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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Anzeige eines Farbbildes
unter unterschiedlichen Beleuchtungsbedingungen und richtet sich
insbesondere auf ein Verfahren zur Anzeige eines visuell konsistenten Farbbildes
unabhängig
von Lichtquellen durch Beseitigung der Einflüsse von Farbart und Leuchtdichte
der jeweiligen Lichtquelle.
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Ein
vorrichtungsunabhängiges
Farbverarbeitungsverfahren, welches ein herkömmliches Farbbildreproduktionsverfahren
ist, beruht auf einem Vorrichtungscharakterisierungsverfahren zur
Einstellung der Beziehung zwischen einem Standardfarbsignal und
einem Vorrichtungsfarbsignal der Farbeingabe- und -ausgabevorrichtung.
Bei Anwendung dieses Verfahrens kann eine kolorimetrische Farbanpassung
zwischen einem Eingabebild und einem wiedergegebenen Bild erzielt
werden, die Einflüsse
jedoch, die sich infolge von Änderungen
der Farbart und Helligkeit der Lichtquelle ergeben, können nicht
vermieden werden, da sie überhaupt nicht
berücksichtigt
wer den.
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Es
gibt ein herkömmliches
Verfahren zur Kompensation obiger Probleme, indem eine Farbverarbeitungstechnologie
angewandt wird, die ein visuelles Farbmodell verwendet. In diesem
Verfahren werden die Farbart und Helligkeit der Anzeigevorrichtung
und einer Druckerlichtquelle berücksichtigt.
Das Verfahren kann jedoch unter einer unabhängigen Beobachtungsbedingung
angewandt werden, bei welcher eine Beobachtungsbedingung hinsichtlich
des Farbbildes auf der Anzeigevorrichtung überhaupt nicht durch die Beobachtungsbedingung
eines Farbdrucker-Ausgangsmaterials beeinflußt wird. Insbesondere beschränkt sich
bei diesem Verfahren die Beobachtungsbedingung auf einen Fall, in
dem es dunkel ist, das heißt
keine Beeinflussung durch Farbart und Helligkeit der Lichtquelle
vorliegt. Dieses Verfahren hat daher Grenzen für Anwendungen in einer allgemeinen
Büroumgebung,
bei welcher das Farbbild auf der Anzeigevorrichtung unter Bürobeleuchtung
beobachtet wird. Insbesondere wurden obige Probleme herkömmlicher
Technologien mit Zunahme des Unterschieds zwischen der Farbart eines
Monitors und der Lichtquelle größer. Dies
liegt daran, daß die Änderung
des Farbadaptionszustandes eines Beobachters während der Beobachtung eines
Bildes auf der Anzeigevorrichtung nicht reflektiert wird und ein
konstanter Lichtpegel der Lichtquelle, der von der Oberfläche der Anzeigevorrichtung
reflektiert wird, überhaupt
nicht berücksichtigt
wird.
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US 5400086 A ist
auf eine Ansteuervorrichtung für
eine Farbkathodenstrahlröhre
gerichtet, welche verhindert, dass ein Referenzsignal für den Weißabgleich
als Raster auf der Farbkathodenstrahlröhre wiedergegeben wird. In
der genannten Druckschrift erhält
die Weißabgleichsteuerschaltung
33 einen
Nachweiswert eines Strahlstroms, der durch die Bildröhren- Ansteuerschaltung
festgestellt wird, und liefert Signalniveau-Kompensationssignale
zur Justierung des Weißabgleichs
des auf der Bildröhre
wiedergegebenen Videobilds an die Bildröhrenansteuerschaltung, wie
sich dies aus den
3,
11,
22,
24 und
25A mit
zugehörigen Beschreibungsteilen
ergibt. Insbesondere dient, gemäß
25A, der optische Sensor
68 oder
eine Videokamera
69 zur Messung der Weißabgleichabweichung durch direktes
Feststellen der Leuchtdichte des Fluoreszenzmaterials der Bildröhre.
