DE60223117T2

DE60223117T2 - Systeme und Verfahren für die Bestimmung von Spektren mittels eines Vielfach-LED Farbsensors und dynamischer Karhunen-Loeve Algorithmen

Info

Publication number: DE60223117T2
Application number: DE60223117T
Authority: DE
Inventors: Lalit K. Fairport Mestha; Sohail A. Pittsford Dianat
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 2001-08-30
Filing date: 2002-08-30
Publication date: 2008-02-07
Anticipated expiration: 2022-08-31
Also published as: DE60223117D1; EP1291628A2; EP1291628A3; EP1291628B1; BR0203414A; US20030050768A1; US6584435B2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Feld der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich auf die Bestimmung von Spektren, basierend auf nichtspektralen Eingaben.
2. Beschreibung verwandter Technik
Automatische, im Dialog arbeitende Farbkalibrationssysteme können wesentlich wirkungsvoller mit einem im Dialog arbeitenden Farbmesssystem sein, in dem ein Spektrofotometer in dem Papierweg der bewegten Kopierblätter in dem Drucker angebracht ist, vorzugsweise in dem Ausgabeweg nach dem Aufschmelzen oder Trocknen, ohne die Notwendigkeit zu haben, den Drucker ansonsten zu modifizieren, oder den normalen Druckvorgang, oder die Bewegung der bedruckten Blätter in dem Papierweg zu beeinflussen oder zu unterbrechen, um dennoch genaue Farbmessungen von Prüffarbflecken bereitzustellen, die auf den bewegten Blättern gedruckt sind, wenn diese an dem Spektrofotometer vorbeilaufen. Dies ermöglicht eine vollständige Regelkreissteuerung eines Druckers.
Ein typisches Spektrofotometer liefert Farbinformation von der Prüffläche in der Form von gemessenen Reflektionen oder Transmissionen von Licht bei unterschiedlichen Wellenlängen des Lichts. Dieses Spektrofotometer liefert wünschenswerterweise bestimmte elektrische Signale, die unterschiedlichen Pegeln des reflektierten Lichtes entsprechen, das von den jeweiligen unterschiedlichen Bereichen oder Kanälen der Beleuchtungswellenlänge empfangen wird.
Bekannte Einrichtungen, die in der Lage sind, verschiedene elektrische Signale zu liefern, die unterschiedlichen Pegeln des reflektierten Lichtes entsprechen, das von jeweiligen Bereichen oder Kanälen unterschiedlicher Beleuchtungswellenlängen empfangen wird, schließen ein gitterbasierendes Spektrofotometer ein, wie es durch Ocean Optics Inc., hergestellt wird, LED-basierende Sensoren, die durch "ColorSavvy" oder Accuracy Microsensor vertrieben werden, und andere Spektrofotometer von Gretag MacBeth (Viptronic), ExColor, und X-Rite (DTP41). Von diesen Einrichtungen ist jedoch anzunehmen, dass sie erhebliche Kosten, Messzeit, Messziel-Verschiebungsfehler und/oder andere Schwierigkeiten für die Verwendung zur dialogweisen Messung in einem Echtzeitdrucker aufweisen.
Wenn nicht besonders anderweitig angezeigt, umfasst die Bezeichnung "Spektrofotometer", wie sie hier verwendet wird, ein Spektrofotometer, Kolorimeter und Densitometer, wie hier breit festgelegt. Die Definition oder Verwendung von derartigen, vorstehenden Bezeichnungen können unter verschiedenen Wissenschaftlern und Ingenieuren variieren oder unterschiedlich sein. Das Nachfolgende ist jedoch ein Versuch, einige vereinfachte Klarstellungen bereitzustellen, die sich auf die jeweiligen Bezeichnungen "Spektrofotometer", "Kolorimeter" und "Densitometer" beziehen und diese unterscheiden, wie sie im spezifischen Kontext der Beschreibungsbeispiele zur Bereitstellung von Komponenten für im Dialog arbeitenden Farbkorrektursystemen von Farbdruckern verwendet werden können, aber nicht notwendigerweise als Begrenzung der Ansprüche.
Ein typisches "Spektrofotometer" misst die Reflexion eines beleuchteten Objekts von Interesse über viele Lichtwellenlängen. Typische bekannten Spektrofotometer in diesem Kontext verwenden 16 oder 32 Kanäle, die von etwa 380 nm bis 730 nm messen, um das menschlich wahrnehmbare Farbspektrum oder Wellenlängenbereich abzudecken. Ein typisches Spektrofotometer liefert Farbinformation von der Prüfoberfläche in der Form von gemessenen Reflexionen oder Transmissionen von Licht bei unterschiedlichen Wellenlängen des Lichts. (Das bedeutet etwas genauer zu messen, als was das menschliche Auge sehen würde als ein kombiniertes Bild einer Spektren-Bildreflexion eines breiten weißen Lichtes, aber das Spektrofotometer liefert wünschenswerterweise bestimmte elektrische Signale, die verschiedenen Pegeln des reflektierten Lichts von den jeweiligen unterschiedlichen Bereichen oder Kanälen der Beleuchtungswellenlänge entsprechen.)
