DE19604795C2 - Farbtrennung unter Verwendung einer Mehrpunkt-Schmalbandbeleuchtung von Lichtquellen mit N Farben - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf optische Farbab­ tastvorrichtungen im allgemeinen und insbesondere auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Trennen von Farbbilddaten von einem abgetasteten Objekt.

Optische Farbabtastvorrichtungen erzeugen Farbbilddatensi­ gnale, die ein Objekt oder Dokument darstellen, das abgeta­ stet wird, indem eine Abbildung des Objekts oder des Doku­ ments auf ein optisches Photosensorarray projiziert wird. Die Farbbilddatensignale können dann digitalisiert und zur späteren Verwendung gespeichert werden. Beispielsweise kön­ nen die Farbbilddatensignale durch einen Personalcomputer verwendet werden, um ein Bild des abgetasteten Objekts auf einer geeigneten Anzeigevorrichtung, beispielsweise einer CRT (CRT = cathode ray tube = Kathodenstrahlröhre), zu er­ zeugen.

Eine typische optische Abtastvorrichtung weist Beleuchtungs- und Optik-Systeme auf, um das Objekt zu beleuchten und eine kleine Fläche des beleuchteten Objekts, die üblicherweise als eine "Abtastlinie" bezeichnet wird, auf das Photosensor­ array zu fokussieren. Das gesamte Objekt wird dann abgeta­ stet, indem die beleuchtete Abtastlinie über das gesamte Ob­ jekt bewegt wird, indem entweder das Objekt relativ zu den Beleuchtungs- und Optik-Anordnungen bewegt wird, oder indem die Beleuchtungs- und Optik-Anordnungen relativ zu dem Ob­ jekt bewegt werden.

Ein typisches Beleuchtungssystem für eine Farbabtastvorrich­ tung kann eine geeignete weiße Lichtquelle aufweisen, bei­ spielsweise eine Leuchtstoffröhre oder eine Glühlampe, um das Objekt zu beleuchten. Ein typisches Optiksystem kann ei­ ne Linsenanordnung aufweisen, um die Abbildung der beleuch­ teten Abtastlinie auf die Oberfläche des optischen Photosen­ sorarrays zu fokussieren, und kann ferner einen oder mehrere Spiegel aufweisen, um den Weg des Lichtstrahls zu "falten", wodurch ermöglicht ist, daß das Optiksystem bequem in einem relativ kleinen Gehäuse angebracht ist.

Obwohl verschiedene Typen von Photosensor-Bauelementen ver­ wendet werden können, um das Licht von der beleuchteten Ab­ tastlinie zu erfassen, ist ein üblicherweise verwendeter Sensor das ladungsgekoppelte Bauelement oder CCD (CCD- charge coupled device). Ein typisches CCD kann eine große Anzahl einzelner Zellen oder "Pixel" aufweisen, von denen jedes als Reaktion auf die Belichtung mit Licht eine elek­ trische Ladung sammelt oder aufbaut. Da die Größe der akku­ mulierten elektrischen Ladung in jeder gegebenen Zelle oder jedem Pixel auf die Intensität und die Dauer der Belichtung bezogen ist, kann ein CCD verwendet werden, um helle und dunkle Punkte auf einem Bild, das auf dasselbe fokussiert ist, zu erfassen. Bei einer typischen Abtastvorrichtungsan­ wendung wird der Ladungsaufbau in jeder der CCD-Zellen oder -Pixel gemessen und dann in regelmäßigen Intervallen, die als Abtastintervalle bekannt sind, entladen, welche für eine typische Abtastvorrichtung etwa fünf Millisekunden oder der­ gleichen betragen können.

Optische Farbabtastvorrichtungen des Typs, der oben be­ schrieben ist, sind üblicherweise wirksam, indem sie Mehr­ farbkomponentenbilder des Objekts, das abgetastet wird, sam­ meln. Beispielsweise können Daten, die rote, grüne und blaue Farbkomponenten des Bilds der Abtastlinie darstellen, er­ zeugt, korreliert und durch die Abtastvorrichtung gespei­ chert werden. Die einzelnen Farbkomponenten, beispielsweise rot, grün und blau, werden üblicherweise als Primärfarben, Primärreize (Primärstimuli) oder im Englischen einfach "primaries" bezeichnet. Wie gut bekannt ist, können ver­ schiedene Kombinationen von drei solchen Primärfarben ver­ wendet werden, um jeden Farbreiz zu erzeugen, der auf dem CIE Farbdiagramm in dem Spektrum von Farben enthalten ist, die in dem Dreieck der Primärfarben liegen. Die Beträge je­ der Primärfarbe, die erforderlich sind, um einen speziellen Farbreiz abzustimmen, werden als Tristimulus-Werte bezeich­ net. Mathematisch ausgedrückt:

C ∼ r(R) + g(G) + b(B)

In anderen Worten heißt das, daß ein gegebener Farbreiz (Farbstimulus) C (beispielsweise das Bild der Abtastlinie) durch r-Einheiten des Primärreizes R (rot), g-Einheiten des Primärreizes G (grün) und b-Einheiten des Primärreizes B (blau) abgestimmt werden kann. Alle unterschiedlichen physi­ kalischen Reize, die genauso wie der gegebene Farbreiz C aussehen, werden die gleichen drei Tristimulus-Werte r, g und b aufweisen. Folglich ist es möglich, einen Farbreiz durch ein Gemisch der drei Primär-Farben oder -Reize abzu­ stimmen, wobei die Tristimulus-Werte r, g und b den erfor­ derlichen Betrag jeder Primärfarbe bestimmen. Es ist wich­ tig, in Erinnerung zu halten, daß das vorher genannte Ver­ fahren nur eine psychophysikalische Farbanpassung erreicht (d. h. die Farbe wird für das menschliche Auge gleich er­ scheinen), im Gegensatz zu einer physikalischen oder spek­ tralen Anpassung.

Viele unterschiedliche Techniken wurden entwickelt, um Daten zu sammeln, die Mehrfarbkomponentenbilder (d. h. die Tristi­ mulus-Werte) des Objekts, das abgetastet wird, darstellen. Eine Technik besteht darin, das Bild der beleuchteten Ab­ tastlinie auf ein einzelnes lineares Photosensorarray zu projizieren. Jedoch wird, um die Mehrfarbkomponentenbilder (d. h. die Tristimulus-Werte) der beleuchteten Abtastlinie zu sammeln, eine Lichtquelle unterschiedlicher Farbe (einer Primärfarbe) verwendet, um die Abtastlinie bei jedem von drei Abtastdurchläufen zu beleuchten. Beispielsweise kann das Objekt zuerst unter Verwendung ausschließlich roten Lichts abgetastet werden, dann ausschließlich grünen Lichts und schließlich ausschließlich blauen Lichts. Das Ausgangs­ signal von dem Photosensor für jede Farbe stellt folglich den Tristimulus-Wert für diese Farbe dar. In einer Abwei­ chung dieser Technik können drei Abtastdurchläufe unter Ver­ wendung einer weißen Lichtquelle durchgeführt werden, wobei das Licht von der beleuchteten Abtastlinie während jedem der drei Durchläufe jedoch durch ein unterschiedliches Farbfil­ ter gefiltert wird, bevor es auf das optische Photosensorar­ ray fokussiert wird. In jedem Fall können die Tristimulus- Werte für die Grundfarben (d. h. die Farben rot, grün und blau) aus dem Ausgangssignal des Photosensors bestimmt wer­ den.

