JP2006276030A - 色を測定するための方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ビデオカメラを利用してあらゆる種の物体の色を測定するものであって、比較的低廉で、しかも容易に利用できて正確かつ信頼性よく迅速に測色できる方法を提供する。
【解決手段】複数の画素にてなるラスターを有する表示装置(4)の応答を補正するために、同一のラスターラインにおける複数の画素に対する制御レベルの遷移時であって、ラスター走査方向において少なくとも上記ラスターラインにおける1つの画素とその直後の1つの画素との間の輝度の変化を生じさせる制御レベルの遷移時において、上記直後の1つの画素の制御レベルは、上記同一のラスターライン上に位置した複数の画素の制御レベルが変化するときに、上記複数の画素の輝度が変化するレートの関数として選択される。
【選択図】図1
【解決手段】複数の画素にてなるラスターを有する表示装置(4)の応答を補正するために、同一のラスターラインにおける複数の画素に対する制御レベルの遷移時であって、ラスター走査方向において少なくとも上記ラスターラインにおける1つの画素とその直後の1つの画素との間の輝度の変化を生じさせる制御レベルの遷移時において、上記直後の1つの画素の制御レベルは、上記同一のラスターライン上に位置した複数の画素の制御レベルが変化するときに、上記複数の画素の輝度が変化するレートの関数として選択される。
【選択図】図1
Description
本発明は、色を測定するための装置及び方法に関する。
不透明物体の色又は色彩を測定するためには、物体を照明する光源と、物体からの反射光を分析する光学分析装置と、該光学分析装置からの信号に応答して、例えば1931年に国際照明委員会(CIE)が採用した基準表色系における物体の色の三刺激値x、y及びzを求める演算手段とからなる測色計が使われている。
光学分析装置は、物体からの反射光を3つのビームに分割する手段を備えており、そのように分割された各ビームはフィルタシステムを介した対応する光電セルに検知されるようになっている。
このような公知の測色計には、光学分析装置と測色すべき物体とが直接接触している必要があること、また、離れたところにある物体の測色や、例えば皮膚や一部のプラスチック、ある種のメーキャップの如くの一部の光を透過させるが、残りの光を散乱もしくは吸収してしまうような不透明でない物体の測色には適していないなどの問題点がある。
また、特許文献1乃至3には、従来技術の色変換方法が開示されている。
前述の問題を解消するために、ビデオカメラで測色する試みがなされている。
言うまでもないことではあるが、本願出願人が知る限りでは、離れたところにおかれた物体、特に、不透明ではない物体の測色に適し、比較的低廉で正確かつ信頼性よく迅速に測色できる装置は、今のところ現存していない。
本発明の目的は、ビデオカメラを利用してあらゆる種の物体の色を測定するものであって、比較的低廉で、しかも、容易に利用できて正確かつ信頼性よく迅速に測色できる新規な装置を提供することにある。
本発明は、下記の特徴を有する色を測定するための装置で前述の目的を達成している。即ち、本発明による色を測定するための装置は、
ビデオカメラを備え、該カメラの観測視野におかれた物体の色の捕捉システムに対応した表色系における三刺激値をそれぞれ表す信号を伝送するために適した捕捉システムと、
上記信号に応答して、上記捕捉システムに対応した表色系から基準表色系に変換する変換マトリックスと、上記捕捉システムの非線形性を補正する補正関数とを利用して、基準表色系における物体の色の三刺激値を決定するように構成された処理手段とを備え、上記変換マトリックスと上記補正関数は、基準表色系における三原色の既知の三刺激値と少なくとも二つのグレイレベルの三刺激値とに基づく繰り返し処理を用いて、ビデオカメラで上記三原色と上記グレイレベルとを観測することによって得られる、上記捕捉システムに対応した表色系におけるそれらの三刺激値から計算されることを特徴とするものである。
ビデオカメラを備え、該カメラの観測視野におかれた物体の色の捕捉システムに対応した表色系における三刺激値をそれぞれ表す信号を伝送するために適した捕捉システムと、
上記信号に応答して、上記捕捉システムに対応した表色系から基準表色系に変換する変換マトリックスと、上記捕捉システムの非線形性を補正する補正関数とを利用して、基準表色系における物体の色の三刺激値を決定するように構成された処理手段とを備え、上記変換マトリックスと上記補正関数は、基準表色系における三原色の既知の三刺激値と少なくとも二つのグレイレベルの三刺激値とに基づく繰り返し処理を用いて、ビデオカメラで上記三原色と上記グレイレベルとを観測することによって得られる、上記捕捉システムに対応した表色系におけるそれらの三刺激値から計算されることを特徴とするものである。
本発明の好ましい実施形態では、上記装置は、上記捕捉システムによって伝送された上記信号が上記補正関数によって処理された後に、上記ビデオカメラによって観測された画像の全て又は一部を再生する表示システムを更に含む。
好ましくは、上記表示システムは陰極線管(CRT)表示装置を含む。
また、上記装置は、上記カメラの観測視野に置かれた物体を照明する光源をさらに備え、上記光源はスペクトルD(λ)の基準光源に近似するように選ばれた連続発光スペクトルI(λ)を有するのが望ましい。
