專(zhuān)利名稱(chēng)：一種用接觸式圖像傳感器測(cè)量密度的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用接觸式圖像傳感器(contact Image Sensor,簡(jiǎn)稱(chēng)CIS)測(cè)量密度的裝置及方法，用于測(cè)量反射樣品，如印刷品或照片的ISO密度值，進(jìn)而應(yīng)用于彩色復(fù)制中的質(zhì)量控制和檢測(cè)，屬于光學(xué)測(cè)量和信息處理技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在彩色復(fù)制過(guò)程中，如彩色印刷或彩色打印的過(guò)程中，為了控制和檢驗(yàn)樣品的復(fù)制質(zhì)量和呈現(xiàn)顏色的準(zhǔn)確性，通常要進(jìn)行顏色測(cè)量和密度測(cè)量。顏色測(cè)量主要檢驗(yàn)樣品的顏色差別，密度測(cè)量主要用于復(fù)制過(guò)程的參數(shù)控制，特別是為了測(cè)量供墨量是否準(zhǔn)確，這直接關(guān)系到復(fù)制的顏色。在進(jìn)行印刷過(guò)程質(zhì)量控制時(shí)，由于印刷機(jī)的速度通常很高，而且在對(duì)彩色復(fù)制過(guò)程進(jìn)行控制時(shí)通常要對(duì)多個(gè)標(biāo)樣進(jìn)行測(cè)量，如對(duì)測(cè)控條上不同位置和不同原色的色塊進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，因此要求測(cè)量和計(jì)算的速度比較高。目前使用的快速顏色測(cè)量?jī)x器都是價(jià)格很昂貴的進(jìn)口儀器，而且體積很大，如X-Rite Intelitrax或Easytrax等。在影像處理與復(fù)制領(lǐng)域，還需要用色彩管理技術(shù)進(jìn)行復(fù)制圖像質(zhì)量的檢測(cè)，必須對(duì)大量的顏色樣品進(jìn)行測(cè)量，如ISO IT8/7.3標(biāo)準(zhǔn)色標(biāo)有近1000個(gè)色塊，ECI2002色標(biāo)有1500個(gè)色塊。為了提高密度和顏色測(cè)量的速度，目前工業(yè)中普遍使用進(jìn)口的昂貴設(shè)備，如美國(guó)X-Rite公司的EyeOne IO和iliSis等掃描分光光度計(jì)，通過(guò)對(duì)顏色樣品的掃描測(cè)量記錄每個(gè)色塊的密度和顏色測(cè)量數(shù)據(jù)。工業(yè)上使用的密度測(cè)量?jī)x器主要分為兩類(lèi):分光密度計(jì)和光電密度計(jì)。二者的測(cè)量原理不同。分光密度計(jì)通過(guò)對(duì)測(cè)量樣品反射光的光譜分析計(jì)算密度值，而光電密度計(jì)通過(guò)光電轉(zhuǎn)換器件的光電特性模擬密度的計(jì)算過(guò)程。通常分光密度計(jì)的測(cè)量精準(zhǔn)度要高于光電密度計(jì)，但儀器制造的復(fù)雜度和成本也遠(yuǎn)高于光電密度計(jì)。而光電密度計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低，測(cè)量速度快。國(guó)內(nèi)尚未生產(chǎn)出適用于上述工業(yè)需要的商品化掃描式密度測(cè)量?jī)x器，其主要原因是分光密度計(jì)屬于精密光學(xué)儀器，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，精度和集成度要求都很高，制造技術(shù)復(fù)雜，國(guó)內(nèi)尚不掌握其核心技術(shù)。而掃描測(cè)量不僅對(duì)儀器的精度要求高，還需要精密的掃描定位控制技術(shù)，制造難度更大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明根據(jù)光電密度計(jì)的原理，利用接觸式圖像傳感器感光單元列陣的光電特性提出一種能夠快速測(cè)量大量顏色樣品密度值的裝置和方法。通過(guò)接觸式圖像傳感器(Contact Image Sensor,簡(jiǎn)稱(chēng)CIS)對(duì)印刷測(cè)控條進(jìn)行掃描測(cè)量,采集得到測(cè)控條中每個(gè)色塊的RGB響應(yīng)值，再對(duì)RGB響應(yīng)值進(jìn)行數(shù)學(xué)變換得到相應(yīng)的密度測(cè)量值，進(jìn)行印刷參數(shù)的控制。接觸式圖像傳感器是一種集成度非常高的光電轉(zhuǎn)換器件，其內(nèi)部集成了 LED光源、光學(xué)透鏡、光電轉(zhuǎn)換單元陣列以及相關(guān)的電路。