色度計的校準的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及顏色測量的領域，更具體地涉及測量基于人標準觀察者的色空間的原 色的值的領域，例如三色值X、Y、Z或者CIELAB色空間的原色L*a*b*的值，并且尤其涉及校 準基于多濾光器的色度計、基于多濾光器的成像色度計的領域以及涉及基于RGB成像系統(tǒng) 的色度計系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002] 在色度學領域中，已知兩種基本的測量原理。在第一種原理中，光被光譜分辨地測 量。根據(jù)CIE 1931XYZ色空間中定義的"標準觀察者"的眼靈敏度對權重進行的積分被應 用以接收三色值XYZ。在第二種原理中，利用濾光的光電傳感器來模擬眼靈敏度。濾光器由 大塊吸收器（有色玻璃濾光器）或干涉濾光器制成。需要最少三個濾光器以達到人類視覺 的三色性。通常，使用第四濾光器使X通道的雙發(fā)射性質（double lobbed nature)的技術 實現(xiàn)容易。更多通道可以用于克服濾光器/傳感器對的靈敏度響應的準確性的技術限制。
[0003] Kosztycin等人于2010年4月20日在Applied Optics (應用光學）第49卷 第 12 期的第 2288-2302 頁公開的 "Matrix-based color measurement correction of tristimulus colorimeters"描述了利用多輸入通道色度計測量多個具有已知三色值（以 及因此已知的色度值）的測試光源的三色曲線。色度計的每個輸入通道提供輸出信號。使 用這些輸出信號，以通過將矩陣應用于這些信號來計算三個校正后的三色值。該矩陣將輸 出信號映射到三色值。通過使L*a*b*色空間的顏色距離
：的算術平均值或色 空間的色度距離A (u，v)的算術平均值最小化來確定矩陣元素。這些距離設置成三色值的 函數(shù)，所述三色值源自于將矩陣應用于測量到的輸出信號和測試光源的已知三色值。

【發(fā)明內容】

[0004] 根據(jù)第一方面，提供了一種校準色度計的方法，該色度計布置成利用傳感器布置 來測量光，所述傳感器布置提供具有不同光譜靈敏度的η個感測值，其中η為大于或等于 4的數(shù)，并且所述色度計布置成測量以基于人標準觀察者的色空間的三個原色形式的所述 光，其中，所述三個原色中的一者是消色差原色。所述方法包括：
[0005] -利用所述三個原色的已知值生成用于m個校準光源的m個具有η個感測值的組， 其中，m是大于η的數(shù)，
[0006] -確定校準因子的第一組，當將所述校準因子的第一組應用于由所述η個感測值 測量的信號時，所述校準因子的第一組得出所述原色的色度優(yōu)化的值，
[0007] 其中，這是通過使以下二者之間的所有校準光源的色度距離的范數(shù)最小化來確定 所述校準因子的第一組：（i)通過將所述校準因子的第一組應用于由所述η個感測值測量 的信號來取得的色度值；與（ii)已知的色度值，
[0008] -確定校準因子的第二組，當將所述校準因子的第二組應用于由所述η個感測值 測量的信號時，所述校準因子的第二組得出所述消色差原色的優(yōu)化值，這是通過使以下二 者之間的消色差距離的范數(shù)最小化來實現(xiàn)：（i)通過將所述校準因子的第二組應用于由所 述η個感測值測量的信號來取得的消色差原色的值；與（ii)消色差原色的已知值，