上記カメラは、該カメラによって観察された画像を当該カメラのセンサー上で原色画像に分解する、スペクトルFR(λ)、FG(λ)及びFB(λ)の1組の光学フィルタを備え、積D(λ)・x(λ)、D(λ)・y(λ)及びD(λ)・z(λ)と積F(λ)・I(λ)・FR(λ)、F(λ)・I(λ)・FG(λ)及びF(λ)・I(λ)・FB(λ)の線形結合との差の誤差を最小化するように選定されたフィルタ関数F(λ)の一つかそれ以上のフィルタにより光源の光がフィルタ処理されるのが望ましい。但し、x(λ)、y(λ)及びz(λ)はそれぞれ基準表色系の分光三刺激値を表す。
好ましくは、上記基準光源としては、スペクトルD65(λ)のCIE光源が望ましい。
本発明はまた、捕捉システムに対応した表色系における、カメラの観測視野に置かれた物体の色の三刺激値を表す信号を伝送することに適したビデオカメラを含む上記捕捉システムから物体の色を測定する方法を提供するものであり、この方法は、
三原色と少なくとも2つのグレイレベルに対応する表色サンプルをカメラの観測視野内に順次又は同時に置くステップを備え、上記原色と上記グレイレベルの三刺激値は基準表色系において既知であり、
上記カメラを用いて上記三原色と上記グレイレベルとを観測することによって得られた、上記基準表色系における上記三刺激値と上記捕捉システムに対応した表色系における対応した三刺激値とに基づく繰り返し処理を使用して、上記捕捉システムに対応した表色系から上記基準表色系に変換する変換マトリックスと、上記捕捉システムの非線形性を補正する補正関数とを計算するステップと、
計算された上記変換マトリックスと上記補正関数とを使用することによって、カメラの観測視野に置かれた物体の色の上記基準表色系における三刺激値を決定するステップとを備えることを特徴とする。
三原色と少なくとも2つのグレイレベルに対応する表色サンプルをカメラの観測視野内に順次又は同時に置くステップを備え、上記原色と上記グレイレベルの三刺激値は基準表色系において既知であり、
上記カメラを用いて上記三原色と上記グレイレベルとを観測することによって得られた、上記基準表色系における上記三刺激値と上記捕捉システムに対応した表色系における対応した三刺激値とに基づく繰り返し処理を使用して、上記捕捉システムに対応した表色系から上記基準表色系に変換する変換マトリックスと、上記捕捉システムの非線形性を補正する補正関数とを計算するステップと、
計算された上記変換マトリックスと上記補正関数とを使用することによって、カメラの観測視野に置かれた物体の色の上記基準表色系における三刺激値を決定するステップとを備えることを特徴とする。
好ましくは、この方法において、上記捕捉システムにおける非線形性が補正された後に、物体の色が表示システムによって見られるようにするのが望ましい。
また、この方法では、上記表示システムにおける非線形性もまた補正されるようにするのが望ましい。
本発明の方法を実施するに当たっては、上記表示システムとしてはCRT表示装置を含むものが望ましい。
更に、本発明の方法を実施するに当たっては、表示システムの非線形性を補正する関数は、
同一色を有するが互いに異なる輝度を有する2つのゾーンであって、上記2つのゾーンの一方のゾーンの色が、明確に区別された制御レベルを有する画素を並置することで得られ、上記2つのゾーンの他方のゾーンの色が、当該他方のゾーンの画素の制御レベルの平均値に対応する同一制御レベルを有する一組の画素により得られる上記2つのゾーンを表示することと、
上記ゾーンのうちの1つにおける画素制御レベルで作用することによって上記2つのゾーンの輝度を観察者に対して等しくすることとによって決定される。
同一色を有するが互いに異なる輝度を有する2つのゾーンであって、上記2つのゾーンの一方のゾーンの色が、明確に区別された制御レベルを有する画素を並置することで得られ、上記2つのゾーンの他方のゾーンの色が、当該他方のゾーンの画素の制御レベルの平均値に対応する同一制御レベルを有する一組の画素により得られる上記2つのゾーンを表示することと、
上記ゾーンのうちの1つにおける画素制御レベルで作用することによって上記2つのゾーンの輝度を観察者に対して等しくすることとによって決定される。
輝度の同等化の前後での上記ゾーンの各々における画素制御レベルの値から、表示システムの非線形性を補正する上記補正関数を計算する情報は得られる。
好ましくは、上記ゾーンのうちの1つはラスター化される。
また、ラスター化された上記ゾーンは、1つ置きのラスターラインの黒色を有することが望ましい。
表示システムがCRT表示装置を備え、かつラスター走査方向において、同一のラスターラインにおける少なくとも1つの画素とその直後の1つの画素との間の輝度の変化を生じる上記同一のラスターラインにおける複数の画素に対する制御レベルの遷移時において、上記直後の1つの画素に到達する制御レベルは、上記画素制御レベルが変化するときに、上記同一のラスターライン上に位置を定められた複数の画素に到達する電子ビームに対する制御信号が変化するときのレートの関数として選択されるのが望ましい。
同一のラスターライン上に位置を定められた複数の画素に到達する電子ビームを制御する信号が変化するレートを考慮に入れるように行われる補正を決定するためには、下記のように実行するのが望ましい。
