基于模糊聚类分析下达斡尔族传统工艺色彩的提取

边卓 贾洁

[内容摘要]本文以分类收集整理即将遗失相关达斡尔族的文化和传统工艺色彩，通过相关文献、影像资料进行研究，抽象选取达斡尔传统工艺色彩—单体器物色彩的 RGB 色彩模型和人眼识别图像作为研究样本、以特征提取数据实现色彩的量化、构造色彩信息数据库、并以各类色彩提取样本信息归类。运用模糊聚类对其色彩复杂度进行分析，验证其方法具有较高的聚类精度。

[关 键 词] 达斡尔  模糊聚类  色彩信息  精度

利用模糊聚类分析理论能够很好地模拟人脑的思维模式，以不确定性的达斡尔族器具色彩为其研究对象，模糊集合的出现描述达斡尔器具的色彩特征，根据某些性质加以分类，由状态加以模拟，按照一定的标准和方法进聚类分析，按照一定色彩数据的标准化模型，建立相关的一些色彩相似的模糊矩阵，根据模糊聚类法求得最佳色彩阈值范围，从而确定对象的色彩特征与不确定性色彩特征，并加以弥补。这样就得到一种新的色彩体系，从而实现人脑数学模拟其器物本身色彩的色相区间，查找色彩的相似性，达到后期传统工艺文化数字化的还原、修复和保护。

一、模糊聚类分析法数学模型

数据矩阵， X = {x1，x2，…，xn}是待聚类分析的对象全体，X 中的每个样本对象，xi（ i =1，2，…，m ） 表示各个对象的m色彩特性，每个参数值xi的不同色彩特征。其中Xnm表示第n个分类对象的第m个指标的原始数据，

按照各样本间的亲疏关系把 x1，x2，…，xn划分成多个不相交的子集X 1，X 2，…，Xc，并要求满足下列条件：

X1∪ X2∪…∪Xc= X，Xi∩Xj=φ  （ 1≤i≠ j ≤c ）

样本xk（1≤k≤n）对子集（类）Xi（1≤i≤c）的隶属关系

其中，隶属函数必须满足条件μik∈Eh。也就是说，要求每一个样本能且只能隶属于某一类，同时要求每个子集（类）都是非空的。

二、聚类分析步骤

建立模糊相似性关系矩阵 Rs，相似系数 rij表示两个样本之间的相似程度的变量，当 rij的值越接近于 1 表示它们越相似。根据标定所得的模糊矩阵R还要将其改造称模糊等价矩阵R1。用二次方法求R的传递闭包，即t（R）=R1。再让由大变小，就可形成动态聚类图。得出传递包Rs→R1，形成模糊等价矩阵，另λ值从 1 到 0 变化，可产生不同的动态聚类结果：如果λ=1，当λ值越接近 1，分类越细;当λ值越接近 0，分类越粗。

三、色彩样本收集

1.调研准备

根据对象的不同，色彩数据的采集需要摄影或文字描述的方式获取，为后期的科学性的定量描述提供基础保障。具体的样本收集采用现场拍照、实物样品的色彩测色、利用色卡进行比对和记录、利用色彩分析设备测定色彩数值。对色彩区间内的色彩阈值进行选择具有代表性的、面积相对比较大的、位于NCS色相环中所对应的色彩数值。以真彩图像RGB为色彩模型，检查色标与现实物体色彩是否还原一致的研究内容。用RGB描述每个样本色彩的量化值，白色（R=255、G=255、B=255）和黑色（R=0、G=0、B=0）不做参考。对于给出的指定范围色彩集合，只能存其一，属于或者不属于。对测得的指代性的数据进行归纳，仪器设备与工具主要有：彩色亮度计（TOPCON BM-7）、分光亮度测量仪（SpectrophotometerCM-2600d）、数码照相机、色卡。

2.测试条件

能见度的晴天，避免强光和背光取色。时间9：00-11：00、13：00-15：00。测试距离大于350mm。

3.样本分类

4.色卡的对比

对所测得的不同色卡数值录入样本数据库（奥斯特瓦尔德色立体）。在仪器测试与目测对比的基础上，进行色彩编码与色卡进行数值比对，以数值最为接近为原则选择对比结果，得到达斡尔器具文化的标准色彩。

