用于測(cè)量物體顏色的方法和設(shè)備的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種用于通過(guò)使用設(shè)備(10)測(cè)量至少在物體(30)的一個(gè)點(diǎn)上的均勻漫反射率ROBJ(λ)的方法，所述設(shè)備(10)包括能夠發(fā)射以光通量的形式表示的彩色光源的裝置(11)以及電子彩色圖像傳感器(12)。本發(fā)明還涉及一種設(shè)備(10)，包括用于發(fā)射彩色光通量的形式的彩色光源的裝置(11)和電子彩色圖像傳感器(12)，用于測(cè)量至少在物體(30)的一個(gè)點(diǎn)上的均勻漫反射率的函數(shù)ROBJ(λ)，所述物體(30)放置在位于能夠發(fā)射彩色的所述裝置(11)的對(duì)面并基本垂直于所述裝置(11)的區(qū)域，并且放置于所述電子彩色圖像傳感器(12)的視野內(nèi)，所述物體(30)還受到表示為lext(λ)的恒定且未知的外部環(huán)境光通量(40)形式的外部光源。
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于測(cè)量物體顏色的方法和設(shè)備

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及顏色測(cè)量的領(lǐng)域。
[0002] 更具體地，本發(fā)明涉及一種使用電子設(shè)備來(lái)測(cè)量物體顏色的光譜的方法，并且涉 及相關(guān)聯(lián)的設(shè)備。

【背景技術(shù)】
[0003] 顏色是被人眼感知的光通量。它涉及基于波段的能量C(A)的光譜分布，在這種 情況下，λ在從380至780nm的可見(jiàn)光范圍（1931年由國(guó)際照明委員會(huì)CIE定義的標(biāo)準(zhǔn)觀 察者）內(nèi)。在下面的章節(jié)中，描述該光譜能量分布的函數(shù)，將由字母和括號(hào)內(nèi)的λ表示。
[0004] 考慮到添加合成方法，任何顏色都可以由它在三基色中的顏色坐標(biāo)表示。雖然存 在若干基色系統(tǒng)，但是在下面的章節(jié)中采用的系統(tǒng)將是兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的基色系統(tǒng)，它們是CIE ΧΥΖ顏色空間（以及在恒定亮度下具有顏色平面的其變量CIE Yxy)和CIE L*a*b空間，該 CIE L*a*b空間提供用被稱(chēng)為"deltaE"的歐幾里得范數(shù)來(lái)估計(jì)顏色差異的能力，其代表由 人眼所感知的顏色的差異。這兩個(gè)空間的"色域（gamut) "（范圍）涵蓋了整個(gè)人類(lèi)可視范 圍。也將做出對(duì)應(yīng)于當(dāng)前可用的大多數(shù)電子設(shè)備的參考色域的三色sRGB空間的參考。sRGB 的色域沒(méi)有覆蓋整個(gè)人類(lèi)可見(jiàn)范圍，尤其是在藍(lán)綠光譜內(nèi)。
[0005] 物體顏色來(lái)自于入射的光通量與所述物體的表面之間的相互作用。三種現(xiàn)象相互 競(jìng)爭(zhēng)以給出材料的外觀，這三種現(xiàn)象已知為：吸收、鏡面反射和漫反射。鏡面反射發(fā)生在物 體的表面。光與物體的材料，特別與其顏料存在很小的相互作用。因此，反射光的顏色接近 于接收光，而反射的能量被集中在以由斯內(nèi)爾 -笛卡兒（Snell-Descartes)定律所定義的 理論方向?yàn)橹行牡牟ò辏╨obe)中。與此相反，漫反射發(fā)生在較大的深度。發(fā)射光被染上顏 料的顏色，而且反射的能量獨(dú)立于觀察方向。換句話說(shuō)，鏡面反射是表面的閃亮分量而漫反 射是表面的不光滑的和有顏色的分量。
[0006] 因此，物體顏色從而取決于兩個(gè)獨(dú)立的因素：物體所受的照明和物體表面的性質(zhì)。 該后者的特征是"雙向光譜反射率"函數(shù)。它被定義為從表面反射的亮度和表面的照明之 間的比率。該函數(shù)的值取決于波長(zhǎng)λ，取決于入射光的方向以及觀察的方向。對(duì)應(yīng)于漫反 射的物體的均勻漫反射率R W( λ)僅取決于波長(zhǎng)λ。這是它在閃光現(xiàn)象之外給予了在色感 中的顏色信息。
[0007] 這就是為什么物體顏色可以被表征為1)在給定光源下反射的光（例如，在暗室中 在光源D50下的CIE L*a*b顏色坐標(biāo)），或者更好的，2)其光譜反射率R?(A)。第一種方 法需要相對(duì)簡(jiǎn)單的測(cè)量設(shè)備（包括顏色圖表、三激勵(lì)顏色計(jì)等等），但具有同色異譜的高風(fēng) 險(xiǎn)（此方法不是很精確）。它的使用一般限于在制造工藝（印刷、紡織、圖形繪制工藝等） 中標(biāo)準(zhǔn)或基準(zhǔn)顏色偏差的監(jiān)控。第二種方法需要更復(fù)雜的設(shè)備（包括衍射光譜儀、具有平 行雙光感受器的光譜儀等等）。其不受同色異譜的影響（此方法是很精確的），并使得有可 能在不同的光源（內(nèi)部、外部）下模擬顏色的感知。它是由苛刻的專(zhuān)業(yè)人士在設(shè)計(jì)活動(dòng)中 為了使用而設(shè)計(jì)的。
[0008] 所有這些設(shè)備與如可拿到任何位置的手機(jī)或平板電腦的移動(dòng)、手持和非計(jì)劃的使 用不兼容。它們的使用是比較復(fù)雜的，更不用提他們所代表的顯著額外費(fèi)用。