同一の色を有するが互いに異なる輝度を有する2つのゾーンであって、上記2つのゾーンの一方のゾーンの色は異なった制御レベルを有する画素を同一のラスターライン上に並置することで得られ、上記2つのゾーンの他方のゾーンの色は同一の制御レベルを有する一組の画素によって得られる上記2つのゾーンを表示し、その後、上記2つのゾーンの輝度は、上記ゾーンのうちの1つにおける画素の輝度制御レベルで作用させることで観察者に対して等しくされる。
同等化の前後での上記ゾーンの各々における画素の輝度制御レベルの値から、画素制御レベルが変化するときに、同一のラスターライン上に位置を定められた複数の画素に到達する電子ビームの制御信号が変化するときのレートを考慮に入れるために与えられるべき補正を計算する情報が得られる。
好ましくは、異なる輝度の画素を並列することにより形成されるゾーンは、走査方向において一方の画素の輝度が先行画素の輝度とは異なるレベルに設定された1つ置きの画素を備えることが望ましい。
本発明は、複数の画素の複数のラスターラインを有する表示装置の応答を補正する方法であって、ラスター走査方向において、少なくとも上記ラスターラインにおける1つの画素とその直後の1つの画素との間の輝度の変化を生じさせる、同一のラスターラインにおける複数の画素に対する制御レベルの遷移時において、上記同一のラスターラインに位置を定められた複数の画素の制御レベルが変化するときに、上記同一のラスターラインに位置を定められた複数の画素の輝度が変化するときのレートの関数として、上記直後の1つの画素の制御レベルが選択される方法もまた提供する。
好ましくは、上記表示装置の非線形性を補正する補正関数は、
同一の色を有するが互いに異なる輝度を有する2つのゾーンであって、上記2つのゾーンの一方のゾーンの色が異なった制御レベルを有する画素を同一のラスターライン上に並置することで得られ、上記2つのゾーンの他方のゾーンの色が同一制御レベルを有する一組の画素によって得られる上記2つのゾーンを表示することと、
上記ゾーンのうちの1つにおける画素制御レベルで作用させることによって、上記2つのゾーンの輝度を観察者に対して等しくすることと、
上記ゾーンの各々の画素制御レベルの値から、表示装置の非線形性を補正する上記補正関数を計算する情報を得ることとによって決定されることが望ましい。
同一の色を有するが互いに異なる輝度を有する2つのゾーンであって、上記2つのゾーンの一方のゾーンの色が異なった制御レベルを有する画素を同一のラスターライン上に並置することで得られ、上記2つのゾーンの他方のゾーンの色が同一制御レベルを有する一組の画素によって得られる上記2つのゾーンを表示することと、
上記ゾーンのうちの1つにおける画素制御レベルで作用させることによって、上記2つのゾーンの輝度を観察者に対して等しくすることと、
上記ゾーンの各々の画素制御レベルの値から、表示装置の非線形性を補正する上記補正関数を計算する情報を得ることとによって決定されることが望ましい。
この方法の特定の実施において、異なる制御レベルを有する画素から形成されるゾーンはラスター化される。
望ましくは、上記ラスター化されたゾーンは、1つ置きのラスターラインが黒色であるラスターラインを含む。
また、本発明の方法の別の特定の実施においては、異なる制御レベルを有する画素から形成される上記ゾーンは、上記ラスターラインにおける前の画素の制御レベルとは異なる制御レベルを有する各ラスターライン上の1つ置きの画素を含む。
更に、本発明の方法の特定の実施においては、上記繰り返し処理は、
上記三原色及び上記グレイレベルの既知の三刺激値と近似補正関数に基づいて近似変換マトリックスを計算するステップと、
このように計算された上記近似変換マトリックスと上記グレイレベルの既知の三刺激値とを用いて、失った値を補間することによって新しい近似補正関数を計算するステップと、
一定の収束しきい値に到達するまで、上記近似変換マトリックスと上記近似補正関数とを再計算するステップを含む。
上記三原色及び上記グレイレベルの既知の三刺激値と近似補正関数に基づいて近似変換マトリックスを計算するステップと、
このように計算された上記近似変換マトリックスと上記グレイレベルの既知の三刺激値とを用いて、失った値を補間することによって新しい近似補正関数を計算するステップと、
一定の収束しきい値に到達するまで、上記近似変換マトリックスと上記近似補正関数とを再計算するステップを含む。
変形例としては、上記繰り返し処理は、
上記三原色及び上記グレイレベルの既知の三刺激値と近似変換マトリックスに基づいて近似補正関数を計算するステップと、
上記グレイレベルの既知の三刺激値を使用し、失った値を補間して新しい近似変換マトリックスを計算するステップと、
一定の収束しきい値に達するまで、上記近似補正関数と上記近似変換マトリックスとを再計算するステップとを含む。
上記三原色及び上記グレイレベルの既知の三刺激値と近似変換マトリックスに基づいて近似補正関数を計算するステップと、
上記グレイレベルの既知の三刺激値を使用し、失った値を補間して新しい近似変換マトリックスを計算するステップと、
一定の収束しきい値に達するまで、上記近似補正関数と上記近似変換マトリックスとを再計算するステップとを含む。
望ましくは、光源による物体の照度の非均一性も、スクリーンの種々の点での輝度を測定することと、それを、例えば画像の中心である基準ポイントの輝度と比較することとによって、カメラの光学収差のように補正するのが望ましい。
尚、本発明については、本発明を例示している下記の詳細な説明を読むと共に、添付図面を検討することにより、よりよく理解されるであろう。
