专利名称：组合式光源的色度测量方法与系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种组合式光源的色度测量方法与系统，并且特别涉及一种利用组合式光源模拟出适当的子光源以进行测量的色度测量方法与系统。
背景技术：
有关物体反射色度的测量方法，可以分为两种不同技术，其一为分光式测量色度。大致来说，分光式测量色度的技术是利用分光仪(Spectrometer)得到物体反射光的光谱(Spectrum)，再计算出其色度。举例来说，利用光栅(Grating)配合一个一维图像检测器，可以得到物体单点的色度；如果配合一个二维图像检测器，可以得到物体某一维的色度，如果再配合物体移动扫描，则可以得到整个物体的二维测量，也称为图像式光谱仪 (Spectral-Imager)。然而，利用“图像式光谱仪”，虽然可以得到二维的物体色度，但是仍然必须配合物体的扫描移动，因而其测量速度仍然不够快，而且通常其价格昂贵，此为其另一缺点。另一种测量物体反射色度的方法为利用滤镜式测量色度的技术，配合三色视效函数(Color Matching Function)，求其三刺激值(Triltimulus Values)，再算出其色度值。 如果利用单点光检测器，则可以测量单点物体色度；如果利用图像检测器，则可以测量物体二维色度。但利用滤镜式技术的最大缺点为滤镜的透射率(Transmittance)T(X)必须配合光感测器的响应函数(Spectrum-Response)RU )。尤其当图像检测器的响应函数因工艺的关系，呈现出每个图像检测器个别差异时，极易造成测量误差，因此十分不易匹配出完全符合的视效函数，使测量色度的准确度降低。然而，滤镜式测量色度最大优点为价格低廉，测量速度也比较快。此外，在一般的组合式光源的测量系统中，仅仅是将组合式光源所投射出的光源模拟为一标准光源。于实务上以发光二极管(LED)的组合式光源为例，若要模拟出标准光源，则组合式光源必须包含相当多的LED才将模拟误差缩小，进而逼近真正的标准光源。然而，除了模拟误差的问题之外，传统的组合式光源的测量系统还会因LED数量过多所造成的物体表面受光不均或是散热上的问题。有鉴于欲以有限颗数的LED组合成完全等于标准光源是有困难的，通常其间存在有某个程度的误差。本发明更进一步揭示运用多个子光源模拟标准光源的方法，以组合出更精确的光源频谱，并据以得到待测物的色度测量结果。同时，本发明将提出一种新的色温可调式方法，可达到分光式测量色度技术的精确度，又可以达到滤镜式测量色度技术的低价格，同时测量速度也可以比滤镜式测量色度技术更快。

发明内容
本发明的目的在于揭示一种组合式光源的色度测量方法与系统，调整组合式光源中多颗发光体的亮度能进行物体反射色度的测量，并同时适当的运算测量的结果，可精确得出所述物体的色度坐标。
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本发明提出一种组合式光源的色度测量方法，所述方法包含下列步骤提供多个能量转换构件，每一能量转换构件用以将一电能转换成一光能，且所述多个能量转换构件所产生的光能具有不同的中心波长；调整所述多个能量转换构件的发光强度，依序产生多个子光源，每一子光源归类于一第一群组或一第二群组；分别将所述多个子光源照射于一待测物的一表面；分别提取反射后的所述多个子光源，据以产生多个图像测量值，当图像测量值所对应的子光源属于第一群组时，则图像测量值归类于一第三群组，当图像测量值所对应的子光源属于第二群组时，则图像测量值归类于一第四群组；将第三群组与第四群组中的所述多个图像测量值相减，据以产生多个标准测量值。于一示范实施例中，本发明的组合式光源的色度测量方法中，其中所述多个能量转换构件对应一权值组，权值组具有多个权值，每一权值对应所述多个能量转换构件其中之一，调整权值用以调整对应的能量转换构件的发光强度。在此，本发明还可调整权值组， 使所述多个能量转换构件模拟所述多个子光源其中之一。