基于孟塞尔颜色系统的舌色标准化研究

鲜 岗，徐学军，李 敏，刘师师

（长沙理工大学物理与电子科学学院，长沙　410114）

基于孟塞尔颜色系统的舌色标准化研究

鲜 岗，徐学军，李 敏，刘师师

（长沙理工大学物理与电子科学学院，长沙410114）

针对目前舌诊研究在舌色的认识、判断和研究上没有统一的标准，提出用国际上比较流行的孟塞尔颜色系统对舌色进行标定以达到舌色的标准化。根据对已有的孟塞尔颜色转换研究，本文结合MySQL数据库改进了查找法，并给出了详细的转换过程，通过实验验证了该方法在舌色标定上有较高的精度，在此基础上设计了舌色标定系统软件，对舌色的标准化研究具有重要的意义。

舌诊；孟塞尔颜色系统；标准化；MySQL；舌色标定系统

0　引 言

舌诊为中医望诊的重要的部分之一，通过舌头的颜色、形状、大小等特征，可以了解人体的内部状态，其中最主要的就是对舌色的识别和判断［1］。中医对舌色的研究，基本都是建立在医生个人的观察、分析、总结的基础上，描述方式主要为文字语言［2］，感觉器官和语言描述的差异，严重影响了舌色的客观性。同时，选择与设备相关的颜色空间，舌象在各设备间传递时会失真，降低了舌色的重复性和可靠性。以上状况已经严重阻碍了舌色研究的发展。为了使舌色研究能够获得一个标准化、客观化的功能表述环境，结合数据库、色度学等技术研究舌诊自动化的方法就具有重要的理论意义和实际价值。因此本文采用国际上通用的孟塞尔颜色系统对舌色诊断进行标准化研究。

1　孟塞尔颜色系统

孟塞尔表色体系主要用来对颜色分类和标定，是根据人对颜色的视觉特点制定的。设计模型是一个不规则的球体，类似于地球仪，主要通过色调、明度、饱和度这三个量来表示各种颜色。如图1所示，模型的中央轴代表孟塞尔明度值，从底部的黑色0到顶部的白色11依次增加；模型上每个点到中央轴的距离代表孟塞尔饱和度；整个模型在水平方向的投影类似一个圆，把这个投影平均分成10份，每份代表一种孟塞尔色调，分别是红（R）、黄（Y）、绿（G）、蓝（B）、紫（P）、……紫蓝（RP）等，每2种色调间还有详细的划分［3-4］。

孟塞尔表色体系用色调H、明度V、饱和度C三个值来表征颜色，因此舌色通过孟塞尔表色系统标定后，可以方便直观地分析舌色的色调、明度、饱和度特性，并且孟塞尔表色体系在国际上使用广泛，其图册具有准确性和权威性，因此舌色在孟塞尔颜色空间标定后，可以在任何设备间实现准确传递而不致发生失真。

图1　孟塞尔表色系统模型图Fig.1 Munsell color system model diagram

2　孟塞尔标号的转换

确定舌色孟塞尔标号H V/C，传统的方法是人工图表法，先计算出明度值，再根据CIE的x和y 2个刺激值在CIE色度图查找明度值相邻2个平面的孟塞尔标号进行线性内插得到实际孟塞尔标号［5］。本文结合MySQL数据库的查找法来确定孟塞尔标号。Newhall［6］等人建立的CIE与孟塞尔颜色空间的转换表给用计算机来实现二者的转换奠定了一个数据基础，研究时只需要建立一个数据库，再通过计算机程序来实现二者的转换。

2.1舌色RGB空间到CIE-XYZ颜色空间的转换

目前大多数的数字图像采集设备和显示设备均是采用RGB颜色系统，得到的舌色基本也都是RGB格式，但查找法是建立在CIE与孟塞尔颜色空间的转换表的基础上，这就需要把舌色数据转换到CIE-XYZ颜色空间，计算出Yxy三刺激值，为转换到孟塞尔空间打下基础。本文不再叙述转换公式。

2.2数据库的建立

经过已有的实验研究，结合舌象舌色特征，可以发现在孟塞尔颜色系统中，舌色基本都与R色调有关且饱和度均在4以上。所以本文在数据库中只需建立转换表中色调与R有关的数据即可，减少了查找量，简化查找法，实时性更好。

2.3孟塞尔标号的确定

在确定孟塞尔标号的过程中，首先通过CIE的Y值计算出孟塞尔明度值V。由于Y与V的关系公式［6］在计算过程中较复杂，所以本文采用CIE的立方根公式［7］来计算明度值V：

W∗=25Y1/3-17（1）

式（1）中，W∗为CIE均匀颜色空间的明度指数，W∗/10与孟塞尔明度V的值一致。在确定明度值V后，只需要在数据库中根据x和y的值查找出该明度值相邻两边明度V-1，V+1下各自的色相H和饱和度C，做线性内插就可得到实际的色调H和饱和度C。

数据库中查找x，y对应的孟塞尔标号时，由于数据库不可能存放所有的点，所以只能找出离x，y最近的4个点，做线性内插求出孟塞尔标号。如图2所示，其中P1为x，y对应的点；A，B，C，D为离P1最近的4个点，具体对应的孟塞尔标号可以从数据库中查出；等色调线H1，H2和等饱和度线C1，C2都近似为直线；O点为白色，坐标为（0.310 1，0.316 3）。等饱和度C1的直线方程公式如下：

P1点的等色调近似线为OF，方程如下：

联立（2）、（3）式就可得到G点的坐标，同理可得到F点的坐标，以此得到等饱和度内插系数λC和等色调内插系数λH：

那么P1点的色调H和饱和度C就可以用下面的插值公式求得：

同理，通过明度V+1平面的色调和饱和度插值可以求出P2点的色调HP2和饱和度CP2值。最后在对V-1，V+1这2个平面进行线性内插得到最终P点的色调HP和饱和度CP，公式如下：

最终，即可确定舌色的孟塞尔标号为HPV/CP。

图2　色相H和饱和度C的插值Fig.2 The interpolation of hue and saturation

3　实验测试和结果分析

经过实验统计和已有经验总结，发现舌色的色调H在5R左右，明度值V在6左右，所以研究中结合舌色范围随机选取7个样本，如表1所示，通过图表法求出孟塞尔标号，作为标准值与本文的方法进行误差比较。

表1　图表法和软件转换结果Tab.1 Chart method and software conversion results

在表1中可以发现，本文软件转换的结果和人工图表法的差值较小，说明本文的转换方法可行、精度较高、实时性也较好，证明了其优越性。

根据本文研究的方法，采用Qt结合MySQL数据库设计了一个自动转换软件，如图3所示。鼠标左键在舌象中选取舌色点，在右边会自动显示出预览舌色、RGB、CIE-XYZ、CIEYxy、孟塞尔标号。这样可以方便观察舌色的色调，明度和饱和度变化，为舌色诊断提供数据说明。通过得到的孟塞尔标号可以把舌象在各种显示设备间传递而不失真，为舌色的标准化做出了贡献。

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

鲜 岗（1991-），男，硕士研究生，主要研究方向：智能信息处理；徐学军（1964-），男，博士，教授，硕士生导师，主要研究方向：计算机应用技术、医学信息处理、电路与系统等；李 敏（1991-），女，硕士研究生，主要研究方向：智能信息处理；刘师师（1990-），女，硕士研究生，主要研究方向：智能信息处理。