專利名稱：一種用接觸式圖像傳感器測量顏色的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種用接觸式圖像傳感器(contact Image Sensor,簡稱CIS)測量顏色的方法及裝置，屬于顏色測量技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著顏色科學(xué)理論和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，顔色信息已經(jīng)從模糊的感覺概念變?yōu)榫_的定量描述，成為數(shù)字圖像的信息構(gòu)成，顔色測量儀器得到了越來越廣泛的應(yīng)用。在影像處理與復(fù)制領(lǐng)域，通常需要用色彩管理技術(shù)進(jìn)行圖像質(zhì)量的控制，必須對大量的顏色樣品進(jìn)行測量，如ISO IT8/7. 3標(biāo)準(zhǔn)色標(biāo)有近1000個色塊，ECI2002色標(biāo)有近1500個色塊。為了提高顏色測量的速度，目前エ業(yè)中使用的色彩管理測量儀器都是進(jìn)ロ的昂貴設(shè)備，如美國X-Rite公司的EyeOne IO和iliSis等掃描分光光度計(jì)，通過對顏色樣品的掃描測量記錄每個色塊的顏色測量數(shù)據(jù)。在進(jìn)行印刷過程質(zhì)量控制吋，由于印刷機(jī)的速度很快，需要使用測量速度更快的儀器以適應(yīng)實(shí)時檢測的需要。目前使用的顏色測量儀器是價格更加昂貴 的進(jìn)ロ儀器，而且體積很大，如X-Rite Intelitrax或Easytrax等。顔色測量儀器主要分為兩類分光光度計(jì)和光電色度計(jì)。二者的測量原理不同。分光光度計(jì)通過對測量樣品反射光的光譜分析計(jì)算顏色值，而光電色度計(jì)通過光電轉(zhuǎn)換器件的光電特性模擬人眼的顔色感知過程進(jìn)行顔色的測量。通常分光光度計(jì)的測量精準(zhǔn)度要高于光電色度計(jì)，但儀器制造的成本也遠(yuǎn)高于光電色度計(jì)。而光電色度計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，價格低，測量速度快。國內(nèi)尚未生產(chǎn)出適用于上述エ業(yè)需要的商品化顔色測量儀器，其主要原因是分光光度計(jì)屬于精密光學(xué)儀器，精度和集成度要求都很高，制造技術(shù)復(fù)雜，國內(nèi)不掌握其核心技木。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明根據(jù)光電色度計(jì)的原理，利用接觸式圖像傳感器感光単元列陣的光電特性提供一種能夠快速測量大量顏色樣品的裝置和方法。通過接觸式圖像傳感器CIS對色標(biāo)圖或印刷測控條進(jìn)行掃描，采集得到色標(biāo)中每個色塊的RGB響應(yīng)值，再對RGB響應(yīng)值進(jìn)行數(shù)學(xué)變換得到相應(yīng)的CIEXYZ三刺激值，進(jìn)而計(jì)算得到其它顏色值，如色品坐標(biāo)xy和CIELAB顏色值L*a*b*。如果已知各色塊的標(biāo)準(zhǔn)顔色數(shù)值則可以計(jì)算得到色標(biāo)中各色塊與標(biāo)準(zhǔn)值之間的色差。接觸式圖像傳感器(CIS)是ー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)換単元陣列以及相關(guān)的電路，可以對反射樣品，如照片、印刷品等進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，采集為數(shù)字圖像，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意如圖I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)換單元將光信號轉(zhuǎn)換為模擬電信號，經(jīng)過內(nèi)部電路和A/D轉(zhuǎn)換得到與光信號成比例的數(shù)字信號。由于光電轉(zhuǎn)換單元排列成一行，因此同時可以采集反射樣品上一行的信息。如果同步移動接觸式圖像傳感器CIS或反射樣品，就可以將整幅樣品的信息采集下來。接觸式圖像傳感器CIS分為單色和彩色等幾種類型，其中彩色CIS可以將彩色樣品的顔色轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的紅、綠、藍(lán)(RGB)電信號。目前CIS多用于圖像信息的采集及識別。本發(fā)明利用CIS器件的光電轉(zhuǎn)換功能和光電轉(zhuǎn)換單元陣列的特點(diǎn)設(shè)計(jì)了ー種快速測量顏色的光電色度計(jì)，每ー個光電轉(zhuǎn)換單元構(gòu)成ー個獨(dú)立的光電色度計(jì)，因此單元陣列可以同時采集多個顏色樣品，實(shí)現(xiàn)對大量反射樣品顏色的批量測量功能。