[0009] 其中，在通過以下方式的校準之后由所述色度計來測量光：將所述校準因子的第 一組應用于由所述η個感測值測量的信號以獲得色度優(yōu)化的三色值，并且將所述校準因子 的第二組應用于這些信號以獲得所述消色差三色的優(yōu)化值，以及利用所述消色差三色的所 述優(yōu)化值除以所述色度優(yōu)化的三色值的消色差值的比值因數(shù)來縮放所述色度優(yōu)化的三色 值。
[0010] 根據(jù)第二方面，一種用于提供關于基于人標準觀察者的色空間的原色的光的測量 的色度計，所述色度計配備有通過權利要求1至13中任一項所述的方法能夠獲得的校準因 子的組。所述色度計包括：
[0011] 傳感器布置，所述傳感器布置提供具有不同光譜靈敏度的光的η個感測值，η是大 于或等于4的數(shù)，
[0012] 處理系統(tǒng)，所述處理系統(tǒng)布置成通過以下來關于來自所述η個感測值的所述基于 人標準觀察者的色空間的所述三個原色來測量所述光：
[0013] 將所述校準因子的第一組應用于由所述傳感器布置提供的信號，以獲得所述三色 值的色度優(yōu)化讀數(shù)，
[0014] 將所述校準因子的第二組應用于由所述傳感器布置提供的信號，以獲得所述消色 差三色值的優(yōu)化讀數(shù)，
[0015] 其中，所述處理系統(tǒng)布置成利用所述消色差三色的所述優(yōu)化值除以所述色度優(yōu)化 的三色值的消色差值的比值因數(shù)來縮放獲得的所述色度優(yōu)化的三色值。
[0016] 根據(jù)第三方面，前述方面的色度計配備有成像傳感器。每個像素可以被看作單獨 的色度計，但是產(chǎn)生空間擴展的光分布的測量。
[0017] 對本領域技術人員而言，在公開的方法和系統(tǒng)中固有的其它特征在以下示例的描 述及其附圖中將變得明顯。
[0018] 本發(fā)明的可詵實施方式的概沐
[0019] 關于柃準色度計的方法的總體評沐
[0020] 根據(jù)第一方面，提供了校準色度計的方法。術語"色度計"通常指測量用光照亮的 某一點的顏色和亮度的裝置。尤其是，針對所述方法考慮這樣的色度計，所述色度計布置成 模擬人標準觀察者的顏色感知、提供基于人標準觀察者的色空間的原色的讀數(shù)。
[0021] 該色度計布置成利用傳感器布置來測量光，該傳感器布置提供η個具有不同光譜 靈敏度的感測值。所述傳感器布置包括將光轉換成電信號的元件（光傳感器），所述元件例 如光電二極管、電荷耦合器件（CCD)傳感器或互補金屬氧化物半導體（CMOS)傳感器。那些 光電傳感器例如配備有放置在從光到光電傳感器的光束路徑中的濾光器。例如，提供了包 括六個元件的光電二極管陣列，該六個元件具有通向它們的分開的光束路徑。在該示例性 傳感器布置中，一個特定的光譜濾光器設置在每個光電二極管元件的光束路徑中。實現(xiàn)傳 感器布置的另一示例是將三色濾光器放置在相應光電傳感器前方的光束路徑中。色度計的 傳感器布置提供了光的由色度計測量的η個感測值，其中η是大于或等于4的數(shù)。
[0022] 感測值（sensing)是指對測量的光的特定量的測量，例如，感測值對應于在傳感 器布置中的傳感器的響應。例如，一個感測值對應于傳感器布置的XI傳感器的響應（例如 在光傳輸通過XI濾光器之后的光電二極管的響應），以及另一個感測值對應于X2傳感器 (其具有X2濾光器）的響應。XI濾光器和X2濾光器模擬在不同光譜區(qū)域中的人標準觀察 者的眼睛的視錐細胞的響應。
[0023] 其值由色度計產(chǎn)生的原色中的一者是消色差原色?；谌藰藴视^察者的色空間的 消色差原色是得出光的強度而不是其顏色的原色?；谌藰藴视^察者的色空間的示例是： X、Y、Z色空間，其中X、Y和Z響應是人標準觀察者的三色值并且Y是定義為亮度的消色差 原色；Y作為消色差原色的xyY色空間；CIELAB L*，a*，b*色空間，其中L*是消色差原色，也 被稱為"明度"；或者具有相同消色差原色L*的CIELUV L*，u*，v*色空間。
