一种用于光源检测的同色异谱光谱生成和评价方法及系统与流程

本发明属于印刷光源检测技术领域，具体涉及一种用于光源检测的同色异谱光谱生成和评价方法及系统。

背景技术：

在颜色复制和光源控制领域，同色异谱现象指的是一对具有不同光谱刺激的颜色，它们在同一观察条件下(如光源或者观察者)具有相同的色彩表现，而当其中一种或多种条件变化时，颜色就会发生改变，而出现两种颜色不再匹配的现象。

随着照明光源市场的发展，现如今的光源种类繁多，人眼很难直接辨别照明光源质量的好坏，我们需要一种能够有助于筛选照明光源的科学有效的方法。另外，在印刷包装等色彩生产的行业，光源是必不可少的，例如，印刷品质量检测时使用的灯箱，在一段时间后，光源会发生退化，导致所用光源不再是标准的，这时，对光源的质量控制也需要一种便捷有效的方法。在颜色科学中，三刺激值是对色光与视觉关系的一种计量，用数据来表示色彩，它的计算公式是以光谱刺激、标准观察者函数、光源光谱分布函数为基础的。显然，如果光谱刺激不同，且光源光谱分布发生改变，就会产生同色异谱现象。对同色异谱现象加以利用，能给光源质量控制的相关领域带来很大的效益。

目前，在同色异谱领域，业界提出了诸多生成方法，如三函数组合法、多项式法、变分计算法、同色异谱黑法等。由于三函数组合法仅能在一次计算中产生三组同色异谱色，计算效率较低。另外，现存的同色异谱黑生成方法，仅在合理的范围内进行简单枚举，样本数量较少且来源不切实际。当前，广泛用于评价同色异谱程度多采用cie1976l*a*b*均匀颜色空间系统作为计算色差的方法，此种方法对于光源有很强的依赖性，对于检测和评价不确定光源时所选择的同色异谱色对具有局限性。

对于上述问题，在目前光源检测领域，缺少一种标准的、易于获取和使用的同色异谱测试标准。对于现在的彩色成像领域的光源和光谱评价，目前的生成和评价技术仍无法满足适用性、标准性以及合理性。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决背景技术中所述问题，提出一种用于光源检测的同色异谱光谱生成和评价方法。

本发明的技术方案为一种用于光源检测的同色异谱光谱生成和评价方法，包括以下步骤：

步骤1，在能收集到的大量光谱数据集中进行典型样本采样，获得c个典型色彩样本，

步骤2，在颜色空间进行分解，获得c个色彩样本ni(i＝1,2,…,c)的基本色刺激nfi和同色异谱黑ki(i＝1,2,…,c)的值，并验证同色异谱黑ki光谱的三刺激值是否都为0，当xyz都不为0时，删除该同色异谱黑；

步骤3，计算任意目标样本集n0所对应的同色异谱集nm；

步骤4，剔除任意样本集n0所对应的同色异谱集nm中各波段量值不属于[0,1]范围的同色异谱光谱，组成新的同色异谱集m；

步骤5，对于步骤4中生成的同色异谱集m，采用在单一光源e0下一般同色异谱指数gm最大化为依据评价光谱的同色异谱程度，选取最具代表性的同色异谱光谱。

进一步的，步骤2的实现方式如下，

步骤2.1，计算基于标准光源的物体颜色匹配函数a，如公式(1)所示，其中标准照明体作为e0，cmf为标准观察者光谱三刺激值，

a＝cmf×e0(1)

步骤2.2，计算色彩匹配函数的正交投影算子，如公式(2)所示，

r＝a(a^ta)^-1a^t(2)

步骤2.3，分别计算c个色彩样本的c组基本色刺激nfi和同色异谱黑ki，如公式(3)(4)所示，

nfi＝r×ni(3)

ki＝ni–nfi(4)

步骤2.4，对于步骤2.3中计算得到的同色异谱黑ki光谱，验证其三刺激值xyz是否都为0，当xyz都不为0时，删除该同色异谱黑，其中由光谱计算三刺激值的方法如公式(5)，

其中，x(λ)y(λ)z(λ)表示人眼视觉匹配函数，e0(λ)表示所选定的标准照明光源，k(λ)表示同色异谱黑的光谱反射率信息，λ表示一定范围内的可见光波长。

进一步的，步骤3的实现方式如下，

利用公式(3)计算任意目标样本集n0的每条光谱的基本颜色光谱刺激nff，并利用公式(6)求解该样本集所对应的同色异谱集nm，

nm＝nff+ki(6)

