用于测量物体颜色的方法和设备的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于通过使用设备(10)测量至少在物体(30)的一个点上的均匀漫反射率ROBJ(λ)的方法，所述设备(10)包括能够发射以光通量的形式表示的彩色光源的装置(11)以及电子彩色图像传感器(12)。本发明还涉及一种设备(10)，包括用于发射彩色光通量的形式的彩色光源的装置(11)和电子彩色图像传感器(12)，用于测量至少在物体(30)的一个点上的均匀漫反射率的函数ROBJ(λ)，所述物体(30)放置在位于能够发射彩色的所述装置(11)的对面并基本垂直于所述装置(11)的区域，并且放置于所述电子彩色图像传感器(12)的视野内，所述物体(30)还受到表示为lext(λ)的恒定且未知的外部环境光通量(40)形式的外部光源。
【专利说明】用于测量物体颜色的方法和设备
【技术领域】
[0001] 本发明涉及颜色测量的领域。
[0002] 更具体地，本发明涉及一种使用电子设备来测量物体颜色的光谱的方法，并且涉 及相关联的设备。
【背景技术】
[0003] 颜色是被人眼感知的光通量。它涉及基于波段的能量C(A)的光谱分布，在这种 情况下，λ在从380至780nm的可见光范围（1931年由国际照明委员会CIE定义的标准观 察者）内。在下面的章节中，描述该光谱能量分布的函数，将由字母和括号内的λ表示。
[0004] 考虑到添加合成方法，任何颜色都可以由它在三基色中的颜色坐标表示。虽然存 在若干基色系统，但是在下面的章节中采用的系统将是两个标准化的基色系统，它们是CIE ΧΥΖ颜色空间（以及在恒定亮度下具有颜色平面的其变量CIE Yxy)和CIE L*a*b空间，该 CIE L*a*b空间提供用被称为"deltaE"的欧几里得范数来估计颜色差异的能力，其代表由 人眼所感知的颜色的差异。这两个空间的"色域（gamut) "（范围）涵盖了整个人类可视范 围。也将做出对应于当前可用的大多数电子设备的参考色域的三色sRGB空间的参考。sRGB 的色域没有覆盖整个人类可见范围，尤其是在蓝绿光谱内。
[0005] 物体颜色来自于入射的光通量与所述物体的表面之间的相互作用。三种现象相互 竞争以给出材料的外观，这三种现象已知为：吸收、镜面反射和漫反射。镜面反射发生在物 体的表面。光与物体的材料，特别与其颜料存在很小的相互作用。因此，反射光的颜色接近 于接收光，而反射的能量被集中在以由斯内尔 -笛卡儿（Snell-Descartes)定律所定义的 理论方向为中心的波瓣（lobe)中。与此相反，漫反射发生在较大的深度。发射光被染上颜 料的颜色，而且反射的能量独立于观察方向。换句话说，镜面反射是表面的闪亮分量而漫反 射是表面的不光滑的和有颜色的分量。
[0006] 因此，物体颜色从而取决于两个独立的因素：物体所受的照明和物体表面的性质。 该后者的特征是"双向光谱反射率"函数。它被定义为从表面反射的亮度和表面的照明之 间的比率。该函数的值取决于波长λ，取决于入射光的方向以及观察的方向。对应于漫反 射的物体的均匀漫反射率R W( λ)仅取决于波长λ。这是它在闪光现象之外给予了在色感 中的颜色信息。
[0007] 这就是为什么物体颜色可以被表征为1)在给定光源下反射的光（例如，在暗室中 在光源D50下的CIE L*a*b颜色坐标），或者更好的，2)其光谱反射率R?(A)。第一种方 法需要相对简单的测量设备（包括颜色图表、三激励颜色计等等），但具有同色异谱的高风 险（此方法不是很精确）。它的使用一般限于在制造工艺（印刷、纺织、图形绘制工艺等） 中标准或基准颜色偏差的监控。第二种方法需要更复杂的设备（包括衍射光谱仪、具有平 行双光感受器的光谱仪等等）。其不受同色异谱的影响（此方法是很精确的），并使得有可 能在不同的光源（内部、外部）下模拟颜色的感知。它是由苛刻的专业人士在设计活动中 为了使用而设计的。
[0008] 所有这些设备与如可拿到任何位置的手机或平板电脑的移动、手持和非计划的使 用不兼容。它们的使用是比较复杂的，更不用提他们所代表的显著额外费用。
