用于测量表面颜色的方法、系统和设备与流程

本发明涉及颜色测量，尤其是用于使用颜色测量设备测量表面颜色的方法和系统。

背景技术：

1、颜色测量的目的是以特定颜色空间定义的格式来提供针对给定表面的真实颜色值的可靠估计。然而，目前的颜色测量方法通常需要专用设备，如色度计等在日常生活中不易获取的设备。

2、尽管图像采集技术取得了进步并且易于获取，但对环境照明条件的敏感性依然阻碍手机成为颜色测量的合适选择。具体而言，直接从手机拍摄的数字图像获得的颜色信息不能提供可靠的结果，因为照片的颜色可能会受到环境照明条件的强烈影响。目前，手机上可用的颜色校正操作，包括白平衡以及人眼观察等并不能提供任何有意义的帮助。因此，根据环境照明条件，手机拍摄的数字图像中所示的目标表面的颜色可能与目标表面的真实颜色相比有显著色差。

3、已经尝试将手机用作颜色测量设备。然而，这种尝试需要用到额外的设备。具体来说，由于控制环境照明是当前颜色测量方法的关键，因此利用手机进行的颜色测量方法通常需要用到例如非透明杯状物体覆盖目标表面的至少一部分，以在表面上创建绝对暗腔，并在其中执行颜色测量。所述绝对暗腔消除了环境照明，从而可以控制目标表面上的照明。然而，由于可能需要用到额外的设备，因此在目标表面上创建这样一个绝对暗腔不仅不方便，而且成本高昂。此外，还存在可能难以覆盖其目标表面的不规则形状，导致无法对其进行准确的颜色测量。

技术实现思路

1、本发明提供了一种颜色测量设备，所述设备可用作色度计以准确测量表面的颜色。本发明的颜色测量设备和由所述颜色测量设备执行的方法消除了使用手机作为色度计测量表面颜色的现有技术方法的缺点。

2、根据一个方面，本发明提供了一种测量目标表面颜色的方法。所述方法包括当用可变强度、恒定颜色的光源和恒定强度、恒定颜色的环境光源照射目标表面时采集目标表面的多个图像，其中目标表面上的光源强度因图像的采集之间的已知量而异。所述方法还包括根据多个图像中的图像数据来确定对应于光源的颜色和目标表面的表面颜色的乘积的颜色特征张量，并根据所述颜色特征张量推断目标表面的表面颜色。

3、根据上述方面，可以通过改变光源和目标表面之间的距离来改变照射目标表面的光的强度。

4、根据上述任一方面，根据颜色特征张量推断目标表面的表面颜色可以包括将颜色特征张量输入用于处理颜色特征张量的训练模型中，然后根据处理后的颜色特征张量推断目标表面的表面颜色。

5、根据上述任一方面，训练模型属于线性模型。所述线性模型通过以下方式进行训练：初始化权重矩阵的权重；接收训练数据集的一批训练样本，所述训练数据集的每个训练样本包括表面的图像和代表表面真实颜色的地面真值表面颜色张量。对于这批训练样本的每个相应样本，处理相应训练样本的图像以生成对应于光源的训练颜色和地面真值表面颜色的乘积的颜色特征张量；表面颜色张量被计算为颜色特征张量和权重矩阵的乘积，误差值被确定为表面颜色张量和地面真值表面颜色张量之间的差值；最后根据误差值更新权重矩阵的权重。然后，通过接收更多批次的训练样本来继续训练线性模型，直到权重矩阵的权重得以优化。

6、根据上述任一方面，训练后的模型近似于神经网络。所述神经网络可以通过以下方式进行训练：初始化神经网络的权重，接收训练数据集的一批训练样本，所述训练数据集的每个训练样本包括表面的图像和表面的地面真值表面颜色。继续训练所述神经网络，具体方法是：对于每个相应的训练样本，处理训练样本的图像以生成对应于光源发射的光和表面的地面真值表面颜色的乘积的颜色特征张量，通过神经网络正向传播为相应的训练样本生成的颜色特征张量，以推断训练样本的表面颜色，将误差值作为推断表面颜色和地面真值表面颜色之间的差值进行计算，并执行反向传播以根据所述误差值更新神经网络的权重。