図1は、本発明の制限のない実施形態を構成しかつある物体Oの色を遠隔的に測定することが可能な装置を示す。
装置1は、ビデオカメラ2、マイクロコンピュータ3及び陰極線管(CRT)表示装置4を備える。
上記カメラ2は、従来方法において、カメラ2によって観測されて走査される画像の各ポイントでの赤、緑及び青レベルを表すそれぞれのアナログ電気信号VR、VG及びVBを伝送することに適した3つのCCD型のセンサ8、9及び10を有する。
光源7はカメラ2の視界内に置かれた物体Oを照明することに機能する。好ましくは、CIEによって定義されたD65(λ)スペクトルに近接するキセノン光源が使用される。
マイクロプロセッサ3は、中央処理装置5とアナログ−ディジタル変換器6とを含み、上記アナログ−ディジタル変換器6は、中央処理装置5に接続されて、カメラ2によって伝送されるアナログ信号VR、VG及びVBをディジタル形式に変換することを可能にする。
次いで、ディジタル形式に変換されかつそれぞれR、G及びBの参照符号が付けられた上記信号は、中央処理装置5に入力される。
説明される特定の実施例において、上記信号R、G及びBの各々は8ビットで符号化され、各画像ポイントでカメラによって必要とされるデータは、0乃至255の範囲内に各々位置する3つの整数のトリプレット(三つ組)(R,G,B)によって構成される。
当然、それは幾つかの他のビット数で信号を符号化することも本発明の範囲を越えないであろう。
カメラ1及び変換器6は図2においてモデル化される捕捉システムを構成する。
物体Oの各ポイントから反射されて上記カメラによって観測される光のスペクトルは、上記ポイントでの反射スペクトルRe(λ)によって乗算された光源I(λ)のスペクトルの積である。
カメラ2の光学システムによって、それぞれスペクトルFR(λ)、FG(λ)及びFB(λ)の3つの光学フィルタは、カメラによって観測される画像を三原色の赤、緑及び青の画像の形式におけるCCDセンサ8、9及び10に分解することができる。
上記捕捉システムの電子回路の構成要素は、AC成分及びDC成分に分解することができるノイズの一因となり、各チャネルでのノイズはNR、NB及びNGとして記述される。
変換器6におけるチャネル11、12及び13の各々に対するハイ及びローのディジタルレベルは、調整可能である。
各チャネルにおけるローのディジタルレベルは、ノイズのDC成分を除去するように調整され、その手順は、レンズのキャップがカメラ上に位置することを確実にすることと、次いで、ディジタル信号を出力する変換器に対応する画像の最も暗いゾーンが各チャネル上で均等して等しくなるまで、ローのディジタルレベルを連続的に増加することである。
ハイのディジタルレベルは、観測されやすい最も明るい物体をカメラの観測視野に位置することによって調整される。
白い表面を使用すると有効である。
画像上で最も明るく観測されたゾーンが、説明された実施例の各チャネルに対応し、そのディジタル信号から1を減算した値の最大値を出力するまで、即ち、値254を出力するまで、ハイのディジタルレベルは調整される。
必要であれば、ハイのレベルが上述の方法では調整不可能であれば、光源9の輝度は減少される。
ACノイズは同一の画像の複数の連続した捕捉を平均化することによって減衰される。
変換器6によって伝送されるディジタル信号(R,G,B)は、カメラ2によって観測された画像の各ポイントで、CIEのXYZ表色系のような基準表色系における三刺激値を決定するために、中央処理装置5において処理される。この処理は、上記捕捉システムにおける非線形性、即ちCCDセンサ8、9及び10の非線形性と変換器6の非線形性もまた補正する。この処理はまた、光源7の物体Oの照度の非均一性とカメラ2の光学収差とを補正する。
当然、CIEのXYZ表色系ではない他の基準表色系を選択することは本発明の範囲を越えることはないであろう。
図3は中央処理装置5によって実行される処理をモデル化する。
γR、γG及びγBは、赤、緑及び青のチャネルの各々におけるCCDセンサ8、9及び10と変換器6の非線形性を補正する関数γの成分を意味する。
捕捉システムに対応する表色系を基準表色系に変換する変換関数は、マトリックスMの形式で書かれることができる。
X、Y及びZは基準表色系における三刺激値を表す。
FX(i,j)、FY(i,j)及びFZ(i,j)は、画像における考察中の各ポイントの座標(i,j)の関数としての、光源7による物体の照度における非均一性を補正しかつカメラ2の光学収差を補正する関数を意味する。
マトリックスMの係数と上記成分γR、γG及びγBは、図4において示されるアルゴリズムに関連した以下で説明される方法において計算される。
最初に、ステップ14において、第1のデータセットは、基準表色系XYZにおける既知の三刺激値(X,Y,Z)を有する異なるグレイレベルに対応するn個の表色サンプルを、カメラの観測視野において連続して又は同時に置くことによって、次の処理で使用するために捕捉される。
次いで、次のステップ15において、基準表色系における既知の三刺激値を有する三原色に対応する3つの表色サンプルは、上記処理における次の使用のための第2のデータセットを捕捉するために、視界内に連続又は同時に置かれる。基準表色系における三刺激値は分光光度計を使用して測定されることができる。
実施例のように、三原色は赤、緑及び青、又はマゼンタ、シアン及び黄色である。一般的には、それらは、それらが基準表色系におけるベースを形成することを提供する任意の色である。
