CN1955830A - 成像系统,成像器件分析系统,成像器件分析方法,和光束发射方法 - Google Patents

Abstract

描述了成像系统(100)、成像器件分析系统(112)、成像器件分析方法和光束发射方法。依照一个方面，成像器件分析方法包括接收含有多个波长光的初始光(124)、过滤初始光(124)的一些波长，从而形成含有不同波长光的多个光束(116)、在过滤之后，将不同波长光的光束(116)光学地传递到成像器件(114)、使用成像器件(114)接收光束(116)、并在接收之后使用光束(116)分析成像器件114。

Description

成像系统，成像器件分析系统， 成像器件分析方法，和光束发射方法

相关的专利数据

本申请是2004年4月5日提交的U.S.专利申请序列号10/818,622的部分继续申请，其在这里结合作为参考。

技术领域

公开内容的多个方面涉及成像系统，成像器件分析系统，成像器件分析方法，和光束发射方法。

背景技术

已经广泛使用各种设计的成像系统来产生图像。典型的成像系统包括复印机、扫描仪、照相机、近年来的数码照相机、以及其他能产生图像的器件。彩色成像系统也已经有了显著的改善且越来越流行。校准彩色成像系统，从而提高各种图像处理算法的精确性(例如，发光评估、色彩修正等)，并还提高最终再现物的色彩精确性。

例如，由于产品误差或设计变化，甚至相同构造的成像系统都彼此不同。参照图1，显示了对应于相同产品的两百个数码照相机的相对响应率对波长的曲线表示。图1图解了由各个带4，6和8表示的样品照相机的蓝色、绿色和红色传感器响应率的变化。图解的带具有下述宽度，即该宽度示出了各个照相机之间变动的大小，尽管照相机结构上包括相同的组件。

一种色彩校准技术使用反射图(reflective chart)。利用反射图可快速地校准照相机，它们相对较便宜。然而，使用反射图执行的校准用于照相机不够精确。另一方面，单色仪可为包括照相机在内的彩色成像系统产生非常精确的校准。然而，使用单色仪的校准过程需要花费相当长的时间周期来完成，且这些器件较昂贵。

公开内容的至少一些方面涉及改善的成像和分析系统以及方法。

发明内容

依照一些方面，描述了典型的成像系统、成像器件分析系统、成像器件分析方法、和光束发射方法。

依照一个实施方案，成像器件分析系统包括光源，其配置成发射包含多个波长光的初始光、滤波器组件，其与光源光学耦合并配置成接收初始光，其中滤波器组件包括多个光学滤波器，该多个光学滤波器单独配置成从初始光过滤一些波长的光并透过包含至少一个波长光的各个光束，其中由各个光学滤波器透过的光束的光的波长不同、和发射接口，其与滤波器组件光学耦合并配置成发射光束，从而分析成像器件，该成像器件配置成响应于接收到的光而俘获图像。

依照另一个实施方案，成像器件分析方法包括接收包含多个波长光的初始光、过滤一些波长的初始光，从而形成包含不同波长光的多个光束、在过滤之后，将不同波长光的光束光学地传递给成像器件、使用成像器件接收所述光束、以及在接收之后使用所述光束分析成像器件。

公开的其他方面从下面的公开内容而变得显而易见。

附图说明

图1是成像系统的采样的响应率的图形表示；

图2示意性表示了依照示意性实施方案的典型校准工具和成像器件；

图3是依照一个实施方案的校准工具的电路的功能方块图；

图4是依照一个实施方案的成像器件的电路的功能方块图；

图5示意性表示了依照一个实施方案的校准工具的光学接口；

图6是依照一个实施方案的光学接口发射的光的辐射强度对波长的图形表示；

图7是表示依照一个实施方案的典型成像器件校准方法的流程图；

图8a是表示依照一个实施方案典型的数据获取的流程图；

图8b是表示依照另一个实施方案典型的数据获取的流程图；

图9是表示依照一个实施方案的典型数据处理的流程图；

图10是表示了相对照的典型校准技术的图形表示；

图11是表示了使用Macbeth图校准技术评估和测量的相对照的相对响应率的图形表示；

图12是表示了使用MacbethDC图校准技术评估和测量的相对照的相对响应率的图形表示；

图13是表示了使用依照一个实施方案的发射校准工具评估和测量的相对照的相对响应率的图形表示；

图14是依照一个实施方案的成像系统的功能方块图；

图15是依照一个实施方案的分析系统的功能方块图；

图16示意性表示了依照一个实施方案的滤波器组件；

图17示意性表示了依照一个实施方案的另一个滤波器组件。

具体实施方式

公开内容的至少一些方面提供了能快速和精确校准成像器件的装置和方法。在一个实施方案中，测量成像器件的光学特性，如响应率函数和/或转换函数，从而确定有关的成像器件如何对应于输入光信号。利用确定的光学特性来校准各个成像器件。依照典型的方案，使用与反射结构相对的发射光源来确定光学特性，其能实时快速地并相对便宜地校准成像器件(例如在装配线上)。

参照图2，显示了依照一个实施方案的成像系统10。所述的成像系统10包括典型的成像器件校准工具12和成像器件14。工具12称作发射校准工具，其中在至少一个实施方案中，工具12的一个或多个光源发射下述光，即该光用于确定器件14的校准数据并将其校准。

在至少一个实施方案中，校准工具12用于提供校准数据，该校准数据用来校准成像器件14。在这里所述的至少一些实施方案中，校准工具12与成像器件14结合工作，以提供校准数据。在典型的实施方案中，校准数据包括各个成像器件14的光学特性，例如响应率和/或转换函数。利用校准数据来校准用于获得校准数据的各个相应器件14。例如，设计成像器件14的图像处理算法，以改善其成像操作，包括成像器件14产生令人满意且准确的所俘获景色的图像的能力。