其中，ki为步骤2中所求的c条标准物体颜色光谱库的同色异谱黑光谱。

进一步的，步骤5的实现方式如下，

步骤5.1，以公式(7)分别计算λ为一定范围内的每个波段下任意一对同色异谱色m和n0的光谱反射率的差值，

δβ(λ)＝||m(λ)-n0(λ)||(7)

步骤5.2，利用公式(8)计算一般同色异谱指数gm，其中w(λ)的计算方法见公式(9)，

gm＝∑λw(λ)×δβ(λ)(8)

其中，表示任意一对同色异谱色的l、a和b关于β(λ)的导数，根据链式法则计算获得。

此外，本发明提供一种用于光源检测的同色异谱光谱生成和评价系统，包括以下模块：

典型色彩样本收集模块，用于在能收集到的大量光谱数据集中进行典型样本采样，获得c个典型色彩样本，

颜色分解模块，用于在颜色空间进行分解，获得c个色彩样本ni(i＝1,2,…,c)的基本色刺激nfi和同色异谱黑ki(i＝1,2,…,c)的值，并验证同色异谱黑ki光谱的三刺激值是否都为0，当xyz都不为0时，删除该同色异谱黑；

同色异谱集计算模块，用于计算任意目标样本集n0所对应的同色异谱集nm；

特殊光谱剔除模块，用于剔除任意样本集n0所对应的同色异谱集nm中各波段量值不属于[0,1]范围的同色异谱光谱，组成新的同色异谱集m；

代表性同色异谱光谱选取模块，用于对特殊光谱剔除模块中生成的同色异谱集m，采用在单一光源e0下一般同色异谱指数gm最大化为依据评价光谱的同色异谱程度，选取最具代表性的同色异谱光谱。

进一步的，颜色分解模块是具有以下功能的模块，进一步用于，

计算基于标准光源的物体颜色匹配函数a，如公式(1)所示，其中标准照明体作为e0，cmf为标准观察者光谱三刺激值，

a＝cmf×e0(1)

计算色彩匹配函数的正交投影算子，如公式(2)所示，

r＝a(a^ta)^-1a^t(2)

分别计算c个色彩样本的c组基本色刺激nfi和同色异谱黑ki，如公式(3)(4)所示，

nfi＝r×ni(3)

ki＝ni–nfi(4)

对于计算得到的同色异谱黑ki光谱，验证其三刺激值xyz是否都为0，当xyz都不为0时，删除该同色异谱黑，其中由光谱计算三刺激值的方法如公式(5)，

x＝∫λx(λ)e0(λ)k(λ)dλ

y＝∫λy(λ)e0(λ)k(λ)dλ

z＝∫λz(λ)e0(λ)k(λ)dλ(5)

其中，x(λ)y(λ)z(λ)表示人眼视觉匹配函数，e0(λ)表示所选定的标准照明光源，k(λ)表示同色异谱黑的光谱反射率信息，λ表示一定范围内的可见光波长。

进一步的，同色异谱集计算模块是具有以下功能的模块，进一步用于，

利用公式(3)计算任意目标样本集n0的每条光谱的基本颜色光谱刺激nff，并利用公式(6)求解该样本集所对应的同色异谱集nm，

nm＝nff+ki(6)

其中，ki为颜色分解模块中所求的c条标准物体颜色光谱库的同色异谱黑光谱。

进一步的，代表性同色异谱光谱选取模块是是具有以下功能的模块，进一步用于，

以公式(7)分别计算λ为一定范围内的每个波段下任意一对同色异谱色m和n0的光谱反射率的差值，

δβ(λ)＝||m(λ)-n0(λ)||(7)

利用公式(8)计算一般同色异谱指数gm，其中w(λ)的计算方法见公式(9)，

gm＝∑λw(λ)×δβ(λ)(8)

