CN105675148A - 一种标准光源对色观察箱的光源校准检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种标准光源对色观察箱的光源校准检测方法。该方法将对色观察箱在出厂前通过外接的光谱分析仪采样光源的XYZ数据，通过对色观察箱内设置的颜色传感器采样光源的RGB数据，计算出RGB数据与XYZ数据之间的矩阵系数，观察箱在出厂后通过颜色传感器采样的RGB数据与矩阵系数经过计算得到XYZ数据，该XYZ数据计算得到色温数据，通过色温数据对光源进行校准。本发明采用颜色传感器利用颜色算法和校准结合的方法来实现对色温的测量，这样的方法相比光谱分析仪不仅成本低，而且色温的测量精度也比较准确；能够在低成本的情况下实现测量色温，从而能够实时监视光源色温是否存在误差，若出现误差可以及时调试，提高了对色观察箱颜色测试的准确性。

Description

一种标准光源对色观察箱的光源校准检测方法

技术领域

本发明涉及一种测试方法，尤其是涉及一种标准光源对色观察箱的光源校准检测方法。

背景技术

现有的标准光源对色观察箱都没有色温和照度等参数的监测，而随着使用时间增加，光源组件的材质变化会造成辐照光源的色温照度发生变化而用户却不知道，这会使得用户判定颜色和鉴别色差或测定的结果会发生很大的差异，从而影响生产验收效果。

目前国际上最先进的标准光源对色观察箱只可以做到照度的实时显示，并且对于日光灯等测量误差较大，目前测量照度的方案是利用照度传感器采样光信号来实现照度的测量，但不能实现色温的测量，想要做到色温的测量往往需要高精度的光谱分析仪器才可以测量。

因为现有标准光源对色观察箱缺少对色温和照度的监测，使用户对观察箱的精度性能没有直观的判断，更重要的是会影响对辨色工作的展开，而通常想测量色温往往需要高精度的光谱分析仪，但光谱分析仪的价格非常高，想在灯箱上安装光谱分析仪就变得不现实。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种成本较低，能够检测标准光源对色观察箱内色温变化，从而便于校准光源的检测方法。

本发明采用以下技术方案：一种标准光源对色观察箱的光源校准检测方法，对色观察箱在出厂前通过外接的光谱分析仪采样光源的XYZ数据，通过对色观察箱内设置的颜色传感器采样光源的RGB数据，计算出RGB数据与XYZ数据之间的矩阵系数，并将该矩阵系数发送至对色观察箱的主控模块保存；观察箱在出厂后通过颜色传感器采样的RGB数据与矩阵系数经过计算得到XYZ数据，该XYZ数据计算得到色温数据，通过色温数据对光源进行校准。

作为一种改进，通过多项式回归算法实现RGB转XYZ，公式为：

$\left[\begin{array}{c}R\\ G\\ B\end{array}\right]\·M=\left[\begin{array}{c}X\\ Y\\ Z\end{array}\right]---\left(1\right)$

式中R为红光信号，G为绿光信号，B为蓝光信号，X、Y、Z为三刺激值，令矩阵 $\left[\begin{array}{c}R\\ G\\ B\end{array}\right]=I,\left[\begin{array}{c}X\\ Y\\ Z\end{array}\right]=H,$ 即公式(1)可表示为H＝IM，M为需要求解的矩阵系数，基于最小二乘法，变换矩阵M可由下式求解：

M＝(I^TI)^-1I^TH(2)

式中I^T表示I的转置。

作为一种改进，通过公式计算XYZ转色温：

CCT＝449V³+3525V²+6823.3V+5520.33(3)

V＝(x-0.3320)/(0.1858-y)(4)

x＝X/(X+Y+Z)(5)

y＝Y/(X+Y+Z)(6)

式中CCT为色温，V、x、y为中间变量。

作为一种改进，采用日光灯作为光源时，配合多种不同的窄波LED光源调整变化色温；对色观察箱经过预热，由颜色传感器采样光源的RGB数据，由外接的光谱分析仪采样光源的XYZ数据，通过多组数据计算得出矩阵系数。

作为一种改进，采用荧光灯和日落灯作为光源时，选择多个电压，在每个电压下由颜色传感器采样光源的RGB数据，同时由外接的光谱分析仪采样光源的XYZ数据，通过多组数据计算得出矩阵系数。

作为一种改进，对色观察箱在出厂前通过外接的光谱分析仪采样光源的照度数据，通过对色观察箱内设置的颜色传感器采样光源的C数据，计算出C数据与照度数据之间的比例系数，并将该比例系数发送至对色观察箱的主控模块保存；观察箱在出厂后通过颜色传感器采样的C数据与比例系数经过计算得到照度数据，通过该照度数据与色温数据一起对光源进行校准，其中C为光强信号。

