RU2087879C1 - Method measuring color values in photometry and colorimetry - Google Patents
Method measuring color values in photometry and colorimetry Download PDFInfo
- Publication number
- RU2087879C1 RU2087879C1 RU94004275A RU94004275A RU2087879C1 RU 2087879 C1 RU2087879 C1 RU 2087879C1 RU 94004275 A RU94004275 A RU 94004275A RU 94004275 A RU94004275 A RU 94004275A RU 2087879 C1 RU2087879 C1 RU 2087879C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- color
- signal
- signals
- output
- brightness
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 12
- 238000004737 colorimetric analysis Methods 0.000 title abstract description 8
- 238000005375 photometry Methods 0.000 title abstract description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 21
- 239000013598 vector Substances 0.000 claims description 31
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims description 17
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 claims description 16
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 claims description 16
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 claims description 8
- 230000009466 transformation Effects 0.000 claims description 8
- 108091008695 photoreceptors Proteins 0.000 claims description 4
- 230000005855 radiation Effects 0.000 abstract description 13
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 9
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 7
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 4
- PXFBZOLANLWPMH-UHFFFAOYSA-N 16-Epiaffinine Natural products C1C(C2=CC=CC=C2N2)=C2C(=O)CC2C(=CC)CN(C)C1C2CO PXFBZOLANLWPMH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 3
- 230000008447 perception Effects 0.000 description 3
- 230000004456 color vision Effects 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 238000010606 normalization Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 108020003175 receptors Proteins 0.000 description 1
- 102000005962 receptors Human genes 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Spectrometry And Color Measurement (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области цветовой фотометрии и колориметрии. The invention relates to the field of color photometry and colorimetry.
В известной колориметрии используется практически одна фотометрическая величина яркость L. Она определяется по выражению (Джадд Д. Вышецки Г. Цвет в науке и технике. м. Мир, 1978, с.174):
,
где Km= 683 лм/Вт постоянный коэффициент, равный максимальной световой эффективности излучения,
Le(λ)- спектральная плотность энергетической яркости, то есть лучистого потока в ваттах на единицу площади на единицу телесного угла в единичном интервале длин волн (Вт.м-2•ср-1.м-1),
V(λ)- относительная спектральная чувствительность зрительной системы к излучению с длиной волны λ.In the known colorimetry, practically one photometric quantity is used, the brightness L. It is determined by the expression (Judd D. Vyshecki G. Color in science and technology. M. Mir, 1978, p.174):
,
where K m = 683 lm / W constant coefficient equal to the maximum luminous efficiency of radiation,
L e (λ) is the spectral density of energy brightness, that is, the radiant flux in watts per unit area per unit solid angle in a unit wavelength interval (W m -2 • sr -1 .m -1 ),
V (λ) is the relative spectral sensitivity of the visual system to radiation with a wavelength of λ.
Кривая относительной спектральной чувствительности зрительной системы стандартизована Международной комиссией по освещению (МКО) по результатам ее экспериментальных измерений. Она может быть представлена суммой кривых спектральных световых эффективностей r(λ), g(λ), b(λ) трех каналов фотопреобразования зрительной системы (Мешков В.В. Матвеев А.Б. Основы светотехники. М. Энергоатомиздат, 1989, с. 211 121):
,
где cr, cg, cb постоянные коэффициенты.The relative spectral sensitivity curve of the visual system is standardized by the International Commission on Illumination (CIE) based on the results of its experimental measurements. It can be represented by the sum of the curves of spectral light efficiencies r (λ), g (λ), b (λ) of the three channels of photoconversion of the visual system (Meshkov V.V. Matveev A.B. Fundamentals of Lighting Engineering. M. Energoatomizdat, 1989, p. 211 121):
,
where c r , c g , c b are constant coefficients.
На этом основании яркость L представляется в виде суммы скалярных величин
или L=Lr+Lg+Lb, (3)
где Lr, Lg, Lb составляющие яркости светового излучения.On this basis, the brightness L is represented as the sum of scalar quantities
or L = L r + L g + L b , (3)
where L r , L g , L b the components of the brightness of light radiation.
Суть и отличие изобретения от прототипа поясняются с помощью следующих чертежей:
фиг.1 эквивалентная схема линейного преобразования сигналов в зрительной системе при измерении яркости:
а для трех воспринимающих рецепторов,
б для эквивалентной кривой видности.The essence and difference of the invention from the prototype are explained using the following drawings:
figure 1 equivalent circuit of linear signal conversion in the visual system when measuring brightness:
and for three receptor receptors,
b for the equivalent visibility curve.
Фиг. 2 схема измерения цвета источников излучения по авторскому свидетельству СССР N106027. FIG. 2 scheme for measuring the color of radiation sources according to the author's certificate of the USSR N106027.
Фиг.3 эквивалентные схемы преобразования сигналов в зрительной системе:
а при учете нелинейной характеристики восприятия цветовой яркости,
б при измерении цветовой амплитуды.Figure 3 equivalent signal conversion circuit in the visual system:
and when taking into account the nonlinear characteristics of the perception of color brightness,
b when measuring color amplitude.
Фиг.4 представление цветов в метрическом цветовом пространстве:
а α углы между векторами цветовых сигналов,
q углы между векторами цветовых сигналов и вектором сигнала равноэнергетического белого;
б углы между проекциями векторов цветовых сигналов в плоскости цветности, перпендикулярной вектору сигнала равноэнергетического белого.Figure 4 representation of colors in a metric color space:
and α are the angles between the color signal vectors,
q angles between the vectors of the color signals and the vector of the signal of equal energy white;
b the angles between the projections of the color signal vectors in the chroma plane perpendicular to the signal vector of the equal-energy white.