此外，权值组指示当所述多个能量转换构件模拟所述多个子光源其中之一时，每一能量转换构件的最适当的发光强度。于另一示范实施例中，本发明的组合式光源的色度测量方法还依据已求得的多个标准测量值，进一步产生用以指示待测物的一色度坐标。在此，依本方法所求得的多个标准测量值可为一组三刺激值，并由三刺激值产生色度坐标。此外，组合式光源的色度测量方法还可分别提取反射后的子光源的图像，据以产生二维的图像测量值。此外，本发明另揭示一种组合式光源的色度测量系统，调整组合式光源中多颗发光体的亮度能进行物体反射色度的测量，并同时适当的运算测量的结果，可精确得出所述物体的色度坐标。本发明提出一种组合式光源的色度测量系统，包含多个能量转换构件、控制单元、 图像检测器以及处理单元。每一能量转换构件用以将一电能转换成一光能，且所述多个能量转换构件所产生的光能具有不同的中心波长。控制单元耦接所述多个能量转换构件，用以调整所述多个能量转换构件的发光强度，驱动所述多个能量转换构件依序照射多个子光源于一待测物的一表面，每一子光源归类于一第一群组或一第二群组。图像检测器分别提取反射后的子光源，据以产生多个图像测量值。处理单元耦接图像检测器，将一第三群组与一第四群组中的图像测量值相减，据以产生多个标准测量值。其中，当图像测量值所对应的子光源属于第一群组时，则图像测量值归类于第三群组，当图像测量值所对应的子光源属于第二群组时，则图像测量值归类于第四群组。于一示范实施例中，本发明的处理单元还可依据已求得的多个标准测量值，进一步产生用以指示待测物的一色度坐标。在此，依本方法所求得的多个标准测量值可为一组三刺激值，并由三刺激值产生色度坐标。此外，本发明的图像检测器还可分别提取反射后的子光源的二维画面，据以产生二维的图像测量值。因此，本发明的有益效果在于，本发明的组合式光源的色度测量系统将一标准光源运用多个子光源加以模拟，并通过处理单元运算多个图像测量值，据以得到更精确的待测物的色度测量结果。此外，本发明还运用二维的图像检测器于滤镜式测量色度的技术，搭配校正参数即可运算得到三刺激值，并借以产生色度坐标，使得测量速度相较于公知滤镜式测量色度技术快。关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附附图得到进一步的了解。


图1为根据本发明的一示范实施例的组合式光源的色度测量系统的功能方框图。图2为根据本发明的一示范实施例的组合式光源的色度测量方法的流程图。其中，附图标记说明如下1 组合式光源的色度测量系统10:能量转换构件组12:控制单元14:图像检测器16:处理单元 18:存储单元2:待测物20:待测物的表面S30 S35 流程步骤
具体实施例方式请参阅图1，图1为根据本发明的一示范实施例的组合式光源的色度测量系统的功能方框图。如图1所示，本发明的组合式光源的色度测量系统1包含能量转换构件组10、 控制单元12、图像检测器14、处理单元16以及存储单元18。其中，能量转换构件组10耦接控制单元12，处理单元16分别耦接图像检测器14以及存储单元18。以下分别描述组合式光源的色度测量系统1的中的元件。能量转换构件组10具有多个能量转换构件，其中每一能量转换构件用以将一电能转换成一光能，且所述多个能量转换构件所产生的光能具有不同的中心波长，并将产生的光能投射至待测物2的表面20。于实务中，为了达到足够精确的测量，能量转换构件组 10中可包含多颗发光二极管(LED)，且这些LED所产生的光能的中心波长必须足够涵盖整个可见光区，例如大约由380nm至730nm的范围内。此外，上述各中心波长间的间距也不能太远，才足以准确地模拟、组合出所需的光频谱。控制单元12用以调整能量转换构件组10中每一能量转换构件的发光强度，并驱动能量转换构件组10依序投射出多个子光源于待测物2的表面20，其中每一子光源归类于一第一群组或一第二群组。详细来说，这些能量转换构件对应一包含多个权值的权值组，每一权值对应这些能量转换构件其中之一，例如每个LED有其对应的权值。