JP2006189445A

JP2006189445A - 周辺光の色測定

Info

Publication number: JP2006189445A
Application number: JP2006000069A
Authority: JP
Inventors: Selvan Maniam; セルヴァン・マニアム
Original assignee: Agilent Technologies Inc
Current assignee: Agilent Technologies Inc
Priority date: 2005-01-04
Filing date: 2006-01-04
Publication date: 2006-07-20
Also published as: US20060146330A1; DE102005046448A1

Abstract

【課題】色フィルタとして用いている干渉フィルタに対する入射角の影響を受けずに周辺光の色を測定できるシステムと方法を提供する。
【解決手段】特定色の干渉フィルタを備えるカラーセンサ、及び確実に周辺光が最適なフィルタリングをもたらす角度で特定色の干渉フィルタに入射するように構成された拡散反射表面を含み、拡散反射表面により、反射された光は、周辺光の入射角に関係なく、拡散反射表面に対して同じ方向に一様に広がり、拡散反射表面は、干渉フィルタに対する最適なフィルタリング角度で周辺光を反射するように、カラーセンサに対して向けられているので、拡散反射表面により、周辺光は、その周辺光が拡散反射表面に当たる角度に関係なく最適な入射角で干渉フィルタに入射される。
【選択図】図１

Description

発明の背景

周辺光の色測定は一般に、特定色のフィルタ（例えば、赤色、緑色、及び青色のフィルタ）、及びそれぞれの特定色のフィルタに関連した光検出器を含むカラーセンサを用いて行われる。干渉フィルタをカラーセンサに用いて、特定色のフィルタリングを行うことができる。干渉フィルタの一つの欠点は、干渉フィルタが光の入射角に影響されやすく、それ故にカラーセンサの性能が、周辺光に対するカラーセンサの向きにより、著しい影響を受ける可能性がある点である。ライトセンサの用途によっては、周辺光に対するセンサの向きは、制御するのが困難である。

カラーセンサの光検出器は、光のそれぞれの色の強度に比例した出力信号を生成する。出力信号は一般に、標準色空間の座標（例えば、国際照明委員会（ＣＩＥ）ＸＹＺ色空間座標）に変換される。変換プロセスは通常、標準色空間の座標に線形マッピングすることを含む。しかしながら、線形マッピングは、色測定の精度を制限する、制限された自由度を欠点として持つ。

発明の概要
周辺光の色を測定するための技術は、特定色の干渉フィルタを備えるカラーセンサ、及び確実に周辺光が最適なフィルタリングをもたらす角度で特定色の干渉フィルタに入射するように構成された拡散反射表面を含む。拡散反射表面により、反射された光は、周辺光の入射角に関係なく、拡散反射表面に対して同じ方向に一様に広がる。拡散反射表面は、干渉フィルタに対する最適なフィルタリングの入射角で周辺光を反射するように、カラーセンサに対して向けられている。拡散反射表面により、周辺光は、その周辺光が拡散反射表面に当たる角度に関係のない最適な入射角で干渉フィルタに反射される。拡散反射表面は事実上、周辺光の入射角の変化に対する色測定システムの敏感さを低減する。一実施形態において、特定色の干渉フィルタは、人間の目の応答を再現するように構成される。

一実施形態において、多項式アルゴリズムを用いて、デジタル出力信号が標準ＣＩＥ色空間座標に変換される。変換に使用される多項式の次数は、ｎ^ｔｈ次数からなることができ、ここでｎは１より大きい。多項式アルゴリズムを用いる場合、係数行列は、カラーセンサの出力信号がＣＩＥ色空間座標（ＸＹＺ）に変換され得るように最初に決定されなければならない。係数行列を決定するための技術は、１）単に実験的に、２）単に数学的に、及び３）実験的と数学的の組合せを含むことができる。係数行列を求めるための一つの技術には、格納されたスペクトルデータとセンサ応答データとの積を積分して出力信号値（即ち、ＲＧＢ値）を生成すること、及び等色関数と格納されたスペクトルデータのセットとの積を積分して標準色空間座標のセット（即ち、ＸＹＺ値）を生成することが含まれる。次いで、ＲＧＢ値及びＸＹＺ値を用いて係数行列を計算する。