其中光電轉(zhuǎn)換單元排列成一個(gè)線(xiàn)陣列，其中可包含數(shù)千個(gè)光電轉(zhuǎn)換單元，每一個(gè)光電轉(zhuǎn)換單元都相當(dāng)于一個(gè)光電密度計(jì)測(cè)量頭，可以對(duì)反射樣品，如照片、印刷品等進(jìn)行多點(diǎn)的密度測(cè)量，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意如圖1所示。反射樣品經(jīng)LED光源照明后，反射光被柱透鏡收集并由各光電轉(zhuǎn)換單元將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬電信號(hào)，經(jīng)過(guò)內(nèi)部電路放大和A/D轉(zhuǎn)換器得到與光信號(hào)成比例的數(shù)字信號(hào)。由于有數(shù)千個(gè)光電轉(zhuǎn)換單元排列成一行，因此同時(shí)可以采集反射樣品上一行的密度信息。如果同步縱向移動(dòng)接觸式圖像傳感器CIS或反射樣品，就可以將整幅樣品的密度信息采集下來(lái)。接觸式圖像傳感器CIS分為單色和彩色等幾種類(lèi)型，其中彩色CIS可以將彩色樣品的反射顏色光轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的紅、綠、藍(lán)(RGB)電信號(hào)。目前CIS多用于圖像信息的采集及識(shí)別。本發(fā)明利用彩色CIS器件的光電轉(zhuǎn)換功能和光電轉(zhuǎn)換單元陣列排列的特點(diǎn)設(shè)計(jì)了一種快速測(cè)量反射樣品密度的光電密度計(jì)，每一個(gè)光電轉(zhuǎn)換單元構(gòu)成一個(gè)獨(dú)立的光電密度計(jì)，因此單元陣列可以在不同位置同時(shí)采集多個(gè)顏色樣品，實(shí)現(xiàn)對(duì)大量反射樣品的批量密度測(cè)量功能。要實(shí)現(xiàn)光電密度計(jì)的功能，首先用CIS器件對(duì)反射樣品顏色信息進(jìn)行采集，將采集的RGB數(shù)學(xué)信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換，得到符合IS05-3密度標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)量值，實(shí)現(xiàn)密度測(cè)量的功能。—種用接觸式圖像傳感器測(cè)量密度的裝置，主要用于測(cè)量反射樣品的密度值，包括接觸式圖像傳感器CIS、相應(yīng)接口電路和計(jì)算機(jī)(包含相應(yīng)的計(jì)算算法)。接觸式圖像傳感器通過(guò)接口電路連接到計(jì)算機(jī)上，用接觸式圖像傳感器采集反射樣品的(反射)光信息，將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，電信號(hào)再轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，通過(guò)接口電路傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)軟件的相應(yīng)計(jì)算算法將數(shù)字信號(hào)，即RGB數(shù)字值進(jìn)行歸一化、對(duì)數(shù)變換和線(xiàn)性變換等一系列數(shù)學(xué)變換處理后，得到樣品的密度測(cè)量值。接觸式圖像傳感器CIS對(duì)反射樣品的反射光信息進(jìn)行逐行采集，通過(guò)與行采集垂直方向的移動(dòng)進(jìn)行顏色光信息的掃描采集，可同時(shí)測(cè)量多個(gè)反射樣品的密度值。所述接口電路對(duì)CIS逐行采集的電信號(hào)進(jìn)行A/D變換(轉(zhuǎn)換)得到RGB數(shù)字信號(hào)，并將RGB數(shù)字信號(hào)傳送給計(jì)算機(jī)，接口電路采用的輸出接口可以為USB、Camera Link或IEEE1394 接口等。一種用接觸式圖像傳感器測(cè)量密度的方法，包括如下步驟:(I)采用接觸式圖像傳感器CIS照明反射樣品并對(duì)反射光信息進(jìn)行采集、A/D變換，得到數(shù)字化的RGB數(shù)值；