Ein "Kolorimeter" weist normalerweise drei Beleuchtungskanäle, rot, grün und blau auf. Das bedeutet im Allgemeinen, dass ein "Kolorimeter" seine drei (rot, grün und blau oder "RGB") Werte bereitstellt, wie sie durch einen Lichtsensor oder Detektor ausgelesen werden, der das reflektierte Licht von einer Farbprüfoberfläche empfängt, die sequenziell mit rot, grün und blauer Beleuchtung beleuchtet wird, wie etwa drei unterschiedliche Farb-LEDs oder eine Weißlichtlampe mit drei unterschiedlichen Farbfiltern. Dieses kann daher als unterschiedlich zu oder ein begrenzter Spezialfall von einem "Spektrofotometer" insofern betrachtet werden, als es Ausgabefarbinformation in der trichromatischen Größe bereitstellt, die als RGB bekannt ist.
Trichromatische Größen können verwendet werden, um Farbe in einem dreidimensionalen Koordinatenraum über irgendeine Transformation zu repräsentieren. Andere Umwandlungen von RGB zu "geräteunabhängigem Farbraum" (d. h. RGB wird zu dem herkömmlichen L*a*b* umgewandelt) verwenden typischerweise eine Transformationsgleichung für Farbumwandlung, oder ein System mit "Nachschlagtabelle" wie bekannt.
Ein "Densitometer" weist typischerweise nur einen einzigen Kanal auf, und misst einfach die Amplitude der Lichtreflexion von der Prüfoberfläche, wie etwa einem entwickelten Tonerprüffleck auf einem Fotoaufnehmer, bei einem ausgewählten Winkel über einen Bereich von Wellenlängen, der breit oder eng sein kann. Eine einzige Beleuchtungsquelle, wie etwa eine IR-LED, eine visuelle LED oder eine Glühlampe können verwendet werden. Die Ausgabe des Densitometerdetektors ist so programmiert, dass diese die optische Dichte der Probe liefert. Ein Densitometer dieses Typs ist grundsätzlich farbblind. Beispielsweise könnte ein cyanfarbener Prüffleck und ein magentafarbener Prüffleck dieselbe optische Dichte aufweisen, wie sie durch das Densitometer gesehen wird, aber selbstverständlich unterschiedliche Farben aufweisen.
US 6,147,761 beschreibt einen Farbsensor. Ein Sensor zur Messung von relativen, transmittierenden oder selbstleuchtenden Proben umfasst eine Vielzahl von Lichtquellen, wobei jede der Lichtquellen Licht eines im Wesentlichen unterschiedlichen Wellenlängenbandes emittiert, die im sichtbaren Spektrum beabstandet sind; ein Referenzkanal-Fotodetektor; ein Probenkanal-Fotodetektor; eine optische Abdeckung, die eingerichtet ist, einen ersten Teil des Lichtes, der durch jede der Lichtquellen ausgesandt wird auf den Referenzkanal-Fotodetektor zu richten, einen Reflektorkonus, um einen zweiten Teil des Lichtes, der von jeder der Lichtquellen emittiert wird, auf die Probe zu richten; und ein Empfängerstück, um den diffusen Teil des Lichtes, der von der Probe reflektiert wird, auf den Probenkanal-Fotodetektor zu leiten.
US 5,844,680 beschreibt Einrichtung und Prozess zur Messung und Analyse von spektraler Strahlung innerhalb eines gewünschten Wellenlängenbereiches. Eine Anzahl von Strahlungsquellen wird bereitgestellt, in Kombination mit einem Sensor zur Erfassung der Strahlung innerhalb des gewünschten Wellenlängenbereiches. Die Strahlungswellen sind so ausgewählt, dass diese spektrale Eigenschaften aufweisen, die linear unabhängig untereinander sind, aber derart überlappen, dass, in Kombination, die Strahlungsquellen Strahlung über den gesamten gewünschten Wellenlängenbereich erzeugen. Alternativ dazu wird eine einzige Strahlungsquelle bereitgestellt, die Strahlung über den gesamten gewünschten Wellenlängenbereich erzeugt, in Kombination mit einer Vielzahl von Sensoren, die spektrale Erfassungseigenschaften aufweisen, die voneinander linear unabhängig sind, aber derart überlappen, dass, in Kombination, die Sensoren die Strahlung über den gesamten gewünschten Wellenlängenbereich erfassen. Weiterhin wird eine Steuereinheit bereitgestellt, die eine Anzahl von Kalibrierfunktionen mit linear unabhängigen spektralen Eigenschaften speichert, wobei die Steuereinheit weiterhin die Ausgabewerte von den Sensoren erhält, um die spektralen Eigenschaften des zu messenden Objekts zu bestimmen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung ein System zur Spektralbestimmung zu verbessern, insbesondere in Bezug auf eine schnelle Bestimmung eines berechneten Spektrums in einer Umgebung, in der das berechnete Spektrum verwendet wird, um die Systemleistung zu optimieren, d. h. in einem Farbdrucker. Dieses Ziel wird durch Bereitstellung eines Systems zur Spektralbestimmung gemäß Anspruch 1 und eines Farbsystems gemäß Anspruch 10 erreicht. Ausführungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen niedergelegt.
