專利名稱：復(fù)頻譜色度圖及顏色特征數(shù)值的計(jì)算方法
技術(shù)領(lǐng)域：
有光就有色。凡是涉及到對(duì)光色的接收、計(jì)量、調(diào)制、傳遞、合成、還原等領(lǐng)域，例如攝像、攝影、彩電、彩擴(kuò)、印刷(包括彩色復(fù)印、彩色噴繪、彩色打印等)、印染、油漆、涂料、照明、彩色信號(hào)的識(shí)別和傳遞、服裝的色彩搭配、裝飾色彩的確定、彩色廣告的設(shè)計(jì)以及人工視覺等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)諸多領(lǐng)域，都是本發(fā)明的應(yīng)用領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
光柵CCD可見光分光光度測(cè)量技術(shù)、光纖光導(dǎo)技術(shù)、計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)。


發(fā)明內(nèi)容
對(duì)可見光分光光度計(jì)所測(cè)量到的光譜函數(shù)，進(jìn)行一系列數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)處理，在復(fù)頻譜色度圖上，得到顏色特征數(shù)值(色彩強(qiáng)度、色相、色彩飽和度、顏色亮度、色彩平衡度)，準(zhǔn)確地描述了顏色的特性。同時(shí)，利用這些全新的顏色特征數(shù)值，通過全新的計(jì)算方法對(duì)目標(biāo)色進(jìn)行配色、顏色合成、顏色分解。簡(jiǎn)單地說，就是在可見光范圍內(nèi)，用二維平面的復(fù)頻譜色度圖，替代現(xiàn)在廣泛使用的三維立體空間的三刺激值，對(duì)顏色進(jìn)行描述和解析，并解決了三刺激值所不方便解決的問題(如顏色平衡問題、色差計(jì)算問題)。
1、通過將復(fù)頻譜與極坐標(biāo)、直角坐標(biāo)相結(jié)合，發(fā)明出復(fù)頻譜色度圖平面坐標(biāo)系這一描述、解析顏色的坐標(biāo)平臺(tái)。
2、通過大量計(jì)算和驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)色相與頻率客觀存在著一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，而可見光的頻率是在2倍基頻ν。范圍內(nèi)均勻地分布在復(fù)頻譜色度圖360°(2π)角度上，所以說色相在頻率上的分布是均勻的。從而解決了現(xiàn)今顏色理論在波長(zhǎng)域CIE--XYZ色度分布不均勻的問題。
3、對(duì)可見光分光光度計(jì)測(cè)到的光譜函數(shù)s(λ)·ρ(λ)或s(λ)·τ(λ)，轉(zhuǎn)換成頻率函數(shù)s(ν)·ρ(ν)或s(ν)·τ(ν)，再變換成復(fù)頻譜色度圖上的復(fù)頻譜矢端函數(shù)r(θ)。利用矢量投影的方法，在復(fù)頻譜色度圖上得到矢端函數(shù)r(θ)的四個(gè)分矢量X+、X-、Y+、Y-。
4、利用上述四個(gè)分矢量X+、X-、X+、Y-，計(jì)算出下面全新的顏色特征數(shù)值 (1)、色彩強(qiáng)度C。在復(fù)頻譜色度圖上是一個(gè)與光動(dòng)量幾率復(fù)振幅相關(guān)的矢量。表示該色彩顯色能力的強(qiáng)弱。
(2)、色相H。在復(fù)頻譜色度圖上是色彩強(qiáng)度所指向的位置(0°--360°)。色相是區(qū)別顏色色貌的重要量化指標(biāo)之一。
(3)、顏色亮度L。在復(fù)頻譜色度圖上，與能量相關(guān)的是用矢端曲線包圍面積的大小表示顏色的亮或暗的程度。相對(duì)于等能光源，亮度變化是0--100。
(4)、色彩平衡度Ba，表示色光中處于矢量平衡狀態(tài)的程度。
(5)、色彩飽和度S，以色彩強(qiáng)度光量為分子，以色彩平衡度光量與色彩強(qiáng)度光量之和為分母，所得之比值為色彩飽和度，其值為0％--100％。
5、通過對(duì)兩個(gè)顏色進(jìn)行合成后的顏色特征數(shù)值的進(jìn)一步分析，能夠得到現(xiàn)今顏色理論不能準(zhǔn)確計(jì)算出的顏色合成效率ηc與顏色平衡效率ηba。
(1)、顏色合成效率ηc，兩個(gè)不同的顏色合成一個(gè)中間色，其中間色矢徑與兩個(gè)基色矢徑之和的比值，為顏色合成效率ηc。其值為0％--100％。值越大，則顏色合成效果越好，色域越寬。
(2)、顏色平衡效率ηba，兩個(gè)顏色進(jìn)行合成，除生成一個(gè)中間色以外，還要生成一對(duì)大小相等、方向相反的互為平衡的互補(bǔ)色。用這對(duì)平衡色矢徑與兩個(gè)基色矢徑之和的比值，為顏色平衡效率ηba。其值為0％--100％。值越大，則顏色合成效果越差，色域越窄。
6、通過對(duì)兩個(gè)相近顏色的色度測(cè)量，不需要再經(jīng)其他顏色系統(tǒng)，就能夠準(zhǔn)確地得到兩個(gè)顏色的色差。在復(fù)頻譜色度圖上，兩個(gè)顏色的色差ΔE可分為兩個(gè)顏色之間的亮度差ΔL和色彩強(qiáng)度矢量差ΔC。亮度差ΔL是色光中光能量之差，是一個(gè)標(biāo)量；色彩強(qiáng)度矢量差ΔC則是色光中兩個(gè)彩色矢量之差。這是兩個(gè)不同性質(zhì)，不同量綱的差別，要分開計(jì)算。