成像器件14包括系统中所示的彩色数码照相机。被配置成响应于接收到的图像产生图像数据的成像器件14的其他构造也是可能的(例如扫描仪、彩色复印机、彩色多功能外围设备等)。

再次参照校准工具12，所述的典型实施方案包括光源20、光随机性发生器22、和光扩散器24。为了便于讨论，以分解图显示了典型的组件20，22，24。在一般方案的校准工具12中，组件20，22，24彼此相对密封，从而阻止外部光进入工具12。还可设置校准工具12的处理电路，从而控制校准操作，如针对图3的典型电路如下描述的。

在不同实施方案的校准工具12中可以以不同构造来实现光源20。此外，在不同实施方案中可控制光源20来同时和/或连续发射不同的光。不同的光包括具有不同发射特性，如不同的波长、强度或光谱能量分布的光。

例如，所示的光源20的结构包括多个区域26，与其他区域26相比，其分别构造成发射具有不同波长和/或强度的光。因此，在图2校准工具12的实施方案中，至少一些区域26的光与其他区域26的光空间地和光谱地分离。在一些实施方案中，可同时发射具有不同波长和/或强度的光。在下面描述的其他实施方案中，可连续发射具有不同波长和/或强度的光。

区域26的各个区域包括一个或多个发光器件(没有示出)。典型的发光器件包括与宽带反射片(patches)相比能提供提高的精确性的窄带器件。在典型的实施方案中，区域26的发光器件包括发光二极管(LED)和激光器。也可以使用其他结构的区域26的发光器件。在一个实施例中，各个区域26包括3×3正方形的发光器件，其构造成发射相同波长和强度的光。

在所述的典型实施方案中，光随机性发生器22包括与光源20的各个区域26对应的多个中空管。在所述的构造中，光随机性发生器22构造成给扩散器24提供各个区域26的大致均匀的光。光随机性发生器的管的内表面具有相对亮的白色粗糙表面。其他构造的光随机性发生器22也是可能的。例如，在至少一个其他实施方案的如下所述的具有单个发光区域的工具12中，光随机性发生器22包括单个中空管。

光扩散器24包括光学接口27，其构造成给成像器件14提供各个区域26(和下面所述的光学接口27的各个区域28)的大致均匀的光，以用于校准操作。可以利用与所示光扩散器24分离的其他构造的光学接口27来输出光给成像器件14。典型的光扩散器24包括半透明的丙烯酸元件。所示的典型光扩散器24构造成输出与光源20发射的光对应的光。例如，所述典型的光学接口27包括与光源20的各个区域26对应的多个区域28。在其他实施方案中，可提供更多或更少的区域28，其对应于光源20所提供的区域26的数量。在至少一个实施方案中，光随机性发生器22和扩散器24提供不同的光，这些光对应于区域28的各个区域和用于区域28的每个区域，各个光在各个区域28的整个面积中大致是均匀的。在其他可能的方案中，在光源20与光随机性发生器22之间或者在光随机性发生器22内可实现另一个光扩散器。

在一个实施方案中，光随机性发生器22包括与光源20的区域26对应的多个大致方形的铝管。所述管在光源20与接口27之间分别具有2.5英寸的长度和1英寸乘1英寸的平方尺寸。管的内表面涂覆有白色涂层，例如具有部件号ODMO1-FO1的OP.DI.MA材料，其可从Gigahertz-Optik获得。扩散器24包括多片1英寸乘1英寸尺寸的具有部件号202-4的白色半透明丙烯酸材料，其可以从Cyro Industries获得，其包括区域28的多个个体区域并且每个区域具有1/8英寸厚度。其他的构造或实施方案也是可能的。

参照图3，显示了校准工具12的典型电路30。所述的电路30包括通信接口32、处理电路34、存储电路36、光源20和光传感器38。在其他实施方案中可设置更多、更少或可选择的电路组件。

通信接口32配置成建立起校准工具12与外部器件的通信。通信接口32的典型结构包括USB端口、串连或并联、IR接口、无线接口、或能单向或双向通信的任何其他结构。使用通信接口32可传递任何适宜的数据。例如，如下面所述，通信接口32用于传递光源20的一个或多个发射特性和/或将要校准的各个成像器件14的一个或多个确定的光学特性。

在一个实施方案中，处理电路34包括配置成实现想要的程序设计的电路。例如，处理电路34可由处理器或配置成执行可执行指令，例如包括软件和/或固件指令的其他结构来实现。其他典型实施方案的处理电路包括硬件逻辑电路、PGA、FPGA、ASIC、状态机、和/或其他结构。处理电路34的这些例子是示意性的，其他结构也是可能的。

处理电路34用于控制校准工具12的操作。在一个实施方案中，处理电路34配置成自动控制从工具12发射光的定时(例如，控制从工具12同时和/或连续发射具有不同波长和/或强度的光的定时)。在一个实施方案中，处理电路34在没有使用者参与的情况下自动控制光的定时和发射。

存储电路36配置成存储电子数据和/或程序设计，例如可执行指令(例如，软件和/或固件)、校准数据、或其他数字信息，该存储电路包括处理器可用的介质(processor-usable media)。除了上述的校准数据之外，附加的典型校准数据包括使用校准工具12的光学接口27发射的光的一个或多个发射特性。如下所述，依照一个实施方案，典型的发射特性包括在光学接口27处发射的光的光谱功率分布(SPD)。光谱功率分布包括发射特性，其包含发射光的波长和各个波长光的相关的光强度。

处理器可用的介质包括制造的任何商品，在典型的实施方案中，其可包含、存储、或保持能通过或结合指令执行系统来使用的程序、数据和/或数字信息。例如，典型的处理器可用的介质包括任何一种物理介质，如电的、磁的、光的、电磁的、红外的或半导体介质。处理器可用的介质的一些更具体的例子包括，但并不限于此，便携式磁的计算机磁盘，如软盘、压缩盘(zip disk)、硬盘驱动器、随机存取存储器、只读存储器、闪存、高速缓冲存储器、和/或能存储程序、数据或其他数字信息的其他结构。