Ein Reflexions-Spektrofotometer mit mehreren LEDs, wie es in den hier aufgeführten Ausführungen vorkommt, kann so betrachtet werden, dass es zu einer speziellen Klasse von Spektrofotometern gehört, die normalerweise das Zielobjekt mit schmalbandigem oder monochromatischem Licht beleuchten. Andere, mit breitbandigen Beleuchtungsquellen können Spektrofotometer mit Xenonblitzlampen oder Spektrofotometer mit Glühlampen sein. Ein Spektrofotometer ist normalerweise mit Umwandlungs-Algorithmen so programmiert, dass dieses genauere Reflexionswerte durch die Verwendung von mehr als drei Messkanälen liefert (z. B. 10 oder mehr Messkanäle). Dies steht im Gegensatz zu normalen Kolorimetern mit drei Kanälen, die keine Messungen von Reflexionsspektren mit Genauigkeit und mit Bezug auf das menschliche Auge liefern können, weil diese ungenügende Messungen hierfür aufweisen (nur drei Messungen).
Für ein Drucker-Farbsteuersystem ist es wünschenswert in dynamischer Weise die Farbe von Prüfflecken auf gedruckten Ausgabemedien "Online" zu messen, d. h. während sich das Medium immer noch in dem Blatttransport oder Papierweg einer Druckmaschine befindet, für vollautomatische Anwendungen der Druckerfarbkorrektur in Echtzeit.
Für eine kostengünstige Implementierung des Farbsensors wird eine Einrichtung mit mehreren Beleuchtungen als Beleuchtungsquelle verwendet und weist beispielsweise 8, 10, 12 oder 16 LEDs auf. Jede LED ist so ausgewählt, dass diese eine schmalbandige Reaktionskurve in dem Spektralraum aufweist. Daher würden beispielsweise 10 LEDs zehn Messungen in der Reflexionskurve entsprechen. Die LEDs oder andere auf mehreren Beleuchtungen basierende Farbsensoräquivalente, z. B. Laser, werden jeweils einzeln zu einem Zeitpunkt eingeschaltet, wenn beispielsweise das gemessene Medium durch einen Transport des Druckers geleitet wird. Das reflektierte Licht wird daraufhin durch einen Fotodetektor erfasst und die entsprechende Spannung integriert und mit einem Weißstandard normiert.
Um eine zusammenhängende Kurve ähnlich zu der eines Gretag-Spektrofotometers zu erhalten, könnten lineare oder kubische Spline-Algorithmen verwendet werden, die die Datenpunkte ohne die Kenntnis des Farbraumes blindlings interpolieren. Aufgrund eines Mangels von Messungen bei Wellenlängen unterhalb von 430 nm und oberhalb von 660 nm (aufgrund des Fehlens von LEDs bei diesen Wellenlängen) kann eine Extrapolation mit zehn Messungen zu Fehlern führen.
Die Systeme und Verfahren dieser Erfindung verwenden die integrierten Sensormessungen, um ein vollbesetztes Reflexionsspektrum mit Reflexionswerten an bestimmten Wellenlängen zu bestimmen, selbst wenn einige der Lichtquellen keine spektrale Information an den fernen Enden des sichtbaren Spektrums erzeugen. Durch die Verwendung eines Rekonstruktions-Algorithmus, der auf den spektralen Eigenschaften der Beleuchtungsquelle und des Farberfassungssystems basiert, werden die integrierten Messungen mehrerer Beleuchtungen von einem nicht vollständig mit Beleuchtungen besetzten Farbsensors in eine vollbesetzte Spektralkurve umgewandelt.
Die Algorithmen gemäß dieser Erfindung verwenden eine Referenzdatenbank, die Übungsbeispiele enthält, die Reflexionsspektren und deren entsprechende LED-Sensorausgabe kennzeichnen. Ein dynamischer, Karhunen-Loeve-basierender, spektraler Rekonstruktions-Algorithmus (DKL) wird verwendet, um die Spektren zu rekonstruieren. Der Algorithmus ist "dynamisch", weil dieser für Daten aus den Übungsbeispielen in der Nachbarschaft der in Messung stehenden Farbprobe ein größeres Gewicht verleiht. Dieses wird durch die Verwendung von linearen Operatoren und Basisvektoren durchgeführt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Beispielhafte Ausführungen der Erfindung werden mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben, in denen gleiche Bezugsziffern ähnliche Teile repräsentieren.
1 ist ein Blockschaltbild, das eine beispielhafte Ausführung eines Farbsystems gemäß der Erfindung veranschaulicht;
2 ist ein Ablaufdiagramm, das ein erstes beispielhaftes Verfahren zur Bestimmung von Spektren gemäß dieser Erfindung veranschaulicht;
3 ist ein Ablaufdiagramm, das ein zweites beispielhaftes Verfahren zur Bestimmung von Spektren gemäß dieser Erfindung veranschaulicht; und
4 ist ein Blockschaltbild, das eine beispielhafte Ausführung eines Farberfassungssystems gemäß dieser Erfindung veranschaulicht.