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Aufgabe
der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zur Anzeige einer
visuell konsistenten Farbe unabhängig
von Lichtquellen durch Beseitigung des Einflusses von Farbart und
Helligkeit der betreffenden Lichtquellen.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Verfahren zur Anzeige
eines Farbbildes unter unterschiedlichen Lichtquellen vorgesehen,
wie es in Patentanspruch 1 definiert ist.
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Im
folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung unter
Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen beschrieben, auf welchen
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1 eine
Darstellung ist, welche ein Verfahren zur Bestimmung der Farbart
einer Lichtquelle unter Verwendung einer Farbanpassung bzw. Farbgleichheitsprüfung beschreibt,
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2 eine
Darstellung ist, welche eine Anordnung eines Weiß einer Anzeigevorrichtung
und eines weißen
Papiers zum Vergleich der Helligkeit zeigt,
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3 ein
Graph zur Beschreibung eines Verfahrens zur Berechnung eines Verschiebungsverhältnisses
eines Weißpunkts
ist,
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4 ein
Graph ist, welcher eine Verschiebung des Weißpunktes einer Anzeigevorrichtung
im Falle, daß die
Lichtquelle F2 ist, zeigt,
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5 ein
Graph ist, der die Verschiebung des Weißpunktes der Anzeigevorrichtung,
im Falle daß die Lichtquelle
F8 ist, zeigt,
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6 ein
Graph ist, der die Verschiebung des Weißpunktes der Anzeigevorrichtung
im Falle, daß die Lichtquelle
F5 ist, zeigt,
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7 ein
Graph ist, der ein Verschiebungsverhältnis eines visuellen Weiß gemäß Zunahmen
der Leuchtdichten der Lichtquellen F2, F8 und F5 zeigt, und
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8 ein
Graph ist, der die Abhängigkeit
von Koeffizienten A und B vom Leuchtdichteverhältnis in einer Formel des Verschiebungsverhältnisses
nach Maßgabe
des Abstands zwischen Farbartpunkten zeigt.
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Nachfolgend
wird eine bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung im einzelnen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben.
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Die
Farbart und Leuchtdichte einer Lichtquelle werden als Information
betreffend die Lichtquelle eines Raums, in welchem eine Anzeigevorrichtung
angeordnet ist, verwendet. Zur Messung der Farbart und Leuchtdichte
einer Lichtquelle werden Verfahren zur Messung derselben visuell
und unter Verwendung einer Vorrichtung verwendet. Beim Verfahren
zur Messung derselben mit einer Vorrichtung werden die Farbart und
Leuchtdichte einer Lichtquelle gleichzeitig unter Verwendung eines
Strahlungsmessers gemessen.
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Bei
dem Verfahren zur visuellen Messung derselben kann ein Verfahren
zur Feststellung der Farbart einer speziellen Lichtquelle unter
Verwendung mehrerer Paare von farbigen Papieren, die Farbgleichheitsbedingungen
unter unterschiedlichen Lichtquellen, deren Farbarten bereits bekannt
sind, erfüllen,
verwendet werden. Gemäß 1 beschränkt sich
die Lichtquelle auf eine Wolframlampe (A) und Leuchtstofflampen
(F2, F5, F8 und F11), und die Farbart der Lichtquelle wird unter
Verwendung von farbigen Papieren mit unterschiedlichen Spektralcharakteristiken
festgestellt, die Farbübereinstimmung
in Bezug auf eine betreffende Lichtquelle erfüllen. Beispielsweise werden
in dem Fall der Beschränkung
auf die obigen fünf
Lichtquellen die farbigen Papiere in fünf Paaren von farbigen Papieren
angeordnet, die jeweils einer Farbübereinstimmung in Bezug auf eine
bestimmte Lichtquelle genügen,
um damit die Farbart zu bestimmen. Nur die Farbpapiere jeweils eines Paares
werden von einem Beobachter als gleichfarbig empfunden, da es Farbübereinstimmung
unter einer speziellen Lichtquelle erfüllt, und die übrigen vier
Paare werden als in der Farbe unterschiedlich empfunden, so daß es möglich ist,
die Lichtquelle zu bestimmen.
