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用于校准颜色测量仪器的方法和设备

阅读：197发布：2020-05-11

IPRDB可以提供用于校准颜色测量仪器的方法和设备专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且在一个示例中，从包括多个颜色通道的目标颜色测量仪器接收电子信号。从信号中提取目标颜色测量仪器对由目标发光设备发射的光的响应。响应被校准以最小化响应和标准观测仪的颜色匹配函数的输出之间的差异。校准包括将响应乘以校准矩阵。校准矩阵组合来自可调谐光源的第一多个光的测量值和来自目标发光设备的第二多个光的测量值。第一多个和第二多个光的测量值的第一子集由目标颜色测量仪器进行，而第一多个和第二多个光的测量值的第二子集由参考光谱辐射计进行。，下面是用于校准颜色测量仪器的方法和设备专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种方法，包括：

从目标颜色测量仪器接收电子信号，其中所述目标颜色测量仪器包括多个颜色通道；

从信号中提取所述目标颜色测量仪器对由目标发光设备发射的光的响应；和校准所述响应以最小化所述响应和标准观测仪的颜色匹配函数的输出之间的差异，其中所述校准包括将所述响应乘以校准矩阵，其中所述校准矩阵组合来自可调谐光源的第一多个光的测量值和来自所述目标发光设备的第二多个光的测量值，并且其中所述第一多个光和所述第二多个光的测量值的第一子集由目标颜色测量仪器进行而第一多个光和第二多个光的测量值的第二子集由参考光谱辐射计进行。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个颜色测量通道包括至少三个颜色测量通道。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目标颜色测量仪器是屏幕色度计。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述可调谐光源是单色器。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述校准矩阵包括n×3矩阵，其中n是所述多个颜色通道的数量，并且3是三刺激值的数量。

6.根据权利要求5所述的方法，进一步包括构建所述校准矩阵，其中所述构建包括：使用测量值的第二子集构建第一矩阵；

使用测量值的第一子集构建第二矩阵；和

将第一矩阵乘以第二矩阵的穆尔-彭罗斯广义逆。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，构建所述第一矩阵包括：测量第三矩阵，其中所述第三矩阵的每一行包含由所述参考光谱辐射计所测量的所述第一多个光中的一个光的一个光谱设置的三个三刺激值；

测量第四矩阵，其中所述第四矩阵的每一行包含由所述参考光谱辐射度计测量的所述第二多个光中的一个光的三个三刺激值；和第四矩阵附加至第三矩阵。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，构建所述第二矩阵包括：测量第五矩阵，其中所述第五矩阵的每一行包含用于由所述目标颜色测量仪器测量的所述第一多个光中的一个光的一个光谱设置的三个三刺激值；

测量第六矩阵，其中所述第六矩阵的每一行包含由所述目标颜色测量仪器测量的所述第二多个光中的一个光的三个三刺激值；和第六矩阵附加至第五矩阵。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，构建所述校准矩阵还包括：将所述第一矩阵和所述第二矩阵的每一个乘以方阵，其中所述方阵的权重来自所述目标发光设备的所述第二多个光的设置的相对重要性。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方阵是对角方阵。

11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方阵是实数的任意非奇异矩阵。

12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述响应包括响应中的第n行向量S0。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，将所述响应乘以校准矩阵产生由所述目标发光设备发射的光的估算的XYZ三刺激值的行3向量。

14.一种存储指令的非临时性计算机可读介质，所述指令在由处理器执行时使所述处理器执行操作，所述操作包括：从所述目标颜色测量仪器接收电子信号，其中所述目标颜色测量仪器包括多个颜色通道；

从信号中提取所述目标颜色测量仪器对由所述目标发光设备发射的光的响应；和校准所述响应以最小化所述响应与标准观测仪的颜色匹配函数的输出之间的差异，其中所述校准包括将所述响应乘以校准矩阵，其中所述校准矩阵组合来自可调谐光源的第一多个光的测量值以及来自所述目标发光设备的第二多个光的测量值，并且其中第一多个光和第二多个光的测量值的第一子集由所述目标颜色测量仪器进行，第一多个光和第二多个光的测量值的第二子集由所述参考光谱辐射计进行。

15.根据权利要求14所述的非临时性计算机可读介质，其特征在于，所述校准矩阵包括n×3矩阵，其中，n是所述多个颜色通道的数量，并且3是三刺激值的数量。

16.根据权利要求15所述的非临时性计算机可读介质，其进一步包含构建所述校准矩阵，其中所述构建包括：使用第二测量值子集构建第一矩阵；

使用第一测量值子集构建第二矩阵；和

将第一矩阵乘以第二矩阵的穆尔-彭罗斯广义逆。

17.根据权利要求16所述的非临时性计算机可读介质，其特征在于，构建所述第一矩阵包括：测量第三矩阵，其中，所述第三矩阵的每一行包含由所述参考光谱辐射计测量的所述第一多个光中的一个光的一个光谱设置的三个三刺激值；