EINGEHENDE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGEN
Das Spektrofotometer der offenbarten Ausführung ist ein Spektrofotometer, das besonders dafür geeignet ist, auf einer Seite des Ausgabeweges für gedruckte Blätter eines Farbdruckers angebracht zu werden, um farbbedruckte Ausgabeblätter optisch zu begutachten, wenn sich diese an dem Spektrofotometer vorbei bewegen, die variabel von demselben beabstandet sind, ohne die Blätter berühren zu müssen oder die normale Bewegung der Blätter zu beeinflussen. Insbesondere kann dieses verwendet werden, um eine Anzahl von Farbprüf-Probenflecke zu messen, die durch den Drucker auf aktuell bedruckte Blattausgabe des Druckers während regulärer oder ausgewählter Druckerbetriebsintervalle gedruckt werden (zwischen normalen Druckläufen oder Druckaufträgen). Diese Druckintervalle für Farbprüfblätter können bei regulären zeitlichen Intervallen sein, und/oder bei jedem Maschinen-"Startzyklus" oder wie ansonsten durch die Systemsoftware vorgegeben. Das Spektrofotometer kann an einer Seite des Papierweges der Maschine angebracht werden, oder, wenn die Verwendung von Duplex-Farbprüfblättern gewünscht wird, können zwei Spektrofotometer auf gegenüberliegenden Seiten des Papierweges angebracht werden.
Eine relativ häufige Farbkalibration eines Farbdruckers ist sehr wünschenswert, da sich die Farben, die tatsächlich auf dem Ausgabemedium gedruckt werden (verglichen mit den Farben, die gedruckt werden sollen) sich erheblich ändern können, oder über die Zeit hinweg aus der Kalibration aus verschiedenen bekannten Gründen Wegdriften können. Beispielsweise Änderungen in den ausgewählten oder geladenen Druckmedien, wie etwa Unterschiede in Papier oder Kunststoffblatttypen, Materialien, Gewichte, Ablaufdatum, Beschichtung, Feuchtigkeit, etc., oder Änderungen in den Umgebungsbedingungen des Druckers, Änderungen in den Bildentwicklermaterialien, Alterung oder Abnützung von Druckerkomponenten, variierendes Zusammenwirken von unterschiedlichen Farben die gedruckt werden, etc. Das Drucken von Prüffarbflecken auf Prüfblätter derselben Druckmedien unter denselben Druckbedingungen, während derselben relativen Zeitperioden, wenn der Farbdruckauftrag farbgesteuert wird, ist daher sehr wünschenswert.
Es ist daher ebenso vorteilhaft, Farbprüfblätter im Dualmodus bereitzustellen, indem mehrere Farbflecken von unterschiedlichen Farben auf ansonsten unbedruckte Gebiete von jedem, oder ausgewählten Bannerblättern, Deckblättern oder anderen Zwischendokumentblättern oder Druckauftrag-Trennblättern gedruckt werden. Es können unterschiedliche Sätze von Farben auf verschiedene Bannerblätter oder andere Prüfblätter gedruckt werden. Diese zweifache Verwendung derartiger Blätter spart sowohl Druckpapier und Druckernutzungszeit und stellt ebenso häufige Möglichkeiten für Farbkalibration bereit, wenn ein Drucksystem vorliegt, bei dem Bannerblätter ohnehin in häufigen Intervallen gedruckt werden.
Ein zusätzliches Merkmal, das bereitgestellt werden kann, besteht darin, die bestimmten Farben oder Kombinationen von Prüfflecken auf einem bestimmten Banner oder anderem Prüfblatt auf diejenigen Farben zu konfektionieren oder einzustellen, die gerade auf dem bestimmten Dokument für dieses Bannerblatt gedruckt werden, d. h., die Dokumentseiten, die unmittelbar nachfolgend auf das Bannerblatt gedruckt werden sollen (wobei der Druckauftrag durch das Bannerblatt identifiziert wird). Dies kann eine Farbkorrektur für den Farbdrucker in "Echtzeit" bereitstellen, die so eingestellt ist, dass sie das Drucken der Farben der als nächstes zu druckenden Dokumente korrigiert.
Bevorzugte Implementierungen der hier offenbarten Systeme und Merkmale können abhängig von der Situation variieren. Ebenso können verschiedene der offenbarten Merkmale oder Komponenten alternativ verwendet werden für Funktionen wie Grauskalenabgleich, Einschalten von mehr als einer Beleuchtungsquelle zugleich, wie etwa gegenüber angeordnete LEDs, etc.
Es ist zu würdigen, dass diese Prüffleckenbilder und -farben automatisch zu der bilderzeugenden Einheit des Druckers gesendet werden können von einer gespeicherten Datendatei, die speziell für das Drucken der Bannerblätter im Dualmodus oder für andere Farbtestblattseiten entworfen sind, und/oder können sie innerhalb des Kundenauftrags eingebettet sein, der die Bannerseite enthält. Das bedeutet, dass die letztere elektronisch unmittelbar mit dem zu druckenden elektronischen Dokument verknüpft ist und/oder durch den Dokumentenautor oder -sender erzeugt oder übertragen wird. Weil die Farben für die gedruckten Prüfblatt-Farbflecken und deren Druckfolge bekannte (und gespeicherte) Information ist, können die Online-Messdaten des Spektrofotometers somit automatisch koordiniert und verglichen werden.