Eine weitere Technik, die in dem U.S.-Patent 4,709,144 und dem U.S.-Patent 4,926,041, die hiermit durch Bezugnahme auf­ genommen sind, beschrieben ist, besteht darin, die beleuch­ tete (d. h. mehrfarbige) Abtastlinie in Mehrfarbkomponenten­ strahlen zu teilen, von denen jeder dann auf mehrere lineare Photosensorarrays fokussiert wird. Beispielsweise kann die beleuchtete Abtastlinie in Rot-, Grün- und Blau-Farbkompo­ nententeile aufgeteilt werden, die dann gleichzeitig auf drei (3) getrennte lineare Photosensorarrays projiziert wer­ den. Die Ausgabe von jedem Photosensor stellt den Tristimu­ lus-Wert für die entsprechende Primärfarbe dar. Diese Tech­ nik ermöglicht, daß die Tristimulus-Werte für eine beliebige einzelne Abtastlinie gleichzeitig erzeugt werden, wodurch eine einfachere Korrelation der Bilddaten für jede getrennte Primärfarbe möglich ist.

Ungeachtet der speziellen Technik, die verwendet ist, um die Tristimulus-Werte zu sammeln, wird die Farbgenauigkeit des reproduzierten Bildes nur so gut sein, wie die Spektralband­ anpassung zwischen der spektralen Empfindlichkeit des Photo­ sensors, der verwendet ist, um das Bild aufzuzeichnen, und der spektralen Empfindlichkeit des menschlichen Sehvermö­ gens. Wie gut bekannt ist, weist das menschliche Auge drei unterschiedliche Arten von Farbrezeptoren (Koni) auf, die auf verschiedene Spektral-Bänder oder -Regionen empfindlich sind, die grob dem roten, grünen und blauen Licht entspre­ chen. Die Rezeptoren sind relativ "breitbandige" Vorrichtun­ gen, die auf einen großen Bereich von Wellenlängen in jeder Farbbandregion empfindlich sind, wie in Fig. 1 gezeigt ist. Beispielsweise sind Blau-Rezeptoren typischerweise auf Licht empfindlich, das Wellenlängen in einem Bereich von etwa 400 nm bis 500 nm aufweist; Grün-Rezeptoren auf Licht, das Wel­ lenlängen in einem Bereich von etwa 480 nm bis 600 nm auf­ weist; und Rot-Rezeptoren auf Licht, das Wellenlängen in ei­ nem Bereich von etwa 500 nm bis 650 nm aufweist. Obwohl die spezifischen Empfindlichkeiten der Farbrezeptoren von Person zu Person variieren, wurde die Durchschnittsantwort für je­ den Rezeptor quantifiziert und ist als der "CIE-Standardob­ servator" ("CIE standard observer") bekannt.

Die Fähigkeit, Farben zumindest auf einer psychophysikali­ schen Basis in einem Tristimulus-System exakt zu reproduzie­ ren, erfordert eine ziemlich genaue Spektralbandanpassung zwischen den Primärfarben und den Rezeptoren. Daher kann ei­ ne genaue Farbreproduktion erhalten werden, indem sicherge­ stellt wird, daß die Primärfarben Spektral-Bänder oder -Be­ reiche aufweisen, die so gut wie möglich mit den Spektral­ antwortbereichen der drei Rezeptoren (d. h. rot, grün und blau) in dem menschlichen Auge übereinstimmen. Da die Rezep­ toren des menschlichen Auges auf einen relativ breiten Spek­ tralbereich von Lichtfarben (siehe Fig. 1) empfindlich sind, müssen die Filter oder Beleuchtungsquellen, die in Farbabta­ stungsvorrichtungen verwendet werden, ähnlich breite Spek­ tralbereiche aufweisen, wenn eine genaue Farbreproduktion erhalten werden soll. Ungünstigerweise ist es schwierig, Lichtquellen und/oder Filter mit breitbandigen Spektralbe­ reichen herzustellen, die denen der menschlichen Rezeptoren sehr nahe kommen, geschweige denn eine identische Überein­ stimmung zu schaffen. Außerdem begrenzt die Forderung nach derartigen Breitbandvorrichtungen die Anzahl von alternati­ ven Vorrichtungen, die für den Entwickler verfügbar sind, wodurch die Fähigkeit begrenzt ist, kleinere, leichtere oder billigere Farbabtastvorrichtungsentwürfe herzustellen. Ein noch signifikanterer Nachteil besteht darin, daß derartige Breitbandvorrichtungen dazu neigen, das Signal/Rausch-Ver­ hältnis der Abtastvorrichtung zu begrenzen, was eine ver­ schlechterte Bildqualität zur Folge haben kann.

Folglich verbleibt ein Bedarf nach einer Farbabtastvorrich­ tung, die nicht von Breitband-Lichtquellen oder -Filtern ab­ hängig ist, die versuchen, den Spektralbändern der Rezepto­ ren des menschlichen Auges zu entsprechen. Idealerweise sollte eine derartige Abtastvorrichtung in der Lage sein, relativ kompakte und günstige Schmalband-Beleuchtungsvor­ richtungen zu verwenden, beispielsweise lichtemittierende Dioden, jedoch ohne die Farbwiedergabetreue oder das Si­ gnal/Rausch-Verhältnis der Farbbilddaten zu reduzieren. Ein zusätzlicher Nutzen könnte realisiert werden, wenn eine sol­ che Abtastvorrichtung die Farbbilddaten ferner korrigieren könnte, derart, daß es scheint, als ob das Objekt unter ei­ ner unterschiedlichen Lichtquelle aufgezeichnet worden ist. Beispielsweise ist es häufig erwünscht, das Bild des abgeta­ steten Objekts auf einer Computeranzeigevorrichtung, übli­ cherweise einer CRT, zu reproduzieren. Wenn die Lichtquelle, für die die Farbabtastvorrichtung kalibriert ist, sich von der äquivalenten Lichtquelle der Computeranzeigevorrichtung unterscheidet, dann wird eine Farbverschiebung wahrgenommen werden. In gleicher Weise muß, wenn die Anzeigevorrichtung ein Farbdrucker ist, die Lichtquelle, für die der Drucker kalibriert ist, identisch zu der Abtastvorrichtungs-Licht­ quellenkalibrierung sein, um eine Farbverschiebung zu ver­ meiden.

Die DE 41 19 489 offenbart für ein Dreibereichsverfahren einen Flachbettscanner, welcher eine Farbseparation mit drei zeitlich nacheinander aufleuchtenden Leuchtstofflampen im Rot-, Grün- und Blaubereich erreicht. Dieser Flachbettscan­ ner umfaßt keinen Korrekturfilter und hat nur eine CCD-Zei­ le, wobei die einzelnen Bildzeilen einander mit der im ro­ ten, im grünen und im blauen Spektralbereich emittierenden Lichtquelle belichtet werden. Grundsätzlich wird zur Farb­ analyse nach dem Dreibereichsverfahren verlangt, daß die effektiven Spektralkanalempfindlichkeiten des Flachbettscan­ ners mit den drei Spektralempfindlichkeiten der Zapfen des menschlichen Auges in geeigneter Weise übereinstimmen. Für technische Flachbettscanner ist es jedoch günstiger, nicht die Grundspektralwertkurven anzustreben, sondern CIE-Spek­ tralwertkurven, die über eine feste Koeffizientenmatrix mit den Grundspektralwertkurven verknüpft sind. Alternativ exi­ stiert ebenfalls eine feste Umrechnungsmatrix, um Spektral­ wertkurven gemäß den EBU-Empfänger-Primärfarben in die Grundspektralwertkurven umzurechnen.