[0009] 相反，当前在移动电话和平板（i〇S、Android等）上可用的用于颜色测量的应 用并不要求额外的专业设备，但这些应用不提供精确的颜色测量。事实上，它们只依赖于 通过用于计算白平衡的程序使用设备的彩色图像传感器（三激励光探测器的阵列、拜耳 红-绿-蓝矩阵）。因此，它们对物体颜色的感知是由环境光的未知变化导致失真的。 [0010] 从现有技术中已知的技术包括发射衍射光谱仪和一种用于测定物体的光谱反射 率的函数的方法：设备在目标方向上产生标准化的白色光源s( λ)，在物体上反射该光源， 然后通过棱镜用来朝向数十个光检测器（每个子频谱使用一个光检测器）进行衍射，其提 供了内插Ε(λ)的能力，其中R?U) =Ε(λ)Λ(λ)。通过现有技术的这种方法测量物 体颜色的操作是通过专门开发的盒装单元以及通过需要用于遮蔽任何未知外部光源的遮 盖物的过程来执行的。此外，这种类型的光谱仪不能被用来执行光谱摄影。
[0011] 从美国专利No US5963333中现有技术还提供了一种具有LED和平行布置的两个 感光体的光谱仪、一种光谱仪检测单元和一种用于确定物体光谱反射率的函数的方法等知 识。通过现有技术的这种方法的物体颜色的测量是通过专门开发的盒装单元以及通过需要 用于遮蔽任何未知外部光源的遮盖物的过程来执行的。此外，这种类型的光谱仪不能被用 来执行光谱摄影。
[0012] 通过专利申请PCT No W02004/079314,现有技术还提供了一种颜色计、一种颜色 计检测单元以及一种用于通过计算对标准颜色偏差来确定物体颜色的方法等知识。通过现 有技术的这种方法的物体颜色的测量的操作是通过专门开发的盒装单元、需要用于遮蔽任 何未知外部光源的遮盖物的过程，以及不能够在严格意义上测量光谱反射率函数的方法来 执行的。
[0013] 通过英国专利申请No GB2474701A，现有技术还提供了一种颜色计、一种颜色计检 测单元以及一种用于通过计算对标准颜色偏差来确定物体颜色的方法等知识。通过现有技 术的这种方法来测量物体颜色的操作是通过配备有用于发射颜色的闪光的屏幕以及在相 对面配备有照相机单元的电话来执行的。通过现有技术的这种方法的颜色的测量是通过专 门开发的波导（套镜、光纤等），需要用于遮蔽任何未知外部光源的遮盖物或波导的过程， 以及不能够在严格意义上测量光谱反射率函数的方法来执行的。
【发明内容】
[0014] 本发明的目的是通过提供用于测量物体颜色的方法来克服现有技术的缺点，该方 法通过光谱通过使用作为发射器的能够发射彩色光源的装置，和作为接收器的电子彩色图 像传感器，二者并排放置，在具有或不具有存在的未知（但对所有闪光是恒定的）外部光源 下进行。
[0015] 原则上，本发明操作与衍射发射光谱仪相反：替代于生成单一标准化的光源并用 数十个光检测器对其进行分析，本发明生成数十个标准化光源并仅使用三个光检测器分析 它们。
[0016] 为此，本发明在其最一般的意义上涉及一种用于通过使用设备测量至少在物体的 一个点上的均匀漫反射率R?( λ)的方法，所述设备包括能够发射以光通量的形式表示的 彩色光源的装置以及电子彩色图像传感器，其特征在于，该方法包括以下步骤：
[0017] ?将所述物体放置于区域内，所述区域位于能够以彩色光通量的形式发射彩色光 源的所述装置对面并基本垂直于所述装置并且位于所述电子彩色图像传感器的视野内，所 述物体还受到以恒定且未知的外部环境光通量Γ"(λ)的形式的外部光源，其中λ表示波 长；由所述装置发射一系列的Ν个光源S S°UK" ( λ ) i (其中，Ν为大于1的自然数，i从1到Ν变 化，λ为波长），Ss°ura(X)i已知为能够发射彩色的光通量的所述装置的输入参数的函数， 由所述电子彩色图像传感器捕获至少在所述物体的一个点上反射的光通量并且输入传感 器，所述光通量被表示为E MptOT ( λ ) i，其中，N为严格大于2的自然数，i从1到N变化，λ为 波长；并由于光波叠加特性以及通过定义至少在物体的一个点上的均匀漫反射率R?( λ )， 获得 "Ei " 的 Ν 个方程：Ecapteur ( λ )丨=R°BJ ( λ ) * (lext ( λ ) +Ss〇urce ( λ ) i );以及
[0018] ?通过求解N个方程Ei的系统，由所述设备确定两个未知连续函数R?( λ )和 lext(A)：
[0019] -通过在源和传感器的光谱的交叉区内积分每个方程Ei，通过将灵敏度在选择的 色度基表示为X，y和Z，每个方程Ei然后生成3个"积分E/'方程：