Фиг.5 схема устройства для измерения цветовых величин в фотометрии и колориметрии. 5 is a diagram of a device for measuring color values in photometry and colorimetry.
Фиг.6 схема фотоэлектрического преобразователя:
а, б при параллельном фотоэлектронном преобразовании;
в при последовательном фотоэлектронном преобразовании.6 diagram of a photoelectric converter:
a, b in parallel photoelectron conversion;
in sequential photoelectric conversion.
Линейная связь яркости и ее составляющих иллюстрируется эквивалентной схемой преобразования сигналов в зрительной системе при восприятии яркости, представленной на фиг. 1а, б. The linear relationship of the brightness and its components is illustrated by the equivalent signal conversion circuit in the visual system for perceiving the brightness shown in FIG. 1a, b.
Основу современной колориметрии составляет векторное суммирование цветов (E. Schrodinger, Grundlinien einer Theorie der Farbmetric im Tagessehen, Annalen der Physik, 1920, Bd 63, 397 -456, 489 520). The basis of modern colorimetry is vector summation of colors (E. Schrodinger, Grundlinien einer Theorie der Farbmetric im Tagessehen, Annalen der Physik, 1920,
Цвета в современной колориметрии представляются в аффинном векторном цветовом пространстве векторной суммой трех основных цветов, которые имеют произвольное направление. Международная комиссия по освещению рекомендует для цветовых расчетов прямоугольную колориметрическую систему X, Y, Z. Colors in modern colorimetry are represented in the affine vector color space by the vector sum of three primary colors that have an arbitrary direction. The International Lighting Commission recommends a rectangular colorimetric system X, Y, Z for color calculations.
В аффинном векторном цветовом пространстве отсутствуют понятия угла и расстояния, так как оно не обладает метрическими свойствами. Поэтому цветовые расчеты используют методы проективной геометрии (Новаковский С.В. Цвет в цветном телевидении. М. Радио и связь, 1989). При таком подходе другие цветовые величины помимо яркости -насыщенности и цветового тона -определены только качественно. In the affine vector color space, there are no concepts of angle and distance, since it does not have metric properties. Therefore, color calculations use the methods of projective geometry (Novakovsky S.V. Color in color television. M. Radio and Communications, 1989). With this approach, other color values, in addition to brightness - saturation and color tone - are determined only qualitatively.
Другой подход к определению цветовых величин представлен в работе Шкловера Д. А. Моделирование процесса цветового зрения у человека. М-Л. Наука, 1969, т. XV, с. 8 18. Он основан на представлении зрительной системы в виде эквивалентной схемы преобразования откликов и вычислении светлоты, насыщенности и цветового тона. Another approach to determining color values is presented in the work of D. Shklover A. Modeling the process of color vision in humans. ML Science, 1969, vol. XV, p. 8 18. It is based on the representation of the visual system in the form of an equivalent response conversion circuit and the calculation of lightness, saturation, and color tone.
Наиболее близким к предлагаемому способу измерения цветовых величин является способ по авторскому свидетельству N 106027, СССР [1] Схема измерения по данному авторскому свидетельству приведена на фиг. 2. Для получения координат цветности выходные сигналы трех фотоэлектрических преобразователей логарифмируются и сигналы, пропорциональные попарным разностям этих логарифмов, подаются на отклоняющие пластины электронно-лучевой трубки. Положение светящейся точки определяет цветность объекта, то есть его насыщенность и цветовой тон. Недостаток имеющегося прототипа и аналогов заключается в том, что измеряемые скалярные цветовые величины, следующие из представления цветов в аффинном векторном цветовом пространстве, не определены корректно, выбираются произвольно и не связаны с физическими характеристиками светового излучения. Closest to the proposed method for measuring color values is the method according to the copyright certificate N 106027, USSR [1] The measurement scheme for this copyright certificate is shown in FIG. 2. To obtain the chromaticity coordinates, the output signals of the three photoelectric converters are logarithmized and signals proportional to the pairwise differences of these logarithms are fed to the deflecting plates of the cathode ray tube. The position of the luminous point determines the color of the object, that is, its saturation and color tone. The disadvantage of the existing prototype and analogues is that the measured scalar color values resulting from the representation of colors in the affine vector color space are not defined correctly, are randomly selected and are not related to the physical characteristics of light radiation.
Цель изобретения состоит в создании способа измерения цветовых величин: цветовой яркости, цветовой амплитуды, цветовой насыщенности и цветового тона
в метрическом векторном цветовом пространстве, позволяющем получить однозначную связь скалярных цветовых величин с векторным представлением цветов и объединить фотометрию и колориметрию.The purpose of the invention is to create a method for measuring color values: color brightness, color amplitude, color saturation and color tone
in a metric vector color space that allows you to get an unambiguous relationship between scalar color values and the vector representation of colors and combine photometry and colorimetry.