18.根据权利要求17所述的非暂时性计算机可读介质，其特征在于，构建所述第二矩阵包括：测量第五矩阵，其中所述第五矩阵的每一行包含用于由所述目标颜色测量仪器测量的所述第一多个光中的一个光的一个光谱设置的三个三刺激值；

19.根据权利要求18所述的非临时性计算机可读介质，其中构建所述校准矩阵还包括：将所述第一矩阵和所述第二矩阵中的每一个乘以方阵，其中所述方阵权重来自所述目标发光设备的所述第二多个光的设置的相对重要性。

20.一种设备，包括：

处理器；和

存储指令的非临时性计算机可读介质，所述指令在由所述处理器执行时使所述处理器执行包括以下操作：从目标颜色测量仪器接收电子信号，其中目标颜色测量仪器包括多个颜色通道；

从信号中提取目标颜色测量仪器对由目标发光设备设备的光的响应；和校准所述响应以最小化所述响应与标准观测仪的颜色匹配函数的输出之间的差异，其中所述校准包括将所述响应乘以校准矩阵，其中所述校准矩阵组合来自可调谐光源的第一多个光的测量值以及来自目标发光设备的第二多个光的测量值，并且其中第一多个光和第二多个光的测量值的第一子集由目标颜色测量仪器进行，而第一多个光和第二多个光的测量值的第二子集由参考光谱辐射计进行。

说明书全文

用于校准颜色测量仪器的方法和设备

[0001] 相关申请的交叉引用

[0002] 本申请要求于2017年4月19日提交的美国临时专利申请序列号62/487,169的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

[0003] 现有的发明总体上涉及颜色的测量，并且更具体地涉及用于发光物体的颜色的测量仪器的校准。

背景技术

[0004] 为了测量发光物体的颜色(即发光二极管(LED灯)，电脑显示器，电视机，投影仪等)，诸如色度计这样的颜色测量仪器应该能够输出与标准观测仪的色彩匹配函数(CMF)相对应的色彩测量值(根据国际照明委员会(CIE 1931))。

[0005] 然而，设计有三个传感器精确匹配CMF的颜色测量仪器是非常困难的。通常，使用数学变换将由传感器进行的测量转换为CMF匹配值。

发明内容

[0006] 在一个示例中，从包括多个颜色通道的目标颜色测量仪器接收电子信号。从信号中提取目标颜色测量仪器对由目标发光设备发射的光的响应。校准该响应以最小化其和标准观测仪的颜色匹配函数的输出之间的差异。校准包括将响应乘以校准矩阵。该校准矩阵组合来自可调谐光源的第一多个光的测量值和来自目标发光设备的第二多个光的测量值。由目标颜色测量仪器进行第一多个和第二多个光测量的第一子集，而由参考光谱辐射计进行第一多个和第二多个光测量的第二子集。

[0007] 在另一个示例中，当由处理器执行时，非临时性计算机可读介质存储指令使处理器执行操作。该操作包括从目标颜色测量仪器接收电子信号，其中目标颜色测量仪器包括多个颜色通道，其从信号中提取目标颜色测量仪器对由目标发光设备发射的光的响应，并校准该响应以最小化该响应和标准观测仪的颜色匹配函数的输出之间的差异。校准包括将响应乘以校准矩阵，其中该校准矩阵组合来自可调谐光源的第一多个光的测量值和来自目标发光设备的第二多个光的测量值，并且其中由目标颜色测量仪器进行第一多个和第二多个光测量的第一子集，而由参考光谱辐射计进行第一多个和第二多个光测量的第二子集。

[0008] 在另一个示例中，设备包括处理器和存储指令的非临时性计算机可读介质，当由处理器执行该指令时其使处理器执行操作。该操作包括从目标颜色测量仪器接收电子信号，其中目标颜色测量仪器包括多个颜色通道，其从信号中提取目标颜色测量仪器对由目标发光设备发射的光的响应，并校准该响应以最小化该响应和标准观测仪的颜色匹配函数的输出之间的差异。校准包括将响应乘以校准矩阵，其中该校准矩阵组合来自可调谐光源的第一多个光的测量值和来自目标发光设备的第二多个光的测量值，并且其中由目标颜色测量仪器进行第一多个和第二多个光测量的第一子集，而由参考光谱辐射计进行第一多个和第二多个光测量的第二子集。

