专利名称：复频谱色度图及颜色特征数值的计算方法
技术领域：
有光就有色。凡是涉及到对光色的接收、计量、调制、传递、合成、还原等领域，例如摄像、摄影、彩电、彩扩、印刷(包括彩色复印、彩色喷绘、彩色打印等)、印染、油漆、涂料、照明、彩色信号的识别和传递、服装的色彩搭配、装饰色彩的确定、彩色广告的设计以及人工视觉等现代科学技术诸多领域，都是本发明的应用领域。
背景技术：
光栅CCD可见光分光光度测量技术、光纤光导技术、计算机软件技术。
发明内容
对可见光分光光度计所测量到的光谱函数，进行一系列数据转换和数据处理，在复频谱色度图上，得到颜色特征数值(色彩强度、色相、色彩饱和度、颜色亮度、色彩平衡度)，准确地描述了颜色的特性。同时，利用这些全新的颜色特征数值，通过全新的计算方法对目标色进行配色、颜色合成、颜色分解。简单地说，就是在可见光范围内，用二维平面的复频谱色度图，替代现在广泛使用的三维立体空间的三刺激值，对颜色进行描述和解析，并解决了三刺激值所不方便解决的问题(如颜色平衡问题、色差计算问题)。
1、通过将复频谱与极坐标、直角坐标相结合，发明出复频谱色度图平面坐标系这一描述、解析颜色的坐标平台。
2、通过大量计算和验证，发现色相与频率客观存在着一一对应的关系，而可见光的频率是在2倍基频ν。范围内均匀地分布在复频谱色度图360°(2π)角度上，所以说色相在频率上的分布是均匀的。从而解决了现今颜色理论在波长域CIE--XYZ色度分布不均匀的问题。
3、对可见光分光光度计测到的光谱函数s(λ)·ρ(λ)或s(λ)·τ(λ)，转换成频率函数s(ν)·ρ(ν)或s(ν)·τ(ν)，再变换成复频谱色度图上的复频谱矢端函数r(θ)。利用矢量投影的方法，在复频谱色度图上得到矢端函数r(θ)的四个分矢量X+、X-、Y+、Y-。
4、利用上述四个分矢量X+、X-、X+、Y-，计算出下面全新的颜色特征数值 (1)、色彩强度C。在复频谱色度图上是一个与光动量几率复振幅相关的矢量。表示该色彩显色能力的强弱。
(2)、色相H。在复频谱色度图上是色彩强度所指向的位置(0°--360°)。色相是区别颜色色貌的重要量化指标之一。
(3)、颜色亮度L。在复频谱色度图上，与能量相关的是用矢端曲线包围面积的大小表示颜色的亮或暗的程度。相对于等能光源，亮度变化是0--100。
(4)、色彩平衡度Ba，表示色光中处于矢量平衡状态的程度。
(5)、色彩饱和度S，以色彩强度光量为分子，以色彩平衡度光量与色彩强度光量之和为分母，所得之比值为色彩饱和度，其值为0％--100％。
5、通过对两个颜色进行合成后的颜色特征数值的进一步分析，能够得到现今颜色理论不能准确计算出的颜色合成效率ηc与颜色平衡效率ηba。
(1)、颜色合成效率ηc，两个不同的颜色合成一个中间色，其中间色矢径与两个基色矢径之和的比值，为颜色合成效率ηc。其值为0％--100％。值越大，则颜色合成效果越好，色域越宽。
(2)、颜色平衡效率ηba，两个颜色进行合成，除生成一个中间色以外，还要生成一对大小相等、方向相反的互为平衡的互补色。用这对平衡色矢径与两个基色矢径之和的比值，为颜色平衡效率ηba。其值为0％--100％。值越大，则颜色合成效果越差，色域越窄。
6、通过对两个相近颜色的色度测量，不需要再经其他颜色系统，就能够准确地得到两个颜色的色差。在复频谱色度图上，两个颜色的色差ΔE可分为两个颜色之间的亮度差ΔL和色彩强度矢量差ΔC。亮度差ΔL是色光中光能量之差，是一个标量；色彩强度矢量差ΔC则是色光中两个彩色矢量之差。这是两个不同性质，不同量纲的差别，要分开计算。
一、复频谱色度坐标系(图1) 本图是绘制复频谱色度图的平台--复频谱色度坐标系。它采用极坐标与直角坐标相结合的方法构成复频谱色度平面坐标系。
1、将极坐标与直角坐标的共同原点定为复频谱色度坐标系的原点，值为0。