Цель достигается тем, что световое излучение преобразуют в три электрических сигнала Ir(t), Ig(t), Ib(t), причем относительные спектральные световые эффективности r(λ), g(λ), b(λ) фотоэлектрического преобразования совпадают с относительными спектральными чувствительными соответствующих фоторецепторов зрительной системы, а сумма относительных спектральных световых эффективностей с весовыми коэффициентами совпадает с кривой относительной видности зрительной системы в дневных условиях наблюдения V(λ) осуществляют нелинейное преобразование сигналов Ir(t), Ig(t), Ib(t) в сигналы Er(t), Eg(t), Eb(t) по выражениям
и образуют сигнал цветовой яркости
причем αrg, αgb, αbr углы между векторами сигналов в метрическом цветовом пространстве, которые определяются коэффициентами спектрального различия относительных световых эффективностей k в цветовых каналах по соотношениям
a ∫ r2(λ)dλ = ∫ g2(λ)dλ = ∫b2(λ)dλ,
по нему измеряют цветовую яркость согласно соотношению
Lc(t)=c1Ic(t),
где c1 постоянная, определяемая при соответствующей калибровке, образуют сигнал Ec(t) посредством преобразования
и по нему измеряют амплитуду цвета согласно соотношению
образуют первый и второй ортогональные сигналы цветности согласно любой из трех пар преобразований
где значения находят из решения системы уравнений
где постоянные, значения которых определяются максимальными значениями спектральных чувствительностей фоторецепторов rmax, gmax, bmax, умноженных на соответствующую эквивалентную ширину спектральной чувствительности Δλr,Δλg, Δλb, из первого и второго сигналов цветности E1(t) и E2(t) образуют сигнал согласно следующему преобразованию:
и по нему измеряют насыщенность цвета согласно соотношению
S(t) C2E(t)
в пределах O<S<1,0, где C2 постоянная, определяемая в процессе калибровки шкалы, сигналы цветности E1(t) и E2(t) преобразуют в сигнал E(t) по соотношению
где K 0, n 0 при E1(t)>0, E2(t)>0,
K 1, n 1 при E1(t)<0, E2(t)>0,
K 0, n 1 при E1(t)<0, E2(t)<0,
K 1, n 2 при E1(t) >0, E2(t)<0,
и по сигналу E(t) измеряют цветовой тон Φ(t) в соответствии с соотношением
Φ(t) = C3E(t)+Φo,,
где C3 постоянная, определяемая при соответствующей калибровке шкалы Φ от 0 до 360 градусов, значение vo в градусах принимается обшепринятым соглашением по выбору цвета, которому соответствует цветовой тон Φ=0..The goal is achieved in that the light radiation is converted into three electrical signals I r (t), I g (t), I b (t), and the relative spectral light efficiencies r (λ), g (λ), b (λ) of the photoelectric the transformations coincide with the relative spectral sensitivities of the corresponding photoreceptors of the visual system, and the sum of the relative spectral light efficiencies with weight coefficients coincides with the relative visibility curve of the visual system in daytime observation conditions V (λ) carry out a nonlinear transformation ignalov I r (t), I g (t), I b (t) into signals E r (t), E g (t), E b (t) from the expression
and form a color brightness signal
moreover, α rg , α gb , α br the angles between the signal vectors in the metric color space, which are determined by the spectral difference coefficients of the relative light efficiencies k in the color channels according to the ratios
a ∫ r 2 (λ) dλ = ∫ g 2 (λ) dλ = ∫ b 2 (λ) dλ,
it measures color brightness according to the ratio
L c (t) = c 1 I c (t),
where c 1 the constant determined by appropriate calibration, form the signal E c (t) through conversion
and it measures the color amplitude according to the ratio
form the first and second orthogonal chroma signals according to any of the three pairs of transformations
where are the values find from the solution of the system of equations
Where constants whose values are determined by the maximum values of the spectral sensitivities of the photoreceptors r max , g max , b max multiplied by the corresponding equivalent spectral sensitivity width Δλ r , Δλ g , Δλ b of the first and second chrominance signals E 1 (t) and E 2 ( t) form a signal according to the following transformation:
and it measures color saturation according to the ratio
S (t) C 2 E (t)
within O <S <1,0, where C 2 is a constant determined during the calibration of the scale, the color signals E 1 (t) and E 2 (t) are converted into a signal E (t) by the ratio
where K 0, n 0 for E 1 (t)> 0, E 2 (t)> 0,
K 0,
and using the signal E (t), the color tone Φ (t) is measured in accordance with the relation
Φ (t) = C 3 E (t) + Φ o ,,
where C 3 is a constant, determined by appropriate calibration of the scale Φ from 0 to 360 degrees, the value of v o in degrees is adopted by the agreement on the choice of color, which corresponds to the color tone Φ = 0 ..
Эквивалентная схема преобразования сигналов в зрительной системе с учетом нелинейности восприятия показана на фиг. 3а. Эквивалентная ей схема преобразования сигналов при измерении цветовой амплитуды приведена на фиг. 3 б. An equivalent signal conversion circuit in the visual system, taking into account non-linearity of perception, is shown in FIG. 3a. The equivalent signal conversion circuit for measuring color amplitude is shown in FIG. 3 b.