[0020] / / ((ROBJUMrxtUHSS-ceUhhxUhcU)
[0021] / / ((RQBJUMrxtUHSS-ceUhhyUhcU)
[0022] / / ((ROBJUMrxtUHSS-ceUhhzUhcU)，
[0023] -通过使用数字图像传感器的输出参数计算对应于左手侧的Ei积分方程的数值； 以及
[0024] -通过使用由至少一个插值函数S( λ)连接的有限数量的插值点（λ j，yj)来表达 两个未知的连续函数R?( λ )和( λ )，用于保持所述未知连续函数Rw( λ )和1# ( λ ) 的连续性质，λ ^是在源和传感器的光谱的交叉区被选择的波长并且是用来对给定的精度 最小化插值点数目而被选择的方法的输入参数；以及
[0025] -通过查找函数RWU)和1#(λ)的参数yj，其最小化Ei积分方程所产生的最 小二乘法系统| |A*X_B| |2。
[0026] 因此，根据本发明的方法提供了精确测量至少在一个点上的物体的均匀漫反射率 的能力，并且相对于现有技术中描述的解决方案，该方法处于优化的方式。此外，本发明在 日常使用的移动或手持设备上工作良好。
[0027] 有利地，所述方法进一步包括确定外部光源ΓΛ( λ)的值的步骤。
[0028] 可选地，所述方法进一步还包括将至少在物体的一个点上的均勻漫反射率的函数 R°BT( λ )转换为对于给定光源的CIE ΧΥΖ坐标的步骤。
[0029] 根据一个实施例，闪光的数量与用于确定至少在物体的一个点上的均匀漫反射率 RWU)和外部光源1#(λ)的值的插值点的数量是相同的数量级。
[0030] 根据一个变型例，所述方法包括在若干光谱波段确定至少在物体的一个点上的均 匀漫反射率R?U)和外部光源1#(λ)的值的步骤。
[0031] 根据一个实施例，所述设备使用用于发射彩色闪光的屏幕和探测并捕获由目标物 体反射的光的电子图像传感器。
[0032] 根据实施的具体方式，所述设备是具有内置或者可移除的闪光的相机单元或相 机。
[0033] 有利地，所述设备实施用于确保有效转换彩色闪光的发射和接收的波导。
[0034] 根据一个变型例，实施所述方法是为了获取物体的光谱图片和根据意愿进行色调 整（白平衡）。
[0035] 根据另一个变型例，根据前述权利要求中的一项的所述方法，其特征在于，实施所 述方法是为了测量包括于如下群组中的要素的颜色：材料、固体、液体、气体、绘画、挂毯、图 形、纺织品、塑料、木材、金属、土壤、矿物、植物和食品。
[0036] 根据一个实施例，实施所述方法是为了测量包括于如下群组中的要素的至少一种 的在人类和生物体上的用于医疗或美容目的颜色：皮肤、青春痘、痣、毛发、毛皮、化妆品、和 牙齿。
[0037] 根据一个变型例，实施所述方法是为了一维或多维的彩色条形码的使用。
[0038] 根据实施的具体方式，实施所述方法目的是协助有色盲和/或失明的人。
[0039] 本发明还涉及一种设备，其包括能够发射彩色光通量的形式的彩色光源的装置和 电子彩色图像传感器，用于测量至少在物体的一个点上的均匀漫反射率的函数R?( λ )，所 述物体放置在位于能够发射彩色的所述装置的对面并基本垂直于所述装置的区域，并且放 置于所述电子彩色图像传感器的视野内，所述物体还受到表示为Γ"(λ)的恒定且未知的 外部环境光通量形式的外部光源，其特征在于，该设备包括用于如下的装置：
[0040] ?发射一系列的Ν个光源Ss°UTCe ( λ ) i (其中，Ν为严格大于2的自然数，i从1到 N变化，λ为波长知为能够发射彩色的光通量的所述装置的输入参数的函 数，由所述电子彩色图像传感器捕获至少在所述物体的一个点上反射的光通量并且输入传 感器，所述光通量被表示为E MptOT ( λ ) i，其中，N为大于1的自然数，i从1到N变化，λ为 波长；并由于光波叠加特性以及通过定义至少在物体的一个点上的均匀漫反射率R?( λ )， 获得 Ν 个方程的）：Ecapteur ( λ )丨=R°BJ ( λ ) * (产（λ ) +Ss<5Urce ( λ ) i );以及
[0041] ?通过求解N个方程Ei的系统，确定两个未知连续函数R?U)和1#(λ):