Das US-Patent Nr. 4,930,008 offenbart einen Farbbildscanner mit einer Mehrzahl von Lichtquellen, die eine erste licht­ emittierende Diode zum Emittieren eines roten Lichts, eine zweite lichtemittierende Diode zum Emittieren eines gelben Lichts und eine Floureszenslichtquelle zum Emittieren eines blauen Lichts umfassen. Der Farbbildscanner umfaßt ferner eine Steuerschaltung zum Schalten der Mehrzahl von Licht­ quellen auf sequentielle Art und Weise und einen Bildsensor zum Empfang von Licht, das von dem abgetasteten Bild reflek­ tiert wird. Die Farbcharakteristika der LED und der Floures­ zenzlichtquelle sind so gewählt, daß eine Wellenlängenüber­ lappung mit dem Emissionslicht der gelbemittierenden LED vorhanden ist.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Sammeln von Farbbilddaten von einem Objekt zu schaffen, bei dem kompakte und günstige Schmalband-Beleuchtungsvor­ richtungen verwendet werden, wobei die Farbwiedergabetreue und das Signal/Rausch-Verhältnis der Farbbilddaten nicht re­ duziert ist.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Farbabtastvorrichtungen zu schaffen, die Farbbilddaten ohne eine reduzierte Farbwiedergabetreue oder ein reduziertes Si­ gnal/Rausch-Verhältnis mit relativ kompakten und günstigen Schmalband-Beleuchtungsvorrichtungen erzeugen.

Diese Aufgabe wird durch Farbabtastvorrichtungen gemäß den Patentansprüchen 5 und 8 gelöst.

Eine Farbabtastvorrichtung unter Verwendung einer Farbtren­ nung mit einer Mehrpunkt-Schmalbandbeleuchtung von Schmal­ band-Lichtquellen mit N Farben, beispielsweise LEDs, kann eine Mehrfarblichtquelle zum aufeinanderfolgenden Beleuchten eines Objekts mit Licht von N unterschiedlichen Farben, etwa zwischen einer Farbe rot und einer Farbe blau aufweisen. Ein Photosensor, der auf Licht anspricht, das von dem Objekt re­ flektiert wird, wandelt das reflektierte Licht in einen Satz von Farbbilddatensignalen um, die jeder der N unterschiedli­ chen Farben entsprechen. Eine Farbbilddaten-Bearbeitungsvor­ richtung, die mit dem Photosensor verbunden ist, wandelt die Sätze von Farbbilddatensignalen, die jedem der N unter­ schiedlichen Farben entsprechen, in äquivalente Tristimu­ lus-Werte um.

Ein Verfahren des Farbabtastens kann folgende Schritte auf­ weisen: aufeinanderfolgendes Beleuchten des Objekts mit Licht von unterschiedlichen Farben, die über das sichtbare Spektrum verteilt sind, d. h. etwa zwischen einer Farbe rot und einer Farbe blau; Sammeln entsprechender N Farbbilddaten von Licht, das durch das Objekt während der Zeit, zu der das Objekt aufeinanderfolgend durch jedes Licht der N Farben be­ leuchtet wird, reflektiert wird; und Umwandeln der N Farb­ bilddaten in äquivalente Tristimulus-Werte.

Vorteilhafterweise können die Primärfarben, die den Tristi­ mulus-Werten entsprechen, in die die Farbbilddaten umgewan­ delt werden, ausgewählt werden, um eine beliebige gewünschte Farbe oder ein Farbspektrum zu sein, obwohl es üblicherweise erwünscht sein wird, Primärfarben auszuwählen, die den Farb­ übereinstimmungsfunktionen des CIE-Standardobservators ent­ sprechen. Folglich ist die vorliegende Erfindung in der La­ ge, Farbbilddaten zu erzeugen, die exakt die Farbe des abge­ tasteten Objekts darstellen, wobei sie jedoch nicht auf Lichtquellen oder Filter mit Spektralenergieverteilungen zu­ rückgreifen muß, die den Rezeptoren des menschlichen Auges entsprechen. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kön­ nen relativ schmalbandige Lichtquellen, beispielsweise LEDs, verwendet werden, welche nicht nur Kosteneinsparungen dar­ stellen, sondern ferner die Entwurfsflexibilität erhöhen, dahingehend, daß LEDs leichter die Entwicklung von kompak­ ten, leichtgewichtigen und kostengünstigen Lichtquellenan­ ordnungen ermöglichen. Ein weiterer Vorteil, der LEDs zuge­ ordnet ist, besteht darin, daß deren relativ schmalbandige Lichtausgabe das Gesamt-Signal/Rausch-Verhältnis der Farb­ bilddaten erhöht, wodurch die Gesamtbildqualität erhöht wird.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeich­ nungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Graph, der die normierten spektralen Empfind­ lichkeiten der drei Typen von Rezeptoren in der menschlichen Netzhaut zeigt;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbei­ spiels einer optischen Abtastvorrichtung unter Ver­ wendung einer Farbtrennung mit einer Mehrpunkt- Schmalbandbeleuchtung von LEDs mit vier Farben;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht der optischen Abtast­ vorrichtung von Fig. 2, wobei die obere Platte ent­ fernt ist;

Fig. 4 einen Querschnitt-Aufriß der Wagenanordnung der op­ tischen Abtastvorrichtung der Fig. 2 und 3;

Fig. 5 eine Draufsicht eines Photosensorarrays, das in der optischen Abtastvorrichtung verwendet ist;

Fig. 6 eine Draufsicht eines Dokuments, das durch eine op­ tische Abtastvorrichtung abgetastet wird, welche die Bewegung einer beleuchteten Abtastlinie über das Dokument zeigt;

Fig. 7 ein Blockdiagramm eines Steuer- und Datenverarbei­ tungs-Systems zum Umwandeln von Sätzen von Farb­ bilddaten in Tristimulus-Werte;

Fig. 8 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbei­ spiels eines Vierfarb-LED-Arrays zum aufeinander­ folgenden Beleuchten des Objekts, das abgetastet wird;

Fig. 9 eine perspektivische Ansicht eines weiteren Ausfüh­ rungsbeispiels eines Vierfarb-LED-Arrays zum auf­ einanderfolgenden Beleuchten des Objekts, das abge­ tastet wird; und

Fig. 10 ein Flußdiagramm, das das Verfahren des Erzeugens von Farbbilddaten unter Verwendung eines Verfahrens der Hauptkomponentenanalyse zeigt.