本発明の他の態様及び利点は、本発明の原理を一例として示す添付図面に関連してなされる以下の詳細な説明から明らかになるであろう。

図面の全体にわたって、同様の参照符号を用いて同様の要素を識別する。

詳細な説明
図１は、周辺光１０２の色を測定するように構成された色測定システム１００を示す。色測定システムは、拡散反射表面１０４、カラーセンサ１０６、アナログデジタル変換器１０８、色測定プロセッサ１１０、及びスペクトルデータ記憶ユニット１１２を含む。

カラーセンサ１０６は、特定色のフィルタ１１４、１１６、及び１１８、並びに各フィルタに関連した光検出器１２４、１２６、及び１２８を含む。特定色のフィルタは、可視スペクトルの異なる帯域をフィルタリングするように構成された帯域フィルタである。図１の実施形態において、特定色のフィルタは、赤色フィルタ、青色フィルタ、及び緑色フィルタからなる。赤色フィルタは赤スペクトルの光を通過させ、青色フィルタは青スペクトルの光を通過させ、及び緑色フィルタは緑スペクトルの光を通過させる。一実施形態において、特定色のフィルタは、特定色の干渉フィルタである。特定色の干渉フィルタは、人間の目の応答、ＣＩＥ標準等色関数などの他の等色関数（ＣＭＦ）、又はＣＩＥ標準ＣＭＦから導出された関数を再現するフィルタリング特性を示すように構成され得る。干渉フィルタの一つの欠点は、光の入射角に対する敏感さである。即ち、光は、最適なフィルタリングを達成するための特定の角度で干渉フィルタに入射しなければならない。後述されるように、拡散反射表面１０４を利用して、確実に周辺光の少なくとも一部が最適なフィルタリングをもたらす角度で特定色の干渉フィルタに入射するようにする。

カラーセンサ１０６の光検出器１２４、１２６、及び１２８は、入射光の強度に比例した出力信号を生成する任意の光電性デバイスとすることができる。図１の実施形態において、光検出器は、集積回路（ＩＣ）チップに集積されたフォトダイオードである。

拡散反射表面１０４は、周辺光を拡散して反射するように構成される。拡散反射表面により、反射光１０３は、周辺光の入射角に関係なく、拡散反射表面に対して同じ方向に一様に広がる。好適な実施形態において、拡散反射表面は、干渉フィルタに対する最適な入射角で周辺光を反射するように、カラーセンサ１０６に対して向けられている。従って、周辺光は、その周辺光が拡散反射表面に当たる角度に関係のない最適なフィルタリング角度で干渉フィルタ１１４、１１６、及び１１８に反射される。拡散反射表面は事実上、周辺光１０２の入射角の変化に対する色測定システムの敏感さを低減する。一実施形態において、拡散反射表面は、光沢のない白い表面である。光沢のない白い表面が説明されたが、他の拡散反射表面も可能である。

アナログデジタル変換器１０８は、カラーセンサ１０６からのアナログ出力信号１３０をデジタル出力信号１３２に変換する。一実施形態において、アナログ出力信号は、８ビットのデジタル値に変換される。本明細書において、８ビットのデジタル値が使用されるが、他の幅のデジタル値も可能である。

色測定プロセッサ１１０は、デジタル出力信号を標準色空間座標に変換することを管理する。デジタル出力信号１３２は、例えばＣＩＥＸＹＺ色空間座標系を含む任意の標準座標系に変換され得る。一実施形態において、多項式アルゴリズムを用いて、デジタル出力値の信号が標準色空間座標に変換される。変換に使用される多項式の次数は、ｎ^ｔｈ次数からなることができ、ここでｎは１より大きい。例証のために、３つのチャンネルのＲＧＢカラーセンサからの出力信号は、二次の多項式を用いてＣＩＥＸＹＺ色空間座標に変換される。この例において、色測定システム１００のアナログデジタル変換器１０８からのデジタル出力信号は、赤色に対して「Ｒ」、緑色に対して「Ｇ」、及び青色に対して「Ｂ」により表される。二次の多項式を用いてデジタル出力信号をＣＩＥＸＹＺ色空間座標に変換するための一般方程式は以下により与えられる。