三原色は好ましくは、それらが基準表色系に対する色度図の平面において形成する三角形が、測定されるべき色のすべてを包含するような方法で選択される。
用いられる表色サンプルは好ましくは不透明であり、均等な色であり、それゆえ従来の比色計又は分光光度計を使用して測定可能である。
種々のグレイ及び三原色は、十分に小さい領域にわたるカメラ2の観測視野の中心において好ましくは測定され、好ましくはカメラの観測視野によってカバーされた全体の領域の約10%だけを構成し、それは光源7によって均等な方法において照明されるように考慮されることができる。
好ましくは、種々のグレイ及び三原色を捕捉するために、上記サンプルと用いられる光のタイプに関連する光源7及びカメラ2の位置は、基準表色系において使用される表色サンプルの色の値の三刺激値を決定する比色計又は分光光度計によって用いられる測定配置にできるだけ近付けられる。
ステップ14において、捕捉システムは、単純化された方法で記述された値のトリプレットRE1、RE2、…、REnと、同様に単純化された方法でそれぞれ記述された基準表色系における対応したトリプレットXE1、XE2、…、XEnとの形式でn個のグレイレベルの三刺激値を表す信号を伝送する。
記号RE1は値(R,G,B)のトリプレットを表し、記号XE1は値(X,Y,Z)の対応するトリプレットを表す。
ステップ15において、捕捉システムは三刺激値RC1、RC2及びRC3のトリプレットを伝送し、上記トリプレットは上述した記号の同一型を使用したそれぞれXC1、XC2及びXC3の基準表色系に対応する。
ステップ16において、繰り返しパラメータkが値0に初期化され、ステップ17において、近似補正関数γkが成分γR k、γG k及びγB kを用いて初期化され、上記関数は各繰り返し処理で変化する。
繰り返しパラメータk=0では、γR 0、γG 0及びγB 0は恒等関数に等しくなるように選択される。
ステップ18において、各繰り返しパラメータkに対して、近似マトリックスPkは、基準表色系から捕捉システムに対応する表色系に変換するために次式によって計算される。
[数1]
Pk(γk)=([RC1RC2RC3])[XC1XC2XC3]−1
Pk(γk)=([RC1RC2RC3])[XC1XC2XC3]−1
ステップ19において、近似補正関数γkのn個の値は次式を用いて計算される。
[数2]
1乃至nのiに対して、γk(REi)=PkXEi
1乃至nのiに対して、γk(REi)=PkXEi
ステップ20において、繰り返しパラメータkのときに補正関数γkから失われている値は以下のように補間される。
例えば、成分γR kに対して、
γR k(ω0)が既知でかつγR k(ω1)が既知なら、
ω0<ω<ω1に対して、
γR k(ω)は次式によって決定される。
γR k(ω0)が既知でかつγR k(ω1)が既知なら、
ω0<ω<ω1に対して、
γR k(ω)は次式によって決定される。
[数3]
log(γR k(ω)/255)=
((ω−ω1)/(ω0−ω1))・log(γR k(ω0)/255)+
((ω−ω0)/(ω0−ω1))・log(γR k(ω1)/255)
log(γR k(ω)/255)=
((ω−ω1)/(ω0−ω1))・log(γR k(ω0)/255)+
((ω−ω0)/(ω0−ω1))・log(γR k(ω1)/255)
同様のことがγG k及びγB kに適用される。
ステップ21において、補正関数γR k、γG k及びγB kは、1乃至nのωに対して以下のように正規化される。
[数4]
255・γR k(ω)/γR k(255)→γR k(ω)
[数5]
255・γG k(ω)/γG k(255)→γG k(ω)
[数6]
255・γB k(ω)/γB k(255)→γB k(ω)
255・γR k(ω)/γR k(255)→γR k(ω)
[数5]
255・γG k(ω)/γG k(255)→γG k(ω)
[数6]
255・γB k(ω)/γB k(255)→γB k(ω)
ステップ22において、誤差ekは、Mk=(Pk)−1を用いて、1乃至nのiに対して次式を用いて計算される。
[数7]
ek=(Σ((Mkγk(RCi)−XCi)2)1/2
ek=(Σ((Mkγk(RCi)−XCi)2)1/2
ステップ23において、繰り返しパラメータkはインクリメントされる。
ステップ24において、誤差ekが収束されたかどうかを見るためにテストが実行される。
収束されていれば、上記繰り返し処理はステップ25に進み、収束されていなければ、新しい近似変換マトリックスPkと、非線形性を補正する新しい近似関数γkを計算するためにステップ18に戻る。
ステップ25において、最後の変換マトリックスMは、次式を用いて捕捉システムに対応する表色系を基準表色系に変換するために計算される。
[数8]
M=Mk=γk([XC1XC2XC3])[RC1RC2RC3]−1
M=Mk=γk([XC1XC2XC3])[RC1RC2RC3]−1
従って、変換マトリックスMと非線形性を補正する関数γは、各繰り返し処理が近似変換マトリックスと非線形性を補正する近似関数とを計算する繰り返し方法を用いて計算される。
一度、変換マトリックスMを計算する関数γの成分γR k、γG k及びγB kが計算されると、複数の関数が、光源7による物体Oの照度における非均一性を補正するためにかつカメラの光学収差を補正するために決定され、即ち、関数FX(i,j)、FY(i,j)及びFZ(i,j)が計算される。