[0024] 在第一活動中，利用三個原色的已知值為m個校準光源生成m個具有η個感測值 的組，其中，m是大于η的數(shù)。因此，針對總共m個校準光源的每個校準光源，獲得η個感測 值。例如，術語"校準光源"意味著用于照亮真實的色度計的真實的光源。然而，在由計算 機使用真實色度計的計算機模型來模擬校準的實施方式中所使用的模擬光源也應當涵蓋 在術語"校準光源"中。因為校準光源的三個原色的值或被測量到或被預定，所以校準光源 的三個原色的值是已知的。如果三個原色的值被預定，則校準光源已經(jīng)例如被預先校準以 發(fā)出具有這些原色和/或色度值的光。
[0025] 在第二活動中，確定校準因子的第一組，所述校準因子的第一組在本文中還被稱 為"校準因子的色度優(yōu)化組"，當將該校準因子的第一組應用于由感測值測量的信號時，其 得出基于人觀察者的色空間的原色的色度優(yōu)化的值。在本文中使用的術語"校準因子的色 度優(yōu)化組"以及術語"基于人觀察者的色空間的原色的色度優(yōu)化的值"用以明確說明，當將 源自用于校準色度計的方法的校準因子的該組應用于由感測值測量的信號時，通過對所有 對應的校準光源都具有色度距離的最小范數(shù)的色度值得出了基于人標準觀察者的空間的 原色的值。
[0026] 校準因子的色度優(yōu)化組通過使色度距離的范數(shù)最小化來確定。色度距離是針對所 有校準光源在（i)通過將校準因子的組應用于由η個感測值測量的信號得到的色度值與 (ii)已知的色度值之間的距離。為了提供特定的示例，色度距離的范數(shù)是例如由這些針對 校準光源獲得的色度距離的均方根給出的數(shù)學范數(shù)。該范數(shù)可以視為色度計的測量誤差的 絕對值。
[0027] 通過選擇使色度距離的范數(shù)最小化的校準因子的組，配備有那些校準因子的色度 計關于色度值的測量誤差得以減小。如果多個濾光器例如因與制造有關的誤差而僅提供 有缺陷的濾光器函數(shù)，則那些缺陷可以通過源自這些最小化的色度優(yōu)化校準因子的組來補 償。
[0028] 選擇校準因子的該組例如通過迭代數(shù)值方法來實現(xiàn)，所述迭代數(shù)值方法例如非線 性的優(yōu)化算法。這些方法改變可變的校準因子的組，直到色度距離的范數(shù)為最小?？商孢x 地，色度距離的范數(shù)的最小化可以通過使用解析的數(shù)學方法來實現(xiàn)，解析的數(shù)學方法例如 公知的拉格朗日方法。
[0029] 以下給出用于將這種色度差確定為校準因子的組的函數(shù)的示例：
[0030] 通過測量校準光源i (i是從1至m的數(shù)，其中m是校準光源的數(shù)目）獲得的六個 感測值的組由向量Sl給出，每個向量分量表示由光源i引起的測量信號，
[0032] 感測值X^c、感測值X2l,^、感測值Y^c、感測值Z^c、感測值UP感測值L ^。分 別代表由Xr^光器和X 2濾光器（其得出X三色響應）、Y三色濾光器、Z三色濾光器以及兩 個額外的補償濾光器K和補償濾光器L針對某一校準光源i而獲得的感測值。M x/y是校準 因子的組，在該示例中為具有校準因子an到a 36的3*6的矩陣。
[0034] 將校準因子的組Mx/y變換成光源i的原色的值，即％、Z1:
[0036] 由以下的表達式給出作為那些原色的值的函數(shù)的色度值：
[0037]
[0038] 其中，X_+Wz_= 1。因為色度值z _取決于其它兩個色度值，所以在該示 例中只考慮了 X。-和y。
[0039] 在由針對校準光源i的六個示例性感測值Sl的變換而產(chǎn)生的色度Xmi^