СПОСОБ ЦИФРОВОЙ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ КОЛОРИМЕТРИИ
METHOD FOR DIGITAL PHOTOELECTRIC COLORIMETRY

Предлагаемое изобретение относится к области измерения цвета, и в частности к колориметрии цифровых фотоизображений.
В настоящее время существуют два основных способа измерения цвета: субъективный (визуальный) и объективный (фотоэлектрический) [1]. Преимуществом объективного колориметра является его строгая привязка к характеристикам стандартного колориметрического наблюдателя системы XYZ МКО 1931 г. с точностью, достижимой техническими возможностями прибора.
В свою очередь объективные колориметры подразделяются на приборы со спектральным разложением исследуемого света и без спектрального его разложения.
Известен способ фотоэлектрической колориметрии со спектральным разложением света (стр.160, параграф 14.4 в [1]), состоящий в выделении с помощью монохроматора спектральных составляющих белого света, последовательном освещении ими образцов измеряемого цвета и стандартного белого цвета, последовательном освещении отраженным образцами светом фотоэлектрического приемника, регистрации сигналов фотоприемника в виде спектрального коэффициента отражения света образцом измеряемого цвета и расчета координат измеряемого цвета с помощью трех кривых сложения в системе XYZ МКО 1931 г.
1
2
3
Наиболее близким к предлагаемому способу цифровой фотоэлектрической колориметрии является способ фотоэлектрической колориметрии без спектрального разложения света (стр.121, параграф 10.4 в [1]), состоящий в освещении белым светом образца О измеряемого цвета, отражающим свет на чувствительную площадку фотоэлектрического приемника ФП, перекрываемую последовательно тремя светофильтрами Ф1, Ф2, Ф3, спектральное пропускание света которых соответствует ординатам трех кривых сложения системы XYZ МКО 1931 г. и регистрации трех токов фотоэлектрического приемника ФП i, i, i, пропорциональных координатам цвета образца О.
к
з
с
к
з
с
o
o
o
В предлагаемом способе цифровой фотоэлектрической колориметрии сначала выделенными видимыми спектральными составляющими Δλ источника света экспонируют для калибровки матричные фотоэлектрические приемники трехцветной КЗС (К - красный, З - зеленый, С - синий) цифровой фотокамеры, определяя по токам i(λ), i(λ), i(λ) координаты их цветов в системе XYZ МКО 1931 г., а затем, освещая источником белого света образцы измеряемого цвета и стандартного белого цвета, фотографируют их трехцветной цифровой камерой, определяя по токам I , I , I  и
б
б
б
к
з
с
о
о
о
I , I , I  с матричных фотоэлектрических приемников координаты цвета измеряемого и стандартного белого образцов в трехцветной КЗС системе цифровой фотокамеры и пересчитывают их по цветам КЗС матрицы в системе XYZ МКО 1931 г., как цвет измеряемого образца (х, у, Y).
к
з
с
к
з
с
65
На фиг.1 изображена схема цифрового фотоэлектрического колориметра. Она содержит источник света 1, пучок света которого освещает спектральную призму монохроматора 2. Выделенными в монохроматоре 2, например, через Δλ=15 нм спектральными составляющими видимой части излучения источника света 1 экспонируют поочередно матрицу фотоэлектрических приемников трехцветной цифровой фотокамеры 3. КЗС матрица цифровой фотокамеры 3 имеет в своем составе на каждой триаде фотоприемников светофильтры соответственно: красного (К), зеленого (З) и синего (С) цветов. Коэффициенты их пропускания τ(λ), τ(λ), τ(λ). близки к усредненным характеристикам спектральной чувствительности трех приемников глаза, но не идентичны им. Поэтому требуется калибровка матрицы фотоэлектрических приемников трехцветной цифровой фотокамеры 3 с помощью монохроматора 2. При этом электрические токи i(λ), i(λ), i(λ) красных, зеленых и синих фотоприемников матрицы пропорциональны произведению коэффициента пропускания τ(λ) соответствующего светофильтра на спектральную плотность мощности Р(λ) источника света 1, например типа D (стр.147, параграф 13.2 в [1]), в выделенном спектральном диапазоне Δλ, а именно:
к
к
i(λ)=Р(λ)·τ(λ);
з
з
i(λ)=Р(λ)τ·(λ);
с
с
i(λ)=Р(λ)·τ(λ).
Сигналы этих калибровочных токов поступают в компьютер 4, там оцифровываются и запоминаются в виде массива чисел:
к
к
i(λ)=n(λ);
з
з
i(λ)=n(λ);
с
с
i(λ)=n(λ).
Для проведения операции калибровки удобно использовать стандартный спектрофотометр с фотометрическим шаром, например типа СФ-18 (стр.166, параграф 14.8 в [1]). Калибровка проводится один раз и результаты ее хранятся в соответствующем файле компьютера 4.
65
к
з
o
o
После проведения операции калибровки освещают источником белого света 5, например типа D, образцы измеряемого цвета 6 и стандартного белого цвета 7, а затем фотографируют их цветной цифровой фотокамерой 3. Для определения цветов в системе КЗС сигналы соответствующих токов образцов: измеряемого цвета 6 - I , I ,
o
б
б
б
o
o
o
б
б
б
с
к
з
с
к
з
с
к
з
с
I  и стандартного белого цвета 7 - I , I , I  поступают в компьютер 4, там оцифровываются и запоминаются в виде троек чисел: N , N , N  и N , N , N , причем они нормируются относительно максимального значения тока для стандартного белого образца 7. Таким образом, в памяти компьютера 4 сформирована база данных для расчета цвета образца 6 в системе XYZ МКО 1931 г.
Проведем теперь с помощью компьютера 4 расчет цвета образца 6 в системе XYZ МКО 1931 г. Для этого используем табличные значения ординат кривых сложения системы XYZ (стр.156, табл.2.6 в [2]): , ,  и базу данных для расчета цвета образца 6 в компьютере 4. Определим сначала координаты цветов красных (К), зеленых (3) и синих (С) элементов матрицы фотоприемников трехцветной цифровой фотокамеры 3 по следующим формулам (стр.176, параграф 15.5 в [1]):
для красных элементов
для зеленых элементов
для синих элементов
'
'
'
o
o
o
Далее находим координаты цвета измеряемого образца 6 (x , y , z ), переходя от системы КЗС цифровой фотокамеры 3 к общепринятой системе XYZ МКО 1931 г. (стр.176, формулы (15.14) параграфа 15.4 в [1]):
.
о
о
o
И, наконец, определяем координаты цветности измеряемого образца 6 (х,у) и его яркость Y в системе XYZ МКО 1931 г.:
о
o
o
o
o
o
o
o
o
x=x'/m; y=y'/m; z=z'/m, где m=x'+y'+z'
o
к
з
с
к
з
с
о
о
о
б
б
б
Y=(N +N +N )/(N +N +N ).
о
o
o
Таким образом, координаты цвета измеряемого образца 6 в системе XYZ МКО 1931 г. определены, как (х,y,Y).
Источники информации
1. А.В.Луизов. Свет и цвет. Л.: Энергоатомиздат, 1989.
2. Д.Джадд, Г.Вышецки. Цвет в науке и технике. M.: Мир, 1978.