附图说明

[0009] 通过结合附图考虑下面的详细描述，可以容易地理解本申请的教导，其中：

[0010] 图1示出了一种可能适用于根据本申请的系统的示例的示意图；

[0011] 图2示出了用于校准具有n个通道的目标颜色测量仪器的方法的示例的流程图；而[0012] 图3是通过使用通用计算设备实现的校准方法的高级框图。

具体实施方式

[0013] 在一个示例中，该本发明包括用于校准多通道色彩测量仪器的软件程序，以便使仪器输出与标准观测仪的色彩匹配函数之间的差异(根据CIE 1931)最小化。在一个特殊示例中，本发明包括用于校准多通道颜色测量仪器的软件程序，以便对于包括来自可调谐的光源(如单色器)的光和来自目标光源(如发光设备的光源)的测试光，使得多通道颜色测量仪器的输出与标准观测仪的XYZ三刺激值(根据CIE 1931)之间出现的差异(如通过参考光谱辐射度计(在本文中也称为“参考颜色测量仪器”)的测量和计算得到的)最小化。

[0014] 在一个示例中，多通道颜色测量仪器的测量通过n×3校准矩阵CM来校准，其中n是多通道颜色测量仪器中的通道数量，并且3是颜色测量中的三刺激值(如X，Y，Z)的数量。在一个示例中，通过首先构建矩阵CMF来确定校准矩阵CM，其中矩阵CMF的每行包括用于设置可调谐光源的每个光谱的三个三刺激值，其通过参考光谱辐射计测量得到。矩阵CMF附加有矩阵REF，其中矩阵REF的每行包含来自目标光源的测试光的三个三刺激值，其通过参考光谱辐射计测量得到。下一步，构建矩阵S，其中矩阵S的每一行包含多通道颜色测量仪器的n个通道对可调谐的光源的光谱设置之一的输出的响应。然后矩阵S附加有矩阵R，其中矩阵R的每一行包含多通道颜色测量仪器对目标光源的测试光源之一的响应。所有这些矩阵通过生成校准矩阵CM的计算来组合。

[0015] 图1示出了一种可能适用于根据本申请的系统的示例的示意图。该系统通常包括发光设备100，颜色测量仪器102和校准设备104。

[0016] 在一个示例中，发光设备102是发射一种或多种颜色光的物体或设备，诸如液晶显示器(LCD)电视，发光二极管(LED)灯，电脑显示器，投影仪诸如此类。

[0017] 在一个示例中，颜色测量仪器102是具有n个通道的色度计或类似设备，其中n至少为3。在一个示例中，每个通道包括滤波器对/检测器对，其配置为检测以特定波长或波长范围发射的光。

[0018] 颜色测量仪器102耦合至发光设备100。将颜色测量仪器102耦合到发光设备100可能涉及将颜色测量仪器102放置在发光设备100附近，以便颜色测量仪器102可以检测由发光设备100发射的光的颜色。在一个示例中，颜色测量仪器102到发光设备100的耦合是非永久性的。然而在另一个示例中，颜色测量仪器102可嵌入(如永久地)在发光设备100中。在这种情况下，颜色测量仪器102可以包括硅芯片，其前端由多个整体滤色器和检测器组成。

[0019] 校准设备104可以包括包含处理器的主机计算设备。例如，校准设备104可以如图3所示配置，对其进一步详细描述如下。校准设备104耦合(如通过有线或无线连接)至颜色测量仪器102，使得校准设备104可以从颜色测量仪器102(如其中测量输出编码为在由颜色测量仪器102发送到校准设备104的电子信号中)接收颜色测量输出(如n个颜色通道对发光设备的各种光谱设置的响应)。校准设备104可将这些颜色测量输出转换成与标准观测仪的颜色匹配函数相匹配的值，以下结合图2对其进行更详细地描述。

[0020] 图2示出了用于校准具有n个通道的目标颜色测量仪器的方法200的一个示例的流程图。在一个示例中，n大于或等于三。在一个示例中，方法200可以由，例如，图1的校准设备104执行，其使用由目标颜色测量仪器(如颜色测量仪器102)和参考颜色测量仪器提供的测量。

[0021] 在一个示例中，方法200构建并采用校准矩阵。校准矩阵可以通过将第一矩阵乘以第二矩阵的穆尔-彭罗斯广义逆来构建。在此情况下，第一矩阵和第二矩阵都是通过使用第一多个光(来自可调谐光源)和第二多个光(来自目标发光设备)的测量值来构建的。尤其是，通过使用测量值的第一子集(由目标颜色测量仪器进行)构建第二矩阵，而使用测量值的第二子集(由参考光谱辐射计进行)构建第一矩阵。第一矩阵包括附加第四矩阵的第三矩阵，而第二矩阵包括附加第六矩阵的第五矩阵，以下对其进行详细描述。