Nachdem das Spektrofotometer oder ein anderer Farbsensor die Farben der Prüfflecken registriert, können die gemessenen Farbsignale innerhalb der Systemsteuerung oder der Druckersteuerung automatisch verarbeitet werden, um die Tönungsreproduktionskurve zu erzeugen oder zu modifizieren, wie in den aufgeführten Referenzen erläutert wird. Die Farbprüfflecken auf dem nächsten Prüfblatt können daraufhin mit dieser neuen Tönungsreproduktionskurve gedruckt werden. Dieser Prozess kann wiederholt werden, um weiterhin korrigierte Tönungsreproduktionskurven zu erzeugen. Wenn die Farbbild-Druckkomponenten und Materialien des Druckers relativ stabil sind, mit nur relativ langsamen, langzeitigen Drifts, und keine Änderung in den Druckmedien oder andere abrupte Änderungen vorliegt, wird die Tönungsreproduktionskurve, die unter Verwendung dieses regelkreisartigen Steuersystems erzeugt wird, die korrekte Kurve sein, um konsistente Farben für mindestens eine oder sogar eine erhebliche Anzahl von Kundendruckaufträgen zu erreichen, die darauf folgend gedruckt werden, und es müssen nur relativ selten und wenige Farbprüfblätter wie etwa die normalen Bannerblätter gedruckt werden.
Zusätzlich zu der Verwendung in Druckern ist anzumerken, dass Farbmessungen und/oder die Verwendung von Farbmessungen für verschiedene Qualitäts- oder Konsistenzkontrollfunktionen ebenso für viele weitere unterschiedliche Technologien und Anwendungen wichtig sind, wie etwa die Herstellung von Textilien, Tapeten, Kunststoffen, Farben, Tinten, Nahrungsmitteln, etc. und bei der Messung oder Erfassung von verschiedenen Eigenschaften von verschiedenen Materialien, Gegenständen oder Substanzen. Daher kann die Erfindung in verschiedenen derartigen weiteren Feldern Anwendungen finden, in denen diese Materialien, Gegenstände oder Substanzen im Hinblick auf die Farbe geprüft werden müssen, einschließlich sowohl (1) Anwendungen, in denen Farbmessungen durchgeführt und angewendet werden in einem Steuersystem mit Regelkreis und (2) Anwendungen, in denen das Messergebnis nicht in eine Steuerschleife eingegeben wird, sondern verwendet wird, um eine einmalige Ausgabe zu erzeugen.
1 ist ein funktionelles Blockschaltbild, das eine beispielhafte Ausführung eines farberzeugenden Systems 100 gemäß dieser Erfindung veranschaulicht. Das farberzeugende System 100 ist mit einer Eingabeeinrichtung 200 über eine Verbindung 210 verbunden. Die Eingabeeinrichtung 200 gibt verschiedene Informationen ein, die benötigt werden, um den Betrieb des farberzeugenden Systems 100 zu implementieren, wie eingehender vorstehend beschrieben, und kann eine Maus, eine Tastatur, eine Eingabeeinrichtung mit Berührungsfläche, eine Eingabeeinrichtung, basierend auf Spracherkennung und/oder irgendeine bekannte oder später entwickelte Einrichtung einschließen, die für die Eingabe von Information verwendet werden kann. Das farberzeugende System 100 ist optionalerweise mit einer Bilddatenquelle 300 über eine Verbindung 310 verbunden. Die Verbindung zu der Bilddatenquelle 300 ist "optional", weil diese nur für bestimmte Ausführungen des farberzeugenden Systems 100 erforderlich ist.
Wenn das farberzeugende System 100 beispielsweise eine Markierungseinrichtung wie etwa ein Drucker ist, wird die Bilddatenquelle 300 benötigt. Wenn jedoch das farberzeugende System 100 ein System ist zur Durchführung einer farberzeugenden Operation, die keine Bilddaten benötigt, wird die Bilddatenquelle 300 nicht benötigt. Ein Beispiel für eine farberzeugende Operation, die keine Bilddaten benötigen wird, ist eine Operation zur Herstellung eines gefärbten Nahrungsmittels, wie etwa Cornflakes oder ähnliches.
Die Bilddatenquelle 300 kann eine Digitalkamera, ein Scanner oder ein lokal oder entfernt angeordneter Computer sein, oder irgendeine andere bekannte oder später entwickelte Einrichtung, die in der Lage ist, elektronische Bilddaten zu erzeugen. In ähnlicher Weise kann die Bilddatenquelle 300 irgendeine geeignete Einrichtung sein, die elektronische Bilddaten speichert und/oder überträgt, wie etwa ein Client oder Server eines Netzwerks. Die Bilddatenquelle 300 kann mit dem farberzeugenden System 100 integriert sein, wie in einem digitalen Kopierer, der einen integrierten Scanner aufweist. Alternativ dazu kann die Bilddatenquelle 300 über eine Verbindungseinrichtung mit dem farberzeugenden System 100 verbunden sein, wie etwa mit einem Modem, einem lokalen Netzwerk, einem Großflächennetzwerk, einem Intranet, dem Internet oder einem ande ren verteilten Verarbeitungsnetzwerk, oder irgendeine bekannte später entwickelte Verbindungseinrichtung.