以如上所述典型的结构配置光源20。例如，在一个实施方案中光源20配置成发射不同波长和/或强度的光。不同波长和/或强度由如上所述的多个区域26确定。在另一个实施方案中，光源20配置成发射基本恒定的波长和/或强度的光，并利用位于光源20下游且对应于区域26的多个空间分离的滤波器来提供任何不同的理想波长和/或强度的光。在下面所述的另一个实施方案中，光源20配置成使用单个区域连续发射不同的光。其他的结构也是可能的。

光传感器38与光源20光学耦合并配置成接收从那里发射的光。在一个实施例中，尽管其他结构也是可能的，但光传感器38可由光电二极管来实现。在一些实施方案中光随机性发生器24内可放置一个或多个光传感器38(例如，在这里所述的一个典型结构中，在由单个中空管实现的光随机性发生器22中放置一个光传感器38)。在具有多个区域26的其他结构中，光传感器38通过适宜的光管(没有示出)或其他结构而与区域26光学耦合并对应于所发射的具有不同波长和/或强度的光。

在一个实施方案中为了校准工具12的校准目的，光传感器38配置成监控发射的光。例如，至少一些结构的光源20提供波长和/或强度随时间漂移的光。光传感器38用于监控所述光并提示用户工具12丧失了校准并需要维修。例如，如果不同波长光的强度相对于彼此变化，则就认为校准工具12丧失了校准。校准工具12典型的重新校准包括重新确定从光学接口27发射的光的发射特性(例如光谱功率分布)。

参照图4，成像器件14以典型的结构图示为数码照相机。如前面所述，可以以其他结构来实现成像器件14，从而由景物或接收到的光产生图像。所示结构的成像器件包括处理电路40、存储电路42、闪光灯(strobe)44、图像传感器46、滤波器48、光学器件50和通信接口52。

在一个实施方案中，类似于上述的处理电路34来实现处理电路40，该处理电路包括配置成实现想要的程序的电路。其他典型实施方案的处理电路包括不同的和/或可选择的硬件，从而控制成像器件14的操作(例如，控制闪光灯44、光学器件50、数据获取和存储、图像数据处理、与外部器件通信、和其他任何想要的操作)。处理电路40的这些例子是示意性的，其他结构也是可能的。

存储电路42配置成存储电子数据(例如图像数据)和/或程序设计，如可执行指令(例如，软件和/或固件)、或其他数字信息，在至少一个实施方案中，该存储电路包括类似于上述存储电路36的处理器可用的介质。

闪光灯44包括光源，该光源配置成提供在成像操作中使用的光。在所述的实施方案中处理电路40控制闪光灯44的操作。闪光灯44可以关闭，可以单独使用或与其他外部光源(没有示出)结合使用。

图像传感器46配置成提供多个原始图像的原始图像数据。原始图像数据包括对应于由图像传感器46形成的原始图像的多个像素的数字数据。例如，在典型的RGB应用中，原始图像包括对应于各个像素处的红色、绿色和蓝色的字节。其他实施方案利用或提供其他色彩信息。图像传感器46包括多个光敏元件，如光电二极管，其对应于像素并配置成提供用于产生图像的原始数字数据。例如，在一个可能的结构中，图像传感器46包括光敏元件(也称作像素元件)的光栅(raster)，其设置成1600列乘1280行。其他光栅结构也是可能的。在典型的结构中，光敏元件可单独地包括电荷耦合器件(CCD)或CMOS器件。在一个具体的实施例中，在传感器结构方面，图像传感器46可利用X3技术，其可从Foveon，Inc获得。

在图像传感器46上游提供滤波器48，从而在由图像传感器46传感之前，将由成像器件14接收到的光进行任意想要的过滤。例如，在一个实施方案中，滤波器48移除了由成像器件14接收到的红外光。

光学器件50包括适宜的透镜和孔径，其配置成聚焦并引导接收到的光，从而使用图像传感器46产生图像。在一个实施方案中，通过处理电路40控制适宜的电机(没有示出)来实现想要的光学器件50的操作。

通信接口52配置成建立起成像器件14与外部器件(例如校准工具12)的通信。通信接口52的典型结构包括USB端口、串连或并联、IR接口、无线接口、或能单向或双向通信的任何其他结构。通信接口52配置成与校准工具12的通信接口32或其他外部器件耦合并交换任何适宜的数据。例如，通信接口52可被用于接收光源20的一个或多个发射特性和/或各个成像器件14的一个或多个确定的光学特性。此外，接口52输出传感器数据，该传感器数据由图像传感器46产生且用于执行图像处理操作，该处理操作包括如下所述确定成像器件14光学特性。

参照图5，显示了典型结构的光学接口27。所述的光学接口27对应于图2中所示实施方案的校准工具12并包括具有不同波长和/或强度的不同光的多个区域28。

在所示的结构中，光学接口27包括多行60有色区域和单行62白色区域。在其他实施方案的光学接口27中可提供更多、更少区域的其他波长和/或强度。

有色区域行60提供了多个区域28的具有不同波长的光。例如，在所述的实施方案中，行60包括波长从紫外光(375nm)以25nm的增量连续增加到红外光(725nm)的区域28，其提供了光谱上和空间上分离的光。在所示的实施例中，行62包括相同的相对光谱功率分布且强度增加的多个区域W1-W5。对于各个区域W1-W5，白色片的相对强度为0.01，0.03，0.10，0.30和1。

依照图5的典型实施方案，发光器件的数量和/或发光器件的驱动电流在各个区域28之间可以变化，从而提供发射光的理想的光谱功率分布。在其他实施方案中其他结构也是可能的。