[0042] -通过在源和传感器的光谱的交叉区内积分每个方程Ei，通过将灵敏度在选择的 色度基表示为X，y和Z，每个方程Ei然后生成3个"积分E/'方程：
[0043] / / ((ROBJUMrxtUHSS-ceUhhxUhcU)
[0044] / / ((RQBJUMrxtUHSS-ceUhhyUhcU)
[0045] / / ((RQBJUMrxtUHSS-ceUhhzUhcU)，
[0046] -通过使用数字图像传感器的输出参数计算对应于左手侧的Ei积分方程的数值； 以及
[0047] -通过使用由至少一个插值函数S( λ)连接的有限数量的插值点（λ j，yj)来表达 两个未知的连续函数R?( λ )和( λ )，用于保持所述未知连续函数Rw( λ )和1# ( λ ) 的连续性质，λ ^是在源和传感器的光谱的交叉区被选择的波长并且是用来对给定的精度 最小化插值点数目而被选择的方法的输入参数；以及
[0048] -通过查找曲线R?U)和ΓΛ(λ)的参数yj，其最小化Ei积分方程所产生的最 小二乘法系统I |A*x-B| |2。
【专利附图】
【附图说明】
[0049] 这里下面出于纯粹解释的目的，通过对本发明的实施例的描述的帮助，通过参考 附图，可以更好地理解本发明，其中：
[0050] 图1示意性地示出了根据本发明的设备；以及
[0051] 图2表示根据本发明的方法的不同步骤；
[0052] 图3描述了在根据本发明的方法的一部分的过程：人眼、传感器、源、测量中涉及 的波长的波段的系统性非重叠；以及
[0053] 图4、图5、图6、图7和图8示出了闪光算法，其中生成连续的网格以便在闪光三角 形内以尽可能均匀的方式分布N个闪光。
【具体实施方式】
[0054] 作为初步的说明，应该指出，本节中的符号如下所示：传感器=电子彩色图像传感 器（在校准和基准的语境中没有使用视频功能，仅拍摄静态图像），源=彩色的光源/闪光 (屏幕、二极管、激光等）的源。（R，G，B)s°UK"i =彩色光源的源的非线性输入色度参数（对 于具有4个或更多基色的设备为RGBWs°UTCei or =彩色光源（例如IXD 屏幕的背光）的源的非线性输入亮度参数；(R，G，B)MptOTi =由彩色图像传感器捕获的光通 量的非线性输出色度参数，=由彩色图像传感器捕获的光通量的非线性输出亮度 参数（例如日本标准EXIF-可交换图像文件格式的亮度值）；0BJ =要被测量的彩色物体； EXT =外部环境光源；R/G/B =对于每个基色，红色（red)或绿色（green)或蓝色（blue)有 效的方程；0BJ/EXT =对于有颜色的物体或者对于外侧的外部光源有效的方程；x/y/zU) =对于各光谱灵敏度χ(λ)、7(λ)和 ζ(λ)有效的方程；CIE 1931标准观察者的光谱灵敏 度=xEC-CIE-1931 ( λ )、yEC-CIE-1931 ( λ )、ZEC-CIE-1931 ( λ )，其中 λ e [380nm，780nm];电子彩色图像 传感器的光谱灵敏度：xK-Mpteur ( λ )、yK-Mpteur ( λ )、zEe-( λ )，上标符号EC_XXX表示它坐 落在XXX色度空间。
[0055] 在此下面所描述的附图和示例性实施例中，能够发射彩色的装置11是发射性显 示屏幕。可以理解的是，能够发射彩色的该装置11也可以是一个或多个多色二极管，一个 或多个多色激光，一个或多个彩色的闪光或能够发射"彩色""颜色"=考虑的波长范围内 的光谱能量函数）的任何其他装置。此外，在此下面所描述的附图和示例性实施例中，物体 的颜色被降低到均匀的漫反射率。可以理解的是，所述方法能够通过在黑色背景上白色图 形的屏幕上显示来为具有高闪光以及类似闪光的加光的物体获取反射特别是镜面反射的 其它分量，并且通过在彩色图像传感器的图像焦平面中的梯度分析检测所得到的镜面反射 波瓣。
[0056] 图1在示意性的横截面上表示了根据本发明的用于测量物体颜色和外部的环境 光的设备10 :将要被测量颜色R?( λ )的物体30 ;能够发射颜色的该装置11能够发射N个 已知光源的Ss°_ ( λ ) i ;外部环境光401ext ( λ );表征反射的光通量Eeaptem ( λ ) i的色度和亮 度的电子彩色图像传感器12 色度性预标准化的"计算机应用13,其控制组件以及与操作 者的交互。