控制单元12调整权值以调整对应的能量转换构件的发光强度。举例来说，控制单元12可为一种脉冲宽度变调(PWM)控制器，在此本发明并不加以限制控制单元12的类型，只要是能够调整发光二极管的亮度大小，皆在本发明的范畴内，所属技术领域技术人员可自行替换适当的控制单元 12。承接上述，于实务中，在组合所需的子光源时，须要准确的推导每一 LED所需提供的亮度，再由控制单元12依据推导的结果调控每一 LED的发光权值，使得能量转换构件组 10中的每个LED能提供最适当的发光强度。由于能量转换构件组10中的每个LED的亮度应至少为0，如果每一 LED推导出的最佳权值不为负数，则控制单元12即可依据所述发光权值控制能量转换构件组10中的每个LED组合出所需的子光源。然而，如果部分LED推导出的最佳权值为负数，则须将最佳权值为正数的LED所组合出所需的子光源归类于第一群组，并将最佳权值为负数的LED所组合出所需的子光源归类于第二群组。更详细的说，控制单元12模拟出6个子光源，于第一群组中包含最佳权值为正数的LED所模拟出的子光源&+、Sy+以及Sz+，而于第二群组中包含最佳权值为负数的LED 所模拟出的子光源民―、S/以及图像检测器14分别提取反射后的子光源，据以产生多个图像测量值。其中，当图像测量值所对应的子光源属于第一群组时，则图像测量值归类于第三群组，当图像测量值所对应的子光源属于第二群组时，则图像测量值归类于第四群组。换句话说，图像检测器14 在接收不同群组的子光源时，其对应产生的图像测量值也需要对应分类。于实务中，图像检测器14分别提取反射后的六个子光源所对应的图像测量值，其中第三群组包含三个对应第一群组的图像测量值X，+、Y，+以及Z，+，第四群组包含三个对应第二群组的图像测量值 X’ _、Y’ -以及Z’ _。所述的图像测量值应大致对应到CIE的XYZ色彩空间。另外，且由于待测物2的表面20反射的色度，通常会随着入射光的角度及图像检测器/观察者的角度而变化，故图像检测器14以及能量转换构件10摆设位置须按照CIE 的标准(如45/0、0/45、d/0、0/d)。举例来说，标准45/0表示照射光源以45士5°由垂直物体表面入射，而观察者角度恰位于垂直物体表面0°附近，但以不超过10°为原则。本发明所述技术领域技术人员应能了解，故在此不加以赘述处理单元16将第三群组与第四群组中的图像测量值相减，据以产生标准测量值。 于实务中，第三群组中的图像测量值X’+与第四群组中的图像测量值χ’_相减，可得标准测量值X ；第三群组中的图像测量值Y’ +与第四群组中的图像测量值Y’ -相减，可得标准测量值Y ；第三群组中的图像测量值V +与第四群组中的图像测量值V -相减，可得标准测量值 Z。进一步来说，这些标准测量值X、Y、Z为一组三刺激值，而处理单元16依据这组三刺激值便可以产生于待测物2的表面20的一色度坐标。存储单元18用以存储若干的校正参数、存储图像测量值，或经处理单元16运算过后的色度坐标。于实务中，可为一种非易失性记忆体(例如EEPR0M)中，以作为实际测量时使用。然而，本发明的能量转换构件组10可不仅仅将子光源投射至表面20上的一点，还可将子光源可投射于表面20上的一个区域，而通过图像检测器14接收上述区域的二维画面，并且处理单元16可从其中运算出三刺激值，以快速且精确的产生待测物的色度测量结果。以下搭配本发明的组合式光源的色度测量方法加以说明。请参阅图1及图2，图2为根据本发明的一示范实施例的组合式光源的色度测量方法的流程图。于步骤S30中，能量转换构件组10提供多个能量转换构件，每一能量转换构件用以将一电能转换成一光能，且所述多个能量转换构件所产生的光能具有不同的中心波长。于实务中，本发明的能量转换构件组10还将子光源可投射于待测物2的二维表面20。于步骤S31中，一使用者可通过控制单元12调整能量转换构件组10中每一能量转换构件的发光强度，使得能量转换构件组10组合出多个子光源。