2、沿极坐标360°(2π)方向均匀地分布着可见光的一个倍频率。即以红端的最低频率为ν0，紫端的最高频率为2ν0，使在圆周方向的每一个角度θ都对应着一个频率ν及波长λ。
3、从坐标原点沿角度θ向外辐射的长度为矢径r，标示的范围是0--10。
4、直角坐标的X、Y轴表示矢端函数矢径r的余弦函数cos(θ)及正弦函数sin(θ)在相应坐标轴上的投影，经积分整合后的分矢量。其大小是从零到十，均匀分布；其方向是向上、向右为正，向下、向左为负。
5、根据色彩强度在复频谱色度图上的位置及色相的变化规律，将复频谱色度图分为五个区域。X坐标轴正方向上下部分为品红区域，直角坐标的第一象限部分为红区域，第二象限部分为绿区域，第三象限部分为青区域，第四象限部分为蓝区域。
二、复频谱色度图(图2) 本图是用可见光分光光度计(波长在390nm--780nm之间)，对天津油墨厂生产的大红油墨进行测量，经计算所绘出的复频谱色度图。其所用的光源经转换，可视为等能光源，相对光谱功率分布为s(λ)＝100，是个常量。
将可见光分光光度计所测量到的大红油墨的光谱函数s(λ)·ρ(λ)变换为复频谱矢端函数r(θ)以后，把它绘制到复频谱色度坐标系上，复频谱色度坐标系的频率范围是385MMHz到770MMHz，在360°圆周上均匀分布。图中的曲线是该油墨的复频谱矢端函数r(θ)的轨迹。主矢径r的长度为该色的色彩强度C，是矢量；色彩强度所指向的角度θ是该色的色相H；与角度对应的频率和波长是该色的主频率ν和主波长λ；复频谱矢端函数r(θ)曲线包围的面积除以2π，是该色的亮度L；即 色彩强度c＝8.61349 色相H＝52.952度亮度L＝30.44780 主频率ν＝441.629MMHz主波长λ＝678.832nm 通过进一步计算可以得到 色彩饱和度S＝77.238％色彩平衡度Ba＝3.306％
具体实施例方式 1、将光谱函数s(λ)·ρ(λ)或s(λ)·τ(λ)变换为复频谱矢端函数r(θ) 将测量可见光(波长在390nm--780nm)的分光光度计所测量到的光谱函数s(λ)·ρ(λ)或s(λ)·τ(λ)进行变换，变换的方法依据，即将光谱函数中的自变量波长λ变换为频率ν。在复频谱色度图上，可见光的频率范围是从红端的ν0到紫端的2ν0，这一个倍频的频率均匀地分布在极坐标的360°复平面上。因此将频率ν转换成角度θ的计算方法是
。其中，θ是在复频谱色度图上频率所对应的角度，ν是可见光的频率，ν0是可见光红端的频率，又称基频。经过上述波长、频率、角度的变换以后，就可将光谱函数s(λ)·ρ(λ)或s(λ)·τ(λ)变换为复频谱矢端函数r(θ)。
2、复频谱矢端函数r(θ)的分类 用可见光分光光度计测量发光物体的光源色及物体的透射色和反射色。
对于光源色，其中s(θ)是光源相对光谱功率分布。
对于物体透射色，其中τ(θ)是物体透射率。
对于物体反射色，其中ρ(θ)是物体反射率因数。
3、计算r(θ)在复频谱色度图四个方向上的投影分矢量利用矢量投影的方法，用正弦函数sinθ和余弦函数cosθ分别对复频谱矢端函数r(θ)进行调制，取得复频谱矢端函数r(θ)在X轴和Y轴上的投影分矢量，即 以上四个分矢量是全部复频谱色矢量在直角坐标四个方向的积分整合。
4、基于四个投影分矢量计算颜色特征数值 在X+和X-两个分矢量中，取绝对值小的作为X轴的平衡分矢量XBa，取X+和X-的矢量和为Xc；在Y+和Y-两个分矢量中，取绝对值小的作为Y轴的平衡分矢量YBa，取Y+和Y-的矢量和为Yc；新发明的颜色特征数值为 (1)、色彩强度 (2)、色相或 (3)、颜色亮度 (4)、色彩平衡度 (5)、色彩饱和度 5、计算颜色合成效率ηc与颜色平衡效率ηba 色彩强度分别为
和
的两个颜色进行合成，二者之夹角为θ，合成以后产生的新颜色的色彩强度为