Значения коэффициентов rmax(λ), gmax(λ), bmax(λ) определяют эффективность преобразования спектрального распределения энергетической яркости в сигналы откликов при адаптации к равноэнергетическому белому. Сигналы откликов имеют одну и ту же размерность. Коэффициенты взаимной корреляции интенсивностей откликов по спектру (6, 7, 8) определяют углы в векторном пространстве при представлении откликов в виде векторов, причем определенное таким образом векторное цветовое пространство является евклидовым метрическим пространством, в котором модули векторов равны величинам, получаемым нелинейным преобразованием интенсивностей откликов в процессе фотоэлектрического преобразования в зрительной системе. Экспериментально измеренную нелинейную характеристику зрительной системы часто аппроксимируют степенной функцией с показателем степени γ Значения показателя g лежат в пределах g 0,33 0,5, причем g 0,5 характерна для наблюдения объектов при изменяющихся с критической частотой мельканий излучений (кино и телевидение), а g 0,333 принято при наблюдении объектов с постоянным излучением по Рекомендации МКО. Цветовая яркость в этом пространстве представляет собой интенсивность векторной суммы сигналов откликов трех цветовых каналов и может быть найдена согласно выражению (5). Квадратный корень из цветовой яркости представляет собой цветовую амплитуду, которой определяется модуль цветового вектора. Нормированием цветовой амплитуды получается единичная сфера, на которой будут лежать цвета единичной цветовой амплитуды, фиг. 4 а, б.The values of the coefficients r max (λ), g max (λ), b max (λ) determine the efficiency of converting the spectral distribution of energy brightness into response signals when adapting to equal-energy white. The response signals have the same dimension. The mutual correlation coefficients of the response intensities over the spectrum (6, 7, 8) determine the angles in the vector space when representing the responses as vectors, and the vector color space defined in this way is a Euclidean metric space in which the modules of the vectors are equal to the values obtained by the nonlinear conversion of the response intensities in the process of photoelectric conversion in the visual system. The experimentally measured nonlinear characteristic of the visual system is often approximated by a power function with an exponent γ. The values of the exponent g lie in the range g 0.33 0.5, and g 0.5 is typical for observing objects with varying flicker frequencies of radiation (film and television), and g 0.333 is taken when observing objects with constant radiation according to the recommendation of the ICE. The color brightness in this space is the intensity of the vector sum of the response signals of the three color channels and can be found according to expression (5). The square root of color brightness is the color amplitude, which determines the modulus of the color vector. By normalizing the color amplitude, a single sphere is obtained on which the colors of a single color amplitude will lie, FIG. 4 a, b.
В нем может быть найдено направление вектора равноэнергетического белого и перпендикулярная ему плоскость цветности, в которой для равноэнергетического белого цвета векторная сумма составляющих основных векторов цветовых откликов будет равна нулю, могут быть определены углы между векторами откликов и вектором равноэнергетического белого и, следовательно, плоскостью цветности, а также углы между составляющими векторов в плоскости цветности. Они определяются решением системы уравнений (19). Насыщенность цвета находится количественно по проекции цвета единичной цветовой амплитуды на плоскость цветности в соответствии с выражением (20) и равна синусу угла между вектором данного цвета и вектором равноэнергетического белого цвета. Цветовой тон в метрическом пространстве определяется углом в плоскости и выбранным направлением на плоскости цветности, которому соответствует цветовой тон в градусах, равный нулю, см. выражение (21). Начальное направление задается постоянной E в выражении (21). In it, the direction of the vector of equal-energy white and the color plane perpendicular to it can be found in which for the equal-energy white color the vector sum of the components of the main color response vectors will be zero, the angles between the response vectors and the vector of equal-energy white, and therefore the color plane, can be determined, as well as the angles between the components of the vectors in the color plane. They are determined by solving the system of equations (19). The color saturation is quantified by the projection of the color of a single color amplitude on the color plane in accordance with expression (20) and is equal to the sine of the angle between the vector of the given color and the vector of equal-energy white. The color tone in metric space is determined by the angle in the plane and the selected direction on the color plane, which corresponds to a color tone in degrees, equal to zero, see expression (21). The initial direction is given by the constant E in expression (21).
На фиг. 5 приведена схема устройства, реализующая предлагаемый способ. Она содержит объектив 1, последовательно включенный с ним фотопреобразователь 2, выходы которого подключены к входам трех функциональных преобразователей 3, 4, 5, осуществляющих нелинейное преобразование сигналов, выходы трех функциональных преобразователей соединены соответственно с входами трех умножителей 6, 7, 8, выходы которых подключены к входам трех нормирующих усилителей 9, 10, 11 и к входам четвертого, пятого и шестого функциональных преобразователей с квадратичными амплитудными характеристиками 12, 13, 14, выходы трех нормирующих усилителей и выходы трех функциональных преобразователей 12, 13, 14 соединены с шестью входами первого сумматора сигналов 15, а выход первого сумматора сигналов соединен с измерителем уровня сигналов 16, градуированным в единицах цветовой яркости, причем первый вход первого умножителя 6 соединен с выходом первого нелинейного функционального преобразователя 3 красного канала, второй вход первого умножителя 6 соединен с выходом второго нелинейного функционального преобразователя 4 зеленого канала, первый вход второго умножителя 7 соединен с выходом второго нелинейного функционального преобразователя 4 зеленого канала, а второй вход второго умножителя 7 соединен с выходом третьего нелинейного функционального преобразователя 5 синего канала, первый вход третьего умножителя 8 соединен с выходом третьего нелинейного функционального преобразователя 5 синего канала, а второй вход третьего умножителя 8 соединен с выходом первого нелинейного функционального преобразователя 3 красного канала, выход первого сумматора сигналов 15 соединен с входом седьмого функционального преобразователя с кореньквадратичной характеристикой 17, выход которого соединен с измерителем уровня сигналов 18, градуированного в единицах цветовой амплитуды, вход четвертого нормирующего усилителя 19 соединен с выходом первого функционального преобразователя 3 красного канала, вход пятого нормирующего усилителя 20 