在一个实施方案中，对于从顶行开始一直持续到底行的每一行来说，图5的区域28从左到右可连续编号为1到15。典型的发光器件包括可从Roither Lasertechnik获得的LED，其对于各个区域28来说具有下面的部件号：(1)380D30，(5)HUBG-5102L，(13)ELD-670-534，(14)ELD-700-534，和(15)ELD-720-534。其余的典型的发光器件可包括从American Opto获得的LED，其对于各个区域28来说具有下面的部件号：(2)L513SUV，(3)L513SBC-430NM，(4)L513NBC，(6)L513NBGC，(7)L513NPGC，(8)L513UGC，(9)L513NYC-E，(10)L513UOC，(11)L513NEC，(12)L513TURC，和(W1-W5)L513NWC。

在该实施例中，驱动电流对于行60的所有区域28的发光器件来说都是恒定的(例如18-20mA)，每个区域28的发光器件的数量如下变化：(1)4，(2)1，(3)14，(4)2，(5)4，(6)3，(7)1，(8)27，(9)3，(10)2，(11)1，(12)2，(13)2，(14)2)，和(15)1。行62的各个区域28的发光器件的数量可以相同(例如为四个)，对于区域28的各个区域W1-W5，可以使用下面的典型的驱动电流：0.2，0.6，2，6和20mA。上面的实施例是示意性的，其他结构或变化例也是可能的。

如下面进一步所述的，利用如图5中所示的包含变化波长和/或强度的区域28的光学接27能够例如通过使用成像器件14将器件14单次暴露到从光学接口27发射的光，来同时确定成像器件14的响应率和转换函数。如这里所述，其他结构的光学接口27也是可能的(例如，提供其中在区域26之间只有波长或强度变化的光学接口、提供只具有连续发射相同波长和/或强度的光的单个发射区域的光学接口、等等)

由校准工具12提供不同波长的光可用来确定成像器件14的响应率函数。在图5中所示实施方案的光学接口27中，由于行60的空间上和光谱上分离的区域26，行60的多个区域26可以同时发射光以用于通过成像器件14的单次曝光确定响应率函数。

参照图6，将通过光学接口27的(即由成像器件14接收到的)光发射最佳化，以便于确定正被校准的成像器件14的响应率函数。图6的曲线图解了由光源20发射的并在光学接口27的区域28处提供的光的光谱功率分布，其利于成像器件14的响应率分析。光谱功率分布包括图5中所示光学接口27的区域28的典型辐射强度值，波长沿着x轴从左到右增加。

如上所述，对于每个区域26，光源20的发光器件数量可以变化，从而提供不同的强度。在另一个实施方案中，发光器件数量对于每个区域26都相同，且各个区域26的发光器件的驱动电流改变，从而提供理想的强度。也可使用其他的结构提供理想的光谱功率分布。在一个实施方案中，在工具12本身校准过程中，强度选择为接近图6中所示的典型光谱功率分布。一旦确定了各个区域26的发光器件适宜的驱动电流(或其他结构参数)，就使用确定的驱动电流或参数来校准工具12，从而驱动发光器件。在一个实施方案中，可以使用相同的驱动电流来驱动各个区域26的发光器件，虽然用于驱动不同区域26的发光器件的驱动电流可以是不同的。如上所述在其他实施方案中可以使用除了改变各个区域26的发光器件数量和/或驱动电流之外的其他结构。

此外，紧随工具12的校准之后，可确定使用驱动电流在光学接口27处发射的光的光谱功率分布。在一个实施例中，使用光谱辐射计可测量在光学接口27处发射的光的光谱功率分布。使用存储电路36或其他适宜的电路将测量的校准工具12的光谱功率分布存储为校准工具12的发射特性，并随后在一个或多个成像器件14的校准操作过程中使用。在工具12的重新校准过程中可确定新的驱动电流和/或光谱功率分布。

还可以为行62的各个区域28提供并存储发射特性。如前面所述，至少一些区域28可配置成对于给定波长的光(例如行62的区域)改变光的强度。关于与区域28对应的光的强度的数据存储为发射特性，其随后在一个或多个成像器件14的校准中使用。还可以从行62内区域28的光的光谱功率分布提取出强度数据。

参照图7，显示了使用校准工具12来执行成像器件14的校准的典型方法。包括更多、更少或可选择步骤的其他方法也是可能的。

在步骤S1时，提供一个实施方案的具有光源的校准工具12以及从光源发射的光的至少一个发射特性。

在步骤S2时，将准备被校准的成像器件14与校准工具12对准。

在步骤S3时，将成像器件14的图像传感器46暴露于从光源发射的光。

在步骤S4时，图像传感器46传感所述光并产生表示由传感器46传感到的传感器数据。

在步骤S5时，适宜的处理电路使用发射特性和传感器数据确定成像器件14的光学特性。该光学特性用于校准成像器件14。对于其他成像器件14，重复图7的典型方法。

参照图8a，流程图图解了在相关成像器件14校准过程中使用参照图2描述的校准工具12获取数据的典型方法。

在步骤S10时，对准将要被校准的成像器件，以接收从校准工具12的光学接口发射的光。一旦被对准，就控制校准工具12的光源20在光学接口27的区域28处发射光。成像器件14配置成聚焦到光学接口27并将图像传感器46暴露于来自校准工具12的光(例如照相)，从而接收从光学接口27发射的光。

在步骤S12时，图像传感器46响应于步骤S10中的曝光而产生传感器数据。在一个实施方案中，图像传感器46的每个像素都配置成提供包含RGB值的传感器数据。图像传感器46的像素位置对应于光学接口27的区域28。因此，可确定图像传感器46的多个像素，其对应于各个区域28。来自各个像素的RGB值对应于各个区域28并在一个实施方案使用处理电路34，40或其他理想的电路求平均，从而对于每个区域28提供单个平均RGB值。依照一个实施方案，如下面所述对于成像器件14的校准，可以使用包含平均RGB值的传感器数据。