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Ein
Verfahren der visuellen Abschätzung
des Helligkeitsverhältnisses
eines weißen
Bildes und eines weißen
Papiers, die nebeneinander auf einer Anzeigevorrichtung wiedergegeben
werden, wird zur visuellen Messung der Leuchtdichte der Lichtquelle
verwendet. Gemäß 2 drückt der
Beobachter das Helligkeitsverhältnis
des weißen
Bildes der Anzeigevorrichtung und des weißen Papiers durch Zahlen aus.
Das Leuchtdichteverhältnis
kann unter Verwendung eines CIE LAB mit dem durch die Zahlen angegebenen
Helligkeitsverhältnis
berechnet werden. Wenn beispielsweise das Weiß der Anzeigevorrichtung als
zweimal so hell wie das weiße
Papier empfunden wird, kann das Weiß des gesamten Bildes als die
Leuchtdichte des Bildes des helleren Teils unter Ansehen der beiden
parallelen weißen
Bilder als ein Bild beschrieben werden. Das heißt, das Weiß der Anzeigevorrichtung wird
zum Weiß des
gesamten Bildes. Daher wird gemäß der Definition
von CIE LAB der Helligkeitswert L*dis des
Weiß der
Anzeigevorrichtung zu 100. Da ferner das Weiß der Anzeigevorrichtung als
zweimal so hell empfunden wird, ist der Helligkeitswert L*wp des weißen Papiers 50. Das
L*wp läßt sich
durch die folgende Gleichung (1) ausdrücken, wenn es durch das Leuchtdichteverhältnis ausgedrückt wird.
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L*wp =
116 [Ywp/Ydis)1/3] – 16 = 50 (1)
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Daher
kann das Leuchtdichteverhältnis
Ywp/Ydis des weißen Papiers
in Bezug auf die Anzeigevorrichtung durch die folgende Gleichung
(2) ausgedrückt
werden.
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Ywp/Ydis = [(50 + 16)/116]3 (2)
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Das
heißt,
das Leuchtdichteverhältnis
(Ywp/Ydis) wird
als [(100/r+16)/116]3 berechnet, wenn das
Weiß der
Anzeigevorrichtung als r-mal (r ≥ 1,0)
so hell wie das weiße
Papier bestimmt wird, und das Leuchtdichteverhältnis (Ywp/Ydis) wird als [(100/r' + 16)/116]–3 berechnet,
wenn das Weiß der
Anzeigevorrichtung als r'-mal (r' ≥ 1,0) weniger hell als das weiße Papier
bestimmt wird.
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Die
Farbart der Lichtquelle und das Leuchtdichteverhältnis der Lichtquelle in Bezug
auf die Anzeigevorrichtung können
mit obigem Verfahren festgestellt werden.
