[发明专利]高光谱成像分光光度计和系统

说明书

一种高光谱成像分光光度计和系统，具有被设计为匹配人类视觉和复杂有色物体的颜色匹配的校准、数据采集和图像处理方法。

技术领域

本申请涉及一种高光谱成像分光光度计和系统，所述系统具有被设计为匹配人类视觉感知和复杂有色对象的颜色匹配的校准、数据采集和图像处理方法。

背景技术

零售涂料商店通常会提供涂料匹配服务，其中涂料是自定义配制的，以匹配样本灵感物品的颜色。灵感物品可以是涂料碎片、织物或者对象。

在一个示例中，客户去五金商店，并且想要一桶与来自扇形色卡或者其他物理样本的物理颜色补片相匹配的自定义混合涂料。在工作流程中，首先通过诸如分光光度计或者色度计的仪器来测量客户的颜色补片，所述仪器能够输出校准的色度数据（诸如光谱反射率曲线）或者颜色空间中的三刺激值（诸如CIE L*a*b*）。一旦获得针对颜色补片的色度数据，这些值就可以用作对于使用涂料数据库并且计算如下中的任何一个的算法的输入：a）计算与补片颜色最紧密地匹配的数据库涂料颜色，或者b）从算法配方中计算着色剂的配色处方和数量，在该配方中与一定数量的涂料基础材料混合，以便制成与客户的样本匹配的一桶涂料。

然而，零售涂料商店难以匹配10%至25％的灵感样本。不匹配会造成人工增加、交货时间延迟、涂料匹配不准确、涂料浪费以及客户满意度降低。现有的分光光度计虽然在平面颜色均匀的类似涂料的样本上相当准确，但是不能令人满意地测量许多纹理样本、具有缺陷的样本、具有需要被分离地区别和评估的多个有色区域的样本以及具有其他色度空间复杂度的样本。它们也难以或者不可能被用在诸如有图案的织物或者墙纸之类的多色样本上。这是因为现有的分光光度计是计算样本的连续区域上的平均颜色的点测量设备。因为平均会将测量值减少到单个数字，所以所有空间颜色信息都会丢失。进一步地，由于空间信息被平均成单个测量值，因此现有技术仪器不能：移除缺陷、对子区域进行统计分析、将测量值分离成主颜色、移除不是样本的核心颜色的一部分的光泽或者阴影、或者应用与模仿人类视觉感知有关的空间变换。

发明内容

用于测量样本表面的一种或多种颜色的高光谱成像系统可以具有样本测量区、照明组装、拾取光学组装、主处理器和图像数据处理器。照明组装包括至少一个指向样本测量区的照明器。拾取光学组装包括具有不同标称峰值波长的多个可选光谱滤光片和成像相机，其中成像相机的视场包括样本测量区。主处理器被耦合到照明组装和拾取光学组装，主处理器被配置有存储在非易失性存储器中的指令，用以：操作拾取光学组装以相继逐步通过多个光谱滤光片并且在每个光谱滤光片步骤处获得至少一个二维图像，并且激活和停用照明器。图像数据处理器被配置有存储在非易失性存储器中的指令，用以：接收与每个光谱滤光片步骤对应的图像，将所接收的图像组装成高光谱图像多维数据集，并且处理该图像多维数据集以确定样本表面的至少一种颜色。高光谱图像多维数据集可以包括三个维度：与所获取的图像的两个维度相对应的两个维度和与多个可选滤光片的标称峰值波长相对应的第三维度。主处理器和图像数据处理器可以被组合或者分离。

图像数据处理器可以进一步被配置为通过如下步骤来处理图像多维数据集以确定样本表面的至少一种颜色：标识感兴趣区域；分析感兴趣区域以确定是否存在足够的均匀颜色区来准许简单的颜色平均功能；如果存在足够的均匀颜色区，则执行简单的颜色平均处理以确定感兴趣区域的颜色；并且如果不存在足够的均匀颜色区，则对图像像素进行分割以排除包括阴影表面的像素并且排除包括镜面反射的像素，并且确定剩余像素的颜色。图像数据处理器进一步被配置为处理图像多维数据集，以通过分割图像像素排除包括阴影表面的像素并且排除包括镜面反射的像素，并且确定多个色调的剩余像素的颜色，来确定样本表面的至少一种颜色。可以标识多个主色调并且将其呈现给用户。分割可以包括：将具有低于第50个百分位的亮度的像素分割成第一堆；将具有等于或者高于第95个百分位的亮度的像素分割成第二堆，并且将剩余像素分割为第三堆，其中确定第三堆的颜色。可以通过为所获取的图像中的多个像素位置构造关于多个光谱滤光片的标称峰值波长的反射率曲线，并且将反射率曲线中的每一个变换成三维颜色空间中的坐标来确定样本表面的多种颜色。