CN114441042A - 一种基于多传感器的亮度色度测量系统与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于多传感器的亮度色度测量系统，包括：分束部件、若干个具有不同光谱透过率的滤色组件以及与每个所述滤色组件对应的图像传感与处理器；分束部件将待测物发出的经过物镜成像的入射光分成若干束并分别射往若干个滤色组件；若干个滤色组件将分别接收到的入射光分成的若干束光进行过滤并透过对应频率的光；若干图像传感与处理器采集和处理对应滤色组件过滤后透过的对应频率的光并获取待测物的亮度色度。本发明通过对入射光的光路分束的结构设计，并引入了多个传感与处理器，可实现对入射光透射过不同滤色组件后的同时采集和处理，从而避免了转轮式XYZ滤镜相机的分时复用，减少了XYZ滤镜的转轮切换时间，提高了对亮度色度的测量效率。
Description
技术领域
本发明涉及光学亮度色度测量技术领域，尤其涉及一种基于多传感器的亮度色度测量系统与方法。
背景技术
随着显示技术的快速发展，人们对显示设备的显示质量和性能要求也越来越高。LCD、OLED、MiniLED和MicroLED等显示屏亮度色度测量是显示屏检测、校正中的一项关键技术，是保证显示屏显示质量的一种重要检测方法。
当前亮度色度测量仪器主要可以分为两类：光谱式分光测色仪器，如光谱仪、分光光度计等；光电积分式测色仪器，如彩色相机、XYZ滤光片相机等。光谱式分光测色仪器能对显示屏直接测量得到XYZ颜色空间的色度值，且测量精度一般较高，但是其测量范围较小，且只能测量单个屏点，在测量多个目标时，需要重新对焦，测量效率较低。
彩色相机的滤光片是RGB三色，测量效率较高，然而，彩色相机RGB滤光片的曲线与1931CIE-XYZ三刺激光谱曲线相差较大，无法实现高精度测量。XYZ滤光片相机的滤光片匹配1931CIE-XYZ三刺激光谱曲线，能同时测量整个显示屏，但是测量时需要多次切换XYZ滤光片，从而限制了其色度的测量效率。
发明内容
本发明提供了一种基于多传感器的亮度色度测量系统，其目的在于解决当前测量方法中因切换滤镜导致的对显示屏亮度色度测量效率较低的技术问题。
为解决上述技术问题，第一方面，本发明提供一种基于多传感器的亮度色度测量系统，包括：分束部件、若干个具有不同光谱透过率的滤色组件以及与每个所述滤色组件对应的图像传感与处理器；
所述分束部件用于将待测物发出的经过物镜成像的入射光分成若干束并分别射往各自对应的所述滤色组件；
若干个所述滤色组件用于分别接收所述入射光分成的光束并进行过滤，以透过对应频率的光；
若干所述图像传感与处理器用于采集和处理对应滤色组件过滤后透过的对应频率的光并获取所述待测物的亮度色度信息。
根据本发明提供的基于多传感器的亮度色度测量系统，所述滤色组件包括第一滤色片、第二滤色片和第三滤色片，所述第一滤色片、所述第二滤色片和所述第三滤色片分别镀有与光谱三刺激值匹配的滤光膜。
根据本发明提供的基于多传感器的亮度色度测量系统，所述分束部件包括第一分光镜和第二分光镜；所述图像传感与处理器包括第一图像传感与处理器、第二图像传感与处理器和第三图像传感与处理器；
所述入射光透射过所述第一分光镜和所述第二分光镜后达到所述第三滤色片，经过所述第三滤色片过滤后的光到达所述第三图像传感与处理器；
所述入射光经由所述第一分光镜的反射后达到所述第一滤色片，经过所述第一滤色片过滤后的光到达所述第一图像传感与处理器；
所述入射光经由所述第二分光镜的反射后达到所述第二滤色片，经过所述第二滤色片过滤后的光到达所述第二图像传感与处理器。
根据本发明提供的基于多传感器的亮度色度测量系统，所述第一分光镜和所述第二分光镜采用平板分光结构或者棱镜分光结构。
根据本发明提供的基于多传感器的亮度色度测量系统，若干所述图像传感与处理器设置为各不相同的曝光时间。