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Der
Einfluß auf
die Farbe auf der Anzeigevorrichtung durch die Lichtquelle geht
auf die Änderung
des Farbadaptionszustandes des Beobachters zurück. Die Änderung des chromatischen Farbadaptionszustandes drückt sich
in einer Verschiebung des Weiß der
Anzeigevorrichtung in der visuellen Erscheinung aus. Die Änderung
des visuellen Weiß der
Anzeigevorrichtung wird gemessen, indem die Einflüsse der
Farbart und der Leuchtdichte der Lichtquelle und die Farbart und
die Leuchtdichte der Anzeigevorrichtung gemessen werden. Die Farbart
und die Leuchtdichte der Anzeigevorrichtung werden als 9300 K und
60 cd/m2 fixiert. Ein chromatischer Adaptionsstimulus
zum Vorsehen eines gleichförmigen
Farbadaptionszustandes beim Beobachter ist das Bild eines Quadrates
von 12,5° und
setzt sich aus vielen statistischen Punkten einer Größe von ungefähr 2 × 2 mm2 zusammen, deren Helligkeitswerte (L*) und
Farbarten (a* und b*) willkürlich
gegeben sind. Die Gesamtleuchtdichte derselben wird auf 12,0 cd/m2 eingestellt, was das 0,2-fache des Weiß wie ein
Neutralgrau, ist. Anzeigebereiche, die von dem chromatischen Adaptionsstimulus
verschieden sind, werden schwarz gehalten. Der Farbadaptionszustand
des Beobachters, nämlich
ein Teststimulus zum Suchen nach dem visuellen Weiß, der ein
Farbbereich einer Größe von 2° ist, wird
in der Mitte des chromatischen Adaptionsstimulus angeordnet. Ein
Teststimulus, der anfänglich
für den
Beobachter vorgesehen wird, ist als Zufallsfarbe konzipiert. Zur
Vermeidung einer Farbe mit übermäßig hoher
Sättigung
werden die a*- und b*-Werte von CIE LAB auf die Werte zwischen –10 und
+10 beschränkt,
und die Leuchtdichte wird als 12,0 cd/m2 fixiert.
Die Auslegung ist ferner so, daß 200
ms lang angezeigt und 1800 ms lang weggenommen wird, womit sich
ein Flackern in einer Periode von 2 s ergibt. Der Beobachter steuert
dabei den Stimulus als grau seiend. Zur Erleichterung der Steuerung
ist die Farbe so ausgelegt, daß sie
auf a*- und b*-Ebenen gesteuert wird. Eine Leuchtstofflampe, wie etwa
F2, F5 und F8, wird als Lichtquelle verwendet. Die Farbarten und
Farbtemperaturen derselben sind in Tabelle 1 zusammen mit der Farbart
(u', v') und der Farbtemperatur
der Anzeigevorrichtung gezeigt.
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In
der vorliegenden Erfindung wird das Ausmaß der Änderung des visuellen Weiß auf der
Anzeigevorrichtung durch das Verschiebungsverhältnis beschrieben. Ein Verfahren
zur Berechnung des Verschiebungsverhältnisses wird wie folgt unter
Bezugnahme auf 3, wenn die Lichtquelle F2 ist,
beschrieben.
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In 3 wird
das Verschiebungsverhältnis
durch Berechnung des Verhältnisses
der Länge
L', Abstand zwischen
dem visuellen Weißpunkt
und dem Weißpunkt
der Anzeigevorrichtung, zur Länge
L, Abstand zwischen dem Weißpunkt
der Anzeige und der Farbart der Lichtquelle, bestimmt. Das heißt, das
Verschiebungsverhältnis
wird als L'/L definiert.
Derartige Berechnungen werden alle in einem einheitlichen Farbraum,
das heißt
einer u'-v'-Ebene, durchgeführt. Falls
der visuelle Weißpunkt
der Anzeigevorrichtung von einer Geraden, die die Farbartpunkte
der Anzeige und der Lichtquelle verbindet, abweicht, wird, wie in 3 als
Beispiel gezeigt, der Abstand zwischen einem Punkt, an dem die Gerade
auf die Linie trifft, die sie vom visuellen Weißpunkt her kreuzt, und dem
Farbartpunkt der Anzeigevorrichtung durch das L' berechnet.
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Wenn
die Lichtquelle F2 ist, wird die Änderung des Weiß der Anzeigevorrichtung
gemäß der Änderung der
Leuchtdichte der Lichtquelle wie folgt unter Bezugnahme auf 4 beschrieben.
