由光譜儀輔助的特殊設(shè)計(jì)的圖案閉環(huán)校準(zhǔn)的高精度成像色度計(jì)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 所述實(shí)施例整體涉及比色法，并且更具體地涉及校準(zhǔn)低成本色度計(jì)。
【背景技術(shù)】
[0002] 顏色測(cè)量?jī)x器落入兩個(gè)范疇：寬帶（或?qū)掝l帶）和窄帶。寬帶測(cè)量?jī)x器報(bào)告通過(guò) 對(duì)經(jīng)由寬帶濾光器的輸入光進(jìn)行光學(xué)處理所得到的最多至三個(gè)顏色信號(hào)。光度計(jì)是最簡(jiǎn)單 的實(shí)例，僅提供對(duì)刺激物的亮度的測(cè)量。它們主要的用途是確定顯示器的非線(xiàn)性校準(zhǔn)功能。 密度計(jì)是測(cè)量通過(guò)紅色、綠色和藍(lán)色濾光器濾光后的光的光學(xué)密度的寬帶儀器的實(shí)例。色 度計(jì)是直接報(bào)告三色（XYZ)值及其導(dǎo)數(shù)諸如CIELAB的寬帶儀器的另一實(shí)例。色度計(jì)有時(shí) 也稱(chēng)為成像光度計(jì)，該成像光度計(jì)為像相機(jī)一樣運(yùn)轉(zhuǎn)的成像設(shè)備。成像色度計(jì)可為時(shí)序型 或拜耳濾光器型。報(bào)告明顯大于三個(gè)維度的光譜數(shù)據(jù)的儀器落入窄帶范疇。
[0003] 分光光度計(jì)和分光輻射度計(jì)是窄帶儀器的實(shí)例。這些儀器通常分別在可見(jiàn)光譜內(nèi) 以從1到10納米的增量記錄光譜反射率和輻射率，從而形成30-200個(gè)通道。它們也有在 內(nèi)部進(jìn)行計(jì)算的能力，并從窄帶15光譜數(shù)據(jù)報(bào)告三色坐標(biāo)。分光輻射度計(jì)可測(cè)量發(fā)射和反 射刺激兩者，而分光光度計(jì)僅可測(cè)量反射刺激。分光計(jì)或光譜儀為可量化和測(cè)量光譜的窄 帶設(shè)備。
[0004] 寬帶儀器諸如密度計(jì)和色度計(jì)的主要優(yōu)點(diǎn)是它們價(jià)格不高并且可以極快的速率 讀出數(shù)據(jù)。然而，所得到的測(cè)量?jī)H為真實(shí)三色信號(hào)的近似值，并且該近似值的品質(zhì)廣義上根 據(jù)正被測(cè)量的刺激物的特征而變化。在任意的照明和觀察條件下對(duì)任意刺激物的準(zhǔn)確比色 測(cè)量需要由更昂貴的窄帶儀器提供的光譜測(cè)量。與不具有空間分辨率的測(cè)量?jī)x器諸如分光 計(jì)相比，這種技術(shù)提供以下優(yōu)點(diǎn)：(a)具有單個(gè)圖像中的眾多測(cè)量的同時(shí)捕獲的大量時(shí)間 節(jié)省以及（b)集成在軟件中的允許自動(dòng)化分析方法的圖像處理功能，例如均勻度或?qū)Ρ榷?的計(jì)算。
[0005] 然而，成像光度計(jì)和色度計(jì)的絕對(duì)測(cè)量精度不和分光計(jì)一樣高。這是因?yàn)槭褂媒Y(jié) 合光學(xué)濾光器的CCD傳感器的工作原理，它只能適用于具有有限精度的人眼敏感性。因 此，成像色度計(jì)是用于顯示測(cè)試行業(yè)中的面板圖形和控制元件的亮度和顏色分布的測(cè)量的 所選儀器，該亮度和和顏色分布包括但不限于均勻度，對(duì)比度，不均勻度和調(diào)制傳遞函數(shù) (MTF) 〇