[0022] 该方法200从步骤202开始。在步骤204中测量矩阵CMF(如上面提及的第三矩阵)。矩阵CMF包含由参考颜色测量仪器测量的可调谐光源的多个设置的三刺激值。因此，在一个示例中，矩阵CMF是w×3矩阵，其中w是可调谐光源的光谱设置的数量，而3是w个光谱设置中每个设置的测量出的XYZ三刺激值的数量。在一个示例中，参考颜色测量仪器是一种颜色测量仪器，如光谱辐射度计，其可以产生与标准观测仪的颜色匹配函数相匹配的输出XYZ三刺激值。参考颜色测量仪器可具有任何数量的通道。在进一步的示例中，可调谐光源是单色器。

[0023] 在步骤206中测量矩阵S(如上面提及的第五矩阵)。矩阵S包含目标颜色测量仪器对可调谐光源的多个设置的通道响应。因此，在一个示例中，矩阵S是w×n矩阵，其中w是可调谐光源的光谱设置的数量，并且n是目标颜色测量仪器的通道的数量。在这种情况下，矩阵S的每个元素Si,j代表在可调谐光源的第j个光谱设置下目标颜色测量仪器的第i个通道的响应。在一个示例中，目标颜色测量仪器是色度计。

[0024] 在步骤208中测量矩阵REF(如上面提及的第四矩阵)。矩阵REF包含由参考颜色测量仪器测量的发光设备的多个设置的三刺激值。因此，在一个示例中，矩阵REF是m×3矩阵，其中m是发光设备的设置数量，并且3是m个设置的每个设置的测量出的XYZ三刺激值的数量。在这种情况下，矩阵REF的每个元素REFi,j代表响应于发光设备的第i个设置的参考颜色测量仪器的第j个输出(其中j是一组X，Y，Z三刺激值)。在一个示例中，发光设备是特定已知品牌和型号的设备(即如品牌X，型号Y发光二极管电视)。

[0025] 在步骤210中测量第四矩阵R(如上面提及的第六矩阵)。矩阵R包含目标颜色测量仪器对发光设备的多个设置的通道响应。因此，在一个示例中，矩阵R是m×n矩阵，其中m是发光设备的设置数量，而n是目标颜色测量仪器的通道数量。在这种情况下，矩阵R的每个元素Ri,j代表目标颜色测量仪器的第i个通道对于发光设备的第j个设置的响应。

[0026] 在步骤212中，根据步骤204-210中测量的矩阵CMF、S、REF和R来计算矩阵CM。矩阵CM是校准矩阵。因此，在一个示例中，矩阵CM是n×3矩阵，其中n是目标颜色测量仪器中通道的数量，并且3是测量出的XYZ三刺激值的数量。在一个示例中，矩阵CM可以分别从矩阵CMF、S、REF和R计算，根据：

[0027]

[0028] 其中pinv表示穆尔-彭罗斯广义逆，并且方程1来自优化的解决方案：

[0029]

[0030] 在这种情况下，因为通过参考颜色测量仪器执行相同的操作以包括矩阵CMF和REF，所以不需要执行波长数值积分。这通过目标颜色测量仪器以相似方式执行以包括矩阵S和R。因此，在方程1中，矩阵S(上面提及的第五矩阵)附加有矩阵R(上面提及的第六矩阵)以产生上面提及的第二矩阵，而矩阵CMF(上面提及的第三矩阵)附加有矩阵REF(上面提及的第四矩阵)以产生上面提及的第一矩阵。

[0031] 在步骤214中，使用目标颜色测量仪器测量由发光设备发射的对光(如任何光)的响应的行n矢量S0。

[0032] 在步骤216中，使用校准矩阵CM估算由目标发光设备(或另一发光设备)发射的光(如任意光)的三刺激值。在一个示例中，三刺激值根据以下公式估算：

[0033] XYZ＝S0*CM (方程3)这里，XYZ是由目标发光设备发射的光所估算的XYZ三刺激值的行3向量，S0是由目标颜色测量仪器所测量值的行n向量，而CM是上面定义的n×3校准矩阵。因此，通过将目标颜色测量仪器的输出乘以校准矩阵CM，可以将目标颜色测量仪器的输出转换为与标准观测仪的颜色匹配函数相匹配的值(根据CIE1931)。