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In 4 verschiebt
sich, wenn die Leuchtdichte 33 cd/m2 (Punkt
A) ist, das visuelle Weiß der
Anzeigevorrichtung um ungefähr
12,1 % in der Farbartrichtung von F2 von 9300 K aus, was das ursprüngliche
Weiß der
Anzeigevorrichtung ist. Wenn die Leuchtdichte 61 cd/m2 (Punkt
B) beträgt,
verschiebt sich das visuelle Weiß der Anzeigevorrichtung um
ungefähr
14,5 % in Richtung der Farbart von F2 von 9300 K aus, was das ursprüngliche
Weiß der
Anzeigevorrichtung ist. Wenn die Leuchtdichte 95 cd/m2 (Punkt
C) beträgt,
verschiebt sich das visuelle Weiß der Anzeigevorrichtung um
ungefähr
21,5 % in Richtung der Farbart von F2 von 9300 K aus, was das ursprüngliche
Weiß der
Anzeigevorrichtung ist. Trotz der Zunahme der Leuchtdichte hat das visuelle
Weiß der
Anzeigevorrichtung die Tendenz, zwischen der Farbart der Lichtquelle
und der Farbart der Anzeigevorrichtung zu liegen.
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Die Änderungen
des Weiß der
Anzeigevorrichtung gemäß den Änderungen
der Leuchtdichten werden unter Bezugnahme auf die 5 und 6,
wenn die Lichtquellen F8 und F5 sind, beschrieben.
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7 zeigt
die Änderung
des visuellen Weiß der
Anzeigevorrichtung gemäß der Zunahme
der Leuchtdichte der Lichtquelle in Bezug auf die jeweilige Lichtquelle.
Es ist zu beachten, daß das
Verschiebungsverhältnis
gemäß der Zunahme
der Leuchtdichte zunimmt. Die Beziehung zwischen den Abständen der
betreffenden Farbartpunkte und den Verschiebungsverhältnissen
in Bezug auf die Leuchtdichten der in 7 gezeigten
drei Stadien wird als eine Steigung und als ein Achsabschnitt ausgedrückt, die
einer besten Anpassung unter Verwendung einer linearen Gleichung
in Bezug auf den Abstand genügen,
wie sie in der folgenden Tabelle 2 gezeigt sind. Das Verschiebungsverhältnis (SR)
durch die Lichtquelle läßt sich
als lineare Gleichung in Bezug auf D durch die folgende Gleichung
(3) ausdrücken,
wenn D der Abstand zwischen der Farbart der Lichtquelle und der
Farbart der Anzeigevorrichtung ist. SR = A*D + B (3)
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Aus
Tabelle 2 ist ersichtlich, daß in
obiger Gleichung (3) die Steigung A und der Achsbschnitt B Funktionen
in Bezug auf die Leuchtdichte der Lichtquelle werden, was in 8 gezeigt
ist. Die Leuchtdichteabhängigkeit
der Koeffizienten wird dabei durch das Leuchtdichteverhältnis (Yr)
des Weiß der
Lichtquelle und der Anzeigevorrichtung ausgedrückt.
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Da
die in 8 gezeigte Abhängigkeit
der Koeffizienten A und B gemäß dem Leuchtdichteverhältnis auch
eine lineare Beziehung zeigt, läßt sie sich
durch die linearen Gleichungen (4) und (5) ausdrücken. A = –0,751*(Yr)
+ 3,190 (4) B = –0,159*(Yr) + 0,176 (5)
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Daher
läßt sich
das Verschiebungsverhältnis
(SR) des visuellen Weiß der
Anzeigevorrichtung durch die Lichtquelle, das eine Funktion des
Abstandes D zwischen der Farbart der Lichtquelle und der Farbart
der Anzeigevorrichtung und des Leuchtdichteverhältnisses Yr der Lichtquelle
und der Anzeigevorrichtung ist, durch die folgende Formel (6) ausdrücken. SR = [–0,751*(Yr) + 3,190]*D + [-0,159*(Yr)
+ 0, 176] (6)
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Das
Verschiebungsverhältnis
des visuellen Weiß der
Anzeigevorrichtung durch eine Lichtquelle mit wahlfreier Farbart
und Leuchtdichte läßt sich