其中，表示任意一对同色异谱色的l、a和b关于β(λ)的导数，根据链式法则计算获得。

本发明提出的一种用于光源检测的同色异谱光谱生成和评价方法，通过在庞大的光谱库进行采样和筛选，利用颜色科学相关计算公式，结合基于单一光源下进行同色异谱程度评价的方法，实现了同色异谱的光谱生成。基于标准物体颜色光谱库进行采样，由于数据量很大，可以筛选得到具有较高参考价值的同色异谱色，提高了同色异谱集的准确性。在生成方面，实施方便。基于单一光源进行同色异谱评价，具有更高的独立性，减少了对测试光源的依赖性，满足对各种光源进行评价的需要，增加了光源评价的效率。

附图说明

图1为本发明实施例的流程图。

图2为本发明所制备同色异谱样本的光谱反射率曲线实例。

具体实施方式

本发明技术方案具体实施时可由本领域技术人员采用计算机软件技术实现自动运行。为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示实施例提供的一种用于光源检测的同色异谱光谱生成和评价方法，一定幅度上提高了同色异谱生成精度和评价效果，获得了较为理想的光谱预测结果。

本实施例采用在计算机中基于特定的算法在matlab中完成对特定色彩样本生成其大量符合实际的同色异谱色，以及进行同色异谱的评价。需要说明的是，本发明并不局限于本例中提到的socs标准物体颜色光谱库及特定的颜色的原始光谱，对于其他任何利用本发明提出的同色异谱生成算法及评价方法同样适用。

本实施例包括以下步骤：

1)在庞大的socs(standardobjectcolorspectradatabase)标准物体颜色光谱库进行典型样本采样，共获得53486个典型色彩样本。

2)在颜色空间中进行分解，分解成为基本色刺激nfi和同色异谱黑ki，对于53486个色彩样本ni(i＝1,2,…,53486)，本实施例中采用如下方法获得c组基本色刺激nfi和同色异谱黑ki(i＝1,2,…,53486)的值：

2.1)计算基于标准光源d65的物体颜色匹配函数a，如公式(1)所示，其中照明体d65作为e0，cmf为cie1964标准观察者10°视场光谱三刺激值，

a＝cmf×e0(1)

2.2)计算色彩匹配函数的正交投影算子，如公式(2)所示，

r＝a(a^ta)^-1a^t(2)

2.3)分别计算c个色彩样本的c组同色异谱黑ki，其中nf为其基本色刺激，如公式(3)和(4)所示，

nfi＝r×ni(3)

ki＝ni–nfi(4)

2.4)对于实施例2.3)中计算得到的同色异谱黑k光谱，需验证其三刺激值xyz是否都为0，当xyz都不为0时，删除该同色异谱黑，否则执行步骤3，其中光谱计算三刺激值的方法如公式(5)，

其中，x(λ)y(λ)z(λ)表示人眼视觉匹配函数，e0(λ)表示照明光源d65，k(λ)表示同色异谱黑的光谱反射率信息，λ表示400nm～700nm范围内的可见光波长。

3)利用公式(3)计算任意目标样本集n0的基本颜色光谱刺激nff，并利用公式(6)求解该样本集所对应的同色异谱集nm，ki为实施例2)中所求的标准物体颜色光谱库的同色异谱黑，

nm＝nff+ki(6)

依据公式(1)(2)(3)(4)(5)(6)所描述的计算过程，最终实施例中计算得到colorchecker24色标准色卡所定义的24个标准色彩样本各自对应的包含53486条光谱的同色异谱集n1。

4)剔除任意样本集n0所对应的同色异谱集nm中各波段量值不属于[0,1]范围(即不符合反射光谱物理意义)的同色异谱光谱，组成新的同色异谱集m；

在本实施例中，以colorchecker24色标准色卡中的第一个颜色样本为例，其依据2)3)4)所求得的对应同色异谱集中的53486条光谱，有28948条存在各波段量值不属于[0,1]范围的情况，故将此类光谱予以剔除，其它样本以此类推。

5)对于实施例4)中生成的同色异谱集m，采用在单一光源d65下一般同色异谱指数gm最大化为依据评价光谱的同色异谱程度，选取最具代表性的同色异谱光谱。

5.1)以公式(7)分别计算λ为400nm～700nm的每个波段下任意一对同色异谱色m和n0的光谱反射率的差值，

δβ(λ)＝||m(λ)-n0(λ)||(7)

5.2)利用公式(8)计算一般同色异谱指数gm，其中w(λ)的计算方法见公式(9)，

gm＝∑λw(λ)×δβ(λ)(8)

