基于孟塞爾顏色系統(tǒng)的舌色標(biāo)準(zhǔn)化研究

鮮 崗，徐學(xué)軍，李 敏，劉師師

（長(zhǎng)沙理工大學(xué)物理與電子科學(xué)學(xué)院，長(zhǎng)沙　410114）

基于孟塞爾顏色系統(tǒng)的舌色標(biāo)準(zhǔn)化研究

鮮 崗，徐學(xué)軍，李 敏，劉師師

（長(zhǎng)沙理工大學(xué)物理與電子科學(xué)學(xué)院，長(zhǎng)沙410114）

針對(duì)目前舌診研究在舌色的認(rèn)識(shí)、判斷和研究上沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，提出用國(guó)際上比較流行的孟塞爾顏色系統(tǒng)對(duì)舌色進(jìn)行標(biāo)定以達(dá)到舌色的標(biāo)準(zhǔn)化。根據(jù)對(duì)已有的孟塞爾顏色轉(zhuǎn)換研究，本文結(jié)合MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)改進(jìn)了查找法，并給出了詳細(xì)的轉(zhuǎn)換過程，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方法在舌色標(biāo)定上有較高的精度，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了舌色標(biāo)定系統(tǒng)軟件，對(duì)舌色的標(biāo)準(zhǔn)化研究具有重要的意義。

舌診；孟塞爾顏色系統(tǒng)；標(biāo)準(zhǔn)化；MySQL；舌色標(biāo)定系統(tǒng)

0　引 言

舌診為中醫(yī)望診的重要的部分之一，通過舌頭的顏色、形狀、大小等特征，可以了解人體的內(nèi)部狀態(tài)，其中最主要的就是對(duì)舌色的識(shí)別和判斷［1］。中醫(yī)對(duì)舌色的研究，基本都是建立在醫(yī)生個(gè)人的觀察、分析、總結(jié)的基礎(chǔ)上，描述方式主要為文字語(yǔ)言［2］，感覺器官和語(yǔ)言描述的差異，嚴(yán)重影響了舌色的客觀性。同時(shí)，選擇與設(shè)備相關(guān)的顏色空間，舌象在各設(shè)備間傳遞時(shí)會(huì)失真，降低了舌色的重復(fù)性和可靠性。以上狀況已經(jīng)嚴(yán)重阻礙了舌色研究的發(fā)展。為了使舌色研究能夠獲得一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化、客觀化的功能表述環(huán)境，結(jié)合數(shù)據(jù)庫(kù)、色度學(xué)等技術(shù)研究舌診自動(dòng)化的方法就具有重要的理論意義和實(shí)際價(jià)值。因此本文采用國(guó)際上通用的孟塞爾顏色系統(tǒng)對(duì)舌色診斷進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化研究。

1　孟塞爾顏色系統(tǒng)

孟塞爾表色體系主要用來對(duì)顏色分類和標(biāo)定，是根據(jù)人對(duì)顏色的視覺特點(diǎn)制定的。設(shè)計(jì)模型是一個(gè)不規(guī)則的球體，類似于地球儀，主要通過色調(diào)、明度、飽和度這三個(gè)量來表示各種顏色。如圖1所示，模型的中央軸代表孟塞爾明度值，從底部的黑色0到頂部的白色11依次增加；模型上每個(gè)點(diǎn)到中央軸的距離代表孟塞爾飽和度；整個(gè)模型在水平方向的投影類似一個(gè)圓，把這個(gè)投影平均分成10份，每份代表一種孟塞爾色調(diào)，分別是紅（R）、黃（Y）、綠（G）、藍(lán)（B）、紫（P）、……紫藍(lán)（RP）等，每2種色調(diào)間還有詳細(xì)的劃分［3-4］。

孟塞爾表色體系用色調(diào)H、明度V、飽和度C三個(gè)值來表征顏色，因此舌色通過孟塞爾表色系統(tǒng)標(biāo)定后，可以方便直觀地分析舌色的色調(diào)、明度、飽和度特性，并且孟塞爾表色體系在國(guó)際上使用廣泛，其圖冊(cè)具有準(zhǔn)確性和權(quán)威性，因此舌色在孟塞爾顏色空間標(biāo)定后，可以在任何設(shè)備間實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確傳遞而不致發(fā)生失真。