作为一种改进，记校准过程中照度为Alux，同时颜色传感器采样到的C值为C1，

P＝ALux/C1；(7)

记校准完成后照度为BLux，同时颜色传感器采样到的C值为C2，

BLux＝P*C2；(8)

式中P为比例系数。

作为一种改进，采用日光灯作为光源时，配合多种不同的窄波LED光源调整变化照度；对色观察箱经过预热，由颜色传感器采样光源的C数据，由外接的光谱分析仪采样光源的照度数据，通过多组数据计算得出比例系数。

作为一种改进，采用荧光灯作为光源时，选择多个电压，在每个电压下由颜色传感器采样光源的C数据，同时由外接的光谱分析仪采样光源的照度数据，通过多组数据计算得出比例系数。

作为一种改进，采用日落灯作为光源时，选择多个电压，在每个电压下由颜色传感器采样光源的RGB数据和C数据，同时由外接的光谱分析仪采样光源的XYZ数据和照度数据，通过多组数据计算得出矩阵系数和比例系数；采用紫外灯作为光源时，将紫外灯开启10％到100％不同的多种强度，采样其C数据，通过紫外强度仪器采样紫外强度，计算出多个比例系数。

本发明的有益效果：采用了高性能的颜色传感器利用颜色算法和校准结合的方法来实现对色温的测量。这样的方法不仅成本低，而且色温的测量精度也比较准确；与现有的对色观察箱相比，能够在低成本的情况下实现测量色温，从而能够实时监视光源色温是否存在误差，若出现误差可以及时调试，提高了对色观察箱颜色测试的准确性。

附图说明

图1是本发明的总体结构框架图。

图2是本发明的上位机校准过程流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施例做详细说明。

如图1、2所示，为本发明标准光源对色观察箱的光源校准检测方法的具体实施方式。该实施方式对色观察箱在出厂前通过外接的光谱分析仪采样光源的XYZ数据，通过对色观察箱内设置的颜色传感器采样光源的RGB数据，计算出RGB数据与XYZ数据之间的矩阵系数，并将该矩阵系数发送至对色观察箱的主控模块保存；观察箱在出厂后通过颜色传感器采样的RGB数据与矩阵系数经过计算得到XYZ数据，该XYZ数据计算得到色温数据，通过该色温数据对光源进行校准。光谱分析仪较为昂贵，体积较大，从各方面考虑不便于设置在标准光源对色观察箱上，而若要进行色温或者照度的准确测试，必须使用光谱分析仪器来实现。在没有色温或者照度数据的情况下，又难以保证标准光源的初始状态是否符合测试标准，或者标准光源在使用时间增加后光谱发生变化，从而影响到测试的准确性。本发明利用颜色传感器代替光谱分析仪器，大大降低了测试成本，每台标准光源对色观察箱的光源在出厂前利用光谱分析仪进行XYZ数据测试，配合颜色传感器进行RGB数据测试，建立两组数据的矩阵系数保存到标准光源对色观察箱的主控模块中，出厂后的标准光源对色观察箱通过颜色传感器测得的RGB数据与矩阵系数经过计算就能得到XYZ数据，由XYZ数据计算得到色温数据，从而实时监视光源状态便于校准。如图2所示，上位机配置校准参数，例如选择颜色传感器端口、光谱分析仪端口、校准哪一灯具等项目，然后给主控模块发送校准数据，标准光源对色观察箱为保证测试数据的准确要先进行预热，预热完毕后进行颜色传感器和光谱分析仪的数据采集和接收；由上位机判断校准步骤是否结束，未结束则重复采集步骤；若结束则由上位机根据测得的数据组成矩阵公式，得出色温的矩阵系数，上位机把矩阵系数发给主控模块保存。图1为总体结构框架图，在出厂前光谱分析仪连入标准光源对色观察箱对色温和照度进行测试；出厂后由颜色传感器单独进行色温和照度的测试，通过LED控制模块，可以控制另外设置的窄波LED光源工作对标准光源进行补偿，颜色传感器持续的采集数据，与LED控制模块配合，校准光源，使标准光源对色观察箱中补偿后光线测得的色温和照度在规定的标准范围之内。

作为一种改进的具体实施方式，通过多项式回归算法实现RGB转XYZ，公式为：

$\left[\begin{array}{c}R\\ G\\ B\end{array}\right]\·M=\left[\begin{array}{c}X\\ Y\\ Z\end{array}\right]---\left(1\right)$

式中R为红光信号，G为绿光信号，B为蓝光信号，X、Y、Z为三刺激值，令矩阵 $\left[\begin{array}{c}R\\ G\\ B\end{array}\right]=I,\left[\begin{array}{c}X\\ Y\\ Z\end{array}\right]=H,$ 记光源N个状态下的颜色传感器获取的RGB信号为I，相应的N个状态下通过光谱分析仪获取的光源XYZ信号记为矩阵H，即公式(1)可表示为H＝IM，M为需要求解的矩阵系数，基于最小二乘法，变换矩阵M可由下式求解：