根据本发明提供的基于多传感器的亮度色度测量系统，所述测量系统还包括额外分束部件和光谱仪，所述额外分束部件将所述入射光进行额外分束并导入到所述光谱仪。
为解决上述技术问题，第二方面，本发明还提供一种基于多传感器的亮度色度测量方法，包括步骤：
S1.将待测物发出的经过物镜成像的入射光通过分束部件分成若干束；
S2.分成了若干束的所述入射光分别经过若干个具有不同光谱透过率的滤色组件的过滤后到达对应的图像传感与处理器；
S3.若干个所述图像传感与处理器采集并处理经对应所述滤色组件过滤后透过的光并获取所述待测物的亮度色度信息。
根据本发明提供的基于多传感器的亮度色度测量方法，所述滤色组件包括第一滤色片、第二滤色片和第三滤色片，所述第一滤色片、所述第二滤色片和所述第三滤色片分别镀有与光谱三刺激值匹配的滤光膜。
根据本发明提供的基于多传感器的亮度色度测量方法，若干所述图像传感与处理器设置为各不相同的曝光时间。
根据本发明提供的基于多传感器的亮度色度测量方法，在所述S1步骤后还包括：
S11.引入额外分束部件和光谱仪，将所述入射光通过所述额外分束部件进行额外分束并导入到所述光谱仪。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
(1)本发明通过对入射光的光路分束的结构设计，并引入了多个传感与处理器，可实现对入射光透射过不同滤色组件后的同时采集和处理，从而避免了转轮式XYZ滤镜相机的分时复用，减少了XYZ滤镜的转轮切换时间，提高了对亮度色度的测量效率。
(2)第一滤色片、第二滤色片和第三滤色片分别镀有与光谱三刺激值匹配的滤光膜，从而在保证对亮度色度的测量效率较高的前提下，提高了测量精度。
(3)本发明通过采用设置不同曝光时间的多个图像传感与处理器，可针对不同的测量对象采用不同的曝光时间，从而提高了对亮度色度的测量效率。
(4)本发明通过在原始分束的基础上再增添一路分束，将该增添的一路分束光导入光谱仪，可实现中心点光谱的测量，通过中心点光谱的测量结果对各个滤色组件的测量结果进行实时标定，从而提高了对亮度色度的测量精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见的，下面描述中的附图是本发明的一些较佳实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种基于多传感器的亮度色度测量系统的基于平板分光结构的系统光路结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种基于多传感器的亮度色度测量系统的基于棱镜分光结构的系统光路结构示意图；
图3是本发明实施例提供的一种基于多传感器的亮度色度测量系统的基于滤色片+光谱仪分光结构的系统光路结构示意图；
图4是本发明实施例提供的一种基于多传感器的亮度色度测量系统的非标准角度下的光路图；
附图标记：
在图1至图3中，1表示第一分光镜，2表示第二分光镜，3表示X滤色片，4表示第一图像传感与处理器，5表示Y滤色片，6表示第二图像传感与处理器，7表示Z滤色片，8表示第三图像传感与处理器，9表示第三分光镜，10表示光纤，11表示光谱仪。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合一些附图对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明涉及的术语“第一\第二”等仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，可以理解的，“第一\第二”等在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序。应该理解“第一\第二”等区分的对象在适当情况下可以互换，以使这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里描述或图示的那些以外的顺序实施。