[0057] 在一个实施例中，计算机应用13部分或全部地被分布在网络或"云"（在术语盎格 鲁-撒克逊中的"云"）中。
[0058] 图2表示根据本发明的方法的各种不同步骤：
[0059] ?将所述物体30放置于区域，所述区域位于能够以彩色光通量的形式发射彩色 光源的所述装置11对面并基本垂直于所述装置11并且位于所述电子彩色图像传感器12 的视野内，所述物体30还受到以恒定且未知的外部环境光通量40ΓΛ(λ )的形式的外部 光源，其中λ表示波长；由所述装置11发射一系列的Ν个光源其中，Ν为 大于1的自然数，i从1到N变化，λ为波长），已知为能够发射彩色的光通 量的所述装置11的输入参数的函数，由所述电子彩色图像传感器12捕获至少在所述物 体30的一个点上反射的光通量并且输入传感器，所述光通量被表示为E MptOT( λ h，其中， N为大于1的自然数，i从1到N变化，λ为波长；并由于光波叠加特性以及通过定义至 少在物体30的一个点上的均匀漫反射率R w( λ )，获得"Ε，的Ν个方程：Eeaptem( λ ) i = R0BJ( λ ) * (lext ( λ )+S_rce ( λ ) i );并且
[0060] ?通过求解N个方程Ei的系统，由所述设备10确定两个未知连续函数)和 lext(A)：
[0061] -通过在传感器的可见范围的域内积分每个方程Ei，通过将灵敏度在选择的色度 基表示为X，y和Z，每个方程Ei然后生成3个"积分E/'方程：
[0062] / / ((RQBJUMrxtUHSS-ceUhhxUhcU)
[0063] / / ((RQBJUMrxtUHSS-ceUhhyUhcU)
[0064] / / ((RQBJUMrxtUHSS-ceUhhzUhcU)，
[0065] -通过使用数字图像传感器的输出参数计算对应于左手侧的Ei积分方程的数值； 并且
[0066]-通过使用由至少一个插值函数SU)连接的有限数量的插值点（λρ以来 表达两个未知的连续函数Rw( λ )和Γ"(λ )，用于保持所述未知的连续函数R?( λ )和 rxt(λ)的连续性质，λ^是在源和传感器的光谱的交叉区被选择的波长并且是用来对给定 的精度最小化插值点数目而被选择的方法的输入参数；并且
[0067] -通过查找函数R?U)和产（λ)的参数yj，其最小化Ei积分方程所产生的最 小二乘法系统I |A*x-B| |2。
[0068] 图3描述根据本发明的方法所涉及的波长的波段的系统性非重叠：
[0069] 籲人眼：根据CIE 1931标准，它感知具有表示为x/y/zK-αΕ-1931 ( λ )的灵敏度的介 于λ 1GIE1931 = 380nm和X2GIE1931 = 780nm之间的光通量，也就是本领域技术人员公知的 通过在[λ 1εΙ Ε1931 ; λ 2eI E1931]积分的 x/y/zEe-αΕ-1931 ( λ )色度空间；
[0070] ?传感器：它感知具有表示为x/y/zEe-(λ)的灵敏度的介于λ rapt_和 λ 2eapt之间的光通量，也就是在[λ Γ·· ; λ 2eapteur]积分的x/y/zEe-Mptaff( λ )色度空间， 其类似于CIE 1931色度空间。需要注意的是，在人类可见范围之外（除非存在红外线过滤 器），常规电子图像传感器（电荷耦合器件CCD，互补金属氧化物半导体CMOS)的光谱波段 覆盖了一部分红外线；
[0071] ?源：源发射包括在范围[λΓ°_;λ2_1以内的彩色的闪光，使得λΓ°_ = min (Σ i (i = 1) ΤΝ 三（sS()Urce ( λ )々0)并且 λ 2_rce = max (Σ i (i = 1) ΤΝ 三（s_rce ( λ )々Ο)。 如果源是移动电话的IXD屏幕，则它通常是覆盖在限于[300nm ;700nm]的光谱范围，也就是 说，比人眼的光谱范围[380nm;780nm]显著少的宽度。
[0072] ?测量：可以仅在被表示为[λ λ 2mesure]的源和传感器的光谱的交叉区执 行函数R?U)和产（λ)的测量。事实上，一方面，传感器未捕获其积分光谱以外的任何 东西。另一方面，矩阵AT*A必须是可逆，其当= 1)TN= (fUpO时满足（见具 体实施方式的末尾和附件2)。灵敏度x/y/zEe-mesUM ( λ )在区间[λ I1? ; λ 2mesure]内大于0 并且在其以外的区间为0的选择使其可能创建类似于CIE1931色度空间的x/ y/ZKjMSUM色 度空间。传感器的灵敏度的使用总是可能的，如果波段[xr esure;X2mesme]包括在[380nm; 780nm]内，则那些CIE 1931标准也可以。