于实务上，sx0cn，yn， X)+、SyUn，yn，λ)+以及Sz0cn，yn，λ )+分别表示第一群组中的子光源于表面20的分布，同样的，第二群组中的子光源可表示为SUn，yn，A)\Sy(xn, yn, λ)_以及Sz0cn，yn，λ)_。使用者可通过控制单元12调整能量转换构件组10中每一 LED的亮度大小，使其恰足以模拟如民(^，yn，λ)+的光谱。接着，于步骤S32中，控制单元12驱动能量转换构件组10将子光源投射于待测物2的表面20上的一个区域。于步骤S33中，图像检测器14分别提取反射后的子光源，据以产生多个图像测量值。于实务上，图像检测器14可以是一种CXD检测器，所述的图像测量值还可经由一透镜成像到图像检测器14中，且所述图像测量值可分为两群组，其中第三群组中包含于表面20 的指定位置Un，yn)的三个图像测量值X，0cn，yn)+、Y，Un，yn)+以及Ζ，(xn，yn)+，同样地，第四群组中包含于表面20的指定位置Un，yn)的三个图像测量值X’ Un，ynr、Y’ Un，yn)_W 及 Ζ，(xn, yn)"o详细来说，以第三群组的图像测量值为例，X，(xn,yn)\Y' (xn,yn)+以及V (xn,yn) + 分别为X，(xn, yn)+ = / Sx (xn, yn, λ ) +R(χη, yn, λ )D (xn, yn, λ ) d λ，Y，(xn, yn)+ = / Sy (xn, yn, λ ) +R(xn, yn, λ )D (xn, yn, λ ) d λ，V (xn, yn) + = / Sz (xn, yn, A)+R(xn, yn, A)D(xn, yn, λ ) d λ，如果子光源照射在表面20上一个区域时，Sx(xn，yn，X)+、Sy(xn，yn，λ)+以及&0cn， yn，λ )+分别为所述三个子光源于表面20上一个区域的分布，RUn，yn，λ)是于二维画面的指定位置(xn，yn)的反射频谱，D(xn, yn，λ)为于二维画面的指定位置(xn，yn)时图像检测器14的响应函数。于步骤S34中，处理单元16将第三群组与第四群组中的图像测量值相减，据以产生多个标准测量值。在此，存储单元18可另存储三个校正参数分别为CxUn，yn),Cy(xn, yn) 以及Cz0cn，yn)，图像测量值可通过这些校正参数进行正规化或校正。举例来说，所述校正参数Cx0cn，yn)、Cy0cn，yn)以及Cz (xn，yn)可由利用已知色度的标准片求得。详细来说，本发明可利用一个非常均勻的已知色度的标准片RsU )，作为校正基础，因为所述标准片在每一个位置的反射系数皆一样，因此其反射系数R只为波长λ的函数。当利用此标准片置入图 1中的待测物2的位置，利用所述六个标准子光源Sx0cn，yn，λ )+、Sy0cn，yn，λ )+、Sz (χη, yn， λ ) +以及民(χη, yn，λ Γ、Sy (xn, yn，A)\sz(xn, yn，λ )_依序照射，由图像检测器14已知的响应函数D(xn，yn，λ)得到六个测量值，分别为Xc，(xn, yn)+ = / Sx (xn, yn, λ ) +RS( λ )D (xn, yn, λ ) d λ，Yc，(xn, yn)+ = / Sy (xn, yn, λ ) +Rs( λ )D (xn, yn, λ ) d λ，Zc，(xn, yn)+ = / Sz (xn, yn, λ ) +Rs( λ )D (xn, yn, λ ) d λ，Xc，(xn, yn) — = / Sx (xn, yn, λ ) _Rs ( λ ) D (xn, yn, λ ) d λ，Yc，(xn, yn) _ = / Sy (xn, yn, λ ) _Rs ( λ ) D (xn, yn, λ ) d λ，Zc，(xn, γηΓ = / Sz (xn, yn, λ ) _RS ( λ ) D (xn, yn, λ ) d λ。在此，Xc，(xn,yn)+ 与 Xc，(xn, yn)_ 可组合出 Xc，(xn, yn)，Yc，(xn, yn)+ 与 Yc，(xn, yn)_ 可组合出 Y。