соединен с выходом второго функционального преобразователя 4 зеленого канала, вход шестого нормирующего усилителя 21 соединен с выходом третьего функционального преобразователя 5 синего канала, вход седьмого нормирующего усилителя 22 соединен с выходом первого функционального преобразователя 3 красного канала, вход восьмого нормирующего усилителя 23 соединен с выходом третьего функционального преобразователя 4 синего канала, выходы нормирующих усилителей 19, 20, 21 подключены к входам второго сумматора 24, выходы нормирующих усилителей 22 и 23 подключены к входу третьего сумматора 25, выходы второго и третьего сумматоров 24 и 25 через восьмой и девятый функциональные преобразователи с квадратичной амплитудной характеристикой 26 и 27 подсоединены к входам четвертого сумматора 28, выход четвертого сумматора через десятый функциональный преобразователь 29 подключен к первому входу делителя сигналов 30, второй вход которого соединен с выходом седьмого функционального преобразователя 17, а выход соединен с измерителем уровня сигналов 31, градуированным в единицах насыщенностей, первый вход второго делителя 32 соединен с входом третьего сумматора 25, второй вход второго делителя 32 соединен с выходом десятого функционального преобразователя 29, выход второго делителя 32 подключен к входу одиннадцатого функционального арксинусного преобразователя 33, выход которого соединен с выходом инвертора 34 и первым входом первого коммутатора 35, выход инвертора 34 соединен с вторым входом первого коммутатора 35, выход первого коммутатора 35 соединен с входом пятого сумматора 36, выход которого подключен к измерителю цветового тона 37, управляющий вход первого коммутатора 35 соединен с выходом первого логического устройства 38, второй вход пятого сумматора 36 подключен к выходу второго коммутатора 39, управляющий вход которого соединен с выходом второго логического устройства 40, а первый и второй входы второго коммутатора 39 соединены с выходом третьего коммутатора 41 и выходом источника опорного напряжения 42, определяющего начало шкалы цветового тона в градусах, управляющий вход третьего коммутатора 41 соединен с выходом третьего логического устройства 43, а первый и второй входы всех трех логических устройств соединены с выходами восьмого и девятого функциональных преобразователей с квадратичными характеристиками 26 и 27. In FIG. 5 shows a diagram of a device that implements the proposed method. It contains a lens 1, a photoconverter 2 connected in series with it, the outputs of which are connected to the inputs of three functional converters 3, 4, 5, performing non-linear signal conversion, the outputs of three functional converters are connected respectively to the inputs of three multipliers 6, 7, 8, the outputs of which are connected to the inputs of three normalizing amplifiers 9, 10, 11 and to the inputs of the fourth, fifth and sixth functional converters with quadratic amplitude characteristics 12, 13, 14, the outputs of three normalizing forces the outputs and the outputs of the three functional converters 12, 13, 14 are connected to six inputs of the first signal adder 15, and the output of the first signal adder is connected to a signal level meter 16, graduated in units of color brightness, and the first input of the first multiplier 6 is connected to the output of the first nonlinear functional red channel converter 3, the second input of the first multiplier 6 is connected to the output of the second nonlinear functional converter 4 of the green channel, the first input of the second multiplier 7 is connected to the output the second nonlinear functional converter 4 of the green channel, and the second input of the second multiplier 7 is connected to the output of the third nonlinear functional converter 5 of the blue channel, the first input of the third multiplier 8 is connected to the output of the third nonlinear functional converter 5 of the blue channel, and the second input of the third multiplier 8 is connected to the output of the first nonlinear functional converter 3 of the red channel, the output of the first adder 15 is connected to the input of the seventh functional converter with a root-square characteristic 17, the output of which is connected to a signal level meter 18, graduated in units of color amplitude, the input of the fourth normalizing amplifier 19 is connected to the output of the first functional converter 3 of the red channel, the input of the fifth normalizing amplifier 20 is connected to the output of the second functional converter 4 of the green channel, the input of the sixth normalizing amplifier 21 is connected to the output of the third functional converter 5 of the blue channel, the input of the seventh normalizing amplifier 22 soy inen with the output of the first red channel functional converter 3, the input of the eighth normalizing amplifier 23 is connected to the output of the third blue channel functional converter 4, the outputs of the normalizing amplifiers 19, 20, 21 are connected to the inputs of the second adder 24, the outputs of the normalizing amplifiers 22 and 23 are connected to the input of the third adder 25, the outputs of the second and third adders 24 and 25 through the eighth and ninth functional converters with a quadratic amplitude characteristic 26 and 27 are connected to the inputs of the fourth adder 28, you the fourth adder through the tenth functional converter 29 is connected to the first input of the signal splitter 30, the second input of which is connected to the output of the seventh functional converter 17, and the output is connected to the signal level meter 31, graduated in units of saturations, the first input of the second divider 32 is connected to the input of the third the adder 25, the second input of the second divider 32 is connected to the output of the tenth functional Converter 29, the output of the second divider 32 is connected to the input of the eleventh functional arcsi a converter 33, the output of which is connected to the output of the inverter 34 and the first input of the first switch 35, the output of the inverter 34 is connected to the second input of the first switch 35, the output of the first switch 35 is connected to the input of the fifth adder 36, the output of which is connected to the color tone meter 37, the control the input of the first switch 35 is connected to the output of the first logical device 38, the second input of the fifth adder 36 is connected to the output of the second switch 39, the control input of which is connected to the output of the second logical device 40 and the first and second inputs of the second switch 39 are connected to the output of the third switch 41 and the output of the reference voltage source 42, which determines the beginning of the color tone scale in degrees, the control input of the third switch 41 is connected to the output of the third logic device 43, and the first and second inputs of all three logical devices are connected to the outputs of the eighth and ninth functional converters with quadratic characteristics 26 and 27.