(2)利用數(shù)學(xué)變換技術(shù)將接觸式圖像傳感器采集的RGB數(shù)值進(jìn)行歸一化、對(duì)數(shù)變換和線(xiàn)性變換等一系列處理，得到符合ISO標(biāo)準(zhǔn)的密度值，進(jìn)而計(jì)算得到其它所需的數(shù)值。通過(guò)接觸式圖像傳感器CIS可以對(duì)反射樣品逐行掃描進(jìn)行反射光信息的采集，通過(guò)傳感器或樣品的縱向移動(dòng)可以進(jìn)行掃描采集，實(shí)現(xiàn)大面積、多色塊的快速密度測(cè)量，反射樣品可包含單個(gè)或多個(gè)色塊，可以實(shí)現(xiàn)多色塊的掃描測(cè)量。接口電路對(duì)采用CIS對(duì)反射樣品進(jìn)行逐行掃描采集反射光信息得到的電信號(hào)進(jìn)行A/D變換并得到RGB數(shù)字顏色值，通過(guò)USB、Camera Link或IEEE 1394接口等將RGB數(shù)字顏色值傳送給計(jì)算機(jī)。RGB數(shù)值經(jīng)接口電路傳送至計(jì)算機(jī)，首先將采集的RGB數(shù)值進(jìn)行歸一化處理，然后對(duì)歸一化的RGB值的倒數(shù)進(jìn)行對(duì)數(shù)變換，經(jīng)過(guò)對(duì)數(shù)變換后得到的RGB值與標(biāo)準(zhǔn)密度值(ISO密度值)呈線(xiàn)性關(guān)系，通過(guò)線(xiàn)性變換矩陣可模擬出標(biāo)準(zhǔn)的密度值；由計(jì)算得到的密度值可以進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為其它過(guò)程控制量，如墨量和網(wǎng)點(diǎn)面積率等，實(shí)現(xiàn)彩色復(fù)制過(guò)程的質(zhì)量控制。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):
本發(fā)明根據(jù)光電色度計(jì)的原理，利用集成度非常高的接觸式圖像傳感器(CIS)的光電轉(zhuǎn)換器件性質(zhì)和列陣排列的特點(diǎn)進(jìn)行密度測(cè)量，避開(kāi)了分光光度計(jì)的復(fù)雜技術(shù)，可降低儀器成本；利用CIS光電轉(zhuǎn)換單元陣列排布的特點(diǎn)，可以同時(shí)多點(diǎn)測(cè)量，一次可測(cè)量樣品上一條直線(xiàn)的顏色，而不是只測(cè)量一個(gè)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)大量顏色樣品的快速掃描測(cè)量，滿(mǎn)足快速測(cè)量的需要；使用接觸式圖像傳感器內(nèi)部光源，儀器的集成度可以很高；可以幾乎與反射樣品接觸到一起進(jìn)行測(cè)量(測(cè)量距離1-3_)，因此可以有效避免環(huán)境光的干擾，提高測(cè)量的穩(wěn)定性；利用顏色轉(zhuǎn)換技術(shù)進(jìn)行RGB值到ISO密度的計(jì)算，可使計(jì)算結(jié)果與ISO標(biāo)準(zhǔn)密度值—致。本發(fā)明將接觸式圖像傳感器CIS和對(duì)采集顏色信息的計(jì)算處理兩項(xiàng)技術(shù)組合起來(lái)，利用CIS制作了一個(gè)快速測(cè)量顏色樣品密度值的光電密度計(jì)，將RGB信號(hào)進(jìn)行計(jì)算最終得到符合ISO標(biāo)準(zhǔn)的密度值。下面通過(guò)附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明，但并不意味著對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。


圖1為接觸式圖像傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為 用接觸式圖像傳感器對(duì)樣品進(jìn)行掃描采集密度值示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明利用接觸式圖像傳感器CIS高度集成化的光電轉(zhuǎn)換器件特性測(cè)量密度值，避開(kāi)了分光光度計(jì)的復(fù)雜技術(shù)，利用光電色度計(jì)的原理和CIS光電轉(zhuǎn)換單元陣列的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)大量彩色樣品的快速掃描測(cè)量，滿(mǎn)足彩色復(fù)制過(guò)程中對(duì)快速密度測(cè)量的需要。測(cè)量反射樣品密度值的裝置主要包括:接觸式圖像傳感器2、相應(yīng)接口電路和計(jì)算機(jī)3。接觸式圖像傳感器2的內(nèi)部光源照明反射樣品I并采集反射樣品I的反射光信息，將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，采集的電信號(hào)通過(guò)接口電路進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換并將數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)3，計(jì)算機(jī)3通過(guò)相應(yīng)的計(jì)算算法(相應(yīng)軟件)將從反射樣品I上采集的RGB信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)學(xué)變換。