，以
的绝对值为分子，以两个基本颜色的色彩强度
与
的绝对值之和为分母，所得之比值即是合成效率ηc。则 色彩强度分别为
和
的两个颜色进行合成，二者之夹角为θ，除生成一个色彩强度为
的中间色以外，还要生成一对大小相等、方向相反的互为平衡的互补色。取这对平衡色矢径与两个基色矢径之和的比值，即为平衡效率ηba， 6、计算色差 现有B、D两个颜色，B为目标色，D为比较色。我们比较一下D与B之间的差别。
色差 ΔE＝ΔL+ΔC 亮度差ΔL＝LB-LD 色彩强度差 已知B和D的色相分别为HB和HD，然后分别计算
和
在X轴和Y轴上的投影。
xB＝CB·cosHB yB＝CB·sinHB xD＝CD·cosHD yD＝CD·sinHD 之后再求出B、D两个颜色在X、Y轴上投影之差 ΔxE＝xB-xD＝CB·cosHB-CD·cosHD ΔyE＝yB-yD＝CB·sinHB-CD·sinHD 或 最后算出D与B的色差是一个以ΔC为矢径，以ΔH为色相的色矢量。由此可知，只要在颜色D中，加上一点ΔC的彩色和ΔL亮度，就会生成颜色B。
权利要求
1.复频谱色度图及颜色特征数值计算方法的依据是，将物体可见光中每一个频率的单色光视为一个色矢量，在可见光范围内，所有色矢量经积分整合后的数值，决定了颜色的主波长、主频率、色彩强度、色相、亮度、色彩平衡度等颜色特征数值，从而可以进行颜色合成效率、颜色平衡效率及色差的计算。
2.通过将复频谱与极坐标、直角坐标相结合，创造出复频谱色度图平面坐标系这一描述、解析颜色的坐标平台。
3.把可见光谱中红端的最低频率v0作为基频，则可见光谱中紫端的最高频率是v0的2倍，即是一个倍频关系。
4.将可见光的全部频率均匀地分布在复频谱色度图的极坐标360°上，使每一个频率v对应一个角度θ，并满足
5.通过光的波长λ与频率v的变换关系，即再通过频率v与θ的变换关系，就可以将可见光分光光度计测得的光谱函数s(λ)·ρ(λ)或s(λ)·τ(λ)，转换为复频谱矢端函数r(θ)。
6.通过对复频谱矢端函数r(θ)的余弦函数r(θ)·cosθ及正弦函数r(θ)·sinθ的积分整合，得出复频谱矢端函数r(θ)在复频谱色度图的直角坐标系上的X+、X-、Y+、Y-四个投影分矢量。
7.对四个投影分矢量进行整合计算，得出色光的色彩强度C、色相H、色彩平衡度Ba、色彩饱和度S及颜色亮度L等颜色特征数值。
8.对两个基本色和由其合成的目标色的测量，可以得到三组颜色特征数值，通过计算，能够得出颜色合成效率ηc和颜色平衡效率ηba，从而可以正确评价两个颜色的合成效果。
9.通过对两个相近颜色的色度测量，不需要再经其他颜色系统，就能够准确地计算出两个颜色的色差ΔE，给出两个相近颜色的亮度差ΔL及色彩强度矢量差ΔC、ΔH。
全文摘要
复频谱色度图及颜色特征数值的计算方法属于可见光色度定量计算的色度学领域。把可见光分光光度计测得的光谱函数s(λ)·ρ(λ)或s(λ)·τ(λ)变换为复频谱矢端函数r(θ)，每一个频率的单色光即是一个色矢量。经积分整合，得出色光的色彩强度C、色相H、色彩平衡度Ba、色彩饱和度S及颜色亮度L等颜色特征数值。以此为平台，可以对两个不同颜色的合成进行预测，预测出它们的合成效率ηc及平衡效率ηba，还可以对两个相近的颜色进行色差计算(ΔL及Δc)。另外，复频谱色度图及颜色特征数值的推出，亦可用于颜色分解、颜色合成、颜色测量、色彩传递、配色计算等。此项技术应用于摄像、摄影、彩电、彩扩、印刷、印染、油漆、涂料、照明、彩色信号的识别和传递、服装的色彩搭配、装饰色彩的确定等诸多领域。
文档编号G01J3/46GK101109657SQ20071013067
公开日2008年1月23日 申请日期2007年7月16日 优先权日2007年7月16日
发明者庞多益, 庞也驰 申请人:庞多益, 庞也驰