一、復(fù)頻譜色度坐標(biāo)系(圖1) 本圖是繪制復(fù)頻譜色度圖的平臺(tái)--復(fù)頻譜色度坐標(biāo)系。它采用極坐標(biāo)與直角坐標(biāo)相結(jié)合的方法構(gòu)成復(fù)頻譜色度平面坐標(biāo)系。
1、將極坐標(biāo)與直角坐標(biāo)的共同原點(diǎn)定為復(fù)頻譜色度坐標(biāo)系的原點(diǎn)，值為0。
2、沿極坐標(biāo)360°(2π)方向均勻地分布著可見光的一個(gè)倍頻率。即以紅端的最低頻率為ν0，紫端的最高頻率為2ν0，使在圓周方向的每一個(gè)角度θ都對(duì)應(yīng)著一個(gè)頻率ν及波長(zhǎng)λ。
3、從坐標(biāo)原點(diǎn)沿角度θ向外輻射的長(zhǎng)度為矢徑r，標(biāo)示的范圍是0--10。
4、直角坐標(biāo)的X、Y軸表示矢端函數(shù)矢徑r的余弦函數(shù)cos(θ)及正弦函數(shù)sin(θ)在相應(yīng)坐標(biāo)軸上的投影，經(jīng)積分整合后的分矢量。其大小是從零到十，均勻分布；其方向是向上、向右為正，向下、向左為負(fù)。
5、根據(jù)色彩強(qiáng)度在復(fù)頻譜色度圖上的位置及色相的變化規(guī)律，將復(fù)頻譜色度圖分為五個(gè)區(qū)域。X坐標(biāo)軸正方向上下部分為品紅區(qū)域，直角坐標(biāo)的第一象限部分為紅區(qū)域，第二象限部分為綠區(qū)域，第三象限部分為青區(qū)域，第四象限部分為藍(lán)區(qū)域。
二、復(fù)頻譜色度圖(圖2) 本圖是用可見光分光光度計(jì)(波長(zhǎng)在390nm--780nm之間)，對(duì)天津油墨廠生產(chǎn)的大紅油墨進(jìn)行測(cè)量，經(jīng)計(jì)算所繪出的復(fù)頻譜色度圖。其所用的光源經(jīng)轉(zhuǎn)換，可視為等能光源，相對(duì)光譜功率分布為s(λ)＝100，是個(gè)常量。
將可見光分光光度計(jì)所測(cè)量到的大紅油墨的光譜函數(shù)s(λ)·ρ(λ)變換為復(fù)頻譜矢端函數(shù)r(θ)以后，把它繪制到復(fù)頻譜色度坐標(biāo)系上，復(fù)頻譜色度坐標(biāo)系的頻率范圍是385MMHz到770MMHz，在360°圓周上均勻分布。圖中的曲線是該油墨的復(fù)頻譜矢端函數(shù)r(θ)的軌跡。主矢徑r的長(zhǎng)度為該色的色彩強(qiáng)度C，是矢量；色彩強(qiáng)度所指向的角度θ是該色的色相H；與角度對(duì)應(yīng)的頻率和波長(zhǎng)是該色的主頻率ν和主波長(zhǎng)λ；復(fù)頻譜矢端函數(shù)r(θ)曲線包圍的面積除以2π，是該色的亮度L；即 色彩強(qiáng)度c＝8.61349 色相H＝52.952度亮度L＝30.44780 主頻率ν＝441.629MMHz主波長(zhǎng)λ＝678.832nm 通過進(jìn)一步計(jì)算可以得到 色彩飽和度S＝77.238％色彩平衡度Ba＝3.306％
具體實(shí)施例方式 1、將光譜函數(shù)s(λ)·ρ(λ)或s(λ)·τ(λ)變換為復(fù)頻譜矢端函數(shù)r(θ) 將測(cè)量可見光(波長(zhǎng)在390nm--780nm)的分光光度計(jì)所測(cè)量到的光譜函數(shù)s(λ)·ρ(λ)或s(λ)·τ(λ)進(jìn)行變換，變換的方法依據(jù)，即將光譜函數(shù)中的自變量波長(zhǎng)λ變換為頻率ν。在復(fù)頻譜色度圖上，可見光的頻率范圍是從紅端的ν0到紫端的2ν0，這一個(gè)倍頻的頻率均勻地分布在極坐標(biāo)的360°復(fù)平面上。因此將頻率ν轉(zhuǎn)換成角度θ的計(jì)算方法是