Устройство работает следующим образом. Излучение от объекта измерения через объектив 1 попадает на фотоэлектрический преобразователь 2, который преобразует его в три электрических сигнала Ir(t), Ig(t), Ib(t). Эти сигналы подаются на три функциональных преобразователя 3, 4, 5, которые осуществляют нелинейное преобразование сигналов. Полученные сигналы Er(t), Eg(t), Eb(t) подаются на умножители сигналов 6, 7, 8, причем на выходе умножителя 6 получается произведение сигналов Er(t)Eg(t), на выходе умножителя 7 получается произведение сигналов Eg(t)•Eb(t), на выходе умножителя 8 получается произведение сигналов Er(t)Eb(t). С выхода умножителей сигналы поступают на три нормирующих усилителя 9, 10, 11, которые имеют коэффициенты передачи, равные удвоенным коэффициентам корреляции по спектрам перемножаемых сигналов в соответствии с выражением (5) и выражениями (6), (7), (8). Сигналы с выхода нормирующих усилителей 9, 10, 11 и с выходов функциональных преобразователей с квадратичной амплитудной характеристикой 12, 13, 14, на выходы которых подаются сигналы с нелинейных преобразователей 3, 4, 5, подаются на сумматор 15, на выходе которого образуется сигнал цветовой яркости по выражению (5), уровень которого измеряется измерителем 16, калиброванным в единицах цветовой яркости. Для измерения цветовой амплитуды сигнал цветовой яркости с выхода сумматора 15 подается на функциональный преобразователь 17, который осуществляет извлечение квадратного корня из сигнала цветовой яркости и формирует сигнал, пропорциональный цветовой амплитуде, согласно выражению (11).The device operates as follows. The radiation from the measurement object through the
Измеритель уровней 18 этого сигнала калиброван в единицах цветовой амплитуды. При измерении цветовой насыщенности сигналы с выходов функциональных преобразователей 3, 4, 5 подаются на входы трех нормирующих усилителей 19, 20, 21, коэффициенты передачи которых выбраны, например, в соответствии с выражением (13), равными, соответственно, и на входы нормирующих усилителей 22, 23, коэффициенты передачи которых определяются в соответствии с выражением (14) и равны
sinΦrgsinνr, sinΦbgsinνb.
На выходе сумматора 24 образуется сигнал цветности по выражению (13), а на выходе сумматора 25 по выражению (14). Сигналы с выходов сумматоров 24 и 25 возводятся в квадрат в функциональных преобразователях 26 и 27 и суммируются в сумматоре 28, образуя сигнал интенсивности цветности. В функциональном преобразователе 29 из этого сигнала извлекается квадратный корень и полученный при этом сигнал подается на делитель 30, который осуществляет деление амплитуды сигнала цветности на амплитуду сигнала цвета, который подается на делитель 30 с выхода функционального преобразователя 17. На выходе делителя 30 получается сигнал, уровень которого измеряется в единицах насыщенности цвета измерителем 31. При измерении цветового тока сигнал с выхода сумматора 25 подается на делитель 32, который осуществляет деление этого сигнала на сигнал цветности, получающийся на выходе функционального преобразователя 30. Выходной сигнал делителя 32 подается на функциональный арккосинусный преобразователь 33, а с его выхода на инвертор 34 и первый коммутатор сигналов 35, на второй вход которого подается сигнал с инвертора 34. Выход первого коммутатора 35 соединен с первым входом сумматора 36, а выход сумматора подключен к измерителю цветового тона 37. Управляющий вход первого коммутатора 35 соединен с выходом логического устройства 38. Второй вход сумматора 36 соединен с выходом второго коммутатора 39, который управляется вторым логическим устройством 40. На информационные входы второго коммутатора 39 подаются сигналы с третьего коммутатора 41 и опорное напряжение от источника опорного напряжения 42, которое определяет начало шкалы цветовых тонов в градусах.The
sinΦ rg sinν r , sinΦ bg sinν b .
At the output of the
Управляется третий коммутатор 41 третьим логическим устройством 43, а на информационные входы третьего коммутатора подаются опорные напряжения от источника опорного напряжения 42, которые определяют дополнительные слагаемые 180 и 360, которые необходимы для работы по шкале цветовых тонов в градусах от 0o до 360 o. Входы всех трех логических устройств соединены с выходами первого 27 и второго 28 функциональных преобразователей. В зависимости от полярности сигналов E1(t) и E2(t) логические устройства и коммутаторы обеспечивают согласно уравнению (21) измерение цветового тона на шкале в градусах от 0o до 360o.The
Все элементы устройства измерения цветовых величин реализуются на известных аналоговых или цифровых элементах. Фотопреобразователь 2 может выполняться по параллельной или последовательной схеме, фиг. 6, а, б. Излучение после объектива 1 попадает в светоделительную систему, состоящую из двух полупрозрачных 44, 45 и двух отражательных зеркал 46 и 47, трех светофильтров 48, 49, 50, разделяющих световой поток по спектру на три канала: красный, зеленый и синий. Преобразование разделенных по спектру световых потоков в электрический сигнал осуществляется тремя фотоэлектронными приборами 51, 52, 53. Выходные сигналы могут быть представлены в аналоговом, фиг. 6а, или цифровом, фиг. 6б, виде. В последнем случае аналоговые сигналы с фотоэлектронных преобразователей через нормирующие усилители 54, 55, 56 подаются на аналого-цифровые преобразователи 57, 58, 59 и подаются на выход в цифровом виде. При выполнении фотопреобразователя 2 по последовательной схеме, фиг. 6в, оптическое излучение после объектива проходит один из светофильтров 48, 49, 50, которые последовательно механически переключаются перед фотоэлектронным преобразователем 51, выход которого через нормирующий усилитель 54 подключен к входу аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 57. Полученные цифровые сигналы с выхода АЦП 57 через коммутатор сигналов 60 подаются в соответствующие запоминающие устройства 61, 62, 63, каждое из которых соответствует стоящему в данный момент времени светофильтру перед фотоэлектронным преобразователем (красному, зеленому или синему). Переключения светофильтров осуществляются устройством управления 64 синхронно с коммутатором 60. Синхронизация осуществляется сигналами управления и синхронизации, вырабатываемыми устройством синхронизации 65. Цифровые сигналы, считываемые с соответствующих запоминающих устройств 61, 62, 63, образуют выходные сигналы фотопреобразователя 2. All elements of the device for measuring color values are implemented on known analog or digital elements.