Eine Farbtrennung unter Verwendung einer Mehrpunkt-Schmal­ bandbeleuchtung von Schmalband-Lichtquellen mit N Farben, beispielsweise LEDs, ist in den Fig. 2 bis 5 gezeigt, wie sie auf einer optischen Farbabtastvorrichtung 10 verwendet werden könnte, um maschinenlesbare Farbbilddaten zu erzeu­ gen, die ein Farbbild eines Objekts 12 darstellen, bei­ spielsweise eines Blatt Papiers mit farbigen Grafiken, die auf demselben vorgesehen sind, wie in Fig. 6 dargestellt ist. Im wesentlichen kann die optische Farbabtastvorrichtung 10 ein Gehäuse 22 aufweisen, das eine obere Platte 14 auf­ weist, auf der eine transparente Auflageplatte 16 angebracht ist, um das Objekt 12 (in Fig. 1 nicht gezeigt) zu tragen, das abgetastet werden soll. Die Abtastvorrichtung 10 weist ferner eine Wagenanordnung 18 auf, die angepaßt ist, um un­ terhalb der transparenten Auflageplatte 16 entlang der Ab­ tastachse AA vor- und zurückbewegt zu werden, um die Funk­ tion des Abtastens des Objekts 12 zu erreichen.

Wie in den Fig. 3 bis 5 gezeigt ist, kann das Gehäuse 22 der optischen Abtastvorrichtung 10 eine geeignete Verschiebungs­ anordnung 20 aufweisen, an der die Wagenanordnung 18 befe­ stigt ist. Die Verschiebungsanordnung 20 bewegt die Wagenan­ ordnung 18 unterhalb der transparenten Auflageplatte 16 rückwärts und vorwärts. Die Wagenanordnung 18 kann ein Ge­ häuse 24 aufweisen, das angepaßt ist, um eine Mehrfarb- Lichtquellenanordnung 26, eine optionale Schlitzöffnungsan­ ordnung 28, ebenso wie die verschiedenen Komponenten des Optiksystems 30, welche einen ersten, einen zweiten und ei­ nen dritten Spiegel 32, 34 und 36 und eine Linsenanordnung 38 zum Fokussieren von Lichtstrahlen, die von der Abtastli­ nie 42 (Fig. 6) reflektiert werden, auf die lichtempfindli­ che Oberfläche 64 eines geeigneten Photosensors, beispiels­ weise eines CCD-Arrays 62 (Fig. 5), das in der Detektoran­ ordnung 44 enthalten ist, aufweisen, aufzunehmen. Die Ab­ tastvorrichtung 10 kann ferner ein geeignetes elektronisches Steuer- und Datenverarbeitungs-System 70 (Fig. 7) zum Steu­ ern der verschiedenen Komponenten und Funktionen der Abtast­ vorrichtung 10 und zum Verarbeiten der Farbbilddaten von der Detektoranordnung 44 aufweisen. Alternativ kann eine geeig­ nete Datenverarbeitungsvorrichtung, beispielsweise ein Per­ sonalcomputer (nicht gezeigt), der mit der Abtastvorrichtung 10 verbunden ist, verwendet sein, um die Farbbilddaten zu verarbeiten.

Kurz gesagt weist das elektronische Steuer- und Datenverar­ beitungs-System 70, das in Fig. 7 gezeigt ist, eine Zentral­ verarbeitungseinheit oder CPU 74 (CPU = central processing unit), welche den Photosensor oder das CCD-Array 62 steuert, einen programmierbaren Nur-Lese-Speicher oder PROM 76 (PROM = programmable read-only memory), einen Analog/Digital-Wand­ ler (A/D) 78 und eine Speichervorrichtung, beispielsweise einen Direktzugriffsspeicher (RAM) 72 (RAM = random access memory), auf. Der PROM 76 kann programmiert sein, um das Verfahren der Hauptkomponentenanalyse zu verwenden, um die Sätze von Farbbilddaten, die den N Farben entsprechen, die verwendet sind, um das Objekt zu beleuchten, in die entspre­ chenden Tristimulus-Werte umzuwandeln, wie detaillierter nachfolgend erklärt wird. Die Tristimulus-Farbbilddaten kön­ nen dann in dem RAM 72 gespeichert werden, wobei durch ein geeignetes optisches Datensystem (nicht gezeigt) auf diesel­ ben zugegriffen werden kann.

Die Mehrfarb-Lichtquellenanordnung 26 ist in der Lage, se­ lektiv Licht von N Farben in einem Bereich über das sichtba­ re Spektrum von etwa einer Farbe blau zu etwa einer Farbe rot zu erzeugen. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann die Lichtquellenanordnung 26 ein LED-Array 46 (LED = Light Emitting Diode) zum Erzeugen von vier unterschiedli­ chen Beleuchtungsfarben, die grob den Farben blau, blau­ grün, grün und rot entsprechen, aufweisen. Das LED-Array weist eine Mehrzahl getrennter lichtemittierender Elemente 48 (Fig. 3, 8) der vier unterschiedlichen Farben auf. Die getrennten lichtemittierenden Elemente 48 sind derart ver­ bunden, daß alle Elemente 48 für eine gegebene Farbe gleich­ zeitig beleuchtet sein können, wodurch das Objekt, das abge­ tastet wird, mit der einzelnen Farbe beleuchtet wird.

Das Objekt 12 wird durch das Betätigen der Verschiebungsan­ ordnung 20, um die Wagenanordnung 18 entlang der Abtastachse AA (Fig. 3) zu bewegen, abgetastet, was bewirkt, daß die be­ leuchtete Abtastlinie 42 in eine Richtung, die allgemein durch eine Pfeil 50 angezeigt ist, wie am besten in Fig. 6 zu sehen ist, über das Objekt 12 bewegt wird. Anstelle des Beleuchtens des Objekts 12 mit weißem Licht, wie es bei ei­ nigen Farbabtastvorrichtungen durchgeführt wird, wird das Objekt 12, das durch die Abtastvorrichtung 10 abgetastet wird, jedoch nacheinander mit Licht jeder der vier (4) un­ terschiedlichen Farben von der Mehrfarb-Lichtquellenanord­ nung 26 beleuchtet. D. h., daß die Abtastlinie 42 viermal über das Objekt 12 bewegt wird, wobei das Objekt 12 jedesmal mit einer verschiedenen Farbe beleuchtet wird. Während jedes Wobbelns werden Farbdaten, die sich auf die spezielle Farbe des Beleuchtungslichts beziehen, durch den Photosensor oder das CCD-Array 62 (Fig. 5), das in der Detektoranordnung 44 (Fig. 4) enthalten ist, gesammelt. Nachdem die vier Durch­ läufe abgeschlossen wurden, enthält der RAM 72 in dem Steu­ er- und Datenverarbeitungs-System 70 Sätze von Farbbildda­ ten, die jeder der vier Farben der Beleuchtung entsprechen. Das Steuer- und Datenverarbeitungs-System 70 verwendet dann das Hauptkomponentenverfahren (method of principal compo­ nents), um die Sätze von Farbbilddaten in Tristimulus-Werte umzuwandeln, die einem gewünschten Satz von Primärreizen entsprechen.