Es ist zu würdigen, dass, wenngleich die elektronischen Bilddaten zum Zeitpunkt des Druckens eines Bildes aus einem physikalischen Originaldokument erzeugt werden können, die elektronischen Bilddaten zu irgendeinem Zeitpunkt in der Vergangenheit erzeugt worden sein könnten. Weiterhin müssen die elektronischen Bilddaten nicht von dem originalen, physikalischen Dokument erzeugt worden sein, sondern könnten von vornherein elektronisch erzeugt werden. Die Bilddatenquelle ist daher irgendeine bekannte oder später entwickelte Einrichtung, die in der Lage ist, elektronische Bilddaten über die Verbindung 310 zu dem farberzeugenden System 100 zu liefern. Die Verbindung 310 kann daher irgendein bekanntes oder später entwickeltes System oder Einrichtung zur Übertragung von elektronischen Bilddaten von der Bilddatenquelle 300 zu dem farberzeugenden System 100 sein.
Es ist weiterhin anzumerken, dass die Verbindungen 210 und 310 verdrahtet, drahtlos oder eine optische Verbindung zu einem Netzwerk (nicht gezeigt) sein kann. Das Netzwerk kann ein lokales Netzwerk, ein Großflächennetzwerk, ein Intranet, das Internet oder irgendein weiteres Netzwerk mit verteilter Verarbeitung und Speicherung sein.
Das farberzeugende System 100 schließt eine farberzeugende Einrichtung 120, eine Sensoranordnung 130, eine Farbrevisionseinrichtung 140, einen Speicher 150, eine Steuerung 160 und ein System 170 zur Bestimmung von Spektralkurven ein, die durch einen Daten/Steuerbus 190 verbunden sind. Das Bestimmungssystem für Spektralkurven schließt eine Referenzdatenbank 172 und eine Ausgabe 174 für Spektralkurven ein.
Die farberzeugende Einrichtung 120 kann beispielsweise eine Druckmaschine/Druckkopf oder Markierungsmaschine/Markierungskopf sein, wenn das farberzeugende System 100 ein Drucker oder eine Markierungseinrichtung ist. Die farberzeugende Einrichtung 120 kann beispielsweise ein Farbmittelverteiler sein, der ein Farbmittel auf den Gegenstand oder in eine Mischung verteilt. Kurz gesagt, kann die farberzeugende Einrichtung 120 jede bekannte oder später entwickelte Einrichtung sein, die das endgültige Erscheinungsbild eines Gegenstands, Materials oder einer Substanz unmittelbar oder mittelbar steuert.
Die Sensoranordnung 130 schließt mehrerer Beleuchtungen ein, wie etwa LEDs, Laser oder ähnliches, die um einen mittigen Fotodetektor (nicht gezeigt) herum angeordnet sind, oder entsprechend einer Vielzahl von Fotodetektoren oder Fotoflächen angeordnet sind, wie in der vorstehenden US-Patentanmeldung Nr. 09/862,247 und US-Patentanmeldung 09/863,042 und/oder US-Patentanmeldung Nr. 09/888,791 beschrieben. Die Beleuchtungen werden nachfolgend aus Gründen der Bequemlichkeit als LEDs bezeichnet. Die Anzahl der LEDs kann irgendeine Anzahl größer als drei sein, wenn ein einziger Fotodetektor verwendet wird, oder kann sogar nur zwei sein, wenn mehrere Fotoflächen oder Fotosensoren verwendet werden. Eine große Anzahl von LEDs liefert eine größere Genauigkeit, aber es ist teurer, mehrere LEDs einzuschließen und daher gibt es eine praktische Begrenzung für die Anzahl der LEDs, die in der Sensoranordnung 130 eingeschlossen sind, insbesondere, da es ein Ziel der Erfindung ist, ein kostengünstiges Spektrofotometer bereitzustellen. Daher ist die Anzahl der LEDs vorzugsweise von ungefähr 8 bis ungefähr 16.