[0073] 图3和刚刚给出的解释的结果是，根据本发明的方法能够确定在光谱波段内而非 人类可见的范围内的均匀漫反射率R?( λ )和外部光源( λ )的值，条件是源和传感器 与这些波段兼容并且"光"维持波形：紫外线，红外线等。
[0074] 图4、图5、图6、图7和图8示出了闪光算法，其描述了根据所需的增长数量的闪 光Ν所使用的k个网格，以便在给定的闪光三角形中以可能的最均匀的方式分布与源和传 感器的域兼容的闪光。当N增大时，网格k的其余部分是迭代的：
[0075] ?图4显示了网格k = 1，被用于在1和3之间包括的N。每个闪光i的位置由其 数字表示；
[0076] ?图5显示了网格k = 2,被用于N = 4。每个闪光i的位置由其数字表示；
[0077] ?图6显示了网格k = 3,被用于在5和6之间包括的N。每个闪光i的位置由其 数字表示；
[0078] ?图7显示了网格k = 4,被用于在7和10之间包括的N。每个闪光i的位置由 其数字表示；
[0079] ?图8显示了网格k = 5,被用于在11和15之间包括的N。每个闪光i的位置由 其数字表示。
[0080] 现在将提供用于从N个彩色的闪光中确定未知的R°w( λ )和1ΕΧΤ ( λ )的处理过程 的描述。
[0081] 在图1所示的实施例中，将被测定的物体30放置于彩色闪光的源11之下并且在 电子彩色图像传感器12的视野中。
[0082] 然后，基于附件1所描述的闪光算法，源11连续地发射一系列彩色闪光，该闪光算 法旨在保持在屏幕和照相机的域之内并确保外部光源保持闪光过程恒定的同时，优化矩阵 Α的条件。
[0083] 该算法采取所需的闪光的有效数字N作为输入。N取决于为确定函数R?U)和 lext ( λ )所需要的插值点的数量η。在最低限度，为使系统A*X = B正确地确定3*N彡（2n+2) (请见【具体实施方式】的末尾），因此N > 2/3* (n+1)。
[0084] 闪光算法返回针对每个闪光的N个有效闪光的序列、源的输入参数和传感器的输 出参数，作为输出。闪光序列的索引用i表示。
[0085] 值得注意的是：如果为了确定函数R?(x)和1#(λ)所需的精度为l〇nm的量级， 那么N?η?30。考虑到现今的通用电子分量的反应性，整个闪光周期需要大约最多十秒 钟。对于非均匀的目标（例如纹理），该方法使用用于具有至少一个反差点的图像稳定的算 法。
[0086] 值得注意的是：如果彩色闪光11的源是发光显示屏幕，它能够生成大量的彩色闪 光，典型地，对于3X8比特的RGB系统，Ν能够到达2 24 = 1670万。
[0087] 对于每个闪光i，由源11发射的光在彩色的目标30上被反射，然后进入图像传感 器 12,其给出方程（Ei) :Ecapteur ( λ ) i = R°BJ ( λ ) * (Sst)urc;e ( λ ) i+lext ( λ ))。
[0088] 展开方程（Ei):
[0089] Ecapteur(A)i = R0BJ( λ )*[Ssource( λ ) i + rxt( λ ) ] = R0BJ( λ )*Ssource( λ ) i+R0BJ(A)*lext(A)；
[0090] 设 lm 腳（λ ) = R0BJ ( λ ) *lext ( λ )
[0091] 方程（Ei)变为：Ecapteur ( λ ) i = R0BJ ( λ ) *Ssource ( λ ) KEF ( λ )
[0092] 首先，该方法将通过使用封闭三次样条（spline)曲线函数和坐标为[xk = λ ?/EXT KEFk，yk = y°BJ/EXTKEFk](其中，k = 0 到 n°BJ/EXTKEF)的（n°BJ/EXTKEF+l)个插值点插值函数 RWU) 和严KEFU)，使得：