Wie detaillierter nachfolgend erklärt wird, basiert das Hauptkomponentenverfahren auf der Annahme, daß, wenn die spektralen Reflexionsvermögen des Objekts bekannt sind, die Farben des Objekts unter allen möglichen Beleuchtungsbedin­ gungen bekannt sein werden. Der erste Schritt bei dem Haupt­ komponentenverfahren besteht darin, eine kleine Anzahl von Hauptkomponenten zu finden, wobei die Linearkombination der­ selben die Reflexionsspektren des Objekts annähern. Sobald die Hauptkomponenten der Reflexionsspektren des Objekts be­ stimmt sind, können die Tristimulus-Werte des Objekts unter der Aufzeichnungslichtquelle (beispielsweise der Mehrfarb- Lichtquellenanordnung 26) durch die Verwendung dar geeigne­ ten Übertragungsfunktion zu einem gewünschten Satz von Pri­ märreizen korrigiert werden.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann der gewünsch­ te Satz von Primärreizen ausgewählt sein, um diejenigen Pri­ märreize zu sein, die eine Farbübereinstimmung mit dem CIE- Standardobservator erzeugen werden. Die resultierenden Tri­ stimulus-Werte werden dann die Farben des abgetasteten Ob­ jekts exakt darstellen, selbst wenn die vier Farben, die verwendet sind, um das Objekt zu beleuchten, keine Spektral­ energieverteilungen aufwiesen, die mit den Spektralenergie­ verteilungen der Rezeptoren des menschlichen Auges überein­ stimmen.

Ein signifikanter Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht dann darin, daß dieselbe in der Lage ist, Farbbilddaten zu erzeugen, die exakt die Farbe des abgetasteten Objekts dar­ stellen, jedoch ohne auf Lichtquellen oder Filter zurück­ greifen zu müssen, die Spektralenergieverteilungen aufwei­ sen, die mit denen der Rezeptoren des menschlichen Auges übereinstimmen. Tatsächlich können bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel relativ schmalbandige Lichtquellen, bei­ spielsweise LEDs, verwendet werden. Die Fähigkeit, üblichere Beleuchtungsquellen durch LEDs zu ersetzen, stellt nicht nur Kosteneinsparungen dar, sondern erhöht ferner die Entwurfs­ flexibilität, dahingehend, daß LEDs leichter den Entwurf kompakter, leichtgewichtiger und kostengünstiger Lichtquel­ lenanordnungen ermöglichen. Ein weiterer Vorteil, der mit der Fähigkeit verknüpft ist, LEDs zu verwenden, besteht da­ rin, daß deren relativ schmalbandige Lichtausgabe das Ge­ samt-Signal/Rausch-Verhältnis der Farbbilddaten erhöht, wo­ durch die Gesamtbildqualität erhöht wird.

Weitere Vorteile werden durch eine Farbtrennung unter Ver­ wendung einer Mehrpunkt-Schmalbandbeleuchtung von LEDs mit N Farben gemäß der vorliegenden Erfindung realisiert. Obwohl ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel beispielsweise vier un­ terschiedliche Farben von LEDs (blau, blau-grün, grün und rot) verwendet, kann eine beliebige Anzahl von Farben ver­ wendet werden, was allgemein eine erhöhte Farbwiedergabe­ treue mit zunehmenden Anzahlen von Farben zur Folge hat. Ob­ wohl das Hauptkomponentenverfahren die Farbbilddaten der N Farben in entsprechende Tristimulus-Werte (d. h. Farbbildda­ ten von drei Farben) für einen Satz von Primärfarben, die Spektralenergieverteilungen aufweisen, die denen der Rezep­ toren des menschlichen Auges entsprechen, umwandeln kann, ist das Verfahren nicht auf irgendeinen speziellen Satz von Primärfarben begrenzt und kann verwendet werden, um die ent­ sprechenden Tristimulus-Werte für jeden gewünschten Satz von Primärfarben zu erzeugen. Das Hauptkomponentenverfahren kann ferner verwendet werden, um die Farbbilddaten zu korrigie­ ren, derart, daß es scheint, als ob das Objekt unter einer unterschiedlichen Lichtquelle aufgenommen wurde.

Die Einzelheiten eines Ausführungsbeispiels einer optischen Abtastvorrichtung 10, die eine Farbtrennung unter Verwendung einer Mehrpunkt-Schmalbandbeleuchtung von LEDs mit N Farben verwendet, sind am besten durch eine gleichzeitige Bezugnah­ me auf die Fig. 2 bis 4 mit einer gelegentlichen Bezugnahme auf die Fig. 5, 6 und 7 zu sehen. Die optische Abtastvor­ richtung kann im wesentlichen ein Gehäuse 22 mit einer obe­ ren Platte 14 aufweisen, die angepaßt ist, um eine transpa­ rente Auflageplatte 16 aufzunehmen. Das Objekt 12 (Fig. 6) kann mit der Bildseite nach unten auf der transparenten Auf­ lageplatte 16 plaziert werden, um die Funktion des Abtastens zu erreichen. Die Wagenanordnung 18 ist gleitfähig in dem Abtastvorrichtungsgehäuse 22 befestigt und wird unterhalb der transparenten Auflageplatte 16 durch die Verschiebungs­ anordnung 20 rückwärts und vorwärts bewegt.

Wie in den Fig. 3 und 4 gezeigt ist, kann die Wagenanordnung 18 ein Wagengehäuse 24 aufweisen, das angepaßt ist, um die Mehrfarb-Lichtquellenanordnung 26 und die Schlitzöffnungsan­ ordnung 28 aufzunehmen, obwohl eine Schlitzöffnungsanordnung 28 nicht immer erforderlich ist. Die Wagenanordnung 18 weist ferner die verschiedenen Komponenten des optischen Systems 30 auf. Die Wagenanordnung 18 ist an dem Abtastvorrichtungs­ gehäuse 22 und der Verschiebungsanordnung 20 derart befe­ stigt, daß dieselbe relativ zu der transparenten Auflage­ platte 16 und dem Objekt 12, das auf derselben getragen wird, auf eine in der Technik gut bekannte Art und Weise be­ wegt werden kann, um ein Wobbel-Abtastbild des Objekts 12 an der Bildregion 60 über der lichtempfindlichen Oberfläche 64 des Photosensors oder des CCD-Arrays 62 (Fig. 5) zu erzeu­ gen. Allgemein gesprochen kann die Verschiebungsanordnung 20 einen Antriebsmotor 52 und einen Antriebsriemen 54 aufwei­ sen, um den Wagen unterhalb der Auflageplatte entlang der Abtastachse AA rückwärts und vorwärts zu bewegen. Da jedoch viele unterschiedliche Arten von Verschiebungsanordnungen 20 zum Erreichen der vorher genannten Funktionen gut bekannt und Fachleuten verfügbar sind, wird die Verschiebungsanord­ nung 20 nicht detaillierter beschrieben.

Das optische System 30, das in der Wagenanordnung 18 befe­ stigt ist, kann eine Mehrzahl von Spiegeln 32, 34 und 36, die in dem Gehäuse 24 befestigt sind, aufweisen, um einen gefalteten Lichtweg 56 zu definieren, der sich von der be­ leuchteten Abtastlinie 42 (Fig. 6) des Objekts 12 durch eine Öffnung 56 und eine Linsenanordnung 38 auf den Photosensor oder die Detektoranordnung 44 erstreckt. Da Wagenanordnungen des Typs, der oben beschrieben ist, Fachleuten gut bekannt sind, wird die spezielle Wagenanordnung 18, die bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Abtastvorrichtung 10 verwendet ist, wiederum nicht detaillierter beschrieben. Die Struktur der optischen Abtastvorrichtung 10 kann jedoch bei­ spielsweise ähnlich oder identisch der optischen Abtastvor­ richtung sein, die in dem U.S.-Patent 4,926,041 beschrieben ist, das hiermit durch Bezugnahme aufgenommen ist.