[0006] 因此，所希望的是可包括更準(zhǔn)確輸出的寬帶色度計(jì)的替代物。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本說(shuō)明書(shū)描述了涉及用于提供可包括更準(zhǔn)確輸出的寬帶色度計(jì)的方法的各種實(shí) 施例。在一個(gè)實(shí)施例中，窄帶儀器諸如分光計(jì)或光譜儀可用于校準(zhǔn)寬帶色度計(jì)，使得可提供 更準(zhǔn)確的輸出。在一個(gè)實(shí)施例中，由寬帶色度計(jì)和窄帶光譜儀兩者組成的光學(xué)測(cè)試設(shè)備可 用于提供更準(zhǔn)確校準(zhǔn)的寬帶色度計(jì)。作為實(shí)例，作為由寬帶色度計(jì)和窄帶光譜儀兩者組成 的混合系統(tǒng)的光譜相機(jī)可用于借助寬帶色度計(jì)和窄帶光譜儀兩者同時(shí)進(jìn)行測(cè)試。通過(guò)同時(shí) 進(jìn)行測(cè)試，可實(shí)現(xiàn)對(duì)寬帶色度計(jì)的準(zhǔn)確校準(zhǔn)。本說(shuō)明書(shū)還描述了利用窄帶多通道分光計(jì)來(lái) 表征寬帶三通道色度計(jì)的數(shù)學(xué)模型。
[0008] 在一個(gè)實(shí)施例中，公開(kāi)了一種通過(guò)使用窄帶顏色測(cè)量設(shè)備來(lái)校正寬帶顏色測(cè)量設(shè) 備的輸出的方法。所述方法包括配置寬帶顏色測(cè)量設(shè)備和窄帶顏色測(cè)量設(shè)備以測(cè)量顏色、 利用預(yù)先確定的測(cè)試圖案來(lái)刺激寬帶顏色測(cè)量設(shè)備和窄帶顏色測(cè)量設(shè)備、從寬帶顏色測(cè)量 設(shè)備和窄帶顏色測(cè)量設(shè)備捕獲顏色測(cè)量數(shù)據(jù)、確定與所捕獲的顏色測(cè)量數(shù)據(jù)有關(guān)的校正矩 陣、以及利用該校正矩陣來(lái)校正寬帶顏色測(cè)量設(shè)備的顏色測(cè)量輸出。在一個(gè)實(shí)施例中，預(yù)先 確定的測(cè)試圖案包括61個(gè)唯一的數(shù)字顏色刺激圖案。在一個(gè)實(shí)施例中，寬帶顏色測(cè)量設(shè)備 為色度計(jì)。在一個(gè)實(shí)施例中，窄帶顏色測(cè)量設(shè)備為分光計(jì)。
[0009] 在一個(gè)實(shí)施例中，公開(kāi)了一種使用窄帶顏色測(cè)量設(shè)備來(lái)校準(zhǔn)寬帶顏色測(cè)量設(shè)備的 方法。該方法包括呈現(xiàn)預(yù)先確定的測(cè)試圖案、配置窄帶設(shè)備和寬帶設(shè)備以根據(jù)預(yù)先確定的 測(cè)試圖案同時(shí)測(cè)量顏色數(shù)據(jù)、從寬帶設(shè)備和窄帶設(shè)備捕獲顏色數(shù)據(jù)、確定與所捕獲的顏色 數(shù)據(jù)有關(guān)的最佳擬合校正矩陣、評(píng)估該最佳擬合校正矩陣是否可被接受作為針對(duì)來(lái)自寬帶 設(shè)備的顏色測(cè)量的校準(zhǔn)參數(shù)、以及當(dāng)最佳擬合校正矩陣不可被接受作為校準(zhǔn)參數(shù)時(shí)返回到 呈現(xiàn)預(yù)先確定的測(cè)試圖案的步驟。在一個(gè)實(shí)施例中，該方法進(jìn)一步包括當(dāng)最佳擬合校正矩 陣可被接受作為校準(zhǔn)參數(shù)時(shí)，使用最佳擬合校正矩陣作為針對(duì)來(lái)自寬帶設(shè)備的顏色測(cè)量的 校準(zhǔn)參數(shù)。在一個(gè)實(shí)施例中，最佳擬合校正矩陣為3X3矩陣。在一個(gè)實(shí)施例中，最佳擬合校 正矩陣為3X4矩陣。在一個(gè)實(shí)施例中，預(yù)先確定的測(cè)試圖案包括61個(gè)唯一的數(shù)字顏色刺激 圖案。在一個(gè)實(shí)施例中，寬帶設(shè)備為色度計(jì)。在一個(gè)實(shí)施例中，窄帶設(shè)備為分光計(jì)。