下面参照另一个实施方案的校准工具12来描述数据获取操作。依照现在描述的该其他实施方案的校准工具12包括具有单个区域(没有示出)的光学接口，所述单个区域用于输出用于校准成像器件14的光。例如，与依照上述区域26排列不同波长和/或强度的发光器件相反，具有不同波长或强度的光源的发光器件分布在光学接口所述区域的整个区域周围。

在一个实施方案中，希望光源的发光器件在光学接口所述区域的整个区域上提供基本上均匀的光分布。在一个方案中，包含二十个不同波长或强度的各个发光器件以行和列彼此相邻依次设置，从而对于各个波长的强度，在光学接口所述区域上提供大致均匀的光发射。发光器件的其他分布图案也是可能的。

在一个可操作的实施方案中，仅仅控制公共波长或强度的发光器件，从而在时间上以任何给定的时刻来发射光。依照该实施方案，控制第一波长光的发光器件，从而在所述区域上发射各个大致均匀的光。之后，连续单独控制其余波长的发光器件，以依次发射各个波长的光，从而提供时间和光谱分离的发射光。如果存在的话，之后将对于给定波长具有不同强度的发光器件配置成依次发射能完成下面所述转换校准操作的光。因此，在一个实施方案中，各个波长或强度的发光器件顺序配置成发射各个光。更具体地说，顺序控制具有公共波长的发光器件，从而单独发射从375nm开始到725nm的光，随后从配置成提供公共波长且强度从W1变化到W5的光的发光器件发射光。在一个实施方案中，对于每个发射波长375nm到725nm和强度W1-W5的光，成像器件14传感发射的光。然后对于每个所述波长和强度的光，由成像器件14提供传感器数据。

参照图8b，描述了依照具有光学接口27的上述第二个实施方案的典型的数据获取操作，所述光学接口具有顺序提供不同的发射光的单个区域。

在步骤S20时，控制校准工具发射具有单个波长的光。将准备校准的成像器件的图像传感器暴露于所发射的光。

在步骤S22时，使用处理电路34，40或其他理想的电路从图像传感器的像素传感器数据确定各个波长的平均RGB值。

之后，处理返回步骤S20，由此所述工具控制下一个波长光的发射，从而使用成像器件14产生各个波长的传感器数据。重复图8b的处理，从而对于使用校准工具发射的许多不同波长或强度的光，在所述实施方案中提供包含平均RGB值的传感器数据。

提供上述实施方案是为了图解用于实现成像器件校准操作的典型的数据获取技术。在其他实施方案中也可以使用其他数据获取方法和/或装置。

参照图9，接下来处理所述获取的数据来进行下面的获取，以确定成像器件14的校准数据。依照一个实施方案，典型的处理包括确定包含各个成像器件14的光学特性(例如响应率和/或转换函数)的校准数据。如上所述，处理电路34，40和/或其他适宜的处理电路可执行获取操作。类似地，可使用处理电路34，40和/或其他适宜的处理电路来处理所述获取的数据，例如如图9中所示。此外，可通过相同或不同的处理电路来进行数据获取和处理。

在图9所述的典型处理中，确定了包含成像器件14的响应率和转换函数的光学特性。在其他实施方案中，仅仅确定了成像器件14的响应率或转换函数之一、和/或可选择的特性。此外，可确定在成像器件14校准中使用的附加光学特性或其他信息。例如，可通过适宜的处理电路34，40或其他处理电路(没有示出)进一步处理响应率和/或转换函数。例如，可从响应率和转换函数得出色彩修正矩阵、发光评估矩阵和/或其他信息。

步骤S30-S34图解了用于确定成像器件14响应率函数的典型处理。

步骤S40-S44图解了用于确定成像器件14转换函数的典型处理。依照其他设置(没有示出)可利用其他处理。

在步骤S30时，对于在所述实施方案中行60的各个单个区域28，如上所述从图像传感器46获得的包含平均RGB值的传感器数据可确定矩阵r。

在步骤S32时，在所述实施方案中包含区域28的光谱功率分布(SPD)的发射特性可确定矩阵S。

在步骤S34时，在所述的实施例中使用矩阵r，S和方程R＝pinv(S^T)r^T可确定响应率函数R。

在所图解的实施例中可以与确定响应率函数并行地确定转换函数。

参照步骤S40，对于在所述实施方案中行62的各个单个区域28，从图像传感器46获得的包含平均RGB值的传感器数据可确定矩阵r_w。

在步骤S42时，在所述实施方案中包含区域28的光谱功率分布的发射特性可确定矩阵S_w。

在步骤S44时，在所述实施例中可使用矩阵r_w，S_w求出转换函数g(x)-＞g(1^TS_w)＝r_w。

图9的上述方法可用于确定各个成像器件14的一个或多个光学特性，其提供了表示各个成像器件14电路的各个传感器数据，因此对于准备校准的各个成像器件14进行上述的处理来确定各个器件14的各个适宜的一个或多个光学特性。图9的上述方法是典型的，在其他实施方案中可使用其他处理或方法来确定成像器件14的响应率和/或转换函数或其他光学特性。

一旦确定了，所述光学特性就可以用于校准各个成像器件14。例如，可使用包含响应率和转换函数的光学特性来提高各个成像器件14的图像处理算法(例如，发光评估和色彩修正)的精确性，还可提高最终再现物的色彩精确性。

如这里在一个实施方案中所述的，所述典型的装置和/或方法可用于确定成像器件14的组件是不是有缺陷(例如传感器46，滤波器48等)。例如，使用上述的配置成发射红外光或其他光的校准工具12还可监控各个成像器件14移除红外光或其他光的能力。例如，如果响应于从校准工具12的光学接口27发射的光(包括红外或其他想要的光)，由各个成像器件14产生的传感器数据表示出所接收到的光包含没有被滤波器48移除的所发射的红外光或其他光的话，则就认为成像器件14的配置成移除特定光(例如红外光)的滤波器有缺陷。