如图1所示，在一个实施例中，本发明提供一种基于多传感器的亮度色度测量系统，包括：分束部件、若干个具有不同光谱透过率的滤色组件以及与每个所述滤色组件对应的图像传感与处理器。
所述分束部件用于将待测物发出的经过物镜成像的入射光(图1左侧入射的光)分成若干束并分别射往各自对应的滤色组件。此实施例通过第一分光镜1和第二分光镜2将入射光分成三束，分束部件还可以通过其他分光镜的组合方式或者其他方式来进行光的分束，只是用两个分光镜的组合来进行光的三分束比较简洁，此处对分束部件的具体组合方式不做限制。待测物可以为显示屏，也可以是其他的有亮度色度测量需求的发光体，所述测量系统可以对诸如显示屏等发光体所发出的光进行亮度色度的测量。
三个所述滤色组件将分别接收到的所述入射光分成的三束光进行过滤并透过对应频率的光。三个所述图像传感与处理器用于采集和处理对应滤色组件过滤后透过的对应频率的光并获取所述待测物的亮度色度信息。
优选的，所述滤色组件包括第一滤色片、第二滤色片和第三滤色片，所述第一滤色片、所述第二滤色片和所述第三滤色片分别镀有与1931CIE-XYZ光谱三刺激值匹配的滤光膜。镀有与1931CIE-XYZ光谱三刺激值匹配的滤光膜的第一滤色片、第二滤色片和第三滤色片分别为X滤色片3、Y滤色片5和Z滤色片7，如图1所示。第一图像传感与处理器4、第二图像传感与处理器6和第三图像传感与处理器8分别采集X滤色片3、Y滤色片5和Z滤色片7所过滤的光并进行处理，得到待测物的亮度色度信息。其中经过Y滤色片5后被图像传感与处理器采集的图像信息可以表示待测物的亮度信息，经过X、Y、Z滤色片后被图像传感与处理器采集的图像信息可以表示待测物的色度信息。图像传感与处理器与滤色片的对应关系也不是唯一的，此处仅是为了描述方便，才令X滤色片、Y滤色片和Z滤色片分别与第一图像传感与处理器、第二图像传感与处理器和第三图像传感与处理器一一对应，此种为了描述方便而采取的对应关系不应作为对对应关系的限定。
如图1所示，分成的三束光分别射入X滤色片3、Y滤色片5和Z滤色片7，对三束光的射入滤色片的次序不做限制。即，透过第一分光镜1和第二分光镜2的光可以不射入Z滤色片7，而是射入X滤色片3或者Y滤色片5；同理，经过第一分光镜1反射的光也可以不射入X滤色片3，而射入Y滤色片5或Z滤色片7；经过第二分光镜2反射的光也可以不射入Y滤色片5，而射入X滤色片3或Z滤色片7。
1931CIE-XYZ系统就是在RGB系统的基础上，用数学方法，选用三个理想的原色XYZ来代替实际的三原色(红、绿、蓝)，从而将CIE-RGB系统中的光谱三刺激值
和色度坐标r、g、b均变为正值。选择三个理想的原色(三刺激值)X、Y、Z，X代表理想红原色,Y代表理想绿原色,Z代表理想蓝原色,这三个理想原色不是物理上的真实色，而是虚构的假想色。与三个理想原色相对应的滤色片即为X滤色片、Y滤色片和Z滤色片，可起到滤去其他色系(频率)只留下对应色系(频率)的光的作用。
CIE-XYZ光谱三刺激值是由CIE-RGB光谱三刺激值经过光谱色度坐标之间的转换得到的，记为
CIE-RGB光谱三刺激值
虽然能间接反映等能光谱色色光的相对亮度，然而很不直观。由
分别乘以单位量得到的相对亮度与人眼的明视觉光谱光视效率函数V(λ)相同，为了直观的表示颜色的亮度，CIE规定
其不仅表达待配色(等能光谱色)中理想绿原色的数量，而且还表示待配色色光的亮度，用于计算颜色的亮度特性。由于
符合明视觉光谱光视效率函数，所以CIE-XYZ光谱三刺激值
又称为"CIE1931标准色度观察者光谱三刺激值"，简称"CIE标准色度观察者"，在物体色色度值的计算中代表人眼的颜色视觉特征参数。