5.色彩信息的提取

采用将 NCS 色相环（自然色的色彩系统），基于人的心理的六种主色，白、黑、红、黄、绿、蓝主题色感，分为有彩色：黄色、黄红色、红色、红紫色、紫色、紫蓝色、蓝色、蓝绿色、绿色和绿黄色共 10 类，其中黄色、红色、紫色、蓝色和绿色为基础色，而黄红色、红紫色、蓝紫色、蓝绿色和绿黄色为两相邻基础色间的中间色。（如图3.5 NCS色相环）

色彩数据库的 R、G、B 数值是描述每个像素色彩的量化值，若两组 R、G、B 值越接近，那么代表的两个像素的色彩就越相似。像素颜色组分的取值为 0 和 255 之间的整数，以λ[0，1]取值，特将 0 和 255 之间的整数除以 255，转化为 0 和 1区间的数值。

R=像素图像中R值和＼所有像素之和

G=像素图像中G值和＼所有像素之和

B=像素图像中B值和＼所有像素之和

6.色彩特征标准量化

色彩学中黑色与白色称为无彩色，将黑、白色之外的色均为有彩色。任何有彩色均由色相、明度和纯度三属性构成，色相用来区分颜色，明度用来区分色彩的明暗程度，纯度用来区分色彩饱和程度，按一定规律和秩序进行排列而构成的NCS 色彩体系。将色相分为 5 类基础色和 5 类中间色的这 10 类色相区间的分类方法。来进行色彩研究、应用和规范，来以此作为色彩特征量化的依据。分类方法具体步骤如下：

a）色相值从 1 到 64，建立色彩编号数据表;

b）分别确定样本色彩中色彩名词对应所在色卡编号，获得色相值区间;

c）以色相、明度、纯度出现的频率确定R、G、B所在色彩比例;

d）在基础色彩中添加中间色，确定10类色彩阈值

7.模糊聚类样本匹配

色彩信息数据特征值设定以更为多的样本数据的阈值为依据，以样本特征色彩和色彩自身属性数据再进行二次聚类，按照最大匹配原则进行多项模式设定，实现交互性的色彩特征半自动化提取，并不断完善匹配模式。

四、建立模糊相似色彩矩阵

以聚类样本特征值R、G、B 值，明度 V，彩度 S，对比度 C，色相比例HtypeRed、Yellow、Green、Cyan、Blue 、Magenta色相对比度Ht，以样本（表3.3）为色彩样本，提取达斡尔传统工艺品的色彩特征图像，根据采集数据的像素RGB是0—360间的整数，并建立其特征维度空间量。 从数据得知，样本 1 与样本 2 色彩的相似度 r12=0.7724，而与样本 4 的色彩相似度 r14=0.9945。由于 r14比 r12更接近于 1，则样本 1 与样本 4 的色彩更为相似。从矩阵分析得出，达斡尔传统工艺色彩样本阈值的设定是模糊聚类匹配的前提，设定对一个特征个样本多个初始类的典型样本进行层次聚类，其过程按照一定的聚类准则逐次将合乎要求的两个样本合并成一新的样本，在数据匹配时出现多种不同信息选项的模式与其所属，设定的色彩模式对应项越多，就具有更大的可能性。

结语

通过模糊聚类色彩实验数据显示，本算法对于色彩提取与分析精度很高，以此将会面对更多的特征样本的色彩信息自动提取。为了使提取的信息数据库更为完善和有效，需要多角度人为进行获取，其色彩信息数据特征值也设定更为多样本，样本数据的阈值设定以色彩心理特征为新的样本数据，再进行多次模糊聚类，以此实现交互性的色彩特征多方面提取，并不断完善匹配模式，建立相似矩阵进行假设。

[基金项目] 黑龙江省教育厅人文社会科学项目，《达斡尔传统工艺美术研究与传承》，项目编号：12542021

参考文献：

[1]郭旭光，鄂晓楠.达斡尔族文物图录[M].内蒙古大学出版社，2008

[2]常丽霞.服装流行色的量化与预测研究[D].江南大学博士学位论文，2013

[3]鄂·苏日台·鄂温克民间美术研究[M].内蒙古文化出版社，1997

[4]鲁静.达斡尔传统工艺美术研究[D].内蒙古农业大学硕士学位论文，2011

[5]范九伦.模糊聚类新算法与聚类有效性问题研究[D].西安科技大学博士学位论文，1998

[6]华灵阿.达斡尔索伦源流考[M].道光13年

[7]国家民委民族问题五种丛书.达斡尔族社会历史调查[M].内蒙古人民出版社，1985

[8]沈斌华，高建纲.中国达斡尔族人口[M].内蒙古大学出版社，1998