专利名称：用于近似彩色匹配函数的变换结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及彩色检测和估算(estimation)的方法。更加具体地说，本发明涉及用于确定RGB滤光片组和RGB LED彩色检测的彩色评估(color estimation)性能的技术。
背景技术：
在彩色检测领域，公知的是，像人的眼睛那样用于区分或检测彩色的任何仪器或方法都必须具有光谱响应，光谱响应对应于CIE彩色混合函数x(λ)、y(λ)、z(λ)的某个线性变换。在彩色照相中，这个条件称之为Luther-Ives条件。这里有无限多个实系数a1、a2、a3，因此C(λ)＝a1x(λ)+a2y(λ)+a3z(λ)就代表了一个等效的新的彩色混合函数C(λ)。C(λ)族的所有函数在矩阵变换中都是等效的。
当使用彩色滤光片进行彩色检测以便针对一组系数近似地实现C(λ)而不是用物理的方法实现CIE彩色匹配函数的时候，存在大得多的自由度。由于存在无限多个等效的C(λ)的族(C(λ)’s)，所以对于一个指定的彩色滤光片组必须确定一组合适的C(λ)的族(C(λ)’s)。
为了由实际的彩色滤光片近似处理，新的经过变换的彩色匹配函数需要满足3个条件1)在整个光谱范围C(λ)是正的或者零；2)C(λ)具有单峰；3)在3个C(λ)的族(C(λ)’s)之间的重叠尽可能小。
满足以上条件的一个变换矩阵是下面给出的著名的MacAdam的矩阵Mc=0.51150.5985-0.11-0.50811.40930.0988001]]>MacAdam的矩阵满足可以由实际的滤光片实现的彩色匹配函数的条件，因此可以用在特殊的彩色检测应用的滤光片组的设计当中。定制设计的滤光片组实施起来特别昂贵，尤其是当必须将滤光片设计成特定的形状的时候更加昂贵。在彩色检测的许多应用中，用于最佳估算所必须的定制设计的滤光片简直是太贵了。因此人们期望能够提供一种方法，它可以利用现有低成本的滤光片进行次优化的彩色检测，从而可以克服这些和其它的限制。
发明内容
本发明涉及用于确定RGB滤光片组和RGB LED彩色检测的彩色评估性能的系统和方法。通过确定变换参数以优化光谱近似，可以基本上优化用于RGB LED彩色检测系统的彩色滤光片的性能。提供校准以允许参数的调节。
按照本发明，提供一种用于确定RGB滤光片组和RGB LED彩色检测的彩色评估性能的方法。提供一种装置，用于构成一个标准函数，所说的标准函数描述期望的彩色匹配函数和RGB滤光片组的光谱响应之间的误差。还提供一种装置，用于根据标准函数确定RGB滤光片组的响应特性。最后，还要提供一种装置，用于根据确定的RGB滤光片组的响应特性并且利用所说的RGB滤光片组确定基本上优化的彩色评估的彩色评估参数。
按照本发明的另一方面，提供一种存储计算机程序的计算机可读介质。提供一种计算机可读代码，所说计算机可读代码用于构成描述期望的彩色匹配函数和RGB滤光片组的光谱响应之间的误差的标准函数。还提供一种计算机可读代码，用于根据标准函数确定RGB滤光片组的响应特性。最后，还要提供一种计算机可读代码，用于根据确定的RGB滤光片组的响应特性并且利用所说的RGB滤光片组确定基本上优化的彩色评估的彩色评估参数。
从下面的结合附图对典型实施例的详细描述，本发明的上述的和其它的特征和优点都是显而易见的。详细描述和附图只是对于本发明的说明而不是限制，本发明的范围由所附的权利要求书及其等效物确定。
图1表示CIE彩色混合函数和MacAdam的彩色匹配函数；图2是说明用于确定RGB滤光片组和RGB LED彩色检测的彩色评估性能的方法的流程图；图3表示说明用于确定RGB LED彩色检测的彩色评估参数的方法的流程图；图4是说明可以用于实施本发明的方法的一个典型的计算机系统的方块图；图5是说明可以应用本发明的一个典型的RGB彩色检测和评估系统的方块图。
具体实施例方式