関数FX(i,j)、FY(i,j)及びFZ(i,j)は、カメラの全観測視野を占有する均一の色の物体の画像を捕捉することと、画像のすべてのポイントが上記画像の中心と同一の三刺激値を有するような方法において与えられる補正を決定することとによって計算される。
より正確に説明される実施例において、測定領域に属するすべてのポイントに対する三刺激値は、上記1組のポイントが座標(i,j)を有する1つのポイントに中心を置くように平均化される。
このように、平均値IMX(i,j)、IMY(i,j)及びIMZ(i,j)は得られ、関数FX(i,j)、FY(i,j)及びFZ(i,j)は次式を適用することによって得られる。
[数9]
FX(i,j)=IMX(icenter,jcenter)/IMX(i,j)
[数10]
FY(i,j)=IMY(icenter,jcenter)/IMY(i,j)
[数11]
FZ(i,j)=IMZ(icenter,jcenter)/IMZ(i,j)
FX(i,j)=IMX(icenter,jcenter)/IMX(i,j)
[数10]
FY(i,j)=IMY(icenter,jcenter)/IMY(i,j)
[数11]
FZ(i,j)=IMZ(icenter,jcenter)/IMZ(i,j)
ここで、(icenter,jcenter)は画像の中心の座標である。
積D65(λ)・x(λ)、D65(λ)・y(λ)及びD65(λ)・z(λ)が、通常の場合のように積I(λ)・FR(λ)の線形結合ではないとき、上述のように(R,G,B)座標から(X,Y,Z)座標に変換することは、バイアスを生じる。
このバイアスを減少するために、光源の光は、光学フィルタFが、積D65(λ)・x(λ)、D65(λ)・y(λ)及びD65(λ)・z(λ)と積F(λ)・I(λ)・FR(λ)、F(λ)・I(λ)・FG(λ)及びF(λ)・I(λ)・FB(λ)との差の誤差を最小化するような方法において構成されるように、有効にフィルタ処理されることができる。
そのようなフィルタは色の測定を最適化するために機能し、捕捉システムに適合する。
上述した本発明の特定の実施形態によって、ビデオカメラの観測視野に置かれた物体の基準表色系における成分(X,Y,Z)を正確に発見することが可能となることは理解されるであろう。
従って、例えば、物理的な接触を形成することなく、上記物体の色の任意の変化又は任意の表面の欠陥を検出する検査のように、製造ラインを高速で移動する容器又はラベルのような物を検査することが可能である。
カメラによって観測される物体の色を正確に再現する表示システムを使用することにも有効である。
好ましくは、色は上記表示システムによって同時に測定されて正確に再現されることが可能である。やはり、本発明の範囲を越えることなく、1つのもの又は他のものを実行することができる。
要求されるすべてが上記表示システムによって正確に物体の色を再現することであれば、上述したような方法で中央処理装置5によって計算される基準表色系における物体の色の三刺激値をユーザに表示する必要はない。
出力信号(R,G,B)を変換器6から直接に表示システムの入力に適用することは、特に、捕捉システムにおける非線形性及び表示システムにおける非線形性のために、並びに捕捉システムに対応する表色系と表示システムに対応する表色系との間の差のために、表示装置4のスクリーン上の物体の色の不満足な再現を結果として生じるであろう。
第1の改善は、上述されたように捕捉システムの非線形性を補正することによって提供される。
それにもかかわらず、上記表示システムの非線形性がまた補正されると、上記物体の色が再現されるときの品質はさらに改善されることができる。
この補正は中央処理装置5において実行される。
図5は、基準表色系における三刺激値(X,Y,Z)を表示システムへの入力の三刺激値(R’,G’,B’)に変換する処理のモデルを示す。
上記処理は、変換マトリックスM’によって、前に決定された三刺激値(X,Y,Z)を表示システムに対応した表色系における三刺激値に変換することによって開始し、次いで、このように得られた値の各々は、スクリーン上の位置に関連しないように適用される補正関数γ’を有し、上記関数は成分γ’R、γ’G及びγ’Bを有し、次いで、1つの関数が、スクリーン上の位置に関連するスクリーンの照度FR(i,j)、FG(i,j)及びFB(i,j)の非線形性を補正するために適用される。
図6は、表示システムによって受信されるディジタル信号(R’,G’,B’)に適用される処理のモデルを示し、上記表示システムは表示装置のスクリーン上で得られる画像を導出する。
各画像のポイントに対する三刺激値(R’,G’,B’)は3チャネルのディジタル−アナログ変換器26、27及び28によってアナログ信号に変換される。上記変換器から出力される複数のアナログ信号は、各アナログ信号が、決定された色の光を放射することによって入射電子束に応答するスクリーンのりん光性領域を照明する陰極ビームを制御するように29の従来方法で処理される。それぞれ色の赤、緑及び青を生成する燐光性領域によって放射されたスペクトルR(λ)、G(λ)及びB(λ)を加えることによって、各画像のポイントに対する合成スペクトルE(λ)を生じる。