係数行列

は、デジタル出力信号（ＲＧＢ）が色空間座標（ＸＹＺ）に変換され得るように最初に決定されなければならない。

一実施形態において、色測定プロセッサ１１０は、図２に示されるように、係数行列ロジック１４０、及び色変換ロジック１４２を含む。係数行列ロジックは、係数行列の計算を管理し、色変換ロジックは係数行列を用いて、デジタル出力信号を標準色空間座標に変換する。

係数行列ロジック１４０により決定された係数行列は、特定のカラーセンサに固有のものであり、カラーセンサのスペクトル感度（スペクトル応答）に依存する。係数行列を決定するための技術は、１）単に実験的に、２）単に数学的に、及び３）実験的と数学的の組合せを含むことができる。単に実験的な技術は、既知の色（例えば、既知のＸＹＺ色空間座標）の光を色測定システムに供給して色測定（例えば、Ｒ_ｎ、Ｇ_ｎ、Ｂ_ｎの値）を実行することを含む。例えば、光のｎ個の異なるサンプルが供給され、ｎ個の異なる色測定が行われる。次いで、係数行列が色測定値に応じて求められる。

単に数学的な技術は、例えばスペクトルデータ記憶ユニット１１２から格納されたスペクトルデータのセットを係数行列ロジック１４０に供給することを含む。格納されたスペクトルデータのセットは、異なる色の光源からの応答に対応することができ、又は人為的に生成され得る（例えば、手作業で、又はコンピュータにより）。例えば、スペクトルデータのセットは、ｎ個の異なるスペクトルを含む。また、カラーセンサのスペクトル感度も係数行列ロジックに供給される。ＲＧＢセンサのスペクトル感度は、特定色の関数Ｒ_ｓ（λ）、Ｇ_ｓ（λ）、及びＢ_ｓ（λ）による波長の関数として特定され得る。図３は、カラーセンサのＲＧＢ分光感度曲線１８０、１８２、及び１８４の例を示す。格納されたスペクトルデータのセット、及びカラーセンサのスペクトル感度を用いて、デジタル出力信号（例えば、Ｒ_ｎ、Ｇ_ｎ、Ｂ_ｎ）は、全可視スペクトルにわたる適切なセンサ応答曲線とスペクトルデータとの間の積の積分を実行することにより、数学的に得られることができる。次いで、対応するＣＩＥＸＹＺ色空間座標（例えば、Ｘ_ｎ、Ｙ_ｎ、Ｚ_ｎ）は、格納されたスペクトルデータのセットと適切なＣＭＦとの間の積を積分することにより計算される。デジタル出力信号（例えば、Ｒ_ｎ、Ｇ_ｎ、Ｂ_ｎ）とＣＩＥＸＹＺ色空間座標（例えば、Ｘ_ｎ、Ｙ_ｎ、Ｚ_ｎ）の計算された値を用いて、上記からの行列方程式を解いて係数行列を求めることができる。単に数学的な技術の利点は、カラーセンサの係数行列を求めるために、余分な装置（例えば、既知の色の光源、又は光の色を測定するために使用されるＣＩＥカメラ）が必要ない点である。更に、万一カラーセンサが交換される必要がある場合には、色測定システムは、単に交換品のカラーセンサのスペクトル感度をスペクトルデータ記憶ユニットに供給して、上述したステップを実行することにより、再較正され得る。

代案として、係数行列は、格納されたスペクトルデータのセット、及び既知の光源に対する応答において得られた実験データの組合せを用いて決定され得る。この技術を用いて、Ｒ_ｎ、Ｇ_ｎ、及びＢ_ｎの値が、格納されたスペクトルデータと実験データの双方から引き出される。これらの値の組合せを用いて、上述したような係数行列を計算する。

係数行列が、単に実験的な技術、単に数学的な技術、又はそれらの組合せを用いて決定されていようとなかろうと、係数行列は、デジタル出力信号を標準色空間座標に変換するために色変換ロジック１４２により使用される。例えば、色変換ロジックは、アナログデジタル変換器からのデジタル出力信号をＣＩＥＸＹＺ色空間座標に変換する。