Jede LED ist so ausgewählt, dass dieselbe eine schmalbandige Reaktionskurve in dem spektralen Raum aufweist. Daher würden beispielsweise 10 LEDs zehn Messungen in der Reflexionskurve entsprechen. Die LEDs oder andere Farbsensorenäquivalente, basierend auf mehreren Beleuchtungen, z. B. Lasern, werden zu einem Zeitpunkt eingeschaltet, wenn beispielsweise das gemessene Medium durch einen Transport des Druckers geleitet wird. Das reflektierte Licht wird daraufhin durch den Fotodetektor erfasst und die entsprechende Spannung integriert und mit einem Weißstandard normiert. Die Normierung kann periodisch stattfinden. Für die Normierung ist die Verwendung einer Nachschlagetabelle für Kalibration mit Weißstandard, die in einem Speicher 150 gespeichert ist, eine standardmäßige Praxis in der Farbmessindustrie. Wenn die Nachschlagetabelle für Kalibration mit Weißstandard verwendet wird, wird die Detektorausgabe zwischen 0 und 1 gemäß der folgenden Gleichung normiert:
wobei V0i eine Systemablage für Schwarzmessung für die i-te LED ist, Vfsi die Weißstandardmessung ist, V_i die Sensordetektorausgabe ist, und Rwi das Reflexionsspektrum des Weißstandards bei der mittleren Wellenlänge der i-ten LED ist. Es kann alternativ dazu irgendeine andere bekannte oder später entwickelte Methode der Normierung verwendet werden. V_mt kann für Temperaturänderung kompensiert werden.
Die Farbrevisionseinrichtung 140 kalibriert die Ausgabe der farberzeugenden Einrichtung 120 gemäß der Information, die von der Spektralkurven-Ausgabeeinrichtung 174 des Bestimmungssystems für Spektralkurven 170 erhalten wird. Diese Kalibration kann so oft wie notwendig oder gewünscht durchgeführt werden, um eine gewünschte Ausgabe der farberzeugenden Einrichtung 120 zu erhalten.
Der Speicher 150 kann als ein Puffer für Information dienen, die in das farberzeugende System 100 einläuft oder ausläuft, kann jegliche notwendigen Programme und/oder Daten zur Implementierung der Funktionen des farberzeugenden Systems 100 speichern, und/oder kann Daten bei verschiedenen Stufen der Verarbeitung speichern. Die vorstehend erwähnte Nachschlagetabelle für Weißstandard kann in dem Speicher 150 gespeichert werden, wenn gewünscht. Die Referenzdatenbank 172, die nachfolgend eingehender beschrieben wird, kann ebenso in dem Speicher 150 gespeichert werden, wenn gewünscht. Es ist weiterhin zu würdigen, dass der Speicher 150, wenngleich dieser als eine einzige Einheit dargestellt ist, tatsächlich verteilt sein kann. Änderbare Abschnitte des Speichers 150 werden in verschiedenen beispielhaften Ausführungen unter Verwendung von statischem oder dynamischem RAM implementiert. Der Speicher 150 kann jedoch ebenso unter Verwendung einer Floppydisk und Diskettenlaufwerk, einer beschreibbaren optischen Diskette und Diskettenantrieb, einer Festplatte, einem Flashspeicher oder ähnlichem implementiert werden. Die im Allgemeinen statischen Abschnitte des Speichers 150 werden in verschiedenen beispielhaften Ausführungen unter Verwendung von ROM implementiert. Die statischen Abschnitte können jedoch ebenso unter Verwendung von nicht flüchtigem Speicher, wie etwa PROM, EPROM, EEPROM, einer optischen ROM-Diskette, wie etwa einer CD-ROM oder DVD-ROM und einen Diskettenantrieb, Flashspeicher oder einem anderen änderbaren Speicher, wie vorstehend aufgeführt, oder ähnlichem implementiert werden.
Die Steuerung 160 steuert den Betrieb der anderen Komponenten des farberzeugenden Systems 100, führt jegliche notwendigen Berechnungen durch und führt jegliche notwendigen Programme aus zur Implementierung der Prozesse des farberzeugenden Systems 100 und dessen individueller Komponenten, und steuert den Datenfluss zwischen weiteren Komponenten des farberzeugenden Systems 100, wie benötigt.
Das Bestimmungssystem 170 für Spektralkurven bestimmt spektrale Kurven und gibt diese aus. Insbesondere gibt die Ausgabeeinrichtung 174 für Spektralkurven spektrale Kurven aus, basierend auf einer Vielzahl von Spektren, die durch die Steuerung 160, basierend auf Information von der Referenzdatenbank 172, die nachstehend eingehen der beschrieben wird, und basierend auf der Ausgabe der Sensoranordnung 130 von unterschiedlichen Farbzielen, bestimmt werden.
Um eine Ausgabe ähnlich zu derjenigen eines Referenzspektrometers, wie etwa einem Gretag-Spektrofotometer, zu erhalten, ist es notwendig, die Werte von der Sensoranordnung 130 in Reflexionsspektren umzusetzen. Ein Gretag-Spektrofotometer liefert 36 spektrale Reflexionswerte, die mit 10 nm Abstand gleichmäßig über das sichtbare Spektrum (z. B. 380 nm bis 730 nm) beabstandet sind. Daher werden in den nachfolgenden Beispielen die Werte von der Sensoranordnung 130 in 36 Reflexionswerte umgesetzt. Mit anderen Worten, wenn 10 LEDs in der Sensoranordnung 130 vorhanden sind, werden die LEDs aufeinanderfolgend eingeschaltet, Werte (typischerweise Spannungswerte) werden von dem Fotodetektor für jede jeweilige LED gesammelt und die zehn Werte (Spannungen) von der Sensoranordnung 130 werden in 36 Reflexionswerte pro Farbe umgesetzt. Wenn ein Sensor mit mehreren Fotoflächen verwendet wird, ist zu würdigen, dass eine gewünschte Anzahl von Ausgaben, beispielsweise zehn Ausgaben, von einer kleineren Anzahl von LEDs, beispielsweise 3 oder 4 LEDs, erhalten wird.