[0010] 在一個(gè)實(shí)施例中，公開(kāi)了一種被配置為使用窄帶顏色測(cè)量設(shè)備來(lái)校準(zhǔn)寬帶顏色測(cè) 量設(shè)備的輸出的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括被配置為將測(cè)試圖案的圖像分離為第一圖像和第二圖像 的分離器、被配置為將第一圖像引導(dǎo)至窄帶設(shè)備的第一圖像流水線(xiàn)、被配置為從第一圖像 捕獲第一數(shù)據(jù)的窄帶設(shè)備、被配置為將第二圖像引導(dǎo)至寬帶設(shè)備的第二圖像流水線(xiàn)、以及 被配置為從第二圖像捕獲第二數(shù)據(jù)的寬帶設(shè)備。所捕獲的第一數(shù)據(jù)和所捕獲的第二數(shù)據(jù)用 于確定與所捕獲的第一數(shù)據(jù)和第二數(shù)據(jù)有關(guān)的校正矩陣。在一個(gè)實(shí)施例中，校正矩陣用于 校準(zhǔn)寬帶設(shè)備。在一個(gè)實(shí)施例中，寬帶設(shè)備為色度計(jì)。在一個(gè)實(shí)施例中，窄帶設(shè)備為分光 計(jì)。在一個(gè)實(shí)施例中，測(cè)試圖案屬于包括61個(gè)唯一的數(shù)字顏色刺激圖案的一組預(yù)先確定的 測(cè)試圖案。
【附圖說(shuō)明】
[0011] 通過(guò)參考結(jié)合附圖所作的以下描述可最佳地理解所述實(shí)施例及其優(yōu)點(diǎn)。這些附圖 絕不會(huì)限制本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離所述實(shí)施例的實(shí)質(zhì)和范圍的情況下可對(duì)所述實(shí)施 例作出的在形式和細(xì)節(jié)方面的任何改變。
[0012] 圖1A-1C示出了三種廣泛使用類(lèi)型的分光計(jì)配置：（1A)交叉式Czerny-Turner、 (1B)透鏡-光柵-透鏡、（1C)鏡-光柵-鏡。
[0013] 圖2A-2B示出了用于色度計(jì)的兩種顏色分離濾光方法：（2A)時(shí)序?yàn)V光器和（2B) 拜耳濾光器。
[0014]圖3示出了根據(jù)本說(shuō)明書(shū)中所述的一個(gè)實(shí)施例的光譜相機(jī)的實(shí)施例，該光譜相機(jī) 可用于利用窄帶分光計(jì)來(lái)校準(zhǔn)寬帶色度計(jì)。
[0015] 圖4示出了根據(jù)本說(shuō)明書(shū)中所述的一個(gè)實(shí)施例的顯示用于在光譜相機(jī)中同時(shí)執(zhí) 行寬帶色度計(jì)和窄帶分光計(jì)測(cè)試的方法步驟的流程圖。
[0016] 圖5示出了在施加校正之前的14個(gè)圖案的誤差范圍。
[0017] 圖6示出了在施加校正之后的14個(gè)圖案的誤差范圍。
[0018] 圖7示出了根據(jù)本說(shuō)明書(shū)中所述的一個(gè)實(shí)施例的用于校正寬帶色度計(jì)的輸出的 方法步驟的流程圖。