[0009] 相反，當(dāng)前在移動(dòng)電話和平板（i〇S、Android等）上可用的用于顏色測(cè)量的應(yīng) 用并不要求額外的專(zhuān)業(yè)設(shè)備，但這些應(yīng)用不提供精確的顏色測(cè)量。事實(shí)上，它們只依賴于 通過(guò)用于計(jì)算白平衡的程序使用設(shè)備的彩色圖像傳感器（三激勵(lì)光探測(cè)器的陣列、拜耳 紅-綠-藍(lán)矩陣）。因此，它們對(duì)物體顏色的感知是由環(huán)境光的未知變化導(dǎo)致失真的。 [0010] 從現(xiàn)有技術(shù)中已知的技術(shù)包括發(fā)射衍射光譜儀和一種用于測(cè)定物體的光譜反射 率的函數(shù)的方法：設(shè)備在目標(biāo)方向上產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)化的白色光源s( λ)，在物體上反射該光源， 然后通過(guò)棱鏡用來(lái)朝向數(shù)十個(gè)光檢測(cè)器（每個(gè)子頻譜使用一個(gè)光檢測(cè)器）進(jìn)行衍射，其提 供了內(nèi)插Ε(λ)的能力，其中R?U) =Ε(λ)Λ(λ)。通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)的這種方法測(cè)量物 體顏色的操作是通過(guò)專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)的盒裝單元以及通過(guò)需要用于遮蔽任何未知外部光源的遮 蓋物的過(guò)程來(lái)執(zhí)行的。此外，這種類(lèi)型的光譜儀不能被用來(lái)執(zhí)行光譜攝影。
[0011] 從美國(guó)專(zhuān)利No US5963333中現(xiàn)有技術(shù)還提供了一種具有LED和平行布置的兩個(gè) 感光體的光譜儀、一種光譜儀檢測(cè)單元和一種用于確定物體光譜反射率的函數(shù)的方法等知 識(shí)。通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)的這種方法的物體顏色的測(cè)量是通過(guò)專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)的盒裝單元以及通過(guò)需要 用于遮蔽任何未知外部光源的遮蓋物的過(guò)程來(lái)執(zhí)行的。此外，這種類(lèi)型的光譜儀不能被用 來(lái)執(zhí)行光譜攝影。
[0012] 通過(guò)專(zhuān)利申請(qǐng)PCT No W02004/079314,現(xiàn)有技術(shù)還提供了一種顏色計(jì)、一種顏色 計(jì)檢測(cè)單元以及一種用于通過(guò)計(jì)算對(duì)標(biāo)準(zhǔn)顏色偏差來(lái)確定物體顏色的方法等知識(shí)。通過(guò)現(xiàn) 有技術(shù)的這種方法的物體顏色的測(cè)量的操作是通過(guò)專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)的盒裝單元、需要用于遮蔽任 何未知外部光源的遮蓋物的過(guò)程，以及不能夠在嚴(yán)格意義上測(cè)量光譜反射率函數(shù)的方法來(lái) 執(zhí)行的。
[0013] 通過(guò)英國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)No GB2474701A，現(xiàn)有技術(shù)還提供了一種顏色計(jì)、一種顏色計(jì)檢 測(cè)單元以及一種用于通過(guò)計(jì)算對(duì)標(biāo)準(zhǔn)顏色偏差來(lái)確定物體顏色的方法等知識(shí)。通過(guò)現(xiàn)有技 術(shù)的這種方法來(lái)測(cè)量物體顏色的操作是通過(guò)配備有用于發(fā)射顏色的閃光的屏幕以及在相 對(duì)面配備有照相機(jī)單元的電話來(lái)執(zhí)行的。通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)的這種方法的顏色的測(cè)量是通過(guò)專(zhuān) 門(mén)開(kāi)發(fā)的波導(dǎo)（套鏡、光纖等），需要用于遮蔽任何未知外部光源的遮蓋物或波導(dǎo)的過(guò)程， 以及不能夠在嚴(yán)格意義上測(cè)量光譜反射率函數(shù)的方法來(lái)執(zhí)行的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0014] 本發(fā)明的目的是通過(guò)提供用于測(cè)量物體顏色的方法來(lái)克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，該方 法通過(guò)光譜通過(guò)使用作為發(fā)射器的能夠發(fā)射彩色光源的裝置，和作為接收器的電子彩色圖 像傳感器，二者并排放置，在具有或不具有存在的未知（但對(duì)所有閃光是恒定的）外部光源 下進(jìn)行。
[0015] 原則上，本發(fā)明操作與衍射發(fā)射光譜儀相反：替代于生成單一標(biāo)準(zhǔn)化的光源并用 數(shù)十個(gè)光檢測(cè)器對(duì)其進(jìn)行分析，本發(fā)明生成數(shù)十個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化光源并僅使用三個(gè)光檢測(cè)器分析 它們。
[0016] 為此，本發(fā)明在其最一般的意義上涉及一種用于通過(guò)使用設(shè)備測(cè)量至少在物體的 一個(gè)點(diǎn)上的均勻漫反射率R?( λ)的方法，所述設(shè)備包括能夠發(fā)射以光通量的形式表示的 彩色光源的裝置以及電子彩色圖像傳感器，其特征在于，該方法包括以下步驟：