，(χη, yn), 1 (、^。+与^/ Un，ynr 可组合出&，Un，yn)，如下式Xc' (xn, yn) =V (xn, yn)+-xc' (xn,Yc' (xn, yn) = Y/ (xn, yn)+_Yc，(xn, yn)_，1 (xn, yn) = 1 (xn, yn)+-Zc' (xn, yn)"0但由按CIE规定可知，如果Rs( λ )为已知，则三个刺激值XsOcn, yn)、YsOcn，yn)、 Zs(xn, yn)可推算出来。又Xs (xn, yn) = Xc，(xn, yn) · Cx (xn, yn)，
Ys (xn, yn) = Yc，(xn, yn) · Cy (xn, yn)，Zs (xn, yn) = Zc，(xn, yn) · Cz (xn, yn)。因此个别的校正参数可分别求得为Cx (xn, yn) = Xs/Xc，(xn, yn)，Cy (xn, yn) = YJYc' (xn, yn)，Cz (xn, yn) = ZsAc，(xn, yn)。于步骤S35中，处理单元16依据得到的标准测量值产生于待测物2的表面20的一色度坐标，其中这些标准测量值为一组三刺激值。举例来说，处理单元16可依据所述三刺激值运算于指定位置Un，yn)的色度坐标(χ，y)，其中χ (xn, yn) = X (xn, yn) / [X (xn, yn) +Y (xn, yn) +Z (xn，yn)]，且y (xn, yn) = Y (xn, yn) / [X (xn, yn) +Y (xn, yn) +Z (xn, yn)]。进一步来说，所述的XUn，yn)可由下式求得X(xn, yn) = X，(xn, yn) · Cx (xn, yn)，其中，X，(xn,yn) =X，(xn, yn)+-X' (xn,同理可得Y (xn, yn)、Z (xn, yn)，在此不予赘述。借此，相较于传统的色度仪，本发明可克服最佳发光权值为负数时的不理想状态， 并快速地得到待测物2的表面20的精确色度坐标。综上所述，本发明的组合式光源的色度测量方法与系统，可应用于颜料、纺织、太阳能板(Solar Cell)等材质色度的一致性检验或是分色作业，未来更可应用于电子纸生产制造产业。此外，本发明运用二维的图像检测器于滤镜式测量色度的技术，搭配校正参数即可运算得到三刺激值，并借以产生色度坐标，改进以往利用滤镜式技术或是相机测量色度不准确，以及使用图像是光谱仪色度测量速度不足的问题。此外，通过本发明揭示的组合子光源技术，可运用控制单元以组合出更精确的子光源频谱，并可克服最佳发光权值为负数时的不理想状态，据以得到更精确的待测物的色度测量结果。通过以上较佳具体实施例的详述，希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所揭示的较佳具体实施例来对本发明的范畴加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具等同性的安排于本发明所欲申请的权利要求的范畴内。
权利要求
1.一种组合式光源的色度测量方法，该方法包含下列步骤提供多个能量转换构件，每一该能量转换构件用以将一电能转换成一光能，且所述多个能量转换构件所产生的所述光能具有不同的中心波长；调整所述多个能量转换构件的发光强度，依序产生多个子光源，每一该子光源归类于一第一群组或一第二群组；分别将所述多个子光源照射于一待测物的一表面；分别提取反射后的所述多个子光源，据以产生多个图像测量值，当该图像测量值所对应的该子光源属于该第一群组时，则该图像测量值归类于一第三群组，当该图像测量值所对应的该子光源属于该第二群组时，则该图像测量值归类于一第四群组；以及将该第三群组与该第四群组中的所述多个图像测量值相减，据以产生多个标准测量值。
2.如权利要求1所述的组合式光源的色度测量方法，其特征在于，所述多个能量转换构件对应一权值组，该权值组具有多个权值，每一该权值对应所述多个能量转换构件其中之一，调整该权值用以调整对应的该能量转换构件的发光强度。