在一个实施方案中，如果使用校准工具12的处理电路(或成像器件14外部的其他处理电路)确定了光学特性，则所确定的光学特性就传送到执行适宜校准的各个成像器件14。可选择地，成像器件14的处理电路40可确定各个器件14的光学特性。在另一个实施方案中，使用所确定的光学特性在成像器件14的外部进行校准，并随后将校准的图像处理算法提供给各个成像器件14。在另一个实施方案中，成像器件14的处理电路40配置成利用所确定的(如在内部或外部)光学特性来在成像器件14的内部进行校准。总言之，任何适宜的处理电路都可配置成产生各个成像器件14的一个或多个光学特性，且相同的或其他处理电路可利用所述一个或多个光学特性来进行校准。

参照图10，曲线显示了与使用反射片(Macbeth和Macbeth DC)和单色仪的方案相比不同校准方法的奇异值分解(singular valuedecomposition)，所述校准方法包括这里所述的典型发射方面。

使用这里所述图2的典型发射校准工具的相对高且恒定的奇异值分解与由单色仪获得的结果相似，并大大超过了通过Macbeth和Macbeth DC反射片所获得的结果，在所述反射片中各个曲线不是恒定的且具有相对快速下降的斜率。校准方法的精确性依赖于反射片或发光器件彼此光谱有多么相关。更相关的片或发光器件可产生较低精确性的校准。这种情况是因为校准技术将图像信息方程求反(invert)来计算照相机响应率函数。当光谱相关的片或发光器件反转时，导致了照相机响应率函数的干扰评估。片反射率函数的奇异值或发光器件的光谱功率分布表示给定方法的精确性。大于0.01(任何更小的数认为噪声太多)的奇异值越多，则方法越精确(见图10)。基本上，奇异值的数量表示对最终校准有贡献的片色或发光器件的数量。

此外，参照图11-13，针对使用单色仪测量的曲线分别显示了对于可从Nikon获得的D1数码照相机来说，使用Macbeth反射片(图11)、Macbeth DC反射片(图12)和图2(图13)的典型发射校准工具12确定的典型的相对响应率。从图11-13的对比可以清楚看出，与使用反射片(例如Macbeth和Macbeth DC)相比，图2的校准工具提供了用于确定给定成像器件14的相对响应率的改善的精确性。

表1比较了使用反射图、图2的校准工具12和单色仪的校准过程。图2的校准工具12对于给定的成像器件14提供了最短的校准时间(即比反射图稍短)且不像反射图那样需要均匀的外部光源，且比单色仪短几个小时(即代替单色仪的时间测量，图2的结构中空间地测量色彩)。对于相比较的器件来说，校准工具12具有最短的校准时间，因为外部光源不必是均匀的(例如，典型的工具12本身发射想要的光)。

                      表1

反射图	校准工具	单色仪
			1.使用外部光源均匀照射所述图2.给所述图照相3.运行软件来校准	1.打开器件2.给器件照相3.运行软件来校准	1.将单色仪设置成特定的波长和带宽2.给离开单色仪的光照相3.测量离开单色仪

的光的功率级别4.对可见光谱的每个波长重复步骤1-35.运行软件来校准

表2比较了配置成执行上述三个校准方法的器件的大概成本。

                           表2

反射图	校准工具	单色仪
			$50-$350(零售)	$200-$400(估计的零售)	$5,000-$20,000(零售)

表3比较了三个方法和包括图12校准工具的器件的奇异值数量。按照需要，其他实施方案的校准工具12包括更多或更少的波长和/或强度的光。例如，如上所述实施方案的工具12包括二十种不同的光。在其他实施方案中，在多个区域中或根据其他适宜的方案可顺序使用任意合适数量不同种类的光(波长和/或强度)。

                  表3

反射图	校准工具	单色仪
			大约4	15-20(根据发射源的数量)	＞50

因为反射图具有宽带和高度相关的片(patch)色，所以只有大约4个测量值可用于校准。这对于校准包括照相机的成像器件14的校准一般是不够的。另一方面，单色仪产生了超过50个校准测量值，因为其一般使用窄带光源。因此，单色仪产生了提高的精确性的校准结果，但校准时间相对较长且成本相对昂贵。图2典型的校准工具12具有例如有关的15-20个测量值，其产生了对于一般成像器件14(例如数码照相机)而言足够的校准结果，但其没有经历单色仪的成本和较长的校准时间或者没有利用反射图使用的外部照明。

因此，公开内容的至少一些方面允许快速、精确和相对便宜地确定及校准成像器件14的响应率和转换函数，并在至少一个方案中可用于在生产线上校准成像器件。如上所述，由于传感器和/或滤色器制造变化，相同模式或使用相同类型组件的成像器件14具有不同的响应率和转换函数。这里所述的校准工具12可在成像器件14运输到消费者或经销商之前用于确定器件14的光学特性并校准器件14。相对快和精确的校准提高了单个校准的成像器件14的整体色再现质量。

这里所述的校准工具12或方法还可被专业或高端消费型相机(prosumer)摄影师用于校准高端成形器件14。可以相信这种校准将提高由这种被校准的成像器件14产生的最终图像的整体颜色再现质量。至少一些这样的校准方面可瞄准更加专业的市场，因为一些校准方面利用了来自成像器件14的原始图像数据，且原始图像数据一般由针对这些市场发展的成像器件14来提供。

参照图14，图解了另一个实施方案的成像系统100。在所述的实施方案中，成像系统100包括成像器件分析系统112和与分析系统112光学耦合的成像器件114。在一个实施方案中，可类似于上述的成像系统10来配置成像系统100。在一些实施方案中，类似于校准工具112并根据下面所述的其他方面，分析系统112配置成执行与成像器件114有关的分析操作。例如，分析系统112确定成像器件的响应率和转换函数以及执行与成像器件114有关的其他操作。