[0017] ?將所述物體放置于區(qū)域內(nèi)，所述區(qū)域位于能夠以彩色光通量的形式發(fā)射彩色光 源的所述裝置對(duì)面并基本垂直于所述裝置并且位于所述電子彩色圖像傳感器的視野內(nèi)，所 述物體還受到以恒定且未知的外部環(huán)境光通量Γ"(λ)的形式的外部光源，其中λ表示波 長(zhǎng)；由所述裝置發(fā)射一系列的Ν個(gè)光源S S°UK" ( λ ) i (其中，Ν為大于1的自然數(shù)，i從1到Ν變 化，λ為波長(zhǎng)），Ss°ura(X)i已知為能夠發(fā)射彩色的光通量的所述裝置的輸入?yún)?shù)的函數(shù)， 由所述電子彩色圖像傳感器捕獲至少在所述物體的一個(gè)點(diǎn)上反射的光通量并且輸入傳感 器，所述光通量被表示為E MptOT ( λ ) i，其中，N為嚴(yán)格大于2的自然數(shù)，i從1到N變化，λ為 波長(zhǎng)；并由于光波疊加特性以及通過(guò)定義至少在物體的一個(gè)點(diǎn)上的均勻漫反射率R?( λ )， 獲得 "Ei " 的 Ν 個(gè)方程：Ecapteur ( λ )丨=R°BJ ( λ ) * (lext ( λ ) +Ss〇urce ( λ ) i );以及
[0018] ?通過(guò)求解N個(gè)方程Ei的系統(tǒng)，由所述設(shè)備確定兩個(gè)未知連續(xù)函數(shù)R?( λ )和 lext(A)：
[0019] -通過(guò)在源和傳感器的光譜的交叉區(qū)內(nèi)積分每個(gè)方程Ei，通過(guò)將靈敏度在選擇的 色度基表示為X，y和Z，每個(gè)方程Ei然后生成3個(gè)"積分E/'方程：
[0020] / / ((ROBJUMrxtUHSS-ceUhhxUhcU)
[0021] / / ((RQBJUMrxtUHSS-ceUhhyUhcU)
[0022] / / ((ROBJUMrxtUHSS-ceUhhzUhcU)，
[0023] -通過(guò)使用數(shù)字圖像傳感器的輸出參數(shù)計(jì)算對(duì)應(yīng)于左手側(cè)的Ei積分方程的數(shù)值； 以及
[0024] -通過(guò)使用由至少一個(gè)插值函數(shù)S( λ)連接的有限數(shù)量的插值點(diǎn)（λ j，yj)來(lái)表達(dá) 兩個(gè)未知的連續(xù)函數(shù)R?( λ )和( λ )，用于保持所述未知連續(xù)函數(shù)Rw( λ )和1# ( λ ) 的連續(xù)性質(zhì)，λ ^是在源和傳感器的光譜的交叉區(qū)被選擇的波長(zhǎng)并且是用來(lái)對(duì)給定的精度 最小化插值點(diǎn)數(shù)目而被選擇的方法的輸入?yún)?shù)；以及
[0025] -通過(guò)查找函數(shù)RWU)和1#(λ)的參數(shù)yj，其最小化Ei積分方程所產(chǎn)生的最 小二乘法系統(tǒng)| |A*X_B| |2。
[0026] 因此，根據(jù)本發(fā)明的方法提供了精確測(cè)量至少在一個(gè)點(diǎn)上的物體的均勻漫反射率 的能力，并且相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)中描述的解決方案，該方法處于優(yōu)化的方式。此外，本發(fā)明在 日常使用的移動(dòng)或手持設(shè)備上工作良好。
[0027] 有利地，所述方法進(jìn)一步包括確定外部光源ΓΛ( λ)的值的步驟。
[0028] 可選地，所述方法進(jìn)一步還包括將至少在物體的一個(gè)點(diǎn)上的均勻漫反射率的函數(shù) R°BT( λ )轉(zhuǎn)換為對(duì)于給定光源的CIE ΧΥΖ坐標(biāo)的步驟。
[0029] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，閃光的數(shù)量與用于確定至少在物體的一個(gè)點(diǎn)上的均勻漫反射率 RWU)和外部光源1#(λ)的值的插值點(diǎn)的數(shù)量是相同的數(shù)量級(jí)。
[0030] 根據(jù)一個(gè)變型例，所述方法包括在若干光譜波段確定至少在物體的一個(gè)點(diǎn)上的均 勻漫反射率R?U)和外部光源1#(λ)的值的步驟。
[0031] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述設(shè)備使用用于發(fā)射彩色閃光的屏幕和探測(cè)并捕獲由目標(biāo)物 體反射的光的電子圖像傳感器。
[0032] 根據(jù)實(shí)施的具體方式，所述設(shè)備是具有內(nèi)置或者可移除的閃光的相機(jī)單元或相 機(jī)。
[0033] 有利地，所述設(shè)備實(shí)施用于確保有效轉(zhuǎn)換彩色閃光的發(fā)射和接收的波導(dǎo)。
[0034] 根據(jù)一個(gè)變型例，實(shí)施所述方法是為了獲取物體的光譜圖片和根據(jù)意愿進(jìn)行色調(diào) 整（白平衡）。
[0035] 根據(jù)另一個(gè)變型例，根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)的所述方法，其特征在于，實(shí)施所 述方法是為了測(cè)量包括于如下群組中的要素的顏色：材料、固體、液體、氣體、繪畫(huà)、掛毯、圖 形、紡織品、塑料、木材、金屬、土壤、礦物、植物和食品。
[0036] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，實(shí)施所述方法是為了測(cè)量包括于如下群組中的要素的至少一種 的在人類(lèi)和生物體上的用于醫(yī)療或美容目的顏色：皮膚、青春痘、痣、毛發(fā)、毛皮、化妝品、和 牙齒。
[0037] 根據(jù)一個(gè)變型例，實(shí)施所述方法是為了一維或多維的彩色條形碼的使用。
[0038] 根據(jù)實(shí)施的具體方式，實(shí)施所述方法目的是協(xié)助有色盲和/或失明的人。
