測色装置と測色方式

【課題】ブラウン管や液晶ディスプレイ等の測定対象の色の持つ属性を、定量的に高精度に測定する測色装置とその方式。
【解決手段】カラーカメラ２の出力等からカラーカメラ２に入射する測定対象（ブラウン管等）１の発光分光特性を推定し、その推定した分布に対して基準となるＲＧＢ値を理論計算によって得る。

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ブラウン管や液晶ディスプレイ等の測定対象の色の持つ属性を、定量的に高精度に測定する測色装置とその方式に関する。
【０００２】
【従来の技術】色は人間の目から入った光が網膜内の視細胞に刺激を与え、脳に伝えられる心理物理量である。色に対する感度については、ＣＩＥ（国際照明委員会）が１９３１年に、標準観測者の感度をスペクトル三刺激値（Ｘ、Ｙ、Ｚ）として定義している。
【０００３】また、ＣＩＥは色を物理量として客観的な量として表すことができるものとして、図３に示すＣＩＥ標準色度座標も作成した。それによると、全ての色はＣＩＥ標準色度座標の馬蹄形の内側に存在することになり、また、馬蹄形の周辺部に向かうほど彩度が高くなる。なお、色の明るさは、ＣＩＥ標準色度座標のｘｙ軸に垂直の方向の軸で表現する。
【０００４】現在、ＣＩＥ標準色度座標を用いて一般に行われている測色方式は、通常、主として以下の２つの方式の場合が多い。
【０００５】第１の方式では、ＣＩＥ色度座標系で定義された分光感度分布を持つＲＧＢセンサで測定を行い色度座標値を求める。
【０００６】この方式では、現実のセンサを理想的ＲＧＢ分光感度分布に合致させることになるので、センサのレスポンスが理想的な状態になつている。従って、センサ出力を理論に従って処理すれば高精度な色度座標を得ることができる。
【０００７】これらを用いてカラーＴＶ用のブラウン管についても測色を行っている。ＮＴＳＣ（ＮａｔｉｏｎａｌＴｅｌｅｖｉｓｉｏｎＳｙｓｔｅｍＣｏｍｍｉｔｔｅｅ）方式の基準白色および３原色の色度座標は図４のように定められているので、次式（ｌ）、（２）から色度座標値ｘ，ｙを得ることができる。括弧内の数値は、重み付けの値で係数である。
【０００８】
【数１】

また、第２の方式では、ＣＩＥ色度座標系で定義された分光感度分布に近い特性を持つＲＧＢセンサで測定を行い、この測定値座標系を理想的なＲＧＢ分布を持つ色度座標系に座標変換する。それにより、ずれを補正して精度を高めた色度座標値を求める。
【０００９】この方式では測定センサに一般的なＲＧＢセンサを使うのでその特性は、図５に示すようなＮＴＳＣ方式規格の理想受像三原色表色系の三刺激値に完全には合致しないため、何らかの補正が必要となる。従って、実際には式（１）を基本に、重み付けとバイアス成分の付加が必要となつてくる。
【００１０】その変換式は式（３）のようになる。
【００１１】
【数２】