berechnen, wenn Farbart und Leuchtdichte der Anzeigevorrichtung
bekannt sind. Wenn die Leuchtdichte der Anzeigevorrichtung nahezu
identisch mit der Leuchtdichte der Lichtquelle ist, läßt sich
obige Gleichung (6) durch die folgende Gleichung (7) vereinfachen,
da Yr = 1,0. SR =
2,439*D + 0,017 (7)
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Wenn
die Änderung
des weiß der
Anzeigevorrichtung durch die Lichtquelle auf die reale Anzeigevorrichtung
widergespiegelt wird, bestimmt das Verschiebungsverhältnis, das
wie oben erwähnt
definiert ist, den Grad der Verschiebung von der Geraden weg, welche
die Farbart der Leuchtdichte und die Farbart der Anzeigevorrichtung
verbindet. Daher kann der berechnete Punkt zwischen den beiden Weiß von einer
Tageslichtortskurve in Koordinaten abweichen. Da die u'-v'-Koordinaten, einheitliche
Farbkoordinaten, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden,
eine Tageslichtsortskurve haben, die näher zu der Geraden als diejenige
der x-y-Koordinaten liegt, gibt es nur wenige Fälle, in welchen der verschobene
Farbartpunkt weit von der Tageslichtsortskurve abweicht. Bei Verwendung
jedoch der x-y-Koordinaten oder des Farbartpunkts, der näher zur
Tageslichtsortskurve liegt, sollte die Farbart auf der Tageslichtsortskurve,
die im engsten Abstand von der verschobenen Farbart liegt, verwendet
werden. Die folgende Gleichung (8), die die Tageslichtsortskurve
in den u'-v'-Koordinaten beschreibt,
kann zur Auffindung des Farbartpunktes auf der Tageslichtsortskurve,
die im engsten Abstand vom berechneten Farbartpunkt in den u'-v'-Koordinaten liegt,
verwendet werden. v' = –36,317u'2 +
16,687u' – 1,4114 (8)
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Es
gibt verschiedene Verfahren zur Auffindung der Farbart auf der Tageslichtsortskurve,
die im engsten Abstand von einem wahlfreien Farbartpunkt liegt,
wie etwa ein Simplexalgorithmus.
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Es
ist möglich,
die Farbart der Lichtquelle und das Leuchtdichteverhältnis der
Lichtquelle in Bezug auf die Leuchtdichte der Anzeigevorrichtung,
welche die angezeigte Farbe beeinflussen, mit dem oben erwähnten Verfahren
festzustellen, es ist also möglich,
das Verschiebungsverhältnis
des visuellen Weiß der
Anzeigevorrichtung zu berechnen. Ein neues visuelles Weiß der Anzeigevorrichtung,
bei welchem der Einfluß der
Lichtquelle beseitigt ist, kann unter Verwendung des berechneten
Verschiebungsverhältnisses
berechnet werden. Der Einfluß der
Lichtquelle kann beseitigt werden, indem man das Weiß des angezeigten
Bildes auf ein neues Weiß sich
verschieben läßt, indem
man das neue visuelle Weiß der
Anzeigevorrichtung, das wie oben berechnet ist, verwendet. Es ist
dabei möglich,
das Weiß des
angezeigten Bildes in ein neues visuelles Weiß umzuwandeln, indem man eine
neue Nachschlagtabelle unter Verwendung eines neuen visuellen Weiß der Anzeigevorrichtung
schreibt, oder indem eine Weißumwand lung
in einem Standardfarbraum durchgeführt wird.
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Bei
einem Verfahren zur Anzeige eines Farbbildes unter verschieden Lichtquellen
gemäß der vorliegenden
Erfindung kann ein visuell konsistentes Farbbild auf der Farbanzeigevorrichtung
unter beliebigen Lichtquellen reproduziert werden, und kostspielige
kolorimetrische Geräte
sind nicht erforderlich, da das Farbartverhältnis und Leuchtdichteverhältnis der
Lichtquelle visuell gemessen werden.