[0039] 本發(fā)明還涉及一種設(shè)備，其包括能夠發(fā)射彩色光通量的形式的彩色光源的裝置和 電子彩色圖像傳感器，用于測(cè)量至少在物體的一個(gè)點(diǎn)上的均勻漫反射率的函數(shù)R?( λ )，所 述物體放置在位于能夠發(fā)射彩色的所述裝置的對(duì)面并基本垂直于所述裝置的區(qū)域，并且放 置于所述電子彩色圖像傳感器的視野內(nèi)，所述物體還受到表示為Γ"(λ)的恒定且未知的 外部環(huán)境光通量形式的外部光源，其特征在于，該設(shè)備包括用于如下的裝置：
[0040] ?發(fā)射一系列的Ν個(gè)光源Ss°UTCe ( λ ) i (其中，Ν為嚴(yán)格大于2的自然數(shù)，i從1到 N變化，λ為波長(zhǎng)知為能夠發(fā)射彩色的光通量的所述裝置的輸入?yún)?shù)的函 數(shù)，由所述電子彩色圖像傳感器捕獲至少在所述物體的一個(gè)點(diǎn)上反射的光通量并且輸入傳 感器，所述光通量被表示為E MptOT ( λ ) i，其中，N為大于1的自然數(shù)，i從1到N變化，λ為 波長(zhǎng)；并由于光波疊加特性以及通過(guò)定義至少在物體的一個(gè)點(diǎn)上的均勻漫反射率R?( λ )， 獲得 Ν 個(gè)方程的）：Ecapteur ( λ )丨=R°BJ ( λ ) * (產(chǎn)（λ ) +Ss<5Urce ( λ ) i );以及
[0041] ?通過(guò)求解N個(gè)方程Ei的系統(tǒng)，確定兩個(gè)未知連續(xù)函數(shù)R?U)和1#(λ):
[0042] -通過(guò)在源和傳感器的光譜的交叉區(qū)內(nèi)積分每個(gè)方程Ei，通過(guò)將靈敏度在選擇的 色度基表示為X，y和Z，每個(gè)方程Ei然后生成3個(gè)"積分E/'方程：
[0043] / / ((ROBJUMrxtUHSS-ceUhhxUhcU)
[0044] / / ((RQBJUMrxtUHSS-ceUhhyUhcU)
[0045] / / ((RQBJUMrxtUHSS-ceUhhzUhcU)，
[0046] -通過(guò)使用數(shù)字圖像傳感器的輸出參數(shù)計(jì)算對(duì)應(yīng)于左手側(cè)的Ei積分方程的數(shù)值； 以及
[0047] -通過(guò)使用由至少一個(gè)插值函數(shù)S( λ)連接的有限數(shù)量的插值點(diǎn)（λ j，yj)來(lái)表達(dá) 兩個(gè)未知的連續(xù)函數(shù)R?( λ )和( λ )，用于保持所述未知連續(xù)函數(shù)Rw( λ )和1# ( λ ) 的連續(xù)性質(zhì)，λ ^是在源和傳感器的光譜的交叉區(qū)被選擇的波長(zhǎng)并且是用來(lái)對(duì)給定的精度 最小化插值點(diǎn)數(shù)目而被選擇的方法的輸入?yún)?shù)；以及
[0048] -通過(guò)查找曲線R?U)和ΓΛ(λ)的參數(shù)yj，其最小化Ei積分方程所產(chǎn)生的最 小二乘法系統(tǒng)I |A*x-B| |2。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0049] 這里下面出于純粹解釋的目的，通過(guò)對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例的描述的幫助，通過(guò)參考 附圖，可以更好地理解本發(fā)明，其中：
[0050] 圖1示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備；以及
[0051] 圖2表示根據(jù)本發(fā)明的方法的不同步驟；
[0052] 圖3描述了在根據(jù)本發(fā)明的方法的一部分的過(guò)程：人眼、傳感器、源、測(cè)量中涉及 的波長(zhǎng)的波段的系統(tǒng)性非重疊；以及
[0053] 圖4、圖5、圖6、圖7和圖8示出了閃光算法，其中生成連續(xù)的網(wǎng)格以便在閃光三角 形內(nèi)以盡可能均勻的方式分布N個(gè)閃光。

【具體實(shí)施方式】
[0054] 作為初步的說(shuō)明，應(yīng)該指出，本節(jié)中的符號(hào)如下所示：傳感器=電子彩色圖像傳感 器（在校準(zhǔn)和基準(zhǔn)的語(yǔ)境中沒(méi)有使用視頻功能，僅拍攝靜態(tài)圖像），源=彩色的光源/閃光 (屏幕、二極管、激光等）的源。（R，G，B)s°UK"i =彩色光源的源的非線性輸入色度參數(shù)（對(duì) 于具有4個(gè)或更多基色的設(shè)備為RGBWs°UTCei or =彩色光源（例如IXD 屏幕的背光）的源的非線性輸入亮度參數(shù)；(R，G，B)MptOTi =由彩色圖像傳感器捕獲的光通 量的非線性輸出色度參數(shù)，=由彩色圖像傳感器捕獲的光通量的非線性輸出亮度 參數(shù)（例如日本標(biāo)準(zhǔn)EXIF-可交換圖像文件格式的亮度值）；0BJ =要被測(cè)量的彩色物體； EXT =外部環(huán)境光源；R/G/B =對(duì)于每個(gè)基色，紅色（red)或綠色（green)或藍(lán)色（blue)有 效的方程；0BJ/EXT =對(duì)于有顏色的物體或者對(duì)于外側(cè)的外部光源有效的方程；x/y/zU) =對(duì)于各光譜靈敏度χ(λ)、7(λ)和 ζ(λ)有效的方程；CIE 1931標(biāo)準(zhǔn)觀察者的光譜靈敏 度=xEC-CIE-1931 ( λ )、yEC-CIE-1931 ( λ )、ZEC-CIE-1931 ( λ )，其中 λ e [380nm，780nm];電子彩色圖像 傳感器的光譜靈敏度：xK-Mpteur ( λ )、yK-Mpteur ( λ )、zEe-( λ )，上標(biāo)符號(hào)EC_XXX表示它坐 落在XXX色度空間。