本发明涉及用于确定RGB滤光片组和RGB LED彩色检测的彩色评估性能的系统和方法。图1包含的是CIE彩色匹配函数x(λ)120、y(λ)130、z(λ)140的光谱响应曲线以及从MacAdam的矩阵导出的对应的彩色匹配函数xmc(λ)150、ymc(λ)160、zmc(λ)。要说明的是，函数zmc(λ)在存在时并且当z(λ)与zmc(λ)匹配时在图1上不是可见的。提供图1是为了进行说明，图1将会得到本领域的普通技术人员的认可。
首先构成一个标准函数，所说的标准函数描述在期望的彩色匹配函数和RGB滤光片组的光谱响应之间的误差。然后，根据标准函数确定RGB滤光片组的响应特性。最后，根据确定的RGB滤光片组的响应特性，确定利用RGB滤光片组进行基本上优化的彩色评估的彩色评估参数。在下面的描述中可能出现没有说明过的附加步骤，某些步骤可以组合、省略、或者以不同的顺序发生，这都不偏离本发明的构思和范围。
图2表示说明用于确定RGB滤光片组和RGB LED彩色检测的彩色评估性能的流程图。过程200在步骤210开始。在步骤210，构成一个标准函数，所说的标准函数描述在期望的彩色匹配函数和RGB滤光片组的光谱响应之间的误差。标准函数是限制在光谱带宽上的一个线性矢量函数。在一般情况下，标准函数描述一个彩色检测或评估系统的性能，所说的彩色检测或评估系统通常包括一组彩色滤光片、一组RGB LED照明和一组彩色传感器。本发明的优点是，系统的彩色滤光片可以是低成本的各种薄膜。标准函数包括分别由红、绿、蓝LED的光谱响应的一个矩形和一个未知常数校正矢量“n”，未知常数校正矢量“n”是从MacAdam的矩阵函数和RGB滤光片灵敏度函数扣除未知常数矩阵“M”得到的。因此，标准函数提供一种通过评估未知常数矢量来确定系统的滤光片性能的方案。如果计算机执行这个步骤210，就可以自动访问一个数据库，以获得构造标准函数的各种数据，如系统的RGB LED照明光谱数据和系统的滤光片光谱响应数据。
在步骤220，根据标准函数确定RGB滤光片组的响应特性。响应特性包括矢量“n”和矩阵“M”的常数项。评估标准函数以确定矩阵“M”和矢量“n”的值。在一个实施例中，标准函数是一个具有最小值约束的约束集(constraint set)的标准函数。在本说明书的讨论中，具有约束集的“M”和“n”的标准函数的最小值是用于系统RGB LED照明的一个彩色滤光片性能指数。因此，导致最小值标准函数的“M”和“n”的标量值确定了系统的彩色滤光片性能。
在步骤230，根据在步骤210确定的系统的RGB滤光片组的响应特性，确定利用RGB滤光片组进行基本上优化的彩色评估的彩色评估参数。步骤230可以在步骤220确定“M”和“n”之后的任何时候发生。步骤230包括一个或多个彩色评估参数的确定。在一个实施例中，彩色评估参数包括利用加权函数描述局部光谱近似的结构。在另一个实施例中，彩色评估参数包括描述通过RGB LED组形成的白光照明的估算的三色激励值的一个新组的结构。在下一个实施例中，彩色评估参数包括描述彩色评估系统的彩色校正的结构。基本上优化的彩色评估是接近理想的CIE彩色混合函数或者等效的线性组合的次优化评估，其余的是次优化的。在步骤230确定的彩色评估参数提供反向变换结构，反向变换结构允许基本上优化的彩色检测和利用低成本彩色滤光片进行评估。标准函数J在一般情况下由如下形式的一个方程表示JM,n=∫σRLED(λ)000GLED(λ)000BLED(λ)|xmc‾(λ)ymc‾(λ)zmc‾(λ)-Mr(λ)g(λ)b(λ)-n|dλ,---(1)]]>这里，r(λ)、g(λ)、b(λ)是RGB滤光片组的正实数连续灵敏度函数，λ∈σ＝[380，780]nm，RLED(λ)、GLED(λ)、BLED(λ)分别是红、绿、蓝LED光源的光谱，并且这里xmc(λ)、ymc(λ)、zmc(λ)是一组彩色匹配函数，M是一个3×3常数矩阵，n是3×1的常数矢量。
如果计算机执行步骤230，则可以自动地访问一个数据库，以获得确定彩色评估参数的各个数据。