圖1　孟塞爾表色系統(tǒng)模型圖Fig.1 Munsell color system model diagram

2　孟塞爾標(biāo)號(hào)的轉(zhuǎn)換

確定舌色孟塞爾標(biāo)號(hào)H V/C，傳統(tǒng)的方法是人工圖表法，先計(jì)算出明度值，再根據(jù)CIE的x和y 2個(gè)刺激值在CIE色度圖查找明度值相鄰2個(gè)平面的孟塞爾標(biāo)號(hào)進(jìn)行線性內(nèi)插得到實(shí)際孟塞爾標(biāo)號(hào)［5］。本文結(jié)合MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)的查找法來確定孟塞爾標(biāo)號(hào)。Newhall［6］等人建立的CIE與孟塞爾顏色空間的轉(zhuǎn)換表給用計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)二者的轉(zhuǎn)換奠定了一個(gè)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，研究時(shí)只需要建立一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，再通過計(jì)算機(jī)程序來實(shí)現(xiàn)二者的轉(zhuǎn)換。

2.1舌色RGB空間到CIE-XYZ顏色空間的轉(zhuǎn)換

目前大多數(shù)的數(shù)字圖像采集設(shè)備和顯示設(shè)備均是采用RGB顏色系統(tǒng)，得到的舌色基本也都是RGB格式，但查找法是建立在CIE與孟塞爾顏色空間的轉(zhuǎn)換表的基礎(chǔ)上，這就需要把舌色數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到CIE-XYZ顏色空間，計(jì)算出Yxy三刺激值，為轉(zhuǎn)換到孟塞爾空間打下基礎(chǔ)。本文不再敘述轉(zhuǎn)換公式。

2.2數(shù)據(jù)庫(kù)的建立

經(jīng)過已有的實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)合舌象舌色特征，可以發(fā)現(xiàn)在孟塞爾顏色系統(tǒng)中，舌色基本都與R色調(diào)有關(guān)且飽和度均在4以上。所以本文在數(shù)據(jù)庫(kù)中只需建立轉(zhuǎn)換表中色調(diào)與R有關(guān)的數(shù)據(jù)即可，減少了查找量，簡(jiǎn)化查找法，實(shí)時(shí)性更好。

2.3孟塞爾標(biāo)號(hào)的確定

在確定孟塞爾標(biāo)號(hào)的過程中，首先通過CIE的Y值計(jì)算出孟塞爾明度值V。由于Y與V的關(guān)系公式［6］在計(jì)算過程中較復(fù)雜，所以本文采用CIE的立方根公式［7］來計(jì)算明度值V：

W?=25Y1/3-17（1）

式（1）中，W?為CIE均勻顏色空間的明度指數(shù)，W?/10與孟塞爾明度V的值一致。在確定明度值V后，只需要在數(shù)據(jù)庫(kù)中根據(jù)x和y的值查找出該明度值相鄰兩邊明度V-1，V+1下各自的色相H和飽和度C，做線性內(nèi)插就可得到實(shí)際的色調(diào)H和飽和度C。

數(shù)據(jù)庫(kù)中查找x，y對(duì)應(yīng)的孟塞爾標(biāo)號(hào)時(shí)，由于數(shù)據(jù)庫(kù)不可能存放所有的點(diǎn)，所以只能找出離x，y最近的4個(gè)點(diǎn)，做線性內(nèi)插求出孟塞爾標(biāo)號(hào)。如圖2所示，其中P1為x，y對(duì)應(yīng)的點(diǎn)；A，B，C，D為離P1最近的4個(gè)點(diǎn)，具體對(duì)應(yīng)的孟塞爾標(biāo)號(hào)可以從數(shù)據(jù)庫(kù)中查出；等色調(diào)線H1，H2和等飽和度線C1，C2都近似為直線；O點(diǎn)為白色，坐標(biāo)為（0.310 1，0.316 3）。等飽和度C1的直線方程公式如下：