[0055] 在此下面所描述的附圖和示例性實(shí)施例中，能夠發(fā)射彩色的裝置11是發(fā)射性顯 示屏幕?？梢岳斫獾氖?，能夠發(fā)射彩色的該裝置11也可以是一個(gè)或多個(gè)多色二極管，一個(gè) 或多個(gè)多色激光，一個(gè)或多個(gè)彩色的閃光或能夠發(fā)射"彩色""顏色"=考慮的波長(zhǎng)范圍內(nèi) 的光譜能量函數(shù)）的任何其他裝置。此外，在此下面所描述的附圖和示例性實(shí)施例中，物體 的顏色被降低到均勻的漫反射率。可以理解的是，所述方法能夠通過(guò)在黑色背景上白色圖 形的屏幕上顯示來(lái)為具有高閃光以及類(lèi)似閃光的加光的物體獲取反射特別是鏡面反射的 其它分量，并且通過(guò)在彩色圖像傳感器的圖像焦平面中的梯度分析檢測(cè)所得到的鏡面反射 波瓣。
[0056] 圖1在示意性的橫截面上表示了根據(jù)本發(fā)明的用于測(cè)量物體顏色和外部的環(huán)境 光的設(shè)備10 :將要被測(cè)量顏色R?( λ )的物體30 ;能夠發(fā)射顏色的該裝置11能夠發(fā)射N(xiāo)個(gè) 已知光源的Ss°_ ( λ ) i ;外部環(huán)境光401ext ( λ );表征反射的光通量Eeaptem ( λ ) i的色度和亮 度的電子彩色圖像傳感器12 色度性預(yù)標(biāo)準(zhǔn)化的"計(jì)算機(jī)應(yīng)用13,其控制組件以及與操作 者的交互。
[0057] 在一個(gè)實(shí)施例中，計(jì)算機(jī)應(yīng)用13部分或全部地被分布在網(wǎng)絡(luò)或"云"（在術(shù)語(yǔ)盎格 魯-撒克遜中的"云"）中。
[0058] 圖2表示根據(jù)本發(fā)明的方法的各種不同步驟：
[0059] ?將所述物體30放置于區(qū)域，所述區(qū)域位于能夠以彩色光通量的形式發(fā)射彩色 光源的所述裝置11對(duì)面并基本垂直于所述裝置11并且位于所述電子彩色圖像傳感器12 的視野內(nèi)，所述物體30還受到以恒定且未知的外部環(huán)境光通量40ΓΛ(λ )的形式的外部 光源，其中λ表示波長(zhǎng)；由所述裝置11發(fā)射一系列的Ν個(gè)光源其中，Ν為 大于1的自然數(shù)，i從1到N變化，λ為波長(zhǎng)），已知為能夠發(fā)射彩色的光通 量的所述裝置11的輸入?yún)?shù)的函數(shù)，由所述電子彩色圖像傳感器12捕獲至少在所述物 體30的一個(gè)點(diǎn)上反射的光通量并且輸入傳感器，所述光通量被表示為E MptOT( λ h，其中， N為大于1的自然數(shù)，i從1到N變化，λ為波長(zhǎng)；并由于光波疊加特性以及通過(guò)定義至 少在物體30的一個(gè)點(diǎn)上的均勻漫反射率R w( λ )，獲得"Ε，的Ν個(gè)方程：Eeaptem( λ ) i = R0BJ( λ ) * (lext ( λ )+S_rce ( λ ) i );并且
[0060] ?通過(guò)求解N個(gè)方程Ei的系統(tǒng)，由所述設(shè)備10確定兩個(gè)未知連續(xù)函數(shù))和 lext(A)：
[0061] -通過(guò)在傳感器的可見(jiàn)范圍的域內(nèi)積分每個(gè)方程Ei，通過(guò)將靈敏度在選擇的色度 基表示為X，y和Z，每個(gè)方程Ei然后生成3個(gè)"積分E/'方程：
[0062] / / ((RQBJUMrxtUHSS-ceUhhxUhcU)
[0063] / / ((RQBJUMrxtUHSS-ceUhhyUhcU)
[0064] / / ((RQBJUMrxtUHSS-ceUhhzUhcU)，
[0065] -通過(guò)使用數(shù)字圖像傳感器的輸出參數(shù)計(jì)算對(duì)應(yīng)于左手側(cè)的Ei積分方程的數(shù)值； 并且
[0066]-通過(guò)使用由至少一個(gè)插值函數(shù)SU)連接的有限數(shù)量的插值點(diǎn)（λρ以來(lái) 表達(dá)兩個(gè)未知的連續(xù)函數(shù)Rw( λ )和Γ"(λ )，用于保持所述未知的連續(xù)函數(shù)R?( λ )和 rxt(λ)的連續(xù)性質(zhì)，λ^是在源和傳感器的光譜的交叉區(qū)被選擇的波長(zhǎng)并且是用來(lái)對(duì)給定 的精度最小化插值點(diǎn)數(shù)目而被選擇的方法的輸入?yún)?shù)；并且
[0067] -通過(guò)查找函數(shù)R?U)和產(chǎn)（λ)的參數(shù)yj，其最小化Ei積分方程所產(chǎn)生的最 小二乘法系統(tǒng)I |A*x-B| |2。
[0068] 圖3描述根據(jù)本發(fā)明的方法所涉及的波長(zhǎng)的波段的系統(tǒng)性非重疊：
[0069] 籲人眼：根據(jù)CIE 1931標(biāo)準(zhǔn)，它感知具有表示為x/y/zK-αΕ-1931 ( λ )的靈敏度的介 于λ 1GIE1931 = 380nm和X2GIE1931 = 780nm之間的光通量，也就是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的 通過(guò)在[λ 1εΙ Ε1931 ; λ 2eI E1931]積分的 x/y/zEe-αΕ-1931 ( λ )色度空間；
[0070] ?傳感器：它感知具有表示為x/y/zEe-(λ)的靈敏度的介于λ rapt_和 λ 2eapt之間的光通量，也就是在[λ Γ·· ; λ 2eapteur]積分的x/y/zEe-Mptaff( λ )色度空間， 其類(lèi)似于CIE 1931色度空間。需要注意的是，在人類(lèi)可見(jiàn)范圍之外（除非存在紅外線過(guò)濾 器），常規(guī)電子圖像傳感器（電荷耦合器件CCD，互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體CMOS)的光譜波段 覆蓋了一部分紅外線；