图3表示一个流程图，说明用于确定如图2的步骤230所示的RGBLED彩色检测的彩色评估参数的过程。过程230在步骤340开始。在步骤340，从通过评估标准函数确定的“M”和“n”构成RGB LED光源的光谱近似函数 光谱近似函数包括一个加权函数。光谱近似函数由以下形式的一个方程来表示x^y^z^=(Mr(λ)g(λ)b(λ)+n)*u{Mr(λ)g(λ)b(λ)+n},---(2)]]>这里，u是一个单位阶跃函数。
在步骤350，根据在步骤340估算的光谱函数确定估算的三色激励值。配备有系统的彩色滤光片组的系统的彩色传感器根据系统的RGBLED的白光发射来估算新的三色激励值。按照由下式代表的关系来确定估算的三色激励值 X^Y^Z^=∫σx^(λ)y^(λ)z^(λ)P(λ)dλ,---(3)]]>这里，P(λ)＝RLED(λ)+GLED(λ)+BLED(λ)。
在步骤360，执行彩色检测校准。在步骤360确定三色激励值以后进行校准。确定并应用一个校准矩阵来校正系统彩色评估中的误差。按照由以下的方程代表的关系来确定校准XYZ=McalMc-1X^Y^Z^---(4)]]>
这里，X、Y、Z是RGB LED照明的三色激励值，这里的Mcal是校准矩阵，Mc-1是逆MacAdam的矩阵。
图4是一个方块图，说明可用于实施本发明的方法的一个典型的计算机系统400。图3表示的计算机系统400包含I/O设备410、处理器420、用户接口430、存储器440、显示器450、可移动存储器460、总线490、和包含数据库475、程序476、和操作系统477的大容量存储器470。在图3中，所示的I/O设备410、处理器420、用户接口430、存储器440、显示器450、可移动存储器460、和容量存储器470全都耦合到总线490。还允许所示的I/O设备410与计算机系统400的外部通信。
I/O设备410是能与计算机系统300的外部设备双向数据通信的设备。I/O设备的例子包括串行的、并行的USB、例如符合以太网和IEEE802.11的无线设备。
处理器420是一个计算设备，通常包含存储器和数据控制能力，如快速缓存等。处理器420可以与支持硬件如视频控制器、存储设备控制器等集成在一起。处理器420通常执行计算机程序如程序476的指令。
用户接口430是诸如键盘、鼠标、指示设备、笔、麦克风之类的设备，或者是用于利用用户计算机系统400提供数据输入接口的其它设备。
存储器440是用于处理器正在操作的计算机代码和数据的硬件或虚拟存储器。存储器440包括处理器外部的所有的动态存储器，其中包括视频存储器、附加的高速缓存存储器等。还可以使用大容量存储器470的一些部分来提供可用于与存储器440相互交换的虚拟存储器。
显示器450是一种视觉显示器，如CRT、LCD、等离子体、投影显示器，用于利用计算机系统400为用户提供视觉界面。
可移动介质460是提供用于存储计算机代码或数据的可移动介质任何设备，如磁盘驱动器、可写光盘驱动器、或类似的设备。
大容量存储器470是提供用于计算机代码和数据的存储器的任何设备，如硬盘驱动器、可记录的光介质、等等。在一个实施例中，通过在网络(未示出)上的一个第二计算机服务器系统来提供大容量存储器470。大容量存储器通常包括操作系统477、程序476，并且可能包括数据库475。程序包括由计算机系统400执行的应用程序。
总线490是允许在计算机系统400的各个设备之间进行数据通信的一个双向通信设备。这个总线可以包括一个处理器和其它的逻辑设备以便根据所连接的设备允许多个数据时钟速度和协议进行操作。
图5是可以应用本发明的一个典型的RGB彩色检测和评估系统500的方块图。在图5中，彩色检测系统包括RGB LED照明510、彩色滤光片520、彩色传感器530。RGB LED照明510通常包括由红、绿、蓝发光二极管组成的三元组。RGB LED分别具有三色激励值X、Y、Z。彩色滤光片520通常是红、绿、蓝滤光片组成的三元组，这些滤光片是由聚碳酸酯薄膜簇和等效物构成。彩色传感器通常是由红、绿、蓝彩色传感器组成的三元组。在一般情况下，彩色滤光片520固定到彩色传感器530上；但是，彩色检测系统500的操作不是必须的。