[0034] 方法200以步骤218结束。

[0035] 本公开的示例可以以各种方式推广。例如，关系式S*CM＝CMF是可计算校准矩阵CM的超定矩阵方程，可以通过将该关系式预乘以对角W×W方阵W来修改它，其就对使用最小二乘法拟合的各种波长的重要性(如发光设备的设置)进行加权以找到校准矩阵CM。在这种情况下，W*S*CM＝W*CMF。

[0036] 在进一步的示例中，对角方阵W具有(w+m)×(w+m)的维数。在这种情况下，第k个对角线元素表示第k个波长的重要性(如发光设备的设置)，无论它是以CMF还是REF表示。因此，方程1和2可以分别概括为：

[0037]

[0038]

[0039] 其中对角方阵的对角线元素W默认为1，除非另一个值表征性能优势。例如，当测量某些发光设备的颜色时(如在显示照明的几何形状与校准光源的几何形状充分不同的情况下)，设置对角方阵w的元素可能是有利的，其将矩阵CMF乘以数值零。

[0040] 在另一示例中，方阵W可以是实数的任意非奇异矩阵，其不一定是对角矩阵。

[0041] 由于校准矩阵CM包括关于目标类型的发光设备的信息，因此CM将减小n通道目标颜色测量器的输出与参考颜色测量器的输出之间的误差E。

[0042] 在一个示例中，使用n通道目标颜色测量仪器用于测量不同类型的发光设备的颜色时，可以为一个或多个不同类型的发光设备(如在发光设备中或在校准设备104中)存储设备专用矩阵S。对于每种类型的发光设备，还可以存储一般矩阵CMF以及矩阵REF和矩阵R。那么当测量特定类型的发光设备的颜色时，可以检索其对应的矩阵REF和R。使用以上公式1和公式3，可以计算校准的输出颜色三刺激值XYZ。校准矩阵CM可以被预先计算和存储，或者可以在校准输出颜色三刺激值XYZ的输出之前被计算。

[0043] 在一个示例中，在没有用于发光设备的精确模型而存储的矩阵REF和R的情况下，用于相同类型的发光设备的其他模型(即LED灯与计算机监视器)的矩阵REF和R可聚合以形成组合矩阵。

[0044] 图3是使用通用计算设备300实现的校准方法的高级框图。在一个示例中，通用计算设备300包括处理器302，存储器304，校准模块305和各种输入/输出(I/O)设备306，诸如显示器，键盘，鼠标，调制解调器，网络连接等。在一个示例中，至少一个I/O设备是存储设备(如磁盘驱动器、光盘驱动器、软盘驱动器)。应该理解，校准模块305可以实现为由通信通道耦合至处理器的物理设备或子系统。

[0045] 可选地，校准模块305可以由一个或多个软件应用程序(或者甚至是软件和硬件的组合，如使用专用集成电路(ASIC))表示，其中软件从存储介质(即I/O设备306)下载并且由处理器302在通用计算设备300的存储器304中运行。另外，该软件可以在与通用计算设备300类似的两个或以上计算设备上以分布式或分区方式运行。因此，在一个示例中，用于校准参照本文前述附图描述的颜色测量仪器的校准模块305可以存储在计算机可读介质或载体(如内存，磁或光驱动器或软盘等)内。

[0046] 应该注意，虽然没有明确指出，但是这里描述的方法的一个或多个步骤可以包括特定应用所需的存储、显示和/或输出步骤。换句话说，根据特定应用的需要，方法中讨论的任何数据、记录、字段和/或中间结果可存储、显示和/或输出至另一设备。此外，附图中描述列举的确定操作或涉及决定的步骤或方框，不一定要求实施确定操作的两个分支。换句话说，确定操作的分支之一可以被视为可选步骤。

[0047] 尽管已经在本文中详细示出和描述了结合本申请的教导的各种示例，但是本领域技术人员可以容易地设计出结合这些教导的许多其他示例。

标题	发布/更新时间	阅读量
颜色校准-专利编号CN107431792A	2020-05-12	598
颜色校正-专利编号CN1523898A	2020-05-13	240
对准和验证颜色测量仪器-专利编号CN105229434A	2020-05-11	580
对准和验证颜色测量仪器-专利编号CN105229434B	2020-05-11	757
用于校准颜色测量仪器的方法和设备-专利编号CN108731811A	2020-05-11	196
颜色校准-专利编号CN107211074B	2020-05-12	127
颜色校准-专利编号CN107431792B	2020-05-13	862
用于评估图像中的颜色的方法和设备-专利编号CN103493065B	2020-05-11	770
用于评估图像中的颜色的方法和设备-专利编号CN103493065A	2020-05-12	300
颜色分析-专利编号CN104080615A	2020-05-13	314

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