M＝(I^TI)^-1I^TH(2)

式中I^T表示I的转置，-1表示矩阵求逆。最佳的变换应该使所有色块的预测色差最小，由上式求取的M使光源各状态下的模型预测XYZ值于相应XYZ测试值之间的均方误差最小。通过求取的矩阵系数，我们可以将颜色传感器获取的RGB换算为XYZ三刺激值。

通过公式计算XYZ转色温：

CCT＝449V³+3525V²+6823.3V+5520.33(3)

V＝(x-0.3320)/(0.1858-y)(4)

x＝X/(X+Y+Z)(5)

y＝Y/(X+Y+Z)(6)

式中CCT为色温，V、x、y为中间变量。通过以上公式的计算，可以将颜色传感器测得的RGB数据转化为色温数据，从而了解光源的状态，便于标准光源对色观察箱的主控模块以及上位机进行校准和调试，保证光源的标准化，保证颜色测试的准确性；并且成本较低，有利于普及使用。

作为一种改进的具体实施方式，对色观察箱在出厂前通过外接的光谱分析仪采样光源的照度数据，通过对色观察箱内设置的颜色传感器采样光源的C数据，计算出C数据与照度数据之间的比例系数，并将该比例系数发送至对色观察箱的主控模块保存；观察箱在出厂后通过颜色传感器采样的C数据与比例系数经过计算得到照度数据，通过该照度数据与色温数据一起对光源进行校准，其中C为光强信号。记校准过程中照度为Alux，同时颜色传感器采样到的C值为C1，

P＝ALux/C1；(7)

记校准完成后照度为BLux，同时颜色传感器采样到的C值为C2，

BLux＝P*C2；(8)

式中P为比例系数。

测试照度与测试色温类似，出厂后由颜色传感器通过比例系数换算得出照度数据，成本较低，便于色温和照度检测校准的实现，实现实时校准，保证光源符合标准，保证颜色测试的准确。

作为一种改进的具体实施方式，采用日光灯配置滤光器作为光源时更好的模拟成标准D照明体，配合多种不同的窄波LED光源调整变化光照能量，窄波LED光源的窄波段范围为350nm-850nm；对色观察箱经过预热，由颜色传感器采样光源的RGBC数据，由外接的光谱分析仪采样光源的XYZ数据和照度数据，通过多组数据计算得出矩阵系数和照度比例系数。采用通过上位机向主控模块发送指令开启日光灯和不同的7种不同窄波LED光源调整变化高低色温，当预热时间结束后主控模块向颜色传感器发送采样指令，颜色传感器采样当前光源的RGBC值，采样完成将采样数据发送回主控模块，主控模块再将采样数据通过USB通讯传输到电脑，通过高精度的光谱分析仪在传感器采样数据的同时也采样当前光源的色温及照度，再将色温照度数据发送到上位机，最后根据采样的7组传感器的RGBC数据和光谱分析仪数据利用多项式回归的算法，将与设备有关的RGB颜色空间转化到与设备无关的XYZ颜色空间的矩阵系数计算出来，同时将C值与照度之间的比例系数计算出，根据通讯协议将两组系数发送到主控模块，主控模块将此数据进行存储。

作为一种改进的具体实施方式，采用荧光灯作为光源时，选择1.0伏到10.5伏之间的多个电压，在每个电压下由颜色传感器采样光源的RGB数据，同时由外接的光谱分析仪采样光源的色温数据，通过多组数据计算得出矩阵系数。采用荧光灯作为光源时，选择1.0伏到10.5伏之间的多个电压，在每个电压下由颜色传感器采样光源的C数据，同时由外接的光谱分析仪采样光源的照度数据，通过多组数据计算得出比例系数。通过上位机向主控模块发送指令开启荧光灯，并且控制切换控制信号电压在1.0V到10.5V电压的11种电压切换。电压间隔为1V，通过颜色传感器分别采样每种电压下的RGBC数据，通过高精度的光谱分析仪采样其色温照度。将RGBC数据和色温照度传输到计算机中，将RGBC值转化为光谱三刺激值XYZ，将XYZ与色温的之间的矩阵系数计算出来，值得注意的是因照度变化的不线性，采用的分段式系数，也就是11种电压下有各自的照度比例系数，使测量的照度值更加精确。将系数发送回给主控模块，主控模块将此数据进行存储。标准光源对色观察箱中的荧光灯光源选用U30、TL83、CWF等。