この変換マトリックスM’は、入力色の基準表色系における三刺激値(XR’,YR’,ZR’)、(XG’,YG’,ZG’)及び(XB’,YB’,ZB’)を知ることによって計算され、上記入力色は、各画像ポイントに対する次の三刺激値(255,0,0)、(0,255,0)、(0,0,255)にそれぞれ対応する。
この変換マトリックスM’は考察する三原色に対する基準表色系における座標を備えた列ベクトルを有する。
[数12]
XR’ XG’ XB’
M’=YR’ YG’ YB’
ZR’ ZG’ ZB’
XR’ XG’ XB’
M’=YR’ YG’ YB’
ZR’ ZG’ ZB’
補正関数γ’の成分γ’R、γ’G及びγ’Bを計算するために、マトリックスM’を知ると、スクリーン表色計を使用して、画像の中心で放射される光を連続的で異なる入力トリプレット値(R’,G’,B’)として測定することができる。
以下のように、スクリーンの色の測定なしに、成分γ’R、γ’G及びγ’Bを決定することがまた可能である。
スクリーンの各ポイントからの輝度Wが、それに到達する電子ビームを次の近似式によって制御する電圧Vに関連するという事実が考慮される。
[数13]
log(W/Wmax)=k1+k2log(V/Vmax)
+k3(log(V/Vmax))2+k4(log(V/Vmax))3
log(W/Wmax)=k1+k2log(V/Vmax)
+k3(log(V/Vmax))2+k4(log(V/Vmax))3
次いで、入力値R’、G’及びB’の2つの範囲は[0,64]、[64,255]として区分される。
各範囲において、入力ディジタル信号が、第1の範囲において0、32、64、128を、第2の範囲において32、64、128、255である連続した値を有すると、パラメータk1、k2、k3及びk4は輝度によって決定される。
例示のために、上記手順が成分γ’Rを決定するために探索することによって開始することが仮定される。
図7において示される種類のテストパターンは、上記パターンが入力選択(128,0,0)に対応する赤色の中央の長方形を備えた上記スクリーン上に表示される。上記中央の長方形は、1つ置きのラインが(255,0,0)の入力に対応する赤色のラインでありかつ1つ置きのラインが(0,0,0)の入力値に対応する黒色のラインであるラスター表示された長方形に含まれる。
その後、適切な場所で、中央の長方形の輝度を制御する入力ディジタル信号(R’,0,0)は、そこの輝度がラスター表示される長方形の輝度に等しく見えるまで制御される。
その後、関数γ’R(128)の値におけるそのような同等化を得るために上記入力信号に適用されるべき補正は得られる。
次いで、上記手順は、1つ置きのラインが(γ’R(128),0,0,)に対応する赤色のラインであるラスター表示された長方形によって囲まれた色(64,0,0)の中央の長方形を表示することによって繰り返され、中間のラインは黒色であり、そのようにγ’R(64)等を計算することが可能にする。
その後、パラメータk1、k2、k3及びk4の値は決定され、γ’Rの失った値は先行の式から計算される。
同一の手順はγ’G及びγ’Bを計算することにも適用される。
スクリーンの照度における非均一性は、主にスクリーンに照明する電子ビームの分散に起因する。
この非均一性を補正するために、スクリーンの照度及び種々のポイントは赤、緑及び青の3つのチャネルの各々に対して測定される。
赤、緑及び青のチャネルの各々に対して、補正係数はスクリーン上の各ポイントに適用されるように計算される。
赤、緑及び青のチャネルの各々に対する補正係数はそれぞれ、FR(i,j)、FG(i,j)及びFB(i,j)として記述される。
上記スクリーンは中心に目盛りを定めると仮定すると、それによって、それは、完全に目盛りを定められたスクリーンを得るために、中心から離れたスクリーンの表面上の座標(i,j)の各ポイントに適用されるべき補正係数を認識することを満たす。
中心から離れた1つのポイントの座標(i,j)及びスクリーンの中心の座標(icenter,jcenter)の関数としてのスクリーンの照度は、次の関数C(i,j)を用いて近似して変化する。
[数14]
C(i,j)=
(((i−icenter)2+(j−jcenter)2)/r2)
×((1+(i−icenter)2)/r2)1/2
×((1+(j−jcenter)2)/r2)1/2
C(i,j)=
(((i−icenter)2+(j−jcenter)2)/r2)
×((1+(i−icenter)2)/r2)1/2
×((1+(j−jcenter)2)/r2)1/2
ここで、rはスクリーンの曲率半径である。
次いで、図8において示される種類の目盛りグリッドの各長方形の輝度は、スクリーン比色計又は分光光度計によって測定される。
この輝度を中心の輝度と比較することによって、関数FR(i,j)の複数の値を得ることが可能である。
次いで、これらの値が与えられると、3次多項関数を使用して補間することによって関数FR(i,j)の失った値を計算することが可能である。
FG(i,j)及びFB(i,j)は同様の方法で得られる。
また、CRTは低域通過フィルタのように機能し、与えられたラスターライン上の複数の画素に到達する電子ビームに適用される制御信号の値は、同一のラスターライン上の前の画素に対する制御信号の値に依存する。
例示のために、図9は、与えられたラスターラインそれ自身上に位置する連続した複数の画素に対する輝度の変化が、制御レベルにおける変化関数としてどのように変化するかを示す。