[0071] ?源：源發(fā)射包括在范圍[λΓ°_;λ2_1以內(nèi)的彩色的閃光，使得λ?！鉥 = min (Σ i (i = 1) ΤΝ 三（sS()Urce ( λ )々0)并且 λ 2_rce = max (Σ i (i = 1) ΤΝ 三（s_rce ( λ )々Ο)。 如果源是移動(dòng)電話的IXD屏幕，則它通常是覆蓋在限于[300nm ;700nm]的光譜范圍，也就是 說(shuō)，比人眼的光譜范圍[380nm;780nm]顯著少的寬度。
[0072] ?測(cè)量：可以僅在被表示為[λ λ 2mesure]的源和傳感器的光譜的交叉區(qū)執(zhí) 行函數(shù)R?U)和產(chǎn)（λ)的測(cè)量。事實(shí)上，一方面，傳感器未捕獲其積分光譜以外的任何 東西。另一方面，矩陣AT*A必須是可逆，其當(dāng)= 1)TN= (fUpO時(shí)滿足（見(jiàn)具 體實(shí)施方式的末尾和附件2)。靈敏度x/y/zEe-mesUM ( λ )在區(qū)間[λ I1? ; λ 2mesure]內(nèi)大于0 并且在其以外的區(qū)間為0的選擇使其可能創(chuàng)建類(lèi)似于CIE1931色度空間的x/ y/ZKjMSUM色 度空間。傳感器的靈敏度的使用總是可能的，如果波段[xr esure;X2mesme]包括在[380nm; 780nm]內(nèi)，則那些CIE 1931標(biāo)準(zhǔn)也可以。
[0073] 圖3和剛剛給出的解釋的結(jié)果是，根據(jù)本發(fā)明的方法能夠確定在光譜波段內(nèi)而非 人類(lèi)可見(jiàn)的范圍內(nèi)的均勻漫反射率R?( λ )和外部光源( λ )的值，條件是源和傳感器 與這些波段兼容并且"光"維持波形：紫外線，紅外線等。
[0074] 圖4、圖5、圖6、圖7和圖8示出了閃光算法，其描述了根據(jù)所需的增長(zhǎng)數(shù)量的閃 光Ν所使用的k個(gè)網(wǎng)格，以便在給定的閃光三角形中以可能的最均勻的方式分布與源和傳 感器的域兼容的閃光。當(dāng)N增大時(shí)，網(wǎng)格k的其余部分是迭代的：
[0075] ?圖4顯示了網(wǎng)格k = 1，被用于在1和3之間包括的N。每個(gè)閃光i的位置由其 數(shù)字表示；
[0076] ?圖5顯示了網(wǎng)格k = 2,被用于N = 4。每個(gè)閃光i的位置由其數(shù)字表示；
[0077] ?圖6顯示了網(wǎng)格k = 3,被用于在5和6之間包括的N。每個(gè)閃光i的位置由其 數(shù)字表示；
[0078] ?圖7顯示了網(wǎng)格k = 4,被用于在7和10之間包括的N。每個(gè)閃光i的位置由 其數(shù)字表示；
[0079] ?圖8顯示了網(wǎng)格k = 5,被用于在11和15之間包括的N。每個(gè)閃光i的位置由 其數(shù)字表示。
[0080] 現(xiàn)在將提供用于從N個(gè)彩色的閃光中確定未知的R°w( λ )和1ΕΧΤ ( λ )的處理過(guò)程 的描述。
[0081] 在圖1所示的實(shí)施例中，將被測(cè)定的物體30放置于彩色閃光的源11之下并且在 電子彩色圖像傳感器12的視野中。
[0082] 然后，基于附件1所描述的閃光算法，源11連續(xù)地發(fā)射一系列彩色閃光，該閃光算 法旨在保持在屏幕和照相機(jī)的域之內(nèi)并確保外部光源保持閃光過(guò)程恒定的同時(shí)，優(yōu)化矩陣 Α的條件。
[0083] 該算法采取所需的閃光的有效數(shù)字N作為輸入。N取決于為確定函數(shù)R?U)和 lext ( λ )所需要的插值點(diǎn)的數(shù)量η。在最低限度，為使系統(tǒng)A*X = B正確地確定3*N彡（2n+2) (請(qǐng)見(jiàn)【具體實(shí)施方式】的末尾），因此N > 2/3* (n+1)。
[0084] 閃光算法返回針對(duì)每個(gè)閃光的N個(gè)有效閃光的序列、源的輸入?yún)?shù)和傳感器的輸 出參數(shù)，作為輸出。閃光序列的索引用i表示。
[0085] 值得注意的是：如果為了確定函數(shù)R?(x)和1#(λ)所需的精度為l〇nm的量級(jí)， 那么N?η?30。考慮到現(xiàn)今的通用電子分量的反應(yīng)性，整個(gè)閃光周期需要大約最多十秒 鐘。對(duì)于非均勻的目標(biāo)（例如紋理），該方法使用用于具有至少一個(gè)反差點(diǎn)的圖像穩(wěn)定的算 法。
[0086] 值得注意的是：如果彩色閃光11的源是發(fā)光顯示屏幕，它能夠生成大量的彩色閃 光，典型地，對(duì)于3X8比特的RGB系統(tǒng)，Ν能夠到達(dá)2 24 = 1670萬(wàn)。
[0087] 對(duì)于每個(gè)閃光i，由源11發(fā)射的光在彩色的目標(biāo)30上被反射，然后進(jìn)入圖像傳感 器 12,其給出方程（Ei) :Ecapteur ( λ ) i = R°BJ ( λ ) * (Sst)urc;e ( λ ) i+lext ( λ ))。
[0088] 展開(kāi)方程（Ei):
[0089] Ecapteur(A)i = R0BJ( λ )*[Ssource( λ ) i + rxt( λ ) ] = R0BJ( λ )*Ssource( λ ) i+R0BJ(A)*lext(A)；
[0090] 設(shè) lm 腳（λ ) = R0BJ ( λ ) *lext ( λ )
[0091] 方程（Ei)變?yōu)椋篍capteur ( λ ) i = R0BJ ( λ ) *Ssource ( λ ) KEF ( λ )
[0092] 首先，該方法將通過(guò)使用封閉三次樣條（spline)曲線函數(shù)和坐標(biāo)為[xk = λ ?/EXT KEFk，yk = y°BJ/EXTKEFk](其中，k = 0 到 n°BJ/EXTKEF)的（n°BJ/EXTKEF+l)個(gè)插值點(diǎn)插值函數(shù) RWU) 和嚴(yán)KEFU)，使得：