作为一种改进的具体实施方式，可以采用日落灯作为光源，与日光灯采样不同LED变化不同，日落灯采样的是不同工作电压下的RGBC值，其他步骤与日光灯相同。

作为一种改进的具体实施方式，可以采用紫外灯作为光源，对于紫外灯只需测量其紫外强度即可，通过上位机控制主控模块将紫外灯开启10％到100％不同的10种强度，采样其C值数据，通过紫外强度仪器采样紫外强度，计算出10个比例系数并将系数传输到主控模块中。

以上采用不同光源进行出厂校准，均可通过上位机和主控模块配合实现校准的全自动化，省去人工的时间，同时提高精度。

Claims (10)

1.一种标准光源对色观察箱的光源校准检测方法，其特征在于：对色观察箱在出厂前通过外接的光谱分析仪采样光源的XYZ数据，通过对色观察箱内设置的颜色传感器采样光源的RGB数据，计算出RGB数据与XYZ数据之间的矩阵系数，并将该矩阵系数发送至对色观察箱的主控模块保存；观察箱在出厂后通过颜色传感器采样的RGB数据与矩阵系数经过计算得到XYZ数据，该XYZ数据计算得到色温数据，通过色温数据对光源进行校准。

2.根据权利要求1所述的一种标准光源对色观察箱的光源校准检测方法，其特征在于：通过多项式回归算法实现RGB转XYZ，公式为：

$\left[\begin{array}{c}R\\ G\\ B\end{array}\right]\·M=\left[\begin{array}{c}X\\ Y\\ Z\end{array}\right]---\left(1\right)$

式中R为红光信号，G为绿光信号，B为蓝光信号，X、Y、Z为三刺激值，令矩阵即公式(1)可表示为H＝IM，M为需要求解的矩阵系数，基于最小二乘法，变换矩阵M可由下式求解：

M＝(I^TI)^-1I^TH(2)

式中I^T表示I的转置。

3.根据权利要求2所述的一种标准光源对色观察箱的光源校准检测方法，其特征在于：通过公式计算XYZ转色温：

CCT＝449V³+3525V²+6823.3V+5520.33(3)

V＝(x-0.3320)/(0.1858-y)(4)

x＝X/(X+Y+Z)(5)

y＝Y/(X+Y+Z)(6)

式中CCT为色温，V、x、y为中间变量。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种标准光源对色观察箱的光源校准检测方法，其特征在于：采用日光灯作为光源时，配合多种不同的窄波LED光源调整变化色温；对色观察箱经过预热，由颜色传感器采样光源的RGB数据，由外接的光谱分析仪采样光源的XYZ数据，通过多组数据计算得出矩阵系数。

5.根据权利要求1或2或3所述的一种标准光源对色观察箱的光源校准检测方法，其特征在于：采用荧光灯和日落灯作为光源时，选择多个电压，在每个电压下由颜色传感器采样光源的RGB数据，同时由外接的光谱分析仪采样光源的XYZ数据，通过多组数据计算得出矩阵系数。

6.根据权利要求1或2或3所述的一种标准光源对色观察箱的光源校准检测方法，其特征在于：对色观察箱在出厂前通过外接的光谱分析仪采样光源的照度数据，通过对色观察箱内设置的颜色传感器采样光源的C数据，计算出C数据与照度数据之间的比例系数，并将该比例系数发送至对色观察箱的主控模块保存；观察箱在出厂后通过颜色传感器采样的C数据与比例系数经过计算得到照度数据，通过该照度数据与色温数据一起对光源进行校准，其中C为光强信号。

7.根据权利要求6所述的一种标准光源对色观察箱的光源校准检测方法，其特征在于：记校准过程中照度为Alux，同时颜色传感器采样到的C值为C1，

P＝ALux/C1；(7)

记校准完成后照度为BLux，同时颜色传感器采样到的C值为C2，

BLux＝P*C2；(8)

式中P为比例系数。

8.根据权利要求7所述的一种标准光源对色观察箱的光源校准检测方法，其特征在于：采用日光灯作为光源时，配合多种不同的窄波LED光源调整变化照度；对色观察箱经过预热，由颜色传感器采样光源的C数据，由外接的光谱分析仪采样光源的照度数据，通过多组数据计算得出比例系数。

9.根据权利要求7所述的一种标准光源对色观察箱的光源校准检测方法，其特征在于：采用荧光灯作为光源时，选择多个电压，在每个电压下由颜色传感器采样光源的C数据，同时由外接的光谱分析仪采样光源的照度数据，通过多组数据计算得出比例系数。

10.根据权利要求7所述的一种标准光源对色观察箱的光源校准检测方法，其特征在于：采用日落灯作为光源时，选择多个电压，在每个电压下由颜色传感器采样光源的RGB数据和C数据，同时由外接的光谱分析仪采样光源的XYZ数据和照度数据，通过多组数据计算得出矩阵系数和比例系数；采用紫外灯作为光源时，将紫外灯开启10％到100％不同的多种强度，采样其C数据，通过紫外强度仪器采样紫外强度，计算出多个比例系数。