首先將采集的RGB數(shù)值進(jìn)行歸一化處理，然后對(duì)歸一化的RGB值的倒數(shù)進(jìn)行對(duì)數(shù)變換，對(duì)數(shù)變換后得到的結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)密度值呈線(xiàn)性關(guān)系，通過(guò)線(xiàn)性變換矩陣計(jì)算得到符合IS05-3規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)密度值。反射樣品I上包含單個(gè)或多個(gè)色塊，接觸式圖像傳感器2對(duì)反射樣品I上的反射光信號(hào)橫向逐行進(jìn)行采集，通過(guò)縱向移動(dòng)反射樣品I或CIS圖像傳感器2實(shí)現(xiàn)掃描采集，通過(guò)顏色信息的掃描采集和數(shù)據(jù)處理，可以連續(xù)測(cè)量反射樣品I上的多個(gè)色塊。如圖2所示，為該裝置掃描測(cè)量密度的示意圖。接口電路對(duì)接觸式圖像傳感器2逐行采集的電信號(hào)進(jìn)行A/D變換并得到數(shù)字信號(hào)(RGB數(shù)字顏色值)，傳送給計(jì)算機(jī)3，接口電路采用的輸出接口可以為USB、Camera Link或IEEE1394 等接口。用接觸式圖像傳感器測(cè)量密度的方法，先采用接觸式圖像傳感器CIS對(duì)反射樣品的反射光信息進(jìn)行采集、A/D變換，得到數(shù)字化的RGB數(shù)值；然后利用數(shù)學(xué)變換技術(shù)將接觸式圖像傳感器采集的RGB數(shù)值進(jìn)行歸一化、對(duì)數(shù)變換和線(xiàn)性變換或查找表計(jì)算等一系列處理，得到符合ISO標(biāo)準(zhǔn)的密度值，進(jìn)而計(jì)算得到其它所需的數(shù)值。具體步驟包括:I)包含單個(gè)或多個(gè)色塊構(gòu)成的反射樣品I由接觸式圖像傳感器2構(gòu)成的采集裝置按圖2所示的箭頭方向掃描(或樣品向箭頭反方向移動(dòng))，通過(guò)接觸式圖像傳感器2中的光電轉(zhuǎn)換單元將樣品的各色塊顏色光信息轉(zhuǎn)換為RGB數(shù)值，經(jīng)USB接口或其它接口(如CameraLink或IEEE1394)傳送給計(jì)算機(jī)3 ；2)在計(jì)算機(jī)3中首先將采集的RGB數(shù)值進(jìn)行歸一化處理:r=Rd/R0, g=Gd/G0 b=Bd/B0 (I)其中，Rd, Gd和Bd為CIS采集得到的RGB數(shù)字值，R0, G0和B。為CIS裝置對(duì)白色樣品采集得到的RGB值。根據(jù)IS05-3對(duì)彩色密度的定義，青、品紅、黃及視覺(jué)密度(分別記為De、Dm、Dy和Dv)等于白光透過(guò)特定光譜分布濾色片光通量倒數(shù)的對(duì)數(shù)。為此，對(duì)歸一化后的RGB值的倒數(shù)進(jìn)行如下對(duì)數(shù)變換: DE=lg(l/r), Dc=Ig(1/g), DB=lg(1/b), DN=lg(I/(r+g+b)) (2)由于CIS內(nèi)部的光譜分布不完全符合IS05-3中的光譜分布定義，經(jīng)過(guò)對(duì)數(shù)變換后的DK，Dg, Db和Dn不能準(zhǔn)確等于ISO標(biāo)準(zhǔn)的密度值，但具有與ISO標(biāo)準(zhǔn)密度值成線(xiàn)性關(guān)系的特性，可以用其的線(xiàn)性組合獲得ISO標(biāo)準(zhǔn)密度值。3)由DK，Dg, Db和Dn值變換到ISO標(biāo)準(zhǔn)密度值。對(duì)于青、品紅、黃密度有:
權(quán)利要求
1.一種用接觸式圖像傳感器測(cè)量密度的裝置，其特征在于:該裝置包括接觸式圖像傳感器、接口電路和計(jì)算機(jī)，接觸式圖像傳感器通過(guò)接口電路連接到計(jì)算機(jī)上，接觸式圖像傳感器采集反射樣品的光信息，將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，電信號(hào)再轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，通過(guò)接口電路傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，經(jīng)計(jì)算機(jī)將數(shù)字信號(hào)進(jìn)行歸一化、對(duì)數(shù)變換和線(xiàn)性變換的數(shù)學(xué)變換處理后，得到樣品的密度測(cè)量值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