さて、周辺光の色を測定するための色測定システム１００の動作を、図１に関連して説明する。上述したように係数行列が決定された後、色測定システムは、測定されるべき周辺光１０２にさらされる。特に、色測定システムは、測定されるべき周辺光が拡散反射表面１０４に入射するように向けられる。拡散反射表面に入射する周辺光は、フィルタリングのための最適な角度でカラーセンサの干渉フィルタ１１４、１１６、及び１１８に反射される。特定色の干渉フィルタに入射する光がフィルタリングされる。フィルタリングされた光は、各特定色のフィルタに関連した光検出器１２４、１２６、及び１２８により検出され、そのフィルタリングされた光に応答してアナログ出力信号１３０が生成される。それらの出力信号がアナログデジタル変換器１０８に供給され、それらはデジタル出力信号１３２に変換される。デジタル出力信号は色測定プロセッサ１１０に供給される。次いで、色測定プロセッサは、上述したような係数行列を用いて、デジタル出力信号をＣＩＥＸＹＺ色空間座標のような標準色空間座標に変換する。

用途によっては、周辺光がカラーセンサに到達するのを良好に制御することが望ましい。図４は、カラーセンサ１０６を周辺光１０２の部分から隔離する隔離構造体１５２を含むカラー測定システム１５０の一実施形態を示す。この例において、隔離構造体は、拡散反射表面１０４で反射されない周辺光１０５からカラーセンサ１０６を隔離する。図４の実施形態において、隔離構造体は、カラーセンサを取り囲む、光を通さない構造体である。例えば、光を通さない構造体には、周辺光がカラーセンサに直接的に当たるのを防止する垂直壁（単数または複数）を含む。図４の実施形態において、拡散反射表面は、隔離構造体に直接的に接続される。

図５は、本発明による周辺光の色を測定するための方法のプロセスフロー図を示す。ブロック１９０において、周辺光が拡散される。ブロック１９２において、拡散された周辺光が干渉フィルタでフィルタリングされる。ブロック１９４において、特定色の出力信号が、拡散されてフィルタリングされた周辺光に応じて生成される。ブロック１９６において、特定色の出力信号が標準色空間座標に変換される。ブロック１９８において、特定色の出力信号を標準色空間座標に変換することには、格納されたスペクトルデータとセンサ応答データとの積を積分して出力信号値を生成し、等色関数と格納されたスペクトルデータのセットとの積を積分して標準色空間座標のセットを生成することにより、係数行列を計算することを含む。

上述したシステムと方法は、３つよりも多い又は少ないチャネルのＲＧＢカラーセンサを有するカラーセンサに適用され得る。更に、カラーセンサにより測定されるカラースペクトルは、ＲＧＢ以外とすることもできる。ＣＩＥ色空間座標が標準色空間座標として説明されたが、他の色空間座標系も使用され得る。

本発明の特定の実施形態が説明され例示されたが、本発明は、説明され例示されたように特定の形態又は部品の構成に限定されるべきではない。本発明の範囲は、添付された特許請求の範囲及びそれらの等価物によって規定されるべきである。

本発明の一実施形態による、周辺光の色を測定するように構成された色測定システムを示す図である。係数行列ロジック及び色変換ロジックを含む色測定プロセッサの図１からの拡大図である。カラーセンサのＲＧＢ分光感度曲線の例を示す図である。本発明の一実施形態による、周辺光の部分からカラーセンサを隔離する隔離構造体を含む色測定システムの一実施形態を示す図である。本発明による、周辺光の色を測定するための方法のプロセスフロー図である。