现在提供操作中的本发明的系统和方法的一个例子。然而，下面的说明只是可以实施本发明的方式的一个例子，这里决不会描述所有的应用或者引用所有的已知的本发明的实施例。
对于允许实施本发明的一个计算机系统如图4的计算机系统400进行配置，使其可以根据厂家和产品代码等访问包含低成本的彩色滤光片和RGB LED数据的数据库。用户提供有关彩色评估系统组成部分的其它数据，例如特殊的RGB LED单元和彩色传感器单元的其它数据，以及滤光片选择的模数。然后，计算机访问滤光片数据并且构成一个标准函数。计算机然后确定滤光片组的性能并且提供“n”和“M”的数值。计算机然后根据确定的“n”和“M”构成近似的光谱响应函数。计算机然后再计算用于近似的光谱响应函数的新的估算的三色激励值。然后，通过计算机并且根据估算的三色激励值和在计算机数据库中提供的系统的RGB LED的实际三色激励值确定一个彩色校准矩阵。以此方式来设计一个用于RGB LED照明系统的、经过校准的、基本上优化的、彩色评估器。
尽管已经表示并描述了本发明的优选实施例，但是对于本领域的普通技术人员来说，可以产生许多的变化和可替换的实施例。因此，期望本发明只受所附的权利要求书中的术语的限制。
权利要求
1.一种用于确定RGB滤光片组520和RGB LED510的彩色检测500的彩色评估性能的方法，所说的方法包括如下步骤构成一个标准函数210，所说的标准函数描述在期望的彩色匹配函数和RGB滤光片组520的光谱响应之间的误差；根据标准函数220确定RGB滤光片组520的响应特性；根据确定的RGB滤光片组520的响应特性230并且利用所说的RGB滤光片组520确定基本上优化的彩色评估的彩色评估参数。
2.权利要求1的方法，其中确定RGB滤光片520的响应特性还包括如下步骤评估标准函数以确定导致约束集标准函数的最小值的RGB滤光片520的响应特性。
3.权利要求2的方法，其中标准函数由如下形式的一个方程表示JM,n=∫σRLED(λ)000GLED(λ)000BLED(λ)xmc‾(λ)ymc‾(λ)zmc‾(λ)-Mr(λ)g(λ)b(λ)-n|dλ]]>这里，r(λ)、g(λ)、b(λ)是RGB滤光片组520的正实连续灵敏度函数，其中的λ∈σ＝[380，780]nm，RLED(λ)、GLED(+)、BLED(λ)分别是红、绿、蓝LED光源510的光谱，并且这里xmc(λ)、ymc(λ)、zmc(λ)是一组彩色匹配函数，M是一个3×3常数矩阵，n是3×1的常数矢量。
4.权利要求3的方法，进一步还包括从通过评估标准函数确定的“M”和“n”构成RGB LED光源510的光谱近似函数340
5.权利要求4的方法，其中光谱近似函数由以下形式的一个方程来表示x^y^z^=(Mr(λ)g(λ)b(λ)+n)*u{Mr(λ)g(λ)b(λ)+n}]]>其中u是一个阶跃函数。
6.权利要求5的方法，进一步还包括根据光谱近似函数确定用于RGB LED光源510的估算的三色激励值350。
7.权利要求6的方法，其中按照由下式代表的关系来确定估算的三色激励值 X^Y^Z^=∫σx^(λ)y^(λ)z^(λ)P(λ)dλ]]>其中的P(λ)＝RLED(λ)+GLED(λ)+BLED(λ)。
8.权利要求7的方法，进一步还包括按照由以下的方程代表的函数来执行彩色检测的彩色校准360XYZ=McalMc-1X^Y^Z^]]>这里，X、Y、Z是RGB LED照明510的三色激励函数，其中的Mcal是校准矩阵，Mc-1是逆MacAdam的矩阵。
9.一种存储计算机程序478的计算机可读介质，包括用于构成一个标准函数210的计算机可读代码，所说的标准函数描述在期望的彩色匹配函数和RGB滤光片组520的光谱响应之间的误差；用于根据标准函数220确定RGB滤光片组520的响应特性的计算机可读代码；用于根据确定的RGB滤光片组520的响应特性230并且利用所说的RGB滤光片组520确定基本上优化的彩色评估的彩色评估参数的计算机可读代码。