式（３）のうち、α_１１…α_３３，ｒ_ｂ，ｇ_ｂ，ｂ_ｂはセンサおよび測定光学系に依存する定数パラメータである。これらは４色以上の測定値によつてキャリブレーションすることができる。
【００１２】基準となるＲＧＢ特性に近いセンサを使用し、出力に対して補正を行うことは、使用するセンサ系に対して一度補正値を求めることで、その後の計測が行える利点があるため広く用いられている。
【００１３】この方式では理論的には、補正は実際にはセンサ出力前の段階、すなわち入力情報が波長の関数である段階で行われる必要がある。この段階でＲＧＢの各領域に対して積分操作を行い、これをセンサ出力とすれば正確な結果が期待できることになる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】上述の第１の方式のように、センサのレスポンスを、ＮＴＳＣ規格の受像三原色表色系の三刺激値に正確に合致させることは実際問題としては非常に困難である。これに近似した分布に特性を合わせることは出来るが、正確に合わせることは殆ど不可能である。その理由は、ＮＴＳＣ規格では図５に示すように分光特性が負になる領域があり、これを通常のフィルタなどで実現することは不可能なためである。
【００１５】第２の方式では、ＲＧＢセンサ出力値に対して補正を行つているため、完全な補正を期待することは出来ない。
【００１６】また、センサ出力はＲＧＢ各領域の入力光に対して既に積分が行われているため、例えば、各センサの透過帯域が大幅にシフトしている等の場合には、大きな誤差になつて結果に現れることになる。
【００１７】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明による手段によれば、測定対象を撮像する撮像手段と、この撮像手段によって撮像された画像をデータ処理する画像処理部と、この画像処理部で処理された画像データとデータベースに予め格納されているデータとを演算して推定分光特性を算出する演算手段と、この演算手段が算出した推定分光特性にもとづいて実際の色度座標値を算出する色度座標値算出手段を有することを特徴とする測色装置にある。
【００１８】請求項２の発明による手段によれば、前記色度座標値算出手段は前記演算手段が算出した推定分光特性と、基準となるＲＧＢ特性を有するセンサの推定分光特性の各チャンネルとから得られる測定値から算出することを特徴とする請求項１記載の測色装置にある。
【００１９】請求項３の発明による手段によれば、前記データベースに予め格納されているデータは、少なくともカメラの分光感度特性とブラウン管の蛍光体の発光波長分布を有することを特徴とする請求項１記載の測色装置にある。
【００２０】請求項４の発明による手段によれば、前記撮像手段は、ＣＣＤカメラであることを特徴とする請求項１記載の測色装置にある。
【００２１】請求項５の発明による手段によれば、前記測定対象は、ブラウン管又は液晶ディスプレイであることを特徴とする請求項１記載の測色装置にある。
【００２２】請求項６の発明による手段によれば、測定対象を撮像する撮像工程と、この撮像工程で撮像した画像をデータ処理するデータ処理工程と、このデータ処理工程で処理されたデータとデータベースに予め格納されているデータとを演算して推定分光発光特性Ｄ（λ）を算出する推定分光発光特性算出工程と、この推定分光発光特性算出工程から算出された結果と別途算出された基準となるＲＧＢ特性を持つセンサの推定分光発光特性の各チャンネルから得られる測定値Ｒ１、Ｇ１、Ｂ１とから実際の色度座標値を算出する色度座標値算出工程とを有することを特徴とする測色方式にある。
【００２３】
【発明の実施の形態】本発明では、撮像手段として一般的に良く使われているカラーカメラを使用しても、カラーカメラの出力等からカラーカメラに入射する測定対象（ブラウン管等）の発光分光特性を推定し、その推定した分布に対して基準となるＲＧＢ値を理論計算によって得ることで、高精度な色度座標値の測定を可能にしたものである。
【００２４】これによって、安価なカメラを使用しながら高精度な測定が実現できるだけではなく、カメラの２次元センサとしての特性を生かした画面内の複数領域の測色も行うことができる。
【００２５】以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の構成を示す概略図で、図２は本発明の処理の概要を示すブロック図である。
【００２６】測定対象であるブラウン管１を撮像する撮像手段はカラーＣＣＤカメラ２である。カラーＣＣＤカメラ２の出力は画像入力インターフェース３を介して画像処理部４に接続されている。また、画像処理部４は演算部５に接続され、演算部５は結果表示部６に接続されている。
【００２７】これらの構成により、まず、測定対象であるブラウン管１の表示面に対向して、画像データの入力系であるカラーＣＣＤカメラ２を配置する。カラーＣＣＤカメラ２は、ブラウン管１の所定箇所を撮影し、その出力は画像入力インターフェース３を介して画像処理部４へ入力される。
【００２８】画像処理部４では必要に応じて、取得画像の前処理として、シェーディング補正など測定領域画像の切り出し、切り出し画像の平均化といった一般的な処理が施されデータ処理される。
【００２９】画像処理部４でデータ処理されたブラウン管１の入力画像データは演算部５に入力される。演算部５では、予め記憶部のデータベース７に格納されているカラーカメラの各成分分光感度特性ｒ（λ）、ｇ（λ）、ｂ（λ）や、測定対象ブラウン管のＲＧＢ蛍光体の発光波長分布Ｄｒ（λ）、Ｄｇ（λ）、Ｄｂ（λ）データを基に演算処理され、ブラウン管１の持つ推定分光発光特性Ｄ（λ）が求められる。
【００３０】すなわち、カラーＣＣＤカメラ２に入射する映像の波長分布の推定方法は以下のように行う。カラーＣＣＤカメラ２から得られるＲＧＢ出力値は、測定対象のブラウン管１のＲＧＢ各蛍光体の発光波長分布をＤｒ（λ）、Ｄｇ（λ）、Ｄｂ（λ）、カラーＣＣＤカメラ２のＲＧＢ各チャネルの分光感度特性を以下のように定義すると、カラーＣＣＤカメラｒ成分分光感度特性：ｒ（λ）
カラーＣＣＤカメラｇ成分分光感度特性：ｇ（λ）
カラーＣＣＤカメラｂ成分分光感度特性：ｂ（λ）
となる。
【００３１】また、カラーＣＣＤカメラ２からのＲＧＢ各成分の出力値は以下のように式（４）、式（５）、式（６）で表すことが出来る。
【００３２】
【数３】

ここで、ａ、ｂ、ｃはそれぞれ比例係数で、現段階では未知のものである。積分範囲を示すｖは可視領域を表しており、－般的には４００ｎｍ～７８０ｎｍ程度である。
【００３３】ここで上式の被積分関数をそれぞれ以下の式（７）、式（８）、式（９）ように再定義すると、Ｄｒ（λ）ｒ（λ）＝Ｍｒ（λ）（７）
Ｄｇ（λ）ｇ（λ）＝Ｍｇ（λ）（８）
Ｄｂ（λ）ｂ（λ）＝Ｍｂ（λ）（９）
となる。
【００３４】また、未知の定数であるａ，ｂ，ｃは以下のように式（１０）、式（１１）、式（１２）から求めることが出来る。
【００３５】
【数４】