Claims

入射光に応じて特定色の出力信号を生成するように構成され、特定色の干渉フィルタを含むカラーセンサと、及び
周辺光を前記カラーセンサの方へ反射するように構成された拡散反射表面とを含む、周辺光の色を測定するためのシステム。
前記特定色の干渉フィルタが、人間の目の応答を再現するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
前記特定色の干渉フィルタが、最適なフィルタリング角度を有し、前記拡散反射表面が、前記最適なフィルタリング角度で前記カラーセンサの方へ周辺光を反射するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
前記拡散反射構造体から反射されない周辺光から前記カラーセンサを隔離するように構成された隔離構造体を更に含む、請求項３に記載のシステム。
前記隔離構造体は、前記拡散反射構造体で最初に反射されない周辺光が前記カラーセンサに当たるのを阻止するように構成された、光を通さない構造体を含む、請求項４に記載のシステム。
特定色の出力信号をデジタルの特定色の出力信号に変換するように構成されたアナログデジタル変換器と、前記デジタルの特定色の出力信号を標準色空間座標に変換するように構成された色測定プロセッサとを更に含む、請求項１に記載のシステム。
前記標準色空間座標がＣＩＥＸＹＺ座標であり、前記カラーセンサが赤色、緑色、及び青色のカラーセンサである、請求項６に記載のシステム。
前記色測定プロセッサが、格納されたスペクトルデータのセットを用いて係数行列を計算するように構成された係数行列ロジックを含む、請求項６に記載のシステム。
前記係数行列ロジックが、前記格納されたスペクトルデータとセンサ応答データとの積を積分して出力信号値を生成し、等色関数と格納されたスペクトルデータのセットとの積を積分して標準色空間座標のセットを生成し、前記出力信号値及び前記標準色空間座標のセットを用いて前記係数行列を計算するように構成されている、請求項８に記載のシステム。
前記色測定プロセッサが、格納されたスペクトルデータのセット及び既知の色の光からの色測定値を用いて係数行列を計算するように構成されている係数行列ロジックを含む、請求項６に記載のシステム。
周辺光を拡散し、
拡散された周辺光を干渉フィルタでフィルタリングし、
拡散されフィルタリングされた周辺光に応じて特定色の出力信号を生成し、及び
前記特定色の出力信号を標準色空間座標に変換することを含む、周辺光の色を測定するための方法。
前記拡散された周辺光を他の拡散されていない周辺光から隔離することを更に含む、請求項１１に記載の方法。
前記特定色の出力信号を標準色空間座標に変換することが、多項式変換を用いることを含む、請求項１１に記載の方法。
前記特定色の出力信号を標準色空間座標に変換することが、格納されたスペクトルデータのセットを用いて係数行列を計算することを含む、請求項１３に記載の方法。
前記特定色の出力信号を標準色空間座標に変換することが、格納されたスペクトルデータとセンサ応答データとの積を積分して出力信号値を生成し、等色関数と格納されたスペクトルデータのセットとの積を積分して標準色空間座標のセットを生成し、前記出力信号値及び標準色空間座標のセットを用いることにより前記係数行列を計算することを含む、請求項１４に記載の方法。
前記特定色の出力信号を標準色空間座標に変換することが、格納されたスペクトルデータのセット及び色較正測定値を用いて係数行列を計算することを含む、請求項１３に記載の方法。
入射光に応じて特定色の出力信号を生成するように構成され、特定色の干渉フィルタを含むカラーセンサと、
前記カラーセンサの方へ周辺光を反射するように構成された拡散反射表面と、
前記拡散反射表面から反射されない周辺光から前記カラーセンサを隔離するように構成された隔離構造体と、
前記カラーセンサからの特定色の出力信号をデジタルの特定色の出力信号に変換するように構成されたアナログデジタル変換器と、及び
前記デジタルの特定色の出力信号を標準色空間座標に変換するように構成された色測定プロセッサとを含む、周辺光の色を測定するためのシステム。
前記特定色の干渉フィルタが最適なフィルタリング角度を有し、前記拡散反射表面が、前記最適なフィルタリング角度で前記カラーセンサの方へ周辺光を反射するように構成されている、請求項１７に記載のシステム。
前記色測定プロセッサが、格納されたスペクトルデータのセットを用いて、係数行列を計算するように構成されている係数行列ロジックを含む、請求項１８に記載のシステム。
前記係数行列ロジックが、格納されたスペクトルデータとセンサ応答データとの積を積分して出力信号値を生成し、等色関数と格納されたスペクトルデータのセットとの積を積分して標準色空間座標のセットを生成し、前記出力信号値及び標準色空間座標のセットを用いて前記係数行列を計算するように構成されている、請求項１９に記載のシステム。