より正確には、示される例は、制御レベルがラスターラインの開始点に位置する複数の画素に対してm1である場合に関連し、次の複数の画素に対するm2に変化し、ここで、値m2は上記値m1より小さい。
制御レベルm2に応答する複数の画素の輝度Wは、W(m1)からW(m2)に急に低下することはないが、実質的に指数関数的に低下することが観測される。
他方では、画素制御レベルが値m1から値m2に突然に変化すると、輝度はすぐにレベルW(m2)には切り替わらない。
よって、赤、緑及び青のチャネルの各々に対する上昇又は低下時刻を予測して制御レベルを補正することが有効である。
上記補正は走査方向における各ラスターラインに対して実行される。
それが、制御レベルm1に対応する輝度W(m1)から制御レベルm2に対応する輝度W(m2)に切り換えるために、与えられたラスターラインにおいて所望されると仮定すると、そのとき、画素制御信号のレベルは、活性化されるべき複数の画素に対する予測によって訂正され、それによって、上記複数の画素はより素早く輝度レベルW(m2)に到達する。
従って、複数の画素は、図10において示されるように、より素早く輝度を低下させるようにm2より低い制御レベルm3を用いて制御される。
制御信号レベルに対するこの予測訂正は、図5において示されるモデルには、上記図面をより明確にするために表していない。
電子ビーム制御信号の上昇又は低下時刻を計算することを可能にする時定数を決定するために、長方形を構成する各ラスターラインの1つ置きの画素が、異なる制御レベルによって制御される単色におけるスクリーン上の第1の長方形を表示することによって進行することが可能である。
第2の長方形の画素のすべてにおいて同一色及び同一制御レベルを有する上記第2の長方形はまた、スクリーン上に表示される。
その後、スクリーン上に表示される2つの長方形に適用される画素制御レベルの値から時定数の値を得ることができ、従って、上述された予測訂正を実行するために上記画素に対する制御レベルに適用されるべき訂正を得ることができる。
結局、本発明は、不透明又は透明である物体、平面又は浮き彫り状(又はレリーフ形状)である物体、移動する又は固定される物体の色を測定することが可能であり、本発明によって、測定が透過又は反射において実行されるように、測定を物体と接触することなく実行することが可能になり、特に、本発明によって髪の色や肌の色を測定することができる。
有効な好ましい実施形態において、本発明はさらに、表示装置によって物体の色を過大なひずみなく再現することを可能にする。
本発明はまた、たとえ物体の色が非均一であっても、物体の各ポイントの色を測定することが可能である。
当然、本発明は上述された実施形態に制限されず、特に、プリンタ又は液晶スクリーンのような他の表示装置を使用することも可能である。
O…物体、
1…装置、
2…ビデオカメラ、
3…マイクロコンピュータ、
4…陰極線管(CRT)表示装置、
5…中央処理装置、
6…アナログ−ディジタル変換器、
7…光源、
8,9,10…CCDセンサ、
11,12,13…チャネル、
26,27,28…ディジタル−アナログ変換器、
29…処理。
1…装置、
2…ビデオカメラ、
3…マイクロコンピュータ、
4…陰極線管(CRT)表示装置、
5…中央処理装置、
6…アナログ−ディジタル変換器、
7…光源、
8,9,10…CCDセンサ、
11,12,13…チャネル、
26,27,28…ディジタル−アナログ変換器、
29…処理。
Claims (5)
- 複数の画素にてなるラスターを有する表示装置(4)の応答を補正する方法において、上記方法は、
同一のラスターラインにおける複数の画素に対する制御レベルの遷移時であって、ラスター走査方向において少なくとも上記ラスターラインにおける1つの画素とその直後の1つの画素との間の輝度の変化を生じさせる制御レベルの遷移時において、上記直後の1つの画素の制御レベルは、上記同一のラスターライン上に位置した複数の画素の制御レベルが変化するときに、上記複数の画素の輝度が変化するレートの関数として選択されることを特徴とする方法。 - 上記表示装置(4)の非線形性を補正する補正関数は、
同一の色を有するが互いに異なる輝度を有する2つのゾーンであって、そのうち一方のゾーンの色は異なる制御レベルを有する画素を並置することによって得られる一方、他方のゾーンの色は同一の制御レベルを有する全画素の組によって得られる2つのゾーンを表示することと、
上記ゾーンのいずれか一方の画素制御レベルで作用することによって、上記2つのゾーンの輝度を観測者に対して等しくすることと、
上記ゾーンの各々の画素制御レベルの値から、上記表示装置の非線形性を補正する上記補正関数を計算するための情報を得ることと
によって決定されたことを特徴とする請求項1記載の方法。 - 上記異なる制御レベルを有する画素によって形成されるゾーンはラスター化されたことを特徴とする請求項2記載の方法。
- 上記ラスター化されたゾーンは、1つ置きのラスターラインが黒色であるラスターラインを含むことを特徴とする請求項3記載の方法。
- 上記異なる制御レベルを有する画素によって形成されるゾーンは、上記ラスターラインにおける前の画素の制御レベルとは異なる制御レベルを有する、各ラスターラインにおける1つ置きの画素を含むことを特徴とする請求項3記載の方法。
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