7、根据上述任一方面，所述采集可以包括使用飞行时间传感器在第一时间检测颜色测量设备和目标表面之间的距离，以及使用飞行时间传感器在第二时间检测颜色测量设备和目标表面之间的距离。当颜色测量设备和目标表面之间的距离改变时，控制光源以发射具有恒定颜色和恒定强度的光，从而照射目标表面并采集目标表面的数字帧。

8、根据上述任一方面，可以通过改变以在目标表面相距恒定距离处供应给光源的电量来改变照射目标表面的光的强度。

9、根据上述任一方面，所述推断还可以包括将第一颜色空间中的表面的推断表面颜色转换为第二颜色空间中的表面颜色。

10、根据上述任一方面，可以通过将颜色空间划分为多个颜色子空间，初始化子空间分离模型的权重和多个颜色子空间中的每一个颜色子空间的颜色子空间模型的权重，接收包括表面的图像和表面的地面真值表面颜色的训练样本等方式来训练所述训练模型。还可以通过处理训练样本的图像以生成对应于光源发射的光和地面真值表面颜色的乘积的颜色特征张量，使用接收到的颜色特征张量并通过每个颜色子空间模型计算子空间颜色张量，通过子空间分离模型生成子空间权重张量，以及通过将子空间权重张量应用于子空间颜色张量来推断表面颜色等方式来训练所述训练模型。也可以通过将误差值确定为推断表面颜色和地面真值表面颜色之间的差值，并执行反向传播以更新多个颜色子空间模型中的每一个颜色子空间模型的权重和子空间分离模型的权重等方式来训练所述训练模型。

11、根据上述任一方面，可以根据手动定义来划分颜色空间。

12、根据上述任一方面，多个颜色子空间模型和子空间分离模型的训练是同时进行的。

13、根据上述任一方面，所述确定可以包括根据多个图像中每一个图像的图像数据生成多个线性方程，所述图像中的图像数据是光源的颜色和目标表面的表面颜色的乘积以及环境光源和目标表面的表面颜色的乘积的和，以及使用线性回归并通过多个线性方程确定颜色特征张量。

14、在另一方面，本发明提供了一种颜色测量设备，用于测量用恒定强度、恒定颜色环境光源照射的目标表面的目标表面颜色。所述颜色测量设备包括用于采集目标表面的多个图像的图像采集设备、用于以恒定颜色的光照射目标表面的光源。从光源发射的光的强度因采集连续图像和颜色测量系统之间的已知量而异。所述颜色测量系统用于根据所述多个图像中包括的图像数据，确定对应于所述恒定光源发射的光的颜色与所述目标表面的表面颜色的乘积的颜色特征张量，并根据所述颜色特征张量推断所述目标表面的表面颜色。

15、在另一方面，本发明提供了一种具有有形地存储在其上的指令的计算机可读介质。当由处理单元执行时，所述指令使所述处理单元：使用颜色测量设备的相机采集目标表面的多个数字图像，因为目标表面被由相对于相机处于固定位置的颜色测量设备的受控光源发射的恒定颜色光和具有恒定强度、恒定颜色的环境光源照射，其中，照射目标表面的光的强度因图像的采集之间的已知量而异；根据包括在多个图像中的图像数据确定对应于由恒定光源发射的光的颜色与目标表面的表面颜色的乘积的颜色特征张量；以及根据颜色特征张量推断目标表面的表面颜色。

16、上述至少一些方面可以在受到环境照明条件的影响下，有利地实现稳健可靠的精确颜色测量，从而使能手机等设备用作可靠的颜色测量设备。