其中，根据链式法则计算任意一对同色异谱色的l、a和b关于β(λ)的导数链式法则为现有计算法则，本发明不予赘述。

实施例中，首先，以一般同色异谱指数最大化为依据，选取24个典型色彩样本各自同色异谱集中同色异谱效果最为明显的同色异谱光谱。其中，图2所示即为colorchecker24色标准色卡第一个颜色样本及其对应的最优的同色异谱样本的反射率曲线。其二者色彩数据如下：

原始样本：

d65照明体下的xyz值＝(10.6691，9.4280，5.9746)；

图2所示的同色异谱样本：

d65照明体下的xyz值＝(10.6691，9.4280，5.9746)；

二者在d65照明体下的一般同色异谱指数为：67.7655

由此可见其同色异谱程度很高，差异明显。随后，依据同样标准，在24538条同色异谱光谱对样本中选取10组最为明显的同色异谱光谱对，至此同色异谱样本制备完成，其对应样本及同色异谱光谱值即为实施例最终所求。

此外，本发明实施例还提供一种用于光源检测的同色异谱光谱生成和评价系统，包括以下模块：

典型色彩样本收集模块，用于在能收集到的大量光谱数据集中进行典型样本采样，获得c个典型色彩样本，

颜色分解模块，用于在颜色空间进行分解，获得c个色彩样本ni(i＝1,2,…,c)的基本色刺激nfi和同色异谱黑ki(i＝1,2,…,c)的值，并验证同色异谱黑ki光谱的三刺激值是否都为0，当xyz都不为0时，删除该同色异谱黑；

同色异谱集计算模块，用于计算任意目标样本集n0所对应的同色异谱集nm；

特殊光谱剔除模块，用于剔除任意样本集n0所对应的同色异谱集nm中各波段量值不属于[0,1]范围的同色异谱光谱，组成新的同色异谱集m；

代表性同色异谱光谱选取模块，用于对特殊光谱剔除模块中生成的同色异谱集m，采用在单一光源e0下一般同色异谱指数gm最大化为依据评价光谱的同色异谱程度，选取最具代表性的同色异谱光谱。

其中，颜色分解模块是具有以下功能的模块，进一步用于，

计算基于标准光源的物体颜色匹配函数a，如公式(1)所示，其中标准照明体作为e0，cmf为标准观察者光谱三刺激值，

a＝cmf×e0(1)

计算色彩匹配函数的正交投影算子，如公式(2)所示，

r＝a(a^ta)^-1a^t(2)

分别计算c个色彩样本的c组基本色刺激nfi和同色异谱黑ki，如公式(3)(4)所示，

nfi＝r×ni(3)

ki＝ni–nfi(4)

对于计算得到的同色异谱黑ki光谱，验证其三刺激值xyz是否都为0，当xyz都不为0时，删除该同色异谱黑，其中由光谱计算三刺激值的方法如公式(5)，

x＝∫λx(λ)e0(λ)k(λ)dλ

y＝∫λy(λ)e0(λ)k(λ)dλ

z＝∫λz(λ)e0(λ)k(λ)dλ(5)

其中，x(λ)y(λ)z(λ)表示人眼视觉匹配函数，e0(λ)表示所选定的标准照明光源，k(λ)表示同色异谱黑的光谱反射率信息，λ表示一定范围内的可见光波长。

其中，同色异谱集计算模块是具有以下功能的模块，进一步用于，

利用公式(3)计算任意目标样本集n0的每条光谱的基本颜色光谱刺激nff，并利用公式(6)求解该样本集所对应的同色异谱集nm，

nm＝nff+ki(6)

其中，ki为颜色分解模块中所求的c条标准物体颜色光谱库的同色异谱黑光谱。

其中，代表性同色异谱光谱选取模块是是具有以下功能的模块，进一步用于，

以公式(7)分别计算λ为一定范围内的每个波段下任意一对同色异谱色m和n0的光谱反射率的差值，

δβ(λ)＝||m(λ)-n0(λ)||(7)

利用公式(8)计算一般同色异谱指数gm，其中w(λ)的计算方法见公式(9)，

gm＝∑λw(λ)×δβ(λ)(8)

其中，表示任意一对同色异谱色的l、a和b关于β(λ)的导数，根据链式法则计算获得。

各模块具体实现和各步骤相应，本发明不予赘述。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。