优选的，所述第一图像传感与处理器4、所述第二图像传感与处理器6和所述第三图像传感与处理器8设置为各不相同的曝光时间，可针对不同的测量对象采用不同的曝光时间，从而提高了对亮度色度的测量效率。
如图2所示，是本发明实施例提供的一种基于多传感器的亮度色度测量系统的基于棱镜分光结构的系统光路结构示意图，其与图1的基于平板分光结构的光路设计原理类似，都是通过两个分光镜结构将入射光一分为三，区别仅在于图2使用了基于棱镜分光结构的光路形式，且将图1的第二分光镜2旋转了90°，此处不再赘述。
优选的，如图3所示，测量系统还包括第三分光镜9(即为前述的额外分束部件)和光谱仪11，所述第三分光镜9将所述入射光反射并通过光纤10导入到所述光谱仪11，可实现中心点光谱的测量，通过中心点光谱的测量结果对XYZ滤镜的测量结果进行实时标定，从而提高了对亮度色度的测量精度。
优选的，为了工程实施时的方便，所述入射光与任一分光镜(第一、第二和第三分光镜)的入射角均为45°，如图1-3所示，如此一来，入射光的光路均相互垂直，处于各光路延伸方向的设备也能更方便地进行布置，从而提升了工程实施时的便利性。实际上，入射光与任一分光镜的入射角可以不都是45°，只要保证入射光能照射到各滤色片的方向即可，如图4所示。
第二方面，本发明还提供一种基于多传感器的亮度色度测量方法，包括步骤S1-S3：
S1.将待测物发出的经过物镜成像的入射光通过分束部件分成若干束，为了获得光谱三原色对应的更全面的亮度色度信息，此时可将入射光分成三束，来对应进行三原色频谱范围的光过滤。待测物可以为显示屏，也可以是其他的有亮度色度测量需求的发光体，所述测量方法可以对诸如显示屏等发光体所发出的光进行亮度色度的测量。分束部件是可将一束光分出多束光的部件，分束部件可以通过分光镜的组合方式或者其他方式来进行光的分束，此时可选用两个分光镜这种简洁的组合形式来进行一分为三的分束(如图1所示)，此处对分束部件的具体组合方式不做限制。
S2.分成了若干束的所述入射光分别经过若干个具有不同光谱透过率的滤色组件的过滤后到达对应的图像传感与处理器。具有不同光谱透过率的滤色组件为可过滤入射光以仅使对应频率的光可透过的组件，经过过滤的光分别到达对应的图像传感与处理器。
S3.若干个所述图像传感与处理器采集并处理经对应所述滤色组件过滤后透过的光并获取所述待测物的亮度色度信息。图像传感与处理器可对经过过滤的光进行采集和处理，以进一步得到待测物的亮度色度信息。
优选的，所述滤色组件包括第一滤色片、第二滤色片和第三滤色片，所述第一滤色片、所述第二滤色片和所述第三滤色片分别镀有与1931CIE-XYZ光谱三刺激值匹配的滤光膜，从而在保证对亮度色度的测量效率较高的前提下，提高了测量精度。
1931CIE-XYZ系统就是在RGB系统的基础上，用数学方法，选用三个理想的原色XYZ来代替实际的三原色(红、绿、蓝)，从而将CIE-RGB系统中的光谱三刺激值
和色度坐标r、g、b均变为正值。选择三个理想的原色(三刺激值)X、Y、Z，X代表理想红原色,Y代表理想绿原色,Z代表理想蓝原色,这三个理想原色不是物理上的真实色，而是虚构的假想色。与三个理想原色相对应的滤色片即为X滤色片、Y滤色片和Z滤色片，可起到滤去其他色系(频率)只留下对应色系(频率)的光的作用。
CIE-XYZ光谱三刺激值是由CIE-RGB光谱三刺激值经过光谱色度坐标之间的转换得到的，记为
CIE-RGB光谱三刺激值
虽然能间接反映等能光谱色色光的相对亮度，然而很不直观。由
分别乘以单位量得到的相对亮度与人眼的明视觉光谱光视效率函数
相同，为了直观的表示颜色的亮度，CIE规定
其不仅表达待配色(等能光谱色)中理想绿原色的数量，而且还表示待配色色光的亮度，用于计算颜色的亮度特性。由于
符合明视觉光谱光视效率函数，所以CIE-XYZ光谱三刺激值
又称为"CIE1931标准色度观察者光谱三刺激值"，简称"CIE标准色度观察者"，在物体色色度值的计算中代表人眼的颜色视觉特征参数。