P1點(diǎn)的等色調(diào)近似線為OF，方程如下：

聯(lián)立（2）、（3）式就可得到G點(diǎn)的坐標(biāo)，同理可得到F點(diǎn)的坐標(biāo)，以此得到等飽和度內(nèi)插系數(shù)λC和等色調(diào)內(nèi)插系數(shù)λH：

那么P1點(diǎn)的色調(diào)H和飽和度C就可以用下面的插值公式求得：

同理，通過明度V+1平面的色調(diào)和飽和度插值可以求出P2點(diǎn)的色調(diào)HP2和飽和度CP2值。最后在對(duì)V-1，V+1這2個(gè)平面進(jìn)行線性內(nèi)插得到最終P點(diǎn)的色調(diào)HP和飽和度CP，公式如下：

最終，即可確定舌色的孟塞爾標(biāo)號(hào)為HPV/CP。

圖2　色相H和飽和度C的插值Fig.2 The interpolation of hue and saturation

3　實(shí)驗(yàn)測(cè)試和結(jié)果分析

經(jīng)過實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)和已有經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，發(fā)現(xiàn)舌色的色調(diào)H在5R左右，明度值V在6左右，所以研究中結(jié)合舌色范圍隨機(jī)選取7個(gè)樣本，如表1所示，通過圖表法求出孟塞爾標(biāo)號(hào)，作為標(biāo)準(zhǔn)值與本文的方法進(jìn)行誤差比較。

表1　圖表法和軟件轉(zhuǎn)換結(jié)果Tab.1 Chart method and software conversion results

在表1中可以發(fā)現(xiàn)，本文軟件轉(zhuǎn)換的結(jié)果和人工圖表法的差值較小，說明本文的轉(zhuǎn)換方法可行、精度較高、實(shí)時(shí)性也較好，證明了其優(yōu)越性。

根據(jù)本文研究的方法，采用Qt結(jié)合MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)了一個(gè)自動(dòng)轉(zhuǎn)換軟件，如圖3所示。鼠標(biāo)左鍵在舌象中選取舌色點(diǎn)，在右邊會(huì)自動(dòng)顯示出預(yù)覽舌色、RGB、CIE-XYZ、CIEYxy、孟塞爾標(biāo)號(hào)。這樣可以方便觀察舌色的色調(diào)，明度和飽和度變化，為舌色診斷提供數(shù)據(jù)說明。通過得到的孟塞爾標(biāo)號(hào)可以把舌象在各種顯示設(shè)備間傳遞而不失真，為舌色的標(biāo)準(zhǔn)化做出了貢獻(xiàn)。

The tongue color standardization research based on the Munsell color system

XIAN Gang，XU Xuejun，LI Min，LIU Shishi
（School Of Physical and Electronic Science，Changsha University Of Science&Technology，Changsha 410114，China）

Based on the current research on tongue diagnosis，there is no uniform standard on the recognition and judgement of tongue color.The tongue color calibration is carried out with the relatively popular international Munsell color system in order to achieve the standardization of tongue color.According to the existing Munsell color system conversion research，and combining with the MySQL database，search method is improved，and the detailed conversion process is also given.Experiment on the tongue color calibration verifies the method is of high accuracy.Next based on this design software，the paper proposes the tongue color calibration system，which has the vital significance for the standardized study of tongue color.

tongue diagnosis；Munsell color system；standardization；MySQL；tongue color calibration system

TP391.4；R241.25

A

2095-2163（2016）03-0125-03

2016-06-01

鮮 崗（1991-），男，碩士研究生，主要研究方向：智能信息處理；徐學(xué)軍（1964-），男，博士，教授，碩士生導(dǎo)師，主要研究方向：計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)、醫(yī)學(xué)信息處理、電路與系統(tǒng)等；李 敏（1991-），女，碩士研究生，主要研究方向：智能信息處理；劉師師（1990-），女，碩士研究生，主要研究方向：智能信息處理。