[0093] -所有的λ °BVEX?Fk被包括在传感器和源的光谱的交叉区[λ I1? ; λ 2Κ·](见 网 巾 ^ OBJ^/EXTEEFq _ ^ -j^mesure 既 ^ OBJ/EXT EEF^OBJ/EXT EEF _ 入 gmesure _
[0094] -样条曲线的零斜率在两端为零：p0 = pn°w/EXT KEF = 0
[0095] y〇BVE?EFk是该方法将确定的未知数。
[0096] 鉴于函数RWU)和1ΕΧΤ ΚΕΡ(λ)是具有在两端零斜率的封闭样条曲线函数， R?( λ )和1EXT KEF( λ )可以写成线性形式：
[0097]
【权利要求】
1. 一种用于通过使用设备（10)测量至少在物体（30)的一个点上的均匀漫反射率 RW(A)的方法，所述设备（10)包括能够发射以光通量的形式表示的彩色光源的装置（11) 以及电子彩色图像传感器（12)，其特征在于，所述方法包括以下步骤： ?将所述物体（30)放置于区域，所述区域位于能够以彩色光通量的形式发射彩色光 源的所述装置（11)对面并基本垂直于所述装置（11)并且位于所述电子彩色图像传感器 (12)的视野内，所述物体（30)还受到以恒定且未知的外部环境光通量（40) ΓΛ(λ)的形式 的外部光源，其中λ表示波长；由所述装置（11)发射一系列的Ν个光源Ss°ura(A)i(其中， N为大于1的自然数，i从1到N变化，λ为波长已知为能够发射彩色的光通 量的所述装置（11)的输入参数的函数，由所述电子彩色图像传感器（12)捕获至少在所述 物体（30)的一个点上反射的光通量并且输入传感器，所述光通量被表示为^#^(入\，其 中，N为严格大于2的自然数，i从1到N变化，λ为波长；并由于光波叠加特性以及通过定 义在物体（30)的至少一个点上的均匀漫反射率R WU)，获得"Ε/'的Ν个方程：EeaptOTU) i = R0BJU)*(rxtu)+s_rceU) 〇 ;以及 ?通过求解N个方程Ei的系统，由所述设备（10)确定两个未知连续函数Rw( λ )和 产（λ): -通过在源和传感器的光谱的交叉区内积分每个方程Ερ通过将灵敏度在选择的色度 基表示为X，y和Z，每个方程Ei然后生成3个"积分E/'方程： / (Ecapteur ( λ ) jx ( λ ) *d λ ) - / ((R0BJ( λ ) * (lext ( λ ) +S_rce ( λ ) J *χ ( λ ) *d λ ) / (Ecapteur ( λ ) jy ( λ ) *d λ ) - / ((R0BJ( λ ) * (lext ( λ ) +Ssource ( λ ) J *y ( λ ) *d λ ) / (Ecapteur ( λ ) jz ( λ ) *d λ ) - / ((R0BJ( λ ) * (lext ( λ ) +Ssource ( λ ) ^ *ζ ( λ ) *d λ )， -通过使用数字图像传感器的输出参数计算对应于左手侧的Ei积分方程的数值；以及 -通过使用由至少一个插值函数S( λ)连接的有限数量的插值点（λ 来表达两个 未知的连续函数R?U)和产（λ)，以便保持所述未知连续函数和产（λ)的连 续性质，λ ^是在源和传感器的光谱的交叉区内被选择的波长并且是用来对给定的精度最 小化插值点数目而被选择的方法的输入参数；以及 -通过查找函数( λ )和1# ( λ )的参数yj，其最小化Ei积分方程所产生的最小二 乘法系统I |a*x_b| |2。
2. 根据权利要求1的方法，其特征在于，所述方法还包括确定外部光源ΓΛ(λ)的值的 步骤。
3. 根据权利要求1的方法，其特征在于，所述方法进一步还包括将至少在物体（30)的 一个点上的均匀漫反射率的函数R?( λ)转换为对于给定光源的CIE XYZ坐标的步骤。
4. 根据权利要求1或2的方法，其特征在于，闪光的数量与用于确定至少在物体（30) 的一个点上的均匀漫反射率R?U)和外部光源1#(λ)的值的插值点的数量是相同的数 量级。
5. 根据权利要求1或2的方法，其特征在于，所述方法包括在若干光谱波段确定至少在 物体（30)的一个点上的均匀漫反射率R?U)和外部光源1#(λ)的值的步骤。
6. 根据前述权利要求中的任一项的方法，其特征在于，所述设备（10)使用用于发射彩 色闪光的屏幕和探测并捕获由目标物体反射的光的电子图像传感器。