但在一个实施方案中，成像器件14配置成与成像器件14相同或相似，其包括胶片照相机、数码照相机、摄影机、扫描仪、复印机、多功能外围设备或能俘获图像和/或产生表示图像的图像数据的其他结构。在一些实施方案中，成像器件14包括能俘获图像的色彩信息和/或产生表示所俘获图像的色彩信息的数字数据的彩色器件。

在一些实施方案中，分析系统112配置成发射光116，该光被成像器件114以数字数据的形式或在基片，如胶片上俘获。在一个实施方案中，适宜的处理电路可将从分析器件112发射光的定时与成像器件114的图像俘获操作同步。在一些实施方案中，可使用相对于图3和4的各个校准工具12和成像器件14所述的电路和组件来单独配置分析系统112和成像器件114。更具体地说，在一个实施方案中，分析系统112和/或成像器件114单独地包括与上述电路和组件类似配置的通信接口、处理电路、存储电路、光源、和/或光传感器。在其他实施方案中，分析系统112和/或成像器件114可单独地分别包括比图3和4中描述的更多、更少或可选择的组件或电路。

在共同悬而未决的下列U.S.申请描述了典型实施方案的成像系统100和分析操作的其他细节：2005年2月8日提交的发明者为JeffreyM.DiCarlo，Steven W.Trovinger和Glen Eric Montgomery，名称为“Imaging Device Analysis Systems And Imaging Device AnalysisMethods”的申请，其序列号为11/054,209，客户备案号(client docketnumber)为200500702-1；2005年2月8日提交的发明者为JeffreyM.DiCarlo和Casey Miller，名称为“Imaging Device AnalysisMethods，Imaging Device Analysis Systems，And Articles OfManufacture”的申请，其序列号为11/054,193，客户备案号为200501321-1；和2005年2月8日提交的发明者为Timothy L.Kohler，Steven D.Stoecker，Jeffrey M.DiCarlo，Les Gehman，Gary J.Dispoto，Glen Eric Montgomery和Casey Miller，名称为“Imaging DeviceAnalysis Systems And Imaging Device Analysis Methods”的申请，其序列号为11/054,210，客户备案号为200501193-1，其所有技术都在这里结合作为参考。例如，尽管没有示出，但在至少一个附加的实施方案中，成像系统100可附加地包括配置成执行与成像器件114有关的分析操作或其他操作的计算机，所述其他操作包括分析操作的控制、图像数据的处理、确定用于成像的成像器件14可用的数据或配置参数等等。

参照图15，显示了典型结构的分析系统112。在图15的典型实施方案中，分析系统112包括彼此光学耦合的光源122、均化器126、滤波器组件130和扩散器134。在一个实施方案中，分析系统112配置成发射在成像器件114分析过程中使用的多个光束116。光束116是具有不同峰值波长的窄带光束(例如在一个实施方案中为包含小于50nm光的光束)。在其他实施方案的分析系统112中可提供所述组件的其他设置或包含更多、更少和/或可选择的组件的其他设置。例如，在其他可选择结构的分析系统112中，扩散器134可光学耦合在光源122与均化器126中间。

光源122配置成产生用于分析操作的光124，其称作初始光。发射的光124包括含有下述波长的宽带光，所述波长大致跨越从紫外光到红外光的整个可见光谱。在一个方案中，光源122由一组白色的发光二极管(LED)实现。在另一个实施方案中，发光二极管包括多个不同的特定颜色，其可产生下述波长的光，所述波长大致跨越整个可见光谱。发光二极管包括窄角光源，其与下面所述的光学滤波器结合使用可提高光谱纯度，在一个实施方案中所述光学滤波器包括干涉滤波器。在其他的方案中，光源122可由白炽光源或一个或多个低功率短弧隙(short arc gap)准直的弧光灯光源，如氙灯或汞灯实现。其他结构的光源122也是可能的。

发射的光124由均化器126接收并均化，从而提供均匀光128。在一个实施方案中，可类似于上述的随机性发生器22来配置均化器125，其包括一个或多个光道(例如如果系统112将要产生多个光束的话，则为多个光道)。例如，光道以对应于图16典型实施方案中所示的光学滤波器结构的二维阵列设置。在其他方案中，均化器126包括一个或多个lenslet屏，其配置成提供蝇眼均化的光124。

在所述结构中将均化的光128提供给滤波器组件130。在一个结构中，滤波器组件130包括多个光学滤波器(例如在一个实施方案中针对参考标记142在图16中显示了光学滤波器)，它们单独配置成过滤(移除或透过)不同波长的光，从而提供包含下述光束的光132，所述光束包含不同波长的光且一般对应于各个光束116。下面参照图16描述一个典型结构的滤波器组件130的其他细节。

光132由扩散器134接收，该扩散器包括发射接口133，其配置成输出光束116。典型的扩散器134包括半透明丙烯酸片，但在一个方案中，光路中的后表面(trailing surface)包括发射接口133。在一个实施方案中发射接口133在分析系统112外部发射光束116。半透明丙烯酸元件覆盖了下面参照图16的标记140描述的掩模。在一个设置中，扩散器134辅助发射在发射接口133的各个表面部分上具有大致均匀的光的所述光束116以用于成像器件114的分析操作。在一个实施方案中，从分析器件112发射不同波长的光束116，其具有大致相同的强度。

所示典型的光扩散器134配置成输出大致对应于从滤波器组件130输出的发射光132的光束的光束116。在其他可能的方案中，可使用另一个光扩散器(没有示出)，例如其在光源122与均化器126中间或在均化器126内。