要實(shí)現(xiàn)光電色度計(jì)的功能，首先用CIS器件對反射樣品顏色信息進(jìn)行采集，將采集的RGB信號進(jìn)行數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換，得到符合CIE (國際照明委員會International Commission on Illumination的簡稱)顔色系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)顔色值，實(shí)現(xiàn)顏色測量的功能。—種用接觸式圖像傳感器測量顔色的裝置，包括接觸式圖像傳感器、相應(yīng)接ロ電路和計(jì)算機(jī)。接觸式圖像傳感器通過接ロ電路連接到計(jì)算機(jī)上，用接觸式圖像傳感器采集反射樣品的顔色信息，將顏色信息轉(zhuǎn)換為電信號，通過接ロ電路轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)將數(shù)字信息進(jìn)行數(shù)學(xué)變換，得到顏色測量所需的CIE顔色值。接觸式圖像傳感器CIS對反射樣品的顏色進(jìn)行橫向逐行采集，通過縱向移動進(jìn)行顔色信息的掃描采集，可以同時測量多個顏色樣品。
所述接ロ電路對CIS逐行采集的電信號進(jìn)行A/D變換并得到RGB數(shù)字顔色值，通過接ロ等將RGB數(shù)字顏色值傳送給計(jì)算機(jī)，接ロ電路采用的輸出接ロ可以為USB、CameraLink 或 IEEE 1394 接 ロ等。ー種用接觸式圖像傳感器測量顔色的方法，包括如下步驟(I)采用接觸式圖像傳感器CIS對反射樣品的顔色信息進(jìn)行采集，得到數(shù)字化的RGB數(shù)值；(2)將接觸式圖像傳感器CIS采集的RGB數(shù)值進(jìn)行數(shù)學(xué)變換，得到CIEXYZ三刺激值，進(jìn)而計(jì)算得到顏色測量所需的其它CIE顔色值。通過接觸式圖像傳感器CIS可以對反射樣品逐行掃描進(jìn)行顔色信息的采集，通過傳感器或樣品的移動可以進(jìn)行掃描采集，實(shí)現(xiàn)大面積、多色塊的快速顏色測量，反射樣品可包含單個或多個色塊。接ロ電路對Cis逐行采集的電信號進(jìn)行A/D變換并得到RGB數(shù)字顏色值，通過USB、Camera Link或IEEE 1394接ロ將RGB數(shù)字顏色值傳送給計(jì)算機(jī)。RGB數(shù)值經(jīng)接ロ傳送至計(jì)算機(jī)，首先將采集的RGB數(shù)值進(jìn)行歸ー化處理，然后對歸一化的RGB值進(jìn)行非線性變換f，經(jīng)過非線性變換后得到的RGB顏色刺激值與CIEXYZ三刺激值呈線性關(guān)系，通過線性變換矩陣計(jì)算得到CIEXYZ三刺激值；由計(jì)算得到的CIEXYZ三刺激值計(jì)算其它顔色數(shù)據(jù)，如CIE色品坐標(biāo)xy、CIE1976L*a*b*等。其它顏色計(jì)算功能可根據(jù)需要由軟件實(shí)現(xiàn)，由此實(shí)現(xiàn)了全部的顏色測量和計(jì)算。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)換特性進(jìn)行顏色測量，避開了分光光度計(jì)的技術(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)，一次可測量樣品上一條直線的顏色，而不是只測量ー個點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)大量顏色樣品的快速掃描測量，滿足快速顏色測量的需要；使用接觸式圖像傳感器可以幾乎與反射樣品接觸到一起進(jìn)行測量(測量距離1-3_)，因此可以有效避免環(huán)境光的干擾，提高測量的穩(wěn)定性；利用色彩管理技術(shù)進(jìn)行顔色的轉(zhuǎn)換計(jì)算，可使計(jì)算結(jié)果與CIE標(biāo)準(zhǔn)顏色值一致。
本發(fā)明將CIS圖像傳感器(不是為了采集圖像，而是為了采集顏色信息)和對采集信息的計(jì)算處理兩項(xiàng)技術(shù)組合起來，利用CIS制作了ー個快速測量顏色樣品的光電色度計(jì)，將RGB信號進(jìn)行計(jì)算最終得到符合CIE標(biāo)準(zhǔn)的顔色值。下面通過附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明做進(jìn)ー步說明，但并不意味著對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。


圖I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進(jìn)行顔色信息采集示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明用接觸式圖像傳感器測量顔色的裝置，包括接觸式圖像傳感器2、相應(yīng)接ロ電路和計(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的顏色信息，采集信號通過接ロ電路傳輸?shù)接?jì)算機(jī)3，計(jì)算機(jī)3通過相應(yīng)軟件將反射樣品I的顏色信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字化的標(biāo)準(zhǔn)顏色值。該裝置掃描測量顔色的示意圖如圖2所示。