[0093] -所有的λ °BVEX?Fk被包括在傳感器和源的光譜的交叉區(qū)[λ I1? ; λ 2Κ·](見(jiàn) 網(wǎng) 巾 ^ OBJ^/EXTEEFq _ ^ -j^mesure 既 ^ OBJ/EXT EEF^OBJ/EXT EEF _ 入 gmesure _
[0094] -樣條曲線的零斜率在兩端為零：p0 = pn°w/EXT KEF = 0
[0095] y〇BVE?EFk是該方法將確定的未知數(shù)。
[0096] 鑒于函數(shù)RWU)和1ΕΧΤ ΚΕΡ(λ)是具有在兩端零斜率的封閉樣條曲線函數(shù)， R?( λ )和1EXT KEF( λ )可以寫(xiě)成線性形式：
[0097]

【權(quán)利要求】
1. 一種用于通過(guò)使用設(shè)備（10)測(cè)量至少在物體（30)的一個(gè)點(diǎn)上的均勻漫反射率 RW(A)的方法，所述設(shè)備（10)包括能夠發(fā)射以光通量的形式表示的彩色光源的裝置（11) 以及電子彩色圖像傳感器（12)，其特征在于，所述方法包括以下步驟： ?將所述物體（30)放置于區(qū)域，所述區(qū)域位于能夠以彩色光通量的形式發(fā)射彩色光 源的所述裝置（11)對(duì)面并基本垂直于所述裝置（11)并且位于所述電子彩色圖像傳感器 (12)的視野內(nèi)，所述物體（30)還受到以恒定且未知的外部環(huán)境光通量（40) ΓΛ(λ)的形式 的外部光源，其中λ表示波長(zhǎng)；由所述裝置（11)發(fā)射一系列的Ν個(gè)光源Ss°ura(A)i(其中， N為大于1的自然數(shù)，i從1到N變化，λ為波長(zhǎng)已知為能夠發(fā)射彩色的光通 量的所述裝置（11)的輸入?yún)?shù)的函數(shù)，由所述電子彩色圖像傳感器（12)捕獲至少在所述 物體（30)的一個(gè)點(diǎn)上反射的光通量并且輸入傳感器，所述光通量被表示為^#^(入\，其 中，N為嚴(yán)格大于2的自然數(shù)，i從1到N變化，λ為波長(zhǎng)；并由于光波疊加特性以及通過(guò)定 義在物體（30)的至少一個(gè)點(diǎn)上的均勻漫反射率R WU)，獲得"Ε/'的Ν個(gè)方程：EeaptOTU) i = R0BJU)*(rxtu)+s_rceU) 〇 ;以及 ?通過(guò)求解N個(gè)方程Ei的系統(tǒng)，由所述設(shè)備（10)確定兩個(gè)未知連續(xù)函數(shù)Rw( λ )和 產(chǎn)（λ): -通過(guò)在源和傳感器的光譜的交叉區(qū)內(nèi)積分每個(gè)方程Ερ通過(guò)將靈敏度在選擇的色度 基表示為X，y和Z，每個(gè)方程Ei然后生成3個(gè)"積分E/'方程： / (Ecapteur ( λ ) jx ( λ ) *d λ ) - / ((R0BJ( λ ) * (lext ( λ ) +S_rce ( λ ) J *χ ( λ ) *d λ ) / (Ecapteur ( λ ) jy ( λ ) *d λ ) - / ((R0BJ( λ ) * (lext ( λ ) +Ssource ( λ ) J *y ( λ ) *d λ ) / (Ecapteur ( λ ) jz ( λ ) *d λ ) - / ((R0BJ( λ ) * (lext ( λ ) +Ssource ( λ ) ^ *ζ ( λ ) *d λ )， -通過(guò)使用數(shù)字圖像傳感器的輸出參數(shù)計(jì)算對(duì)應(yīng)于左手側(cè)的Ei積分方程的數(shù)值；以及 -通過(guò)使用由至少一個(gè)插值函數(shù)S( λ)連接的有限數(shù)量的插值點(diǎn)（λ 來(lái)表達(dá)兩個(gè) 未知的連續(xù)函數(shù)R?U)和產(chǎn)（λ)，以便保持所述未知連續(xù)函數(shù)和產(chǎn)（λ)的連 續(xù)性質(zhì)，λ ^是在源和傳感器的光譜的交叉區(qū)內(nèi)被選擇的波長(zhǎng)并且是用來(lái)對(duì)給定的精度最 小化插值點(diǎn)數(shù)目而被選擇的方法的輸入?yún)?shù)；以及 -通過(guò)查找函數(shù)( λ )和1# ( λ )的參數(shù)yj，其最小化Ei積分方程所產(chǎn)生的最小二 乘法系統(tǒng)I |a*x_b| |2。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述方法還包括確定外部光源ΓΛ(λ)的值的 步驟。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述方法進(jìn)一步還包括將至少在物體（30)的 一個(gè)點(diǎn)上的均勻漫反射率的函數(shù)R?( λ)轉(zhuǎn)換為對(duì)于給定光源的CIE XYZ坐標(biāo)的步驟。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，閃光的數(shù)量與用于確定至少在物體（30) 的一個(gè)點(diǎn)上的均勻漫反射率R?U)和外部光源1#(λ)的值的插值點(diǎn)的數(shù)量是相同的數(shù) 量級(jí)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，所述方法包括在若干光譜波段確定至少在 物體（30)的一個(gè)點(diǎn)上的均勻漫反射率R?U)和外部光源1#(λ)的值的步驟。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)的方法，其特征在于，所述設(shè)備（10)使用用于發(fā)射彩 色閃光的屏幕和探測(cè)并捕獲由目標(biāo)物體反射的光的電子圖像傳感器。
7. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)的方法，其特征在于，所述設(shè)備（10)是具有內(nèi)置或者 可移除的閃光的相機(jī)單元或相機(jī)。
8. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)的方法，其特征在于，所述設(shè)備（10)實(shí)施用于確保有 效轉(zhuǎn)換彩色閃光的發(fā)射和接收的波導(dǎo)。
9. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)的方法，其特征在于，實(shí)施所述方法是為了獲取物體 的光譜圖片和根據(jù)意愿進(jìn)行色調(diào)整（白平衡）。
10. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)的方法，其特征在于，實(shí)施所述方法是為了測(cè)量包括 于如下群組中的要素的顏色：材料、固體、液體、氣體、繪畫(huà)、掛毯、圖形、紡織品、塑料、木材、 金屬、土壤、礦物、植物和食品。
11. 根據(jù)前述權(quán)利要求1至9中的任一項(xiàng)的方法，其特征在于，實(shí)施所述方法是為了測(cè) 量包括于如下群組中的至少一種要素的在人類(lèi)和生物體上的用于醫(yī)療或美容目的顏色：皮 膚、青春痘、痣、毛發(fā)、毛皮、化妝品和牙齒。
12. 根據(jù)前述權(quán)利要求1至9中的任一項(xiàng)的方法，其特征在于，實(shí)施所述方法是為了一 維或多維的彩色條形碼的使用。
13. 根據(jù)前述權(quán)利要求1至9中的任一項(xiàng)的方法，其特征在于，實(shí)施所述方法目的是協(xié) 助有色盲和/或失明的人。
14. 一種設(shè)備（10)，包括能夠發(fā)射彩色光通量的形式的彩色光源的裝置（11)和電 子彩色圖像傳感器（12)，用于測(cè)量至少在物體（30)的一個(gè)點(diǎn)上的均勻漫反射率的函數(shù) Rw( λ )，所述物體（30)放置在位于能夠發(fā)射彩色的所述裝置（11)的對(duì)面并基本垂直于所 述裝置（11)的區(qū)域，并且放置于所述電子彩色圖像傳感器（12)的視野內(nèi)，所述物體（30) 還受到表示為Γ Λ(λ)的恒定且未知的環(huán)境外部光通量（40)形式的外部光源，其特征在 于，所述設(shè)備（10)包括用于如下的裝置： ?發(fā)射一系列的Ν個(gè)光源Ss°ura ( λ ) i (其中，Ν為嚴(yán)格大于2的自然數(shù)，i從1到Ν變 化，λ為波長(zhǎng)），Ss°ura(X)i已知為能夠發(fā)射彩色的光通量的所述裝置（11)的輸入?yún)?shù)的 函數(shù)，由所述電子彩色圖像傳感器（12)捕獲至少在所述物體（30)的一個(gè)點(diǎn)上反射的光通 量并且輸入傳感器，所述光通量被表示為E MptOT ( λ ) i，其中，N為大于1的自然數(shù)，i從1到 N變化，λ為波長(zhǎng)；并由于光波疊加特性以及通過(guò)定義至少在物體（30)的一個(gè)點(diǎn)上的均勻 漫反射率 R°BJ ( λ )，獲得 Ν 個(gè)方程（EJ :Ecaptemr ( λ ) i = R°BJ ( λ ) * (產(chǎn)（λ ) +S_TCe ( λ ) i );以 及 ?通過(guò)求解N個(gè)方程Ε,的系統(tǒng)，確定兩個(gè)未知連續(xù)函數(shù)RWU)和1?（λ): -通過(guò)在源和傳感器的光譜的交叉區(qū)內(nèi)積分每個(gè)方程Ερ通過(guò)將靈敏度在選擇的色度 基表示為X，y和z，每個(gè)方程Ε,然后生成3個(gè)"積分E/'方程： / (Ecapteur ( λ ) jx ( λ ) *d λ ) - / ((R0BJ( λ ) * (lext ( λ ) +S_rce ( λ ) J *χ ( λ ) *d λ ) / (Ecapteur ( λ ) jy ( λ ) *d λ ) - / ((R0BJ( λ ) * (lext ( λ ) +Ssource ( λ ) J *y ( λ ) *d λ ) / (Ecapteur ( λ ) jz ( λ ) *d λ ) - / ((R0BJ( λ ) * (lext ( λ ) +Ssource ( λ ) ^ *ζ ( λ ) *d λ )， -通過(guò)使用數(shù)字圖像傳感器的輸出參數(shù)計(jì)算對(duì)應(yīng)于左手側(cè)的Ei積分方程的數(shù)值；以及 -通過(guò)使用由至少一個(gè)插值函數(shù)S( λ)連接的有限數(shù)量的插值點(diǎn)（λ 來(lái)表達(dá)兩個(gè) 未知的連續(xù)函數(shù)R?U)和產(chǎn)（λ)，用于保持所述未知連續(xù)函數(shù)和產(chǎn)（λ)的連 續(xù)性質(zhì)，λ ^是在源和傳感器的光譜的交叉區(qū)被選擇的波長(zhǎng)并且是用來(lái)對(duì)給定的精度最小 化插值點(diǎn)數(shù)目而被選擇的方法的輸入?yún)?shù)；以及 -通過(guò)查找曲線Rw( λ )和lext (λ )的參數(shù)yj，其最小化Ei積分方程所產(chǎn)生的最小二 乘法系統(tǒng)I |α*χ_β| |2。
【文檔編號(hào)】G01J3/50GK104272071SQ201380009854
【公開(kāi)日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2013年2月14日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月17日
【發(fā)明者】弗蘭克·埃內(nèi)貝勒 申請(qǐng)人:卡勒格銳研究有限公司