。其中，θ是在復(fù)頻譜色度圖上頻率所對(duì)應(yīng)的角度，ν是可見光的頻率，ν0是可見光紅端的頻率，又稱基頻。經(jīng)過上述波長(zhǎng)、頻率、角度的變換以后，就可將光譜函數(shù)s(λ)·ρ(λ)或s(λ)·τ(λ)變換為復(fù)頻譜矢端函數(shù)r(θ)。
2、復(fù)頻譜矢端函數(shù)r(θ)的分類 用可見光分光光度計(jì)測(cè)量發(fā)光物體的光源色及物體的透射色和反射色。
對(duì)于光源色，其中s(θ)是光源相對(duì)光譜功率分布。
對(duì)于物體透射色，其中τ(θ)是物體透射率。
對(duì)于物體反射色，其中ρ(θ)是物體反射率因數(shù)。
3、計(jì)算r(θ)在復(fù)頻譜色度圖四個(gè)方向上的投影分矢量利用矢量投影的方法，用正弦函數(shù)sinθ和余弦函數(shù)cosθ分別對(duì)復(fù)頻譜矢端函數(shù)r(θ)進(jìn)行調(diào)制，取得復(fù)頻譜矢端函數(shù)r(θ)在X軸和Y軸上的投影分矢量，即 以上四個(gè)分矢量是全部復(fù)頻譜色矢量在直角坐標(biāo)四個(gè)方向的積分整合。
4、基于四個(gè)投影分矢量計(jì)算顏色特征數(shù)值 在X+和X-兩個(gè)分矢量中，取絕對(duì)值小的作為X軸的平衡分矢量XBa，取X+和X-的矢量和為Xc；在Y+和Y-兩個(gè)分矢量中，取絕對(duì)值小的作為Y軸的平衡分矢量YBa，取Y+和Y-的矢量和為Yc；新發(fā)明的顏色特征數(shù)值為 (1)、色彩強(qiáng)度 (2)、色相或 (3)、顏色亮度 (4)、色彩平衡度 (5)、色彩飽和度 5、計(jì)算顏色合成效率ηc與顏色平衡效率ηba 色彩強(qiáng)度分別為

和

的兩個(gè)顏色進(jìn)行合成，二者之夾角為θ，合成以后產(chǎn)生的新顏色的色彩強(qiáng)度為

，以

的絕對(duì)值為分子，以兩個(gè)基本顏色的色彩強(qiáng)度

與

的絕對(duì)值之和為分母，所得之比值即是合成效率ηc。則 色彩強(qiáng)度分別為

和

的兩個(gè)顏色進(jìn)行合成，二者之夾角為θ，除生成一個(gè)色彩強(qiáng)度為

的中間色以外，還要生成一對(duì)大小相等、方向相反的互為平衡的互補(bǔ)色。取這對(duì)平衡色矢徑與兩個(gè)基色矢徑之和的比值，即為平衡效率ηba， 6、計(jì)算色差 現(xiàn)有B、D兩個(gè)顏色，B為目標(biāo)色，D為比較色。我們比較一下D與B之間的差別。
色差 ΔE＝ΔL+ΔC 亮度差ΔL＝LB-LD 色彩強(qiáng)度差 已知B和D的色相分別為HB和HD，然后分別計(jì)算

