JP2006276030A - 色を測定するための方法及び装置 - Google Patents

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

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。

特開平７−２２２１９６号公報。 特開平７−１７７３６４号公報。 特開平６−１０９５４４号公報。

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。

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Ｄ_６５（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。

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。

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。

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。

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。

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Ｖ_Ｒ、Ｖ_Ｇ及びＶ_Ｂ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Ｄ_６５（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Ｖ_Ｒ、Ｖ_Ｇ及びＶ_Ｂ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。

γ_Ｒ、γ_Ｇ及びγ_Ｂ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γ_Ｒ、γ_Ｇ及びγ_Ｂ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ＲＥ_１、ＲＥ_２、…、ＲＥ_ｎ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ＸＥ_１、ＸＥ_２、…、ＸＥ_ｎ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ＲＥ_１は値（Ｒ，Ｇ，Ｂ）のトリプレットを表し、記号ＸＥ_１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ＲＣ_１、ＲＣ_２及びＲＣ_３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ＸＣ_１、ＸＣ_２及びＸＣ_３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γ^ｋが成分γ_Ｒ ^ｋ、γ_Ｇ ^ｋ及びγ_Ｂ ^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、γ_Ｒ ^０、γ_Ｇ ^０及びγ_Ｂ ^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Ｐ^ｋ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］
Ｐ^ｋ（γ^ｋ）＝（［ＲＣ_１ＲＣ_２ＲＣ_３］）［ＸＣ_１ＸＣ_２ＸＣ_３］^−１

ステップ１９において、近似補正関数γ^ｋ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、γ^ｋ（ＲＥ_ｉ）＝Ｐ^ｋＸＥ_ｉ

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γ^ｋ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γ_Ｒ ^ｋに対して、
γ_Ｒ ^ｋ（ω_０）が既知でかつγ_Ｒ ^ｋ（ω_１）が既知なら、
ω_０＜ω＜ω_１に対して、
γ_Ｒ ^ｋ（ω）は次式によって決定される。

［数３］
ｌｏｇ（γ_Ｒ ^ｋ（ω）／２５５）＝
（（ω−ω_１）／（ω_０−ω_１））・ｌｏｇ（γ_Ｒ ^ｋ（ω_０）／２５５）＋
（（ω−ω_０）／（ω_０−ω_１））・ｌｏｇ（γ_Ｒ ^ｋ（ω_１）／２５５）

同様のことがγ_Ｇ ^ｋ及びγ_Ｂ ^ｋに適用される。

ステップ２１において、補正関数γ_Ｒ ^ｋ、γ_Ｇ ^ｋ及びγ_Ｂ ^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・γ_Ｒ ^ｋ（ω）／γ_Ｒ ^ｋ（２５５）→γ_Ｒ ^ｋ（ω）
［数５］
２５５・γ_Ｇ ^ｋ（ω）／γ_Ｇ ^ｋ（２５５）→γ_Ｇ ^ｋ（ω）
［数６］
２５５・γ_Ｂ ^ｋ（ω）／γ_Ｂ ^ｋ（２５５）→γ_Ｂ ^ｋ（ω）

ステップ２２において、誤差ｅ^ｋは、Ｍ^ｋ＝（Ｐ^ｋ）^−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］
ｅ^ｋ＝（Σ（（Ｍ^ｋγ^ｋ（ＲＣ_ｉ）−ＸＣ_ｉ）^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ｅ^ｋ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Ｐ^ｋと、非線形性を補正する新しい近似関数γ^ｋ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＝Ｍ^ｋ＝γ^ｋ（［ＸＣ_１ＸＣ_２ＸＣ_３］）［ＲＣ_１ＲＣ_２ＲＣ_３］^−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γ_Ｒ ^ｋ、γ_Ｇ ^ｋ及びγ_Ｂ ^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（ｉ_{ｃｅｎｔｅｒ}，ｊ_{ｃｅｎｔｅｒ}）／ＩＭＸ（ｉ，ｊ）
［数１０］
ＦＹ（ｉ，ｊ）＝ＩＭＹ（ｉ_{ｃｅｎｔｅｒ}，ｊ_{ｃｅｎｔｅｒ}）／ＩＭＹ（ｉ，ｊ）
［数１１］
ＦＺ（ｉ，ｊ）＝ＩＭＺ（ｉ_{ｃｅｎｔｅｒ}，ｊ_{ｃｅｎｔｅｒ}）／ＩＭＺ（ｉ，ｊ）