Предложенный способ измеряет цветовую яркость, цветовую амплитуду, цветовую насыщенность и цветовой тон в метрическом цветовом пространстве, которое при нелинейной характеристике преобразования в виде степенной функции с γ 0,5 является физическим метрическим цветовым пространством. Цветовая амплитуда в этом случае определяется векторной суммой сигналов, пропорциональных квадратному корню из интенсивностей излучения, преобразованных в красном, зеленом и синем каналах, углы между векторами определяются выражениями (6 8), а цветовая яркость пропорциональна квадрату цветовой амплитуды. При нелинейности восприятия g 0,333 в нелинейных функциональных преобразователях осуществляется коренькубичное преобразование согласно Рекомендации МКО. The proposed method measures color brightness, color amplitude, color saturation and color tone in a metric color space, which, with a non-linear characteristic of the transformation in the form of a power function with γ 0.5, is a physical metric color space. The color amplitude in this case is determined by the vector sum of the signals proportional to the square root of the radiation intensities converted in the red, green and blue channels, the angles between the vectors are determined by expressions (6 8), and the color brightness is proportional to the square of the color amplitude. With non-linear perception g 0.333 in non-linear functional converters, a root-cube transformation is carried out in accordance with the ICE Recommendation.
Это психофизическое метрическое цветовое пространство лучше учитывает восприятие цвета при постоянном цветовом освещении. This psychophysical metric color space takes better account of color perception under constant color lighting.
Достоинство предложенного способа измерения цветовых величин: цветовой яркости, цветовой амплитуды, цветовой насыщенности и цветового тона заключается в том, что он учитывает более полно характеристики зрительной системы и преобразования цветовых сигналов в зрительной системе, определяет метрическое цветовое векторное пространство, в котором однозначно определяются эти цветовые величины, и дает возможность создать цветовую фотометрию. The advantage of the proposed method for measuring color values: color brightness, color amplitude, color saturation and color tone is that it takes into account more fully the characteristics of the visual system and the conversion of color signals in the visual system, determines the metric color vector space in which these color quantities, and makes it possible to create color photometry.
Claims (1)
и образуют сигнал цветовой яркости
Ic(t) = E
2Eg(t)Eb(t)cosαgb+2Eb(t)Er(t)cosαbr,
причем αrg, αgb, αbr- углы между векторами сигналов в метрическом цветовом пространстве, которые определяются коэффициентами спектрального различия относительных световых эффективностей К в цветовых каналах по соотношениям
a ∫ r2(λ)dλ = ∫g2(λ)dλ = ∫b2(λ)dλ,
по нему измеряют цветовую яркость согласно соотношению
Lc(t) C1Ic(t),
где C1 постоянная, определяемая при соответствующей калибровке,
образуют сигнал Ec(t) посредством преобразования
и по нему измеряют амплитуду цвета согласно соотношению
образуют первый и второй ортогональные сигналы цветности согласно любому из трех пар преобразований
где значения находят из решения системы уравнений
где постоянные, значения которых определяются максимальными значениями спектральных чувствительностей фоторецепторов rm a x, gm a x, bm a x, умноженных на соответствующую эквивалентную ширину спектральной чувствительности Δλr,Δλg, Δλb,
из первого и второго сигналов цветности E1(t) и E2(t) образуют сигнал Es(t) согласно преобразованию
и по нему измеряют насыщенность цвета согласно соотношению
S(t) С2Es(t)
в пределах 0 < S < 1,0, где С2 постоянная, определяемая в процессе калибровки шкалы,
сигналы цветности E1(t) и E2(t) преобразуют в сигнал E(t) по соотношению
где К 0, n 0 при E1(t) > 0, E2(t) > 0;
К 1, n 1 при E1(t) < 0, E2(t) > 0;
К 0, n 1 при E1(t) < 0, E2(t) < 0;
К 1, n 2 при E1(t) > 0, E2(t) < 0,
и по сигналу Е(t) измеряют цветовой тон Φ(t) в соответствии с соотношением
Φ(t) = C3E(t)+Φo,
где С3 постоянная, определяемая при соответствующей калибровке шкалы Φ от 0 до 360 градусов, значение vo в градусах принимается общепринятым соглашением по выбору цвета, которому соответствует цветовой тон Φ = 0.пA method for measuring color values by photoelectric conversion of light from an object into electrical signals and measuring levels of electrical signals, characterized in that the light is converted into three electrical signals I r (t), I g (t), I b (t), and the relative spectral light efficiencies r (λ), g (λ), b (λ) of the photoelectric conversion coincide with the relative spectral sensitivities of the corresponding photoreceptors of the visual system, and the sum of the relative spectral light 's efficiencies with weighting factors coincide with the relative visibility of the visual system curve in the daytime viewing conditions V (λ), is carried out nonlinear transformation I r signals (t), I g (t ), I b (t) into signals E r (t), E g (t), E b (t) by the expressions
and form a color brightness signal
I c (t) = E
2E g (t) E b (t) cosα gb + 2E b (t) E r (t) cosα br ,
moreover, α rg , α gb , α br are the angles between the signal vectors in the metric color space, which are determined by the spectral difference coefficients of the relative light efficiencies K in the color channels according to the ratios