和

在X軸和Y軸上的投影。
xB＝CB·cosHB yB＝CB·sinHB xD＝CD·cosHD yD＝CD·sinHD 之后再求出B、D兩個(gè)顏色在X、Y軸上投影之差 ΔxE＝xB-xD＝CB·cosHB-CD·cosHD ΔyE＝y(tǒng)B-yD＝CB·sinHB-CD·sinHD 或 最后算出D與B的色差是一個(gè)以ΔC為矢徑，以ΔH為色相的色矢量。由此可知，只要在顏色D中，加上一點(diǎn)ΔC的彩色和ΔL亮度，就會(huì)生成顏色B。
權(quán)利要求
1.復(fù)頻譜色度圖及顏色特征數(shù)值計(jì)算方法的依據(jù)是，將物體可見光中每一個(gè)頻率的單色光視為一個(gè)色矢量，在可見光范圍內(nèi)，所有色矢量經(jīng)積分整合后的數(shù)值，決定了顏色的主波長(zhǎng)、主頻率、色彩強(qiáng)度、色相、亮度、色彩平衡度等顏色特征數(shù)值，從而可以進(jìn)行顏色合成效率、顏色平衡效率及色差的計(jì)算。
2.通過將復(fù)頻譜與極坐標(biāo)、直角坐標(biāo)相結(jié)合，創(chuàng)造出復(fù)頻譜色度圖平面坐標(biāo)系這一描述、解析顏色的坐標(biāo)平臺(tái)。
3.把可見光譜中紅端的最低頻率v0作為基頻，則可見光譜中紫端的最高頻率是v0的2倍，即是一個(gè)倍頻關(guān)系。
4.將可見光的全部頻率均勻地分布在復(fù)頻譜色度圖的極坐標(biāo)360°上，使每一個(gè)頻率v對(duì)應(yīng)一個(gè)角度θ，并滿足
5.通過光的波長(zhǎng)λ與頻率v的變換關(guān)系，即再通過頻率v與θ的變換關(guān)系，就可以將可見光分光光度計(jì)測(cè)得的光譜函數(shù)s(λ)·ρ(λ)或s(λ)·τ(λ)，轉(zhuǎn)換為復(fù)頻譜矢端函數(shù)r(θ)。
6.通過對(duì)復(fù)頻譜矢端函數(shù)r(θ)的余弦函數(shù)r(θ)·cosθ及正弦函數(shù)r(θ)·sinθ的積分整合，得出復(fù)頻譜矢端函數(shù)r(θ)在復(fù)頻譜色度圖的直角坐標(biāo)系上的X+、X-、Y+、Y-四個(gè)投影分矢量。
7.對(duì)四個(gè)投影分矢量進(jìn)行整合計(jì)算，得出色光的色彩強(qiáng)度C、色相H、色彩平衡度Ba、色彩飽和度S及顏色亮度L等顏色特征數(shù)值。
8.對(duì)兩個(gè)基本色和由其合成的目標(biāo)色的測(cè)量，可以得到三組顏色特征數(shù)值，通過計(jì)算，能夠得出顏色合成效率ηc和顏色平衡效率ηba，從而可以正確評(píng)價(jià)兩個(gè)顏色的合成效果。
9.通過對(duì)兩個(gè)相近顏色的色度測(cè)量，不需要再經(jīng)其他顏色系統(tǒng)，就能夠準(zhǔn)確地計(jì)算出兩個(gè)顏色的色差ΔE，給出兩個(gè)相近顏色的亮度差ΔL及色彩強(qiáng)度矢量差ΔC、ΔH。
全文摘要
復(fù)頻譜色度圖及顏色特征數(shù)值的計(jì)算方法屬于可見光色度定量計(jì)算的色度學(xué)領(lǐng)域。把可見光分光光度計(jì)測(cè)得的光譜函數(shù)s(λ)·ρ(λ)或s(λ)·τ(λ)變換為復(fù)頻譜矢端函數(shù)r(θ)，每一個(gè)頻率的單色光即是一個(gè)色矢量。經(jīng)積分整合，得出色光的色彩強(qiáng)度C、色相H、色彩平衡度Ba、色彩飽和度S及顏色亮度L等顏色特征數(shù)值。以此為平臺(tái)，可以對(duì)兩個(gè)不同顏色的合成進(jìn)行預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)出它們的合成效率ηc及平衡效率ηba，還可以對(duì)兩個(gè)相近的顏色進(jìn)行色差計(jì)算(ΔL及Δc)。另外，復(fù)頻譜色度圖及顏色特征數(shù)值的推出，亦可用于顏色分解、顏色合成、顏色測(cè)量、色彩傳遞、配色計(jì)算等。此項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于攝像、攝影、彩電、彩擴(kuò)、印刷、印染、油漆、涂料、照明、彩色信號(hào)的識(shí)別和傳遞、服裝的色彩搭配、裝飾色彩的確定等諸多領(lǐng)域。
文檔編號(hào)G01J3/46GK101109657SQ20071013067
公開日2008年1月23日 申請(qǐng)日期2007年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月16日
發(fā)明者龐多益, 龐也馳 申請(qǐng)人:龐多益, 龐也馳