用接觸式圖像傳感器測(cè)量密度值的裝置，其特征在于:所述的接觸式圖像傳感器對(duì)反射樣品的反射光進(jìn)行逐行采集，通過(guò)與行采集垂直方向的移動(dòng)進(jìn)行顏色光信息的掃描采集，實(shí)現(xiàn)同時(shí)測(cè)量多個(gè)反射樣品的密度值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用接觸式圖像傳感器測(cè)量密度值的裝置，其特征在于:所述接口電路對(duì)所述的電信號(hào)進(jìn)行A/D變換得到數(shù)字信號(hào)并傳送至計(jì)算機(jī)，接口電路采用的輸出接口為 USB、Camera Link 或 IEEE 1394 接口。
4.一種用接觸式圖像傳感器測(cè)量密度的方法，包括如下步驟: (1)采用接觸式圖像傳感器對(duì)反射樣品的反射光信息進(jìn)行采集、A/D變換，得到數(shù)字化的RGB數(shù)值； (2)利用數(shù)學(xué)變換技術(shù)將得到的RGB數(shù)值進(jìn)行歸一化、對(duì)數(shù)變換和線(xiàn)性變換處理，得到樣品的密度測(cè)量值。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用接觸式圖像傳感器測(cè)量密度的方法，其特征在于:采用接觸式圖像傳感器對(duì)反射樣品進(jìn)行逐行掃描采集反射光信息，所述的反射樣品包含單個(gè)或多個(gè)色塊。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用接觸式圖像傳感器測(cè)量密度的方法，其特征在于:接口電路對(duì)采用接觸式圖像傳感器對(duì)反射樣品進(jìn)行逐行掃描采集反射光信息得到的電信號(hào)，進(jìn)行A/D變換并得到RGB數(shù)值，通過(guò)USB、Camera Link或IEEE1394接口將RGB數(shù)值傳送至計(jì)算機(jī)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用接觸式圖像傳感器測(cè)量密度的方法，其特征在于:首先將RGB數(shù)值進(jìn)行歸一化處理，然后對(duì)歸一化的RGB值的倒數(shù)進(jìn)行對(duì)數(shù)變換，經(jīng)過(guò)對(duì)數(shù)變換后得到的RGB值與ISO密度值呈線(xiàn)性關(guān)系，通過(guò)線(xiàn)性變換矩陣計(jì)算得到符合ISO標(biāo)準(zhǔn)的密度值。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用接觸式圖像傳感器測(cè)量密度的方法，其特征在于:由計(jì)算得到的密度值進(jìn)一步轉(zhuǎn)換，得到墨量和網(wǎng)點(diǎn)面積率。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用接觸式圖像傳感器測(cè)量密度的裝置及方法，用于彩色復(fù)制中的質(zhì)量控制和檢測(cè)，屬于光學(xué)測(cè)量和信息處理技術(shù)領(lǐng)域。該裝置包括接觸式圖像傳感器、接口電路和計(jì)算機(jī)，接觸式圖像傳感器通過(guò)接口電路連接到計(jì)算機(jī)上，接觸式圖像傳感器采集反射樣品的光信息，將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，通過(guò)接口電路傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，進(jìn)行歸一化、對(duì)數(shù)變換和線(xiàn)性變換等數(shù)學(xué)變換處理后，得到樣品的密度測(cè)量值。本發(fā)明利用集成度非常高的接觸式圖像傳感器的光電轉(zhuǎn)換特性進(jìn)行密度測(cè)量，避開(kāi)了分光光度計(jì)的復(fù)雜技術(shù)，利用光電色度計(jì)的原理和CIS光電轉(zhuǎn)換單元陣列的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)大量彩色樣品的快速掃描測(cè)量，滿(mǎn)足彩色復(fù)制過(guò)程中對(duì)快速密度測(cè)量的需要。
文檔編號(hào)G01N9/00GK103234863SQ201310139118
公開(kāi)日2013年8月7日 申請(qǐng)日期2013年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月19日
發(fā)明者劉浩學(xué), 黃敏, 楊文杰, 秦練, 武兵, 徐艷芳, 劉瑜, 李修 申請(qǐng)人:北京印刷學(xué)院