3.如权利要求2所述的组合式光源的色度测量方法，其特征在于，于调整所述多个能量转换构件的发光强度，依序产生多组子光源的步骤中，还包含下列步骤调整该权值组，使所述多个能量转换构件模拟所述多个子光源其中之一。
4.如权利要求2所述的组合式光源的色度测量方法，其特征在于，该权值组指示当所述多个能量转换构件模拟所述多个子光源其中之一时，每一该能量转换构件的最适当的发光强度。
5.如权利要求1所述的组合式光源的色度测量方法，其特征在于，该色度测量方法还包含下列步骤依据所述多个标准测量值产生于该待测物的该表面的一色度坐标，其中所述多个标准测量值为一组三刺激值。
6.如权利要求1所述的组合式光源的色度测量方法，其特征在于，所述多个能量转换构件所产生的所述光能的中心波长范围至少包含380nm至730nm。
7.如权利要求1所述的组合式光源的色度测量方法，其特征在于，于分别提取反射后的所述多个子光源，据以产生多个图像测量值的步骤中，还包含下列步骤分别提取反射后的所述多个子光源的二维画面，据以产生二维的所述多个图像测量值。
8.一种组合式光源的色度测量系统，包含多个能量转换构件，每一该能量转换构件用以将一电能转换成一光能，且所述多个能量转换构件所产生的所述光能具有不同的中心波长；一控制单元，耦接所述多个能量转换构件，用以调整所述多个能量转换构件的发光强度，驱动所述多个能量转换构件依序照射多个子光源于一待测物的一表面，每一该子光源归类于一第一群组或一第二群组；一图像检测器，分别提取反射后的所述多个子光源，据以产生多个图像测量值，所述多个图像测量值归类于一第三群组或一第四群组；一处理单元，耦接该图像检测器，将该第三群组与该第四群组中的所述多个图像测量值相减，据以产生多个标准测量值，其中，当该图像测量值所对应的该子光源属于该第一群组时，则该图像测量值归类于该第三群组，当该图像测量值所对应的该子光源属于该第二群组时，则该图像测量值归类于该第四群组。
9.如权利要求8所述的组合式光源的色度测量系统，其特征在于，所述多个能量转换构件对应一权值组，该权值组具有多个权值，每一该权值对应所述多个能量转换构件其中之一，该控制单元调整该权值以调整对应的该能量转换构件的发光强度。
10.如权利要求9所述的组合式光源的色度测量系统，其特征在于，该控制单元调整该权值组，使所述多个能量转换构件模拟所述多个子光源其中之一。
11.如权利要求9所述的组合式光源的色度测量系统，其特征在于，该权值组指示当所述多个能量转换构件模拟所述多个子光源其中之一时，每一该能量转换构件的最适当的发光强度。
12.如权利要求9所述的组合式光源的色度测量系统，其特征在于，所述多个标准测量值为一组三刺激值，并该处理单元还依据该组三刺激值产生于该待测物的该表面的一色度坐标。
13.如权利要求8所述的组合式光源的色度测量系统，其特征在于，所述多个能量转换构件所产生的所述光能的中心波长范围至少包含380nm至730nm。
14.如权利要求8所述的组合式光源的色度测量系统，其特征在于，该图像检测器分别提取反射后的所述多个子光源的二维画面，据以产生二维的所述多个图像测量值。
全文摘要
本发明公开了一种组合式光源的色度测量方法及色度测量系统，所述方法包含下列步骤提供能产生不同的中心波长的光能的多个能量转换构件；调整所述多个能量转换构件的发光强度，依序产生多个子光源，每一子光源归类于一第一群组或一第二群组；分别将所述多个子光源照射于一待测物的一表面；分别提取反射后的所述多个子光源，据以产生多个图像测量值；将一第三群组与一第四群组中的所述多个图像测量值相减，据以产生多个标准测量值。此外，本发明可进一步由所述标准测量值得出所述物体的色度坐标。本发明可精确得出待测物体的色度坐标。
文档编号G01J3/10GK102455216SQ20101051475
公开日2012年5月16日 申请日期2010年10月18日 优先权日2010年10月18日
发明者冯清章, 王遵义, 黄桂霖 申请人:致茂电子股份有限公司