自主研发的实验室高光谱成像仪（HY-8010-U），设备实景图，如下图。系统参数，见下表。
系统核心分光模组完全由高谱公司自主研发，支持选配多种型号图像传感器，并搭配超高像素高清相机实现高空间分辨率与高光谱分辨率的完美融合。同时，HY-80系列可选配自研线性光源和定制暗箱，最大程度减少外部环境对样品检测带来的影响，结合独有的时空辐射校正功能，确保获得稳定的标准化高光谱数据。
HY-80系列实验室高光谱成像仪是一款专门为实验室环境定制的专用设备，能够实现对物质定性、定量、定时、定位信息的精准检测，是一台“图谱合一”的专业化科研设备，为物质分选、刑侦文检、食品监测、真伪鉴定等行业高端应用领域提供高精度的光谱建模与分析解决方案。
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系统主要指标 |
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名称 |
指标 |
HY-8010-U |
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高光谱相机 |
光谱范围 |
400-1000nm |
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光谱分辨率 |
优于2.5nm |
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光谱通道数 |
260 |
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探测器 |
探测器 |
CCD |
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探测器接口 |
GigE |
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帧频 |
68fps |
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镜头 |
焦距（可选） |
25mm |
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高清相机 |
像素 |
500万 |
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光源 |
全谱段 |
高能线性聚焦光源 |
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其他 |
扫描范围 |
200*300mm |
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检材厚度 |
0-100mm |
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四、测量结果及结论
通过对标准色卡和花布进行测量，并对测量结果进行反射率校正与值转换。本次选取 RAL 1000-RAL1004 共 5 种颜色样本进行分析，并分为两组进行对比,如图 2 所示，反射率处理结果如图 3 所示。将其转换为 L、A、B 值并对其进行相关处理后结果如图 4 所示:
图3 反射率对比图
（a） （b）
（c） （d）
图 4 Lab 参数对比图
如上图 4 所示，图 4（a）为 RAL1000-RAL1004 五种样品的 L 值对比图、图 4（b）为 a 值对比图、图 4（c）为 b 值对比图、图 4（d）为以 RAL1000 为基准 RAL1001、RAL1002、RAL1003、 RAL1004 四种颜色的色彩度差值。
对四块样品布进行想同处理后得到如下结果：
图 5 测量实物图
（a） （b）
图 6 Lab 参数对比图
如上图 6 所示，图 6（a）为 1、2、3、4 四种样品的 L 值对比图、图 6（b）为 a 值对比图、图 6（c）为 b 值对比图、图 6（d）为以 1 为基准 2、3、4 四种颜色的色彩度差值。
综上所述，可看出高光谱成像仪检测的 Lab 值具有明显差异。