[0019] 圖8示出了根據(jù)本說(shuō)明書(shū)中所述的一個(gè)實(shí)施例的顯示用于利用窄帶顏色測(cè)量設(shè) 備來(lái)執(zhí)行寬帶顏色測(cè)量設(shè)備的校準(zhǔn)使得可提供寬帶顏色測(cè)量設(shè)備的更準(zhǔn)確的輸出的方法 步驟的流程圖。
[0020] 圖9是適用于實(shí)現(xiàn)所述實(shí)施例中的一些實(shí)施例的電子設(shè)備的框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 在本部分中描述了根據(jù)本專(zhuān)利申請(qǐng)的方法與裝置的代表性應(yīng)用。提供這些實(shí)例僅 是為了添加上下文并有助于理解所述實(shí)施例。因此，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言將顯而易 見(jiàn)的是，可在沒(méi)有這些具體細(xì)節(jié)中的一些或全部的情況下實(shí)踐所述實(shí)施例。在其他情況下， 為了避免不必要地模糊所述實(shí)施例，未詳細(xì)描述熟知的處理步驟。其他應(yīng)用也是可能的，使 得以下實(shí)例不應(yīng)視為是限制性的。
[0022] 在以下詳細(xì)描述中，參考了形成說(shuō)明書(shū)的一部分的附圖，在該附圖中以舉例說(shuō)明 的方式示出了根據(jù)所述實(shí)施例的具體實(shí)施例。盡管足夠詳細(xì)地描述這些實(shí)施例以使得本領(lǐng) 域技術(shù)人員能夠?qū)嵺`所述實(shí)施例，但是應(yīng)當(dāng)理解，這些實(shí)例并非是限制性的；使得可使用其 他實(shí)施例，并且可在不脫離所述實(shí)施例的實(shí)質(zhì)和范圍的情況下作出改變。
[0023] 分光計(jì)為可量化和測(cè)量光譜的窄帶顏色測(cè)量設(shè)備的實(shí)例。圖1A-1C示出了廣泛使 用并且可用于利用光譜相機(jī)的并行測(cè)試配置的三種基本類(lèi)型的分光計(jì)配置。它們是交叉式 Czerny-Turner (圖1A)、透鏡-光柵-透鏡（圖1B)和鏡-光柵-鏡（圖1C)配置。
[0024] 如圖1A-1C所示，所有分光計(jì)具有這四個(gè)關(guān)鍵元件：（1)準(zhǔn)直器110、（2)衍射光柵 120、（3)聚焦元件130和⑷檢測(cè)器陣列140。光束將首先在曲面鏡或透鏡110處照準(zhǔn)。如 名稱(chēng)所指示的，準(zhǔn)直器110的功能以受控方式照準(zhǔn)光束。經(jīng)照準(zhǔn)的光束隨后被光柵120衍 射。衍射光柵120使得經(jīng)照準(zhǔn)的光束以不同波長(zhǎng)輸出在角度空間中發(fā)散。在光柵120衍射 光束之后，不同波長(zhǎng)的輸出光束將在不同方向上傳播。為保證這些輸出光束撞擊正確的檢 測(cè)器，通常對(duì)聚焦鏡或透鏡130進(jìn)行定位以確保通過(guò)聚焦鏡或透鏡130的所有輸出光束將 會(huì)聚到正確的檢測(cè)器上。不同波長(zhǎng)的輸出光束隨后將由檢測(cè)器陣列140檢測(cè)和吸收。
[0025] 針對(duì)基于傳輸光柵的分光計(jì)，交叉式Czerny-Turner分光計(jì)使用所有的曲面鏡來(lái) 實(shí)現(xiàn)照準(zhǔn)和聚焦功能。透鏡-光柵-透鏡（LGL)分光計(jì)使用兩個(gè)透鏡和光柵，而鏡-