ここでＶはへヴィサイド（Ｈｅａｖｉｓｉｄｅ）の演算子で、▽＝ｄ／ｄλ、分子のＲ，Ｇ，ＢはＲＧＢ各チャネルからの出力値を表す。
【００３６】蛍光体の発光分布が輝度によらず中央部の山の高さが異なる曲線であるとの仮定の下に、比例係数ａ、ｂ、ｃをブラウン管１のＲＧＢ蛍光体発光分光特性に乗ずることで実際の発光分布を推定することができる。
【００３７】すなわち、可視領域のブラウン管１の推定分光発光特性Ｄ（λ）は以下の式で表すことが出来るようになる。
【００３８】
Ｄ（λ）＝ａＤｒ（λ）＋ｂＤｇ（λ）＋ｃＤｂ（λ）（ｌ３）
また、演算部５では基準となるＲＧＢ特性ｒ１（λ）、ｇ１（λ）、ｂ１（λ）を持つセンサ（ＣＣＤ等）を使用した場合の推定分光発光特性Ｄ（λ）の各チャンネルから、本来あるべき測定値Ｒ１、Ｇ１、Ｂ１を式（１４）、式（１５）、式（１６）から算出する。
【００３９】
【数５】

この算出された本来あるべき測定値Ｒ１、Ｇ１、Ｂ１とブラウン管１の持つ推定分光発光特性Ｄ（λ）の値から、ｘ、ｙ、Ｙ座標値を算出する。
【００４０】なお、実際の色度座標値は式（１）、（２）に上式の結果を適用することで求めることが出来る。それにより、この方式でブラウン管の色座標値を求めた結果、色座標値の誤差が従来の方式に比べて１／５になったことが確認できた。
【００４１】それらの算出結果について、結果表示部（６）では少なくともこの色度座標値の表示を行う。もちろん、必要に応じて途中結果の表示を行うようにすることも可能である。
【００４２】なお、入カに使用する撮像手段はカラーＣＣＤカメラ２でなくてもよく、他の方式のカラーカメラや、モノクロカメラにフィルタ等を装着して使用することも可能である。
【００４３】
【発明の効果】以上のように、本発明はカラーカメラの出力等からカラーカメラに入射する測定対象（ブラウン管等）の発光分光特性を推定し、その推定した分布に対して理想的なＲＧＢ値を理論計算によって得るようにしたので、高精度な色度座標値の測定が可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成を示す概略図。
【図２】本発明の処理の概要を示すブロック図。
【図３】ＣＩＥ標準色度座標図。
【図４】ＮＴＳＣ方式の基準白色および3 原色の色度座標値。
【図５】ＮＴＳＣ規格の理想受像三原色表色系の特性を示すグラフ。
【符号の説明】
１…ブラウン管、２…カラーＣＣＤカメラ、３…画像入力インターフェイス、４…画像処理部、５…演算部、６…結果表示部、７…データベース

【特許請求の範囲】
【請求項１】測定対象を撮像する撮像手段と、この撮像手段によって撮像された画像をデータ処理する画像処理部と、この画像処理部で処理された画像データとデータベースに予め格納されているデータとを演算して推定分光特性を算出する演算手段と、この演算手段が算出した推定分光特性にもとづいて実際の色度座標値を算出する色度座標値算出手段を有することを特徴とする測色装置。
【請求項２】前記色度座標値算出手段は前記演算手段が算出した推定分光特性と、基準となるＲＧＢ特性を有するセンサの推定分光特性の各チャンネルから得られる測定値とから算出することを特徴とする請求項１記載の測色装置。
【請求項３】前記データベースに予め格納されているデータは、少なくともカメラの分光感度特性とブラウン管の蛍光体の発光波長分布を有することを特徴とする請求項１記載の測色装置。
【請求項４】前記撮像手段は、ＣＣＤカメラであることを特徴とする請求項１記載の測色装置。
【請求項５】前記測定対象は、ブラウン管又は液晶ディスプレイであることを特徴とする請求項１記載の測色装置。
【請求項６】測定対象を撮像する撮像工程と、この撮像工程で撮像した画像をデータ処理するデータ処理工程と、このデータ処理工程で処理されたデータとデータベースに予め格納されているデータとを演算して推定分光発光特性Ｄ（λ）を算出する推定分光発光特性算出工程と、この推定分光発光特性算出工程から算出された結果と別途算出された基準となるＲＧＢ特性を持つセンサの推定分光発光特性の各チャンネルから得られる測定値Ｒ１、Ｇ１、Ｂ１とから実際の色度座標値を算出する色度座標値算出工程とを有することを特徴とする測色方式。

【図１】

【図２】

【図３】

【図４】

【図５】

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