a ∫ r 2 (λ) dλ = ∫g 2 (λ) dλ = ∫b 2 (λ) dλ,
it measures color brightness according to the ratio
L c (t) C 1 I c (t),
where C 1 constant determined by appropriate calibration,
form a signal E c (t) by conversion
and it measures the color amplitude according to the ratio
form the first and second orthogonal color signals according to any of the three pairs of transforms
where are the values find from the solution of the system of equations
Where constants whose values are determined by the maximum spectral sensitivities of the photoreceptors r m a x , g m a x , b m a x multiplied by the corresponding equivalent spectral sensitivity width Δλ r , Δλ g , Δλ b ,
from the first and second chrominance signals E 1 (t) and E 2 (t) form a signal E s (t) according to the transformation
and it measures color saturation according to the ratio
S (t) C 2 E s (t)
within 0 <S <1,0, where C 2 is a constant determined during the calibration of the scale,
the color signals E 1 (t) and E 2 (t) are converted into a signal E (t) by the ratio
where K 0, n 0 for E 1 (t)> 0, E 2 (t)>0;
To 1, n 1 at E 1 (t) <0, E 2 (t)>0;
K 0, n 1 for E 1 (t) <0, E 2 (t) <0;
K 1, n 2 for E 1 (t)> 0, E 2 (t) <0,
and the signal E (t) measure the color tone Φ (t) in accordance with the ratio
Φ (t) = C 3 E (t) + Φ o ,
where C 3 is a constant determined by appropriate calibration of the scale Φ from 0 to 360 degrees, the value of v o in degrees is accepted by the generally accepted agreement on the choice of color, which corresponds to the color tone Φ = 0.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU94004275A RU2087879C1 (en) | 1994-02-10 | 1994-02-10 | Method measuring color values in photometry and colorimetry |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU94004275A RU2087879C1 (en) | 1994-02-10 | 1994-02-10 | Method measuring color values in photometry and colorimetry |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU94004275A RU94004275A (en) | 1995-09-27 |
| RU2087879C1 true RU2087879C1 (en) | 1997-08-20 |
Family
ID=20152268
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU94004275A RU2087879C1 (en) | 1994-02-10 | 1994-02-10 | Method measuring color values in photometry and colorimetry |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2087879C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2366907C1 (en) * | 2008-01-23 | 2009-09-10 | Олег Валентинович Голосной | Method for digital photoelectric colorimetry |
| RU2427807C2 (en) * | 2005-02-28 | 2011-08-27 | Колорайт Лтд | System and method of determining hair colour treatment |
-
1994
- 1994-02-10 RU RU94004275A patent/RU2087879C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Авторское свидетельство СССР N 106027, кл. G 01 J 3/50, 1957. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2427807C2 (en) * | 2005-02-28 | 2011-08-27 | Колорайт Лтд | System and method of determining hair colour treatment |
| RU2366907C1 (en) * | 2008-01-23 | 2009-09-10 | Олег Валентинович Голосной | Method for digital photoelectric colorimetry |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Ohno | CIE fundamentals for color measurements | |
| US4379292A (en) | Method and system for displaying colors utilizing tristimulus values | |
| Inanici et al. | Evaluation of high dynamic range photography as a luminance mapping technique | |
| KR102007309B1 (en) | Method and device for measuring the colour of an object | |
| US4048493A (en) | Light-sensitive control for colored light projector | |
| US6600562B1 (en) | Method of extended color sense and estimation for RGB LED illuminants | |
| EP0423653A2 (en) | Method and apparatus for compensating for color in color images | |
| US20090322908A1 (en) | System for capturing graphical images using hyperspectral illumination | |
| Tsukada et al. | An approach to color constancy using multiple images | |
| Bongiorno et al. | Spectral characterization of COTS RGB cameras using a linear variable edge filter | |
| US8106944B2 (en) | Adaptive illumination for color-corrected underwater imaging | |
| CN114441042A (en) | A multi-sensor based luminance and chromaticity measurement system and method | |
| US6771400B2 (en) | Hyperspectral system for capturing graphical images | |
| RU2087879C1 (en) | Method measuring color values in photometry and colorimetry | |
| US20050219380A1 (en) | Digital camera for determining chromaticity coordinates and related color temperature of an object and method thereof | |
| WO2005074302A1 (en) | Color reproducing system and color reproducing method | |
| US11405997B2 (en) | Lighting control device, lighting control method, and program | |
| US20220060683A1 (en) | Methods and systems of determining quantum efficiency of a camera | |
| US2882786A (en) | Color measuring circuit | |
| JP5396211B2 (en) | Color evaluation method and color evaluation system | |
| CN117073841A (en) | Color code data generation method for high dynamic range color management of imaging system | |
| WO2016080165A1 (en) | Direct-stimulus-value-reading-type colorimetric photometer | |
| Zhu et al. | Matched illumination | |
| Ragoo et al. | A simple and cost effective colorimeter for characterising observer variability in colour matching experiments | |
| Park et al. | Development of spectral sensitivity measurement system of image sensor devices |