优选的，采用设置不同曝光时间的多个图像传感与处理器，可针对不同的测量对象采用不同的曝光时间，从而提高了对亮度色度的测量效率。
优选的，在所述S1步骤后还包括步骤S11：
S11.引入额外分束部件和光谱仪，将所述入射光通过所述额外分束部件进行额外分束并导入到所述光谱仪。额外分束部件可以为一个反射镜或者一个棱镜形式的镜面，其在步骤S1进行分束的基础上再对入射光进行额外的一路分束，并将该额外的一路分束光导入光谱仪，可实现中心点光谱的测量，通过中心点光谱的测量结果对各个滤色片的测量结果进行实时标定，从而提高了对亮度色度的测量精度。
以上所述仅为本发明的一些较佳实施例，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于多传感器的亮度色度测量系统，其特征在于，包括：分束部件、若干个具有不同光谱透过率的滤色组件以及与每个所述滤色组件对应的图像传感与处理器；
所述分束部件用于将待测物发出的经过物镜成像的入射光分成若干束并分别射往各自对应的所述滤色组件；
若干个所述滤色组件用于分别接收所述入射光分成的光束并进行过滤，以透过对应频率的光；
若干所述图像传感与处理器用于采集和处理对应滤色组件过滤后透过的对应频率的光并获取所述待测物的亮度色度信息。
2.根据权利要求1所述的基于多传感器的亮度色度测量系统，其特征在于，所述滤色组件包括第一滤色片、第二滤色片和第三滤色片，所述第一滤色片、所述第二滤色片和所述第三滤色片分别镀有与光谱三刺激值匹配的滤光膜。
3.根据权利要求2所述的基于多传感器的亮度色度测量系统，其特征在于，所述分束部件包括第一分光镜和第二分光镜；所述图像传感与处理器包括第一图像传感与处理器、第二图像传感与处理器和第三图像传感与处理器；
所述入射光透射过所述第一分光镜和所述第二分光镜后达到所述第三滤色片，经过所述第三滤色片过滤后的光到达所述第三图像传感与处理器；
所述入射光经由所述第一分光镜的反射后达到所述第一滤色片，经过所述第一滤色片过滤后的光到达所述第一图像传感与处理器；
所述入射光经由所述第二分光镜的反射后达到所述第二滤色片，经过所述第二滤色片过滤后的光到达所述第二图像传感与处理器。
4.根据权利要求3所述的基于多传感器的亮度色度测量系统，其特征在于，所述第一分光镜和所述第二分光镜采用平板分光结构或者棱镜分光结构。
5.根据权利要求1所述的基于多传感器的亮度色度测量系统，其特征在于，若干所述图像传感与处理器设置为各不相同的曝光时间。
6.根据权利要求1所述的基于多传感器的亮度色度测量系统，其特征在于，所述测量系统还包括额外分束部件和光谱仪，所述额外分束部件将所述入射光进行额外分束并导入到所述光谱仪。
7.一种基于多传感器的亮度色度测量方法，其特征在于，包括步骤：
S1.将待测物发出的经过物镜成像的入射光通过分束部件分成若干束；
S2.分成了若干束的所述入射光分别经过若干个具有不同光谱透过率的滤色组件的过滤后到达对应的图像传感与处理器；
S3.若干个所述图像传感与处理器采集并处理经对应所述滤色组件过滤后透过的光并获取所述待测物的亮度色度信息。
8.根据权利要求7所述的基于多传感器的亮度色度测量方法，其特征在于，所述滤色组件包括第一滤色片、第二滤色片和第三滤色片，所述第一滤色片、所述第二滤色片和所述第三滤色片分别镀有与光谱三刺激值匹配的滤光膜。
9.根据权利要求7所述的基于多传感器的亮度色度测量方法，其特征在于，若干所述图像传感与处理器设置为各不相同的曝光时间。
10.根据权利要求7所述的基于多传感器的亮度色度测量方法，其特征在于，在所述S1步骤后还包括：
S11.引入额外分束部件和光谱仪，将所述入射光通过所述额外分束部件进行额外分束并导入到所述光谱仪。
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