7. 根据前述权利要求中的任一项的方法，其特征在于，所述设备（10)是具有内置或者 可移除的闪光的相机单元或相机。
8. 根据前述权利要求中的任一项的方法，其特征在于，所述设备（10)实施用于确保有 效转换彩色闪光的发射和接收的波导。
9. 根据前述权利要求中的任一项的方法，其特征在于，实施所述方法是为了获取物体 的光谱图片和根据意愿进行色调整（白平衡）。
10. 根据前述权利要求中的任一项的方法，其特征在于，实施所述方法是为了测量包括 于如下群组中的要素的颜色：材料、固体、液体、气体、绘画、挂毯、图形、纺织品、塑料、木材、 金属、土壤、矿物、植物和食品。
11. 根据前述权利要求1至9中的任一项的方法，其特征在于，实施所述方法是为了测 量包括于如下群组中的至少一种要素的在人类和生物体上的用于医疗或美容目的颜色：皮 肤、青春痘、痣、毛发、毛皮、化妆品和牙齿。
12. 根据前述权利要求1至9中的任一项的方法，其特征在于，实施所述方法是为了一 维或多维的彩色条形码的使用。
13. 根据前述权利要求1至9中的任一项的方法，其特征在于，实施所述方法目的是协 助有色盲和/或失明的人。
14. 一种设备（10)，包括能够发射彩色光通量的形式的彩色光源的装置（11)和电 子彩色图像传感器（12)，用于测量至少在物体（30)的一个点上的均匀漫反射率的函数 Rw( λ )，所述物体（30)放置在位于能够发射彩色的所述装置（11)的对面并基本垂直于所 述装置（11)的区域，并且放置于所述电子彩色图像传感器（12)的视野内，所述物体（30) 还受到表示为Γ Λ(λ)的恒定且未知的环境外部光通量（40)形式的外部光源，其特征在 于，所述设备（10)包括用于如下的装置： ?发射一系列的Ν个光源Ss°ura ( λ ) i (其中，Ν为严格大于2的自然数，i从1到Ν变 化，λ为波长），Ss°ura(X)i已知为能够发射彩色的光通量的所述装置（11)的输入参数的 函数，由所述电子彩色图像传感器（12)捕获至少在所述物体（30)的一个点上反射的光通 量并且输入传感器，所述光通量被表示为E MptOT ( λ ) i，其中，N为大于1的自然数，i从1到 N变化，λ为波长；并由于光波叠加特性以及通过定义至少在物体（30)的一个点上的均匀 漫反射率 R°BJ ( λ )，获得 Ν 个方程（EJ :Ecaptemr ( λ ) i = R°BJ ( λ ) * (产（λ ) +S_TCe ( λ ) i );以 及 ?通过求解N个方程Ε,的系统，确定两个未知连续函数RWU)和1?（λ): -通过在源和传感器的光谱的交叉区内积分每个方程Ερ通过将灵敏度在选择的色度 基表示为X，y和z，每个方程Ε,然后生成3个"积分E/'方程： / (Ecapteur ( λ ) jx ( λ ) *d λ ) - / ((R0BJ( λ ) * (lext ( λ ) +S_rce ( λ ) J *χ ( λ ) *d λ ) / (Ecapteur ( λ ) jy ( λ ) *d λ ) - / ((R0BJ( λ ) * (lext ( λ ) +Ssource ( λ ) J *y ( λ ) *d λ ) / (Ecapteur ( λ ) jz ( λ ) *d λ ) - / ((R0BJ( λ ) * (lext ( λ ) +Ssource ( λ ) ^ *ζ ( λ ) *d λ )， -通过使用数字图像传感器的输出参数计算对应于左手侧的Ei积分方程的数值；以及 -通过使用由至少一个插值函数S( λ)连接的有限数量的插值点（λ 来表达两个 未知的连续函数R?U)和产（λ)，用于保持所述未知连续函数和产（λ)的连 续性质，λ ^是在源和传感器的光谱的交叉区被选择的波长并且是用来对给定的精度最小 化插值点数目而被选择的方法的输入参数；以及 -通过查找曲线Rw( λ )和lext (λ )的参数yj，其最小化Ei积分方程所产生的最小二 乘法系统I |α*χ_β| |2。
【文档编号】G01J3/50GK104272071SQ201380009854
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2013年2月14日 优先权日:2012年2月17日
【发明者】弗兰克·埃内贝勒 申请人:卡勒格锐研究有限公司