参照图16，依照一个实施方案显示了典型方案的滤波器组件130的细节。滤波器组件130配置成产生多个光束116用于分析成像器件114。在一个结构中，滤波器组件130包括定义多个孔径141的掩模140和对应于并放置在掩模140孔径141前面的多个光学滤波器142。掩模140大致是不透明的，从而定义孔径141。所述典型结构的滤波器组件130使用初始光124提供了多个光束，其具有与由上述光源20发射的光束类似的波长。例如，依照所述实施方案，滤波器组件130包括十五个光学滤波器142，其配置成发射包含下述光束的光132，所述光束具有在基本上从大约375nm(紫外光)到大约725nm(红外光)的整个可见光谱上的峰值波长，在一个实施方案中其具有以大约25nm的光谱增量间隔开的峰值波长。例如，具有450nm峰值波长的光束与具有425nm和475nm的峰值波长的紧接光谱相邻的光束间隔开25nm。使用图16所述的典型滤波器组件130，对于分析操作可同时发射对应于光学滤波器142的多个光束。在其他实施方案中，对于分析操作可连续地每次一个地发射各个光学滤波器142的光束。

在一个实施方案中，光学滤波器142配置为窄带通光学滤波器。典型可能的光学滤波器142包括干涉滤波器或吸收滤波器，其单独配置成透过在各个峰值波长附近各个带通区域中的波长的光(例如25-50nm)并移除各个带通区域外的波长的光。可从Melles-GriotIncorporated或Newport Corporation获得合适的干涉或吸收滤波器。

在一个实施方案中掩模140配置成提供对应于孔径141的多个导轨，光学滤波器142可由滑板或滑动板实现，其使用导轨或其他适宜的附加装置很容易放进孔径141的位置内或从那里移除，所述附加装置可提供从滤波器组件130发射的不同设置的光束或者便于替换光学滤波器142。

参照图17，依照一个典型的实施方案显示了另一个结构的滤波器组件130a。滤波器组件130a包括车轮形式的掩模140a。一个实施方案中所示的掩模140a大致是不透明的并定义了多个孔径141，该多个孔径一般设置在车轮的圆周附近。滤波器142与各个孔径141相关，从而过滤光128并输出多个光束。在图17的所述典型结构中，掩模140a配置成逆时针方向转动，从而顺序发射用于分析操作的从375nm导725nm的光束。例如，光128被导向固定的位置(例如，配置成形成375nm的紫外光束的光学滤波器142的位置)。在随后时刻，转动掩模140a将其他光学滤波器142与所述固定的位置对准，从而顺序产生各个光束。其他实施方案的滤波器组件130也可产生用于分析成像器件14的光束。

在至少一些结构的成像系统100和分析系统112中利用光学滤波器142产生不同波长光的光束116是理想的。例如，与由颜料形成的有色面板或发光器件相比，光学滤波器提高了光谱随时间的稳定性。此外，与使用光学滤波器相比，有色面板具有其他相关的顾虑，例如需要被保护、保存及变化来确保光谱稳定性。此外，发光二极管的光谱和功率级别随时间波动，尽管与有色面板相比它们一般提高了稳定性。通过使用光学滤波器，光源122的光谱内容中的波动不会作为发射的光束116中的颜色偏移出现而是作为强度变化出现，如果需要的话其可以测量和补偿该强度变化。公开内容的至少一些方面以最合适的成本提供了相对较宽的色域和相对稳定的较高质量的分析系统及方法。

至少一些方面公开了与成像器件有关的典型分析和校准操作。所述的一些实施方案提供了成像器件114的分析，包括检测和/或测量成像器件114的操作以及成像器件114的光学和电特性。该分析用于监控质量控制、组装、和软件或固件程序设计，和/或测量及调整成像器件114。通过将成像器件114暴露于分析系统112的已知色值，执行分析操作来检测成像器件114的成像管路的设计，为了调试或其他目的可以通过所述管路追踪所述已知色值。在其他实施方案中可以执行与成像器件114有关的其他分析方面。在其他实施方案中，可对于其他成像方面和与成像器件有关的其他方面使用分析系统112和方法。

保护范围不限于仅仅通过实施例的方式给出的所述实施方案，而是仅由所附权利要求的范围来限制。

Claims (10)

1.一种成像器件分析系统，包括：

光源(122)，其配置成发射包含多个波长光的初始光(124)；

滤波器组件(130)，其与光源(122)光学耦合并配置成接收初始光(124)，其中滤波器组件(130)包括多个光学滤波器(142)，该多个光学滤波器被分别配置成从初始光(124)过滤一些波长的光并透过包含至少一个波长光的各个光束(116)，其中由各个光学滤波器(142)透过的光束(116)的光的波长不同；和

发射接口(133)，其与滤波器组件(130)光学耦合并配置成发射光束(116)以分析成像器件(114)，该成像器件配置成响应于接收到的光而俘获图像。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述多个光学滤波器(142)被分别配置成透过各个峰值波长，该各个峰值波长与至少一个紧接光谱相邻的光学滤波器的峰值波长光谱地隔开大致相同的光谱间隔。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其中发射接口(133)顺序发射各个光束(116)。

4.根据权利要求1或2所述的系统，其中发射接口(133)同时发射光束(116)。

5.根据权利要求1、2、3或4所述的系统，进一步包括均化器(126)，其与滤波器组件(130)光学耦合并配置成将来自光源(122)的光均化。

6.根据权利要求1、2、3、4或5所述的系统，进一步包括扩散器(134)，其与滤波器组件(130)光学耦合。

7.一种用于分析成像器件(114)的光束发射方法，该方法包括：

使用分析系统(112)的滤波器组件(130)接收包含多个不同波长的初始光(124)；

使用滤波器组件(130)的多个光学滤波器(142)来过滤初始光(124)，从而提供包含不同波长光的多个光束(116)；和

在分析系统(112)外部光学地传递不同波长光的光束(116)，从而分析成像器件(114)，该成像器件配置成俘获接收光的图像。

8.根据权利要求7所述的方法，进一步包括产生初始光(124)。

9.根据权利要求7或8所述的方法，进一步包括在过滤过程中移动光学滤波器(142)。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述移动包括移动光学滤波器(142)从而顺序产生包含不同波长光的光束(116)。

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