10.权利要求9的计算机可读介质460，其中确定RGB滤光片组530的响应特性还包括如下步骤评估标准函数以确定导致约束集的标准函数的最小值的RGB滤光片520的响应特性。
11.权利要求10的计算机可读介质460，其中标准函数由如下形式的一个方程表示JM,n=∫σRLED(λ)000GLED(λ)000BLED(λ)xmc‾(λ)ymc‾(λ)zmc‾(λ)-Mr(λ)g(λ)b(λ)-n|dλ]]>这里，r(λ)、g(λ)、b(λ)是RGB滤光片组的正实连续灵敏度函数，其中的λ∈σ＝[380，780]nm，RLED(λ)、GLED(λ)、BLED(λ)分别是红、绿、蓝LED光源510的光谱，并且这里xmc(λ)、ymc(λ)、zmc(λ)是一组彩色匹配函数，M是一个3×3常数矩阵，n是3×1的常数矢量。
12.权利要求11的计算机可读介质460，进一步还包括计算机可读代码，用于从评估用于RGB滤光片组520的标准函数确定的“M”和“n”构成RGB LED光源510的光谱近似函数
13.权利要求12的计算机可读介质460，其中光谱近似函数方程是x^y^z^=(Mr(λ)g(λ)b(λ)+n)*u{Mr(λ)g(λ)b(λ)+n}]]>其中u是一个阶跃函数。
14.权利要求13的计算机可读介质460，进一步还包括根据光谱近似函数确定用于RGB LED光源510的估算的三色激励值的计算机可读代码。
15.权利要求14的计算机可读介质460，其中按照由下式代表的关系来确定估算的三色激励值 X^Y^Z^=∫σx^(λ)y^(λ)z^(λ)P(λ)dλ]]>其中的P(λ)＝RLED(λ)+GLED(λ)+BLED(λ)。
16.权利要求15的计算机可读介质460，进一步还包括按照由以下的方程代表的函数来执行彩色检测的彩色校准360的计算机可读代码XYZ=McalMc-1X^Y^Z^]]>这里，X、Y、Z是RGB LED照明520的三色激励函数，其中的Mcal是校准矩阵，Mc-1是逆MacAdam的矩阵。
17.一种用于确定RGB滤光片组520和RGB LED的彩色检测500的彩色评估性能的系统，包括用于构成一个标准函数的装置，所说的标准函数描述在期望的彩色匹配函数和RGB滤光片组520的光谱响应之间的误差；用于根据标准函数确定RGB滤光片组520的响应特性的装置；用于根据确定的RGB滤光片组520的响应特性并且利用所说的RGB滤光片组520确定基本上优化的彩色评估的彩色评估参数的装置。
18.权利要求17的系统，进一步还包括用于从通过评估标准函数确定的M和n构成RGB LED光源510的光谱近似函数 的装置。
19.权利要求18的系统，进一步还包括用于根据光谱近似函数确定用于RGB LED光源510的估算的三色激励值的装置。
20.权利要求19的系统，进一步还包括通过由下式代表的函数来实施彩色检测的彩色校准的装置XYZ=McalMc-1X^Y^Z^]]>其中，X、Y、Z是RGB LED照明510的三色激励函数，其中的Mcal是校准矩阵，Mc-1是逆MacAdam的矩阵。
全文摘要
提供RGB滤光片组(520)和RGB LED彩色检测(500)的彩色评估性能。构成一个标准函数，所说的标准函数描述在期望的彩色匹配函数和RGB滤光片组(520)的光谱响应之间的误差。然后，根据标准函数确定RGB滤光片组(520)的响应特性。最后，根据确定的RGB滤光片组(520)的响应特性并且利用所说的RGB滤光片组(520)确定基本上优化的彩色评估的彩色评估参数。提供用于构成标准函数的计算机可读代码。还提供用于确定RGB滤光片组(520)的响应特性的计算机可读代码。最后，提供用于确定彩色评估参数的计算机可读代码。
文档编号G01J3/46GK1726384SQ200380105833
公开日2006年1月25日 申请日期2003年12月4日 优先权日2002年12月12日
发明者C·争 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司