Es sollte bemerkt werden, daß, obwohl die Abtastvorrichtung 10, die hierin gezeigt und beschrieben ist, das Abtasten durch das Bewegen der Lichtquelle und der optischen Anord­ nungen 26 und 30 (d. h. der Wagenanordnung 18) relativ zu dem Objekt 12 erreicht wird, dieselbe ein Abtasten genauso ein­ fach durch das Bewegen des Objekts relativ zu stationären Beleuchtungs- und Optik-Anordnungen erreichen könnte, wie es für Fachleute offensichtlich ist. Ein solches alternatives Ausführungsbeispiel würde eine stationäre Lichtquelle und stationäre Optikanordnungen (nicht gezeigt) und eine beweg­ liche Auflageplatte (nicht gezeigt), um das Objekt, das ab­ getastet wird, relativ zu der festen Lichtquelle und den fe­ sten Optikanordnungen zu bewegen, aufweisen.

Das elektronische Steuer- und Datenverarbeitungs-System 70 zum Sammeln der Sätze von Farbbilddaten, die den N Farben der Beleuchtung entsprechen, und zum Transformieren dersel­ ben in gewünschte Sätze von Tristimulus-Werte ist in Fig. 7 gezeigt und weist einen Analog/Digital-Wandler 78 (A/D) auf, der mit dem Datenbus 80 eines Photosensors oder CCD-Arrays 62 verbunden ist. Der A/D-Wandler 78 ist auf eine herkömmli­ che Art und Weise wirksam, um die analogen Signale, die von dem Datenbus 80 des CCD-Arrays 62 empfangen werden, in digi­ tale Signale umzuwandeln, die in einer Speichervorrichtung, beispielsweise einem Direktzugriffsspeicher (RAM) 72 gespei­ chert werden können. Wie oben beschrieben wurde, entsprechen die Datensignale, die von dem Photosensor oder dem CCD-Array 62 empfangen werden, Sätzen von Farbbilddatensignalen, die jeder der N unterschiedlichen Farben des Beleuchtungslichts von der Mehrfarb-Lichtquellenanordnung 26 entsprechen. Das Steuersystem 70 weist einen programmierbaren Nur-Lese-Spei­ cher (PROM) 76 auf, der mit der CPU 74 und dem RAM 72 ver­ bunden ist und programmiert sein kann, um das Verfahren der Hauptkomponenten zu verwenden, um die Sätze von Farbbildda­ ten, die in dem RAM 72 gespeichert sind, in Tristimulus- Farbdaten umzuwandeln, wie nachfolgend beschrieben wird. Die CPU 74, die mit dem Photosensor oder dem CCD-Array 62, dem PROM 76 und dem RAM 72 verbunden ist, steuert den Betrieb derselben.

Die Einzelheiten der Mehrfarb-Lichtquellenanordnung 26 sind am besten in den Fig. 4 und 8 zu sehen. Im wesentlichen kann die Lichtquellenanordnung 26 ein LED-Array 46 aufweisen, das auf beiden Seiten der Öffnung 56, die die Abtastlinie defi­ niert, an der Schlitzöffnungsanordnung 28 befestigt ist, ob­ wohl ein Paar von LED-Arrays, die auf jeder Seite der Öff­ nung 56 befestigt sind, ebenfalls verwendet werden könnte. Das LED-Array 46 weist eine Mehrzahl von einzelnen Dioden oder lichtemittierenden Elementen 48 auf, die auf einer ge­ eigneten Basis- oder Substrat-Anordnung 68 befestigt sind. Jedes lichtemittierende Element 48 ist entworfen, um Licht einer unterschiedlichen Farbe zu erzeugen. Beispielsweise erzeugt bei dem Ausführungsbeispiel, das in Fig. 7 gezeigt ist, das LED-Array 46 Licht von vier unterschiedlichen Far­ ben, die grob gesprochen den Farben blau, blau-grün, grün und rot entsprechen. Daher weist jedes LED-Array 46 vier unterschiedliche Typen von lichtemittierenden Elementen 48 auf, wobei eines jedes Typs einer speziellen Farbe ent­ spricht. D. h., daß die lichtemittierenden Elemente 48 eine Mehrzahl von Blau-Elementen B, Blau-Grün-Elementen BG, Grün-Elementen G und Rot-Elementen R aufweisen können. Bei einem Ausführungsbeispiel können die lichtemittierenden Ele­ mente der vier unterschiedlichen Farben sequentiell angeord­ net sein, beginnend an einem Ende 66 des Arrays 48 mit einem Blau-Element B, dann einem Blau-Grün-Element BG, einem Grün-Element G, einem Rot-Element R und dann Wiederholungen der Sequenz entlang der gesamten Länge des Arrays 46.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel des Arrays 46 kann unter­ schiedliche Anzahlen jeder der vier Farben der lichtemittie­ renden Elemente 48 verwenden, abhängig von den spektralen Ausgabecharakteristika der einzelnen lichtemittierenden Ele­ mente, der spektralen Antwortcharakteristika der Detektoran­ ordnung 44, oder beidem. Wenn die spektrale Leistungsausgabe der Grün-Elemente G 48 beispielsweise wesentlich geringer ist als die spektralen Leistungsausgaben der anderen Farb­ elemente, kann es notwendig sein, mehr Grün-Elemente G 48 verglichen mit den anderen Farbelementen in das Array 46 aufzunehmen. Eine derartige Erhöhung der Anzahl von Grün- Elementen G bezüglich der anderen Farbelemente, beispiels­ weise blau B, blau-grün BG und rot R, wird dabei helfen, die Ausgangssignale von der Detektoranordnung 44 für jede der vier Farben von Lichtquellen gleicher zu machen. Wenn die Spektralantwort des Detektorarrays 44 für eine bestimmte Lichtfarbe geringer ist als für andere, kann es in gleicher Weise notwendig sein, wiederum die Anzahl der lichtemittie­ renden Elemente 48 für die entsprechende Farbe zu erhöhen, um das Defizit auszugleichen. In jedem Fall ist es er­ wünscht, daß die Ausgangssignale von der Detektoranordnung 44 im wesentlichen für jede der vier Farben von Lichtquel­ len, beispielsweise blau B, blau-grün BG, grün G und rot R, im wesentlichen gleich sein sollten, wenn ein weißes Objekt 12 abgetastet wird. Daher sollten die Anzahlen aller vier unterschiedlichen Farbelemente 48, beispielsweise blau B, blau-grün BG, grün G und rot R, wenn es notwendig ist, vari­ iert werden, um Ausgangssignale einer nahezu gleichen Stärke von der Detektoranordnung 44 zu erhalten, wenn ein weißes Objekt abgetastet wird.