ここで、（ｉ_{ｃｅｎｔｅｒ}，ｊ_{ｃｅｎｔｅｒ}）は画像の中心の座標である。

積Ｄ_６５（λ）・ｘ（λ）、Ｄ_６５（λ）・ｙ（λ）及びＤ_６５（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Ｄ_６５（λ）・ｘ（λ）、Ｄ_６５（λ）・ｙ（λ）及びＤ_６５（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（Ｘ_Ｒ’，Ｙ_Ｒ’，Ｚ_Ｒ’）、（Ｘ_Ｇ’，Ｙ_Ｇ’，Ｚ_Ｇ’）及び（Ｘ_Ｂ’，Ｙ_Ｂ’，Ｚ_Ｂ’）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］
Ｘ_Ｒ’ Ｘ_Ｇ’ Ｘ_Ｂ’
Ｍ’＝Ｙ_Ｒ’ Ｙ_Ｇ’ Ｙ_Ｂ’
Ｚ_Ｒ’ Ｚ_Ｇ’ Ｚ_Ｂ’

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／Ｗ_ｍａｘ）＝ｋ_１＋ｋ_２ｌｏｇ（Ｖ／Ｖ_ｍａｘ）
＋ｋ_３（ｌｏｇ（Ｖ／Ｖ_ｍａｘ））^２＋ｋ_４（ｌｏｇ（Ｖ／Ｖ_ｍａｘ））^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ｋ_１、ｋ_２、ｋ_３及びｋ_４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ｋ_１、ｋ_２、ｋ_３及びｋ_４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（ｉ_{ｃｅｎｔｅｒ}，ｊ_{ｃｅｎｔｅｒ}）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−ｉ_{ｃｅｎｔｅｒ}）^２＋（ｊ−ｊ_{ｃｅｎｔｅｒ}）^２）／ｒ^２）
×（（１＋（ｉ−ｉ_{ｃｅｎｔｅｒ}）^２）／ｒ^２）^１／２
×（（１＋（ｊ−ｊ_{ｃｅｎｔｅｒ}）^２）／ｒ^２）^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ｍ_１である場合に関連し、次の複数の画素に対するｍ_２に変化し、ここで、値ｍ_２は上記値ｍ_１より小さい。

制御レベルｍ_２に応答する複数の画素の輝度Ｗは、Ｗ（ｍ_１）からＷ（ｍ_２）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ｍ_１から値ｍ_２に突然に変化すると、輝度はすぐにレベルＷ（ｍ_２）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ｍ_１に対応する輝度Ｗ（ｍ_１）から制御レベルｍ_２に対応する輝度Ｗ（ｍ_２）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（ｍ_２）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ｍ_２より低い制御レベルｍ_３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。

本発明の一実施形態を構成する色を測定するための装置の概略図である。 捕捉システムのモデル図である。 基準表色系における三刺激値を求める処理のモデル図である。 捕捉システムの非線形性を補正するための変換マトリックスと補正関数を計算する繰り返し処理を示すフローチャートである。 表示システムに対応する表色系において、補正された三刺激値が決定されることができる処理のモデル図である。 ＣＲＴ表示装置における入力信号に適用する処理のモデル図である。 表示システムの較正のためのテストパターンを示す図である。 表示システムの較正のためのテストパターンを示す図である。 同一ラスターライン上の画素の輝度の変化が、画素に適用される制御レベルにおける変化の関数として変化する態様を示す図であって、制御レベルの変化時での画素に到達する電子ビームを制御する信号の変化のレートを考慮に入れるための予測訂正を行わなかった場合を示す図である。 同一ラスターライン上の画素の輝度の変化が、画素に適用される制御レベルにおける変化の関数として変化する態様を示す図であって、制御レベルの変化時での画素に到達する電子ビームを制御する信号の変化のレートを考慮に入れるための予測訂正を行った場合を示す図である。

符号の説明

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。

Claims (5)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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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