用接觸式圖像傳感器測量顔色的方法，具體步驟包括( I)單個或包含多個色塊構(gòu)成的反射樣品I由接觸式圖像傳感器2構(gòu)成的采集裝置按箭頭方向掃描(或樣品向箭頭反方向移動)，通過接觸式圖像傳感器2中的光電轉(zhuǎn)換單元將樣品的各色塊顏色信息轉(zhuǎn)換為RGB數(shù)值，經(jīng)USB接ロ或其它接ロ(如Camera Link或IEEE 1394)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)行歸ー化處理r=Rd/R0, g=Gd/G0 b=Bd/B0其中，Rd, Gd和Bd為采集得到的RGB數(shù)字值，R0, G0和Btl為裝置對白色樣品采集得到的RGB值。對歸ー化的RGB值進(jìn)行非線性變換f R=f (r), G=f (g) B=f (b)其中R，G和B為經(jīng)過非線性變換后得到的紅、綠、藍(lán)顏色刺激，非線性變換函數(shù)f可以通過色彩管理技術(shù)對已知顔色樣品采集信號的計(jì)算確定，也可參照標(biāo)準(zhǔn)RGB顔色空間sRGB的計(jì)算方法進(jìn)行。sRGB的非線性轉(zhuǎn)換關(guān)系f如下
權(quán)利要求
1.ー種用接觸式圖像傳感器測量顔色的裝置，其特征在于該裝置包括接觸式圖像傳感器、接ロ電路和計(jì)算機(jī)，接觸式圖像傳感器通過接ロ電路連接到計(jì)算機(jī)上，接觸式圖像傳感器采集反射樣品的顔色信息，將顏色信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息，通過接ロ電路傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)將數(shù)字信息進(jìn)行數(shù)學(xué)變換，得到顏色測量所需CIE顔色值。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用接觸式圖像傳感器測量顔色的裝置，其特征在于所述的接觸式圖像傳感器對反射樣品的顏色進(jìn)行橫向逐行采集，通過縱向移動進(jìn)行顔色信息的掃描采集，可同時測量多個顏色樣品。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用接觸式圖像傳感器測量顔色的裝置，其特征在于所述接ロ電路對接觸式圖像傳感器逐行采集的電信號進(jìn)行A/D變換并得到RGB數(shù)字顏色值，通過USB、Camera Link或IEEE 1394接ロ將RGB數(shù)字顏色值傳送給計(jì)算機(jī)。
4.ー種用接觸式圖像傳感器測量顔色的方法，包括如下步驟 (1)采用接觸式圖像傳感器對反射樣品的顔色信息進(jìn)行采集，得到數(shù)字化的RGB數(shù)值； (2)利用色彩管理技術(shù)將接觸式圖像傳感器采集的RGB數(shù)值進(jìn)行數(shù)學(xué)變換，得到CIEXYZ三刺激值，進(jìn)而計(jì)算得到顏色測量所需其它CIE顏色值。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用接觸式圖像傳感器測量顔色的方法，其特征在于采用接觸式圖像傳感器對反射樣品逐行掃描進(jìn)行顔色信息的采集，所述的反射樣品可以包含單個或多個色塊。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用接觸式圖像傳感器測量顔色的方法，其特征在于RGB數(shù)值經(jīng)接ロ傳送至計(jì)算機(jī)，首先將采集的RGB數(shù)值進(jìn)行歸ー化處理，然后對歸ー化的RGB值進(jìn)行非線性變換f，經(jīng)過非線性變換后得到的RGB顏色刺激值與CIEXYZ三刺激值呈線性關(guān)系，通過線性變換矩陣計(jì)算得到CIEXYZ三刺激值；由計(jì)算得到的CIEXYZ三刺激值計(jì)算其它顏色數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用接觸式圖像傳感器(CIS)測量顏色的方法及裝置，屬于顏色測量技術(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顏色信息，將顏色信息轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字信息，通過接口電路傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)將數(shù)字信息進(jìn)行數(shù)學(xué)變換，得到顏色測量所需CIE顏色值。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)行顏色測量，避開了分光光度計(jì)的技術(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)大量顏色樣品的快速掃描測量，滿足快速顏色測量的需要。
文檔編號G01J3/46GK102829872SQ20121028937
公開日2012年12月19日 申請日期2012年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月14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 申請人:北京印刷學(xué)院