Ungeachtet der Anzahlen aller vier unterschiedlichen Farb­ elemente 48, die in dem Array 46 verwendet sind, sind alle lichtemittierenden Elemente 48, die zu einer einzelnen Farbe gehören, mit dem Steuer- und Datenverarbeitungs-System 70 der Abtastvorrichtung 10 verbunden, derart, daß dieselben alle gleichzeitig und unabhängig von den anderen ein- oder ausgeschaltet werden können. Wenn beispielsweise alle blauen B lichtemittierenden Elemente 48 eingeschaltet sind, wird das LED-Array 46 blaues Licht emittieren. Wenn die blauen B lichtemittierenden Elemente 48 ausgeschaltet sind und die blau-grünen BG Elemente 48 eingeschaltet sind, wird das LED-Array blaugrünes Licht emittieren.

Die einzelnen Farben der lichtemittierenden Elemente 48 kön­ nen auf eine beliebige geeignete Art und Weise auf dem Sub­ strat 48 angeordnet sein. Beispielsweise ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines LED-Arrays 146 in Fig. 9 gezeigt, bei dem die einzelnen Farben blau B, blau-grün BG, grün G und rot R der lichtemittierenden Elemente 148 derart auf ei­ nem Substrat 168 angeordnet sind, daß alle Elemente 148 der gleichen Farbe Linien bilden, die sich von einem nahen Ende 166 zu einem fernen Ende 170 des Arrays 146 erstrecken. D. h., daß alle blauen Elemente B 148 eine erste Linie bein­ halten; alle blau-grünen Elemente BG eine zweite Linie; alle grünen Elemente G eine dritte Linie; und alle roten Elemente R eine vierte Linie. Wie auch bei dem ersten Ausführungsbei­ spiel des LED-Arrays 46, das in Fig. 8 gezeigt ist, sind al­ le lichtemittierenden Elemente 148 der gleichen Farbe derart verbunden, daß sie alle zusammen ein- oder ausgeschaltet werden können, wodurch ermöglicht ist, daß das Array 146 se­ lektiv Licht der vier unterschiedlichen Farben emittiert.

Das Verfahren 82 zum Erzeugen von Farbbilddaten, die den vier unterschiedlichen Farben von Licht entsprechen, das durch die Mehrfarb-Lichtquellenanordnung 26 erzeugt wird, ist in Fig. 10 gezeigt. In einem ersten Schritt 84 schaltet die CPU 74 ein erstes Farbelement 48 auf dem LED-Array 46, beispielsweise blau, ein. In einem Schritt 85 wird dann das Objekt abgetastet, indem die Verschiebungsanordnung 20 betä­ tigt wird, um die Wagenanordnung 18 unterhalb der Auflage­ platte 16 zu bewegen, derart, daß die blau beleuchtete Ab­ tastlinie 42 sich über das gesamte Objekt 12 entlang der Ab­ tastrichtung 50 (siehe Fig. 6) bewegt. Die Ausgangsdatensi­ gnale von dem CCD 62, die der Blaulichtbeleuchtung entspre­ chen, werden dann in dem RAM 72 des elektronischen Steuer- und Datenverarbeitungs-Systems 70 (Fig. 7) in einem Schritt 86 gesammelt und gespeichert. Alternativ können die Farb­ bild-Datensignale in einem Speichersystem gespeichert wer­ den, das in einem externen Verarbeitungssystem enthalten ist, beispielsweise einem Personalcomputer (nicht gezeigt).

Nachdem das Abtasten abgeschlossen ist, führt die CPU einen Schritt 87 durch, um zu bestimmen, ob das Objekt 12 mit al­ len Farben abgetastet wurde. Wenn dies nicht der Fall ist, führt die CPU einen Schritt 88 durch, um die letzte Farbe (blau) auszuschalten und die nächste Farbe (z. B. blau-grün) einzuschalten. Danach wird der Schritt 85 wiederholt, mit der Ausnahme, daß das Objekt 12 unter der Blau-Grün-Licht­ quelle abgetastet wird. Die Bilddaten von dem Photosensor­ array 62 werden im Schritt 86 wiederum gesammelt und gespei­ chert, dieses Mal als Blau-Grün-Bilddaten. Der vorher ge­ nannte Abtastprozeß wird für jede der N Farben (in diesem Fall vier Farben) wiederholt, bis das Objekt 12 mit jeder Farbe abgetastet wurde. Nach allen Abtastdurchläufen wird der RAM 72 N Sätze von Farbbilddaten enthalten, die allen Lichtquellen der N Farben entsprechen. Spezieller wird bei dem Ausführungsbeispiel, das gerade beschrieben wurde, der RAM 72 vier getrennte Sätze von Farbbilddaten enthalten - Blau-, Blau-Grün-, Grün- und Rot-Farbbilddaten.

Sobald das Objekt 12 unter allen Farben abgetastet wurde, wie im Schritt 87 bestimmt wird, führt die CPU 74 als näch­ stes einen Schritt 89 durch und verwendet das Verfahren der Hauptkomponentenanalyse, um die Farbbilddaten, die im RAM 72 gespeichert sind (d. h. die Farbbilddaten, die den N Farben der Beleuchtung entsprechen), in Tristimulus-Bilddaten umzu­ wandeln. Vorteilhafterweise kann der Satz von Primärfarben, die den Tristimulus-Bilddaten entsprechen, ausgewählt wer­ den, um eine beliebige gewünschte Farbe oder ein Farbspek­ trum zu sein, obwohl es üblicherweise erwünscht sein wird, einen Satz von Primärfarben auszuwählen, die Spektralener­ gieverteilungen aufweisen, die denen der Rezeptoren des menschlichen Auges entsprechen, wie oben beschrieben wurde. D. h. die Tristimulus-Werte, in die die Bilddaten transfor­ miert werden, werden die Farbübereinstimmungsfunktionen für den CIE-Standardobservator sein.

Obwohl das Verfahren der Hauptkomponentenanalyse Fachleuten gut bekannt ist und in jeder einer Anzahl von Quellen zu finden ist, beispielsweise bei M. J. Vrhel und H. J. Trussell, "Color Correction Using Principle Components", Color Re­ search and Applications Journal, Bd. 17, Nr. 5, Oktober 1992, S. 328 bis 338, wobei diese Schrift hiermit durch Be­ zugnahme aufgenommen ist, wird dieses Verfahren zum Zweck des Schaffens einer Basis für ein Verstehen der vorliegenden Erfindung hierin kurz beschrieben.

Im wesentlichen ist das Verfahren der Hauptkomponentenana­ lyse ein mathematisches Verfahren, das sich für die Analyse von Farbsystemen eignet. Wenn es auf Farbsysteme angewendet wird, basiert das Verfahren der Hauptkomponentenanalyse auf der Annahme, daß, wenn die spektralen Reflexionsvermögen in dem Bild bekannt sind, die Farben der Oberflächen in dem Bild unter allen möglichen Beleuchtungsbedingungen bekannt sein werden. Eine Standardannahme bei der Bewertung des spektralen Reflexionsvermögens ist, daß die Reflexionsspek­ tren adäquat durch eine Linearkombination einer kleinen An­ zahl von Hauptkomponenten angenähert werden können. Beinahe alle gedruckten Farbbilder, die die Objekte sind, die übli­ cherweise abgetastet werden, werden unter Verwendung des Vierfarb-Druckverfahrens erzeugt. Bei dem Vierfarb-Druckver­ fahren werden alle Farben in dem Bild durch das Aufbringen unterschiedlicher Proportionen der drei Farben der Drucktin­ te, gelb, magenta und cyan, reproduziert, wobei schwarz in Schattenbereichen hinzugefügt wird. Da die spektralen Refle­ xionsvermögen der üblicherweise verwendeten Druckfarbstoffe und Pigmente gut bekannt sind, und da die spektrale Energie­ verteilung der unterschiedlichen Farben von LEDs bestimmt werden kann, und folglich bekannt ist, kann das Verfahren der Hauptkomponenten verwendet werden, um das spektrale Re­ flexionsvermögen des Bilds näherungsweise zu bestimmen und die N Farbbilddaten in Tristimulus-Werte zu transformieren, die den Primärfarben mit einer beliebigen gewünschten Spek­ tralenergieverteilung entsprechen.

Claims (13)

1. Verfahren des Sammelns von Farbbilddaten von einem Ob­ jekt (12) mit folgenden Schritten:
aufeinanderfolgendes Beleuchten des Objekts (12) mit Licht von N Farben, wobei jedes Licht der N Farben eine unterschiedliche Farbe zwischen etwa einer Farbe rot und einer Farbe blau aufweist;
Sammeln entsprechender N Farbbilddaten von Licht, das durch das Objekt (12) während der Zeit, zu der das Ob­ jekt aufeinanderfolgend durch Licht jeder der N Farben beleuchtet wird, reflektiert wird; und
Umwandeln der N Farbbilddaten in äquivalente Tristimu­ lus-Werte unter Verwendung einer Hauptkomponentenana­ lyse, wobei jeder äquivalente Tristimulus-Wert einen Primärreiz mit einer erwünschten Spektralenergiever­ teilung aufweist.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem die spektrale Ener­ gieverteilung jedes Primärreizes im wesentlichen mit einer spektralen Energieverteilung eines CIE-Standard- Observators übereinstimmt.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem N vier ist.

4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die vier Farben des Lichts im wesentlichen etwa einer Farbe blau, etwa einer Farbe blau-grün, etwa einer Far­ be grün und etwa einer Farbe rot entsprechen.

5. Farbabtastvorrichtung (10) mit folgenden Merkmalen:
einer Mehrfarb-Lichtquelle (26) zum aufeinanderfolgen­ den Beleuchten eines Objekts (12) mit Licht von N Far­ ben, wobei jedes Licht der N Farben eine unterschiedli­ che Farbe zwischen etwa einer Farbe rot und einer Farbe blau aufweist;
einer Photosensorvorrichtung (44), die auf Licht an­ spricht, das von dem Objekt (12) reflektiert wird, um das reflektierte Licht in Sätze von Farbbilddatensigna­ len umzuwandeln, die jeder der N Farben entsprechen;
einer Farbbilddaten-Verarbeitungseinrichtung, die mit der Photosensorvorrichtung (44) in Wirkverbindung ist und auf die Sätze von Farbbilddatensignalen, die durch dieselbe erzeugt werden, anspricht, um die Sätze von Farbbilddatensignalen, die jeder der N Farben entspre­ chen, unter Verwendung einer Hauptkomponentenanalyse in äquivalente Tristimulus-Werte umzuwandeln, wobei jeder äquivalente Tristimulus-Wert einen Primärreiz mit einer erwünschten Spektralenergieverteilung aufweist.

6. Farbabtastvorrichtung gemäß Anspruch 5, die ferner eine Bilderzeugungsvorrichtung zum Fokussieren von Licht von einer beleuchteten Abtastlinie (42) auf dem Objekt (12) auf eine Bildregion und zum Liefern eines Bilds der be­ leuchteten Abtastlinie (42) auf dem Objekt (12) an der Bildregion aufweist, wobei die Photosensorvorrichtung (44) in der Bildregion positioniert ist.

7. Farbabtastvorrichtung gemäß Anspruch 6, die ferner eine Verschiebungsvorrichtung (20) aufweist, um eine relati­ ve Verschiebung zwischen dem Objekt (12) und der Bild­ erzeugungsvorrichtung zu erzeugen, und um ein Wobbel- Abtastbild des Objekts (12) in der Bildregion zu erzeu­ gen.

8. Farbabtastvorrichtung mit folgenden Merkmalen:
einer Mehrfarb-Lichtquelle (26) zum aufeinanderfolgen­ den Beleuchten eines Objekts (12) mit Licht von N Far­ ben, wobei jedes Licht der N Farben eine unterschiedli­ che Farbe zwischen etwa einer Farbe rot und einer Farbe blau aufweist;
einer Bilderzeugungsvorrichtung zum Fokussieren von Licht von einer beleuchteten Abtastlinie (42) auf dem Objekt (12) auf eine Bildregion und zum Liefern eines Bilds der beleuchteten Abtastlinie (42) auf dem Objekt an der Bildregion;
einer Photosensorvorrichtung (44), die in der Bildre­ gion positioniert ist, um Farbbilddatensignale zu er­ zeugen, die die Intensität des Lichts, das auf dieselbe einfällt, darstellen;
einer Verschiebungseinrichtung (20) zum Erzeugen einer Relativverschiebung zwischen dem Objekt (12) und der Bilderzeugungsvorrichtung und zum Erzeugen eines Durch­ lauf-Abtastbilds des Objekts (12) in der Bildregion; und
einer Farbbild-Datenverarbeitungsvorrichtung (70) in Wirkverbindung mit der Photosensorvorrichtung (44), die auf die Sätze von Farbbilddatensignalen, die durch die­ selbe erzeugt werden, anspricht, um die Sätze von Farb­ bilddatensignalen, die jeder der N Farben entsprechen, unter Verwendung einer Hauptkomponentenanalyse in äquivalente Tristimulus-Werte umzuwandeln, wobei jeder äquivalente Tristimulus-Wert einen Primärreiz mit einer erwünschten Spektralenergieverteilung aufweist.

9. Farbabtastvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 5 bis 8, bei der die Mehrfarb-Lichtquelle (26) Licht von vier unterschiedlichen Farben emittiert.

10. Farbabtastvorrichtung gemäß Anspruch 9, bei der die Mehrfarb-Lichtquelle (26) eine Mehrzahl von lichtemit­ tierenden Elementen (48) zum Emittieren des Lichts der vier unterschiedlichen Farben aufweist, wobei die lichtemittierenden Elemente (48) für jede Farbe wirksam miteinander verbunden sind, derart, daß alle lichtemit­ tierenden Elemente (48) für jede der vier unterschied­ lichen Farben unabhängig betätigt werden können.

11. Farbabtastvorrichtung gemäß Anspruch 10, bei der die lichtemittierenden Elemente (48) lichtemittierende Dio­ den (LEDs) aufweisen.

12. Farbabtastvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11, bei der die vier Farben des Lichts im wesentlichen etwa einer Farbe blau, etwa einer Farbe blau-grün, etwa einer Farbe grün und etwa einer Farbe rot entsprechen.

13. Farbabtastvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 5 bis 12, bei der die Photosensorvorrichtung (44) ein linea­ res CCD aufweist.