Die Referenzdatenbank 172 wird durch Messung der Reflexionsspektren von irgendeinem Satz von Referenzfarben mit einem genauen Referenzspektrofotometer, wie etwa einem Gretag-Spektrofotometer und deren entsprechende LED-Sensorausgaben mit der Sensoranordnung 130 erzeugt. Im Allgemeinen ist die sich ergebende Genauigkeit umso besser, je dichter die Datenbank belegt ist, d. h. je mehr Referenzfarben verwendet werden. In einer beispielhaften Referenzdatenbank werden ungefähr 2000 Pantone-Farben verwendet. Weiterhin ergibt ein gleichmäßiger Abstand der Referenzfarben in dem Farbraum eine bessere Genauigkeit. Die in der Referenzdatenbank 172 gespeicherten Daten werden nachfolgend als Übungsbeispiele bezeichnet.
Es ist anzumerken, dass jeder der in 1 gezeigten Schaltkreise als Abschnitt eines geeignet programmierten Computers für allgemeine Zwecke implementiert werden kann. Alternativ dazu kann jeder der in 1 gezeigten Schaltkreise als physikalisch unterschiedliche Schaltkreise in Hardware in einem ASIC oder unter Verwendung eines FPGA, eines PDL, eines PLA oder eines PAL, oder unter Verwendung von diskreten Logikelementen oder diskreten Schaltkreiselementen implementiert werden. Die bestimmte Ausbildung, die jeder der in 1 gezeigten Schaltkreise annehmen wird, ist eine Frage der Auslegung und wird für den Fachmann offenbar und vorhersehbar sein.
Ein beispielhafter Algorithmus, der durch die Steuerung 160 zur Bestimmung von Spektren, basierend auf der Referenzdatenbank 172 und der Ausgabe der Sensoranordnung 130 implementiert werden kann, wird nachstehend beschrieben. Der nachfolgende Algorithmus ist ein dynamischer Karhunen-Loeve-basierender spektraler Rekonstruktions-Algorithmus, der nachfolgend als ein DKL-Algorithmus bezeichnet wird. Eine Eigenschaft des DKL-Algorithmus besteht darin, dass bei der Bestimmung von Spektren den Daten der Übungsbeispiele in der Nachbarschaft der gemessenen Farbprobe eine höhere Bedeutung zugewiesen wird. Dies wird durch die Verwendung von linearen Operatoren und Basisvektoren durchgeführt.
Bei der nachfolgenden Beschreibung wird angenommen, dass die Anzahl der LEDs, die in der Sensoranordnung 130 eingeschlossen ist, gleich 10 ist. Der Fachmann wird würdigen, wie der Algorithmus für Sensoranordnungen mit mehreren oder weniger LEDs anzuwenden ist.
Es ist weiterhin in diesem Zusammenhang anzumerken, dass im Allgemeinen die Algorithmen, die für die Erzeugung einer Tönungsreproduktionskurve anwendbar sind, nicht für die Erzeugung einer Spektralkurve anwendbar sind. Ein Grund hierfür besteht darin, dass, während der erste und der letzte Wert in einer Tönungsreproduktionskurve bekannt sind (d. h. diese sind [0,0] und [255,255]), dasselbe nicht für Spektralkurven gilt, die unter Verwendung von LED-Sensoren erzeugt werden, weil die LEDs an gegenüberliegenden Enden des Spektrums (d. h. die blaue und die rote LED) nicht monochromatisch sind.
Die Übertragungsfunktion des Sensors ist eine Abbildung von Reflexionsspektren (wie sie durch ein Referenzspektrofotometer gemessen werden) auf die Sensorausgaben (wie sie durch die Sensoranordnung 130 gemessen werden), die durch einen Satz von N Spektren auf Spannungsmessungen ausgebildet wird, dargestellt als Ω = [S1S2 ... SN] ∊ Rn×N → Z = [Z1Z2 ... ZN] ∊ Rl×N (2)wobei S₁S₂ ... S_N die Vektorelemente sind, die N Spektralkurven enthalten, wobei jede Kurve 36 Elemente enthält, d. h. Reflexionswerte (n = 36), und Z₁Z₂ ... Z_N die Vektorelemente der Ausgaben (in Volt) des LED-Sensors sind, wobei jede zehn Komponenten (l = 10) aufweist, wenn ein Spektrofotometer mit 10 LEDs verwendet wird. Hier enthält jede Kurve 36 Elemente, weil ein Gretag-Spektrofotometer, das 36 Werte ausgibt, ver wendet wird. Wenn ein unterschiedliches Spektrofotometer verwendet wird, das eine unterschiedliche Anzahl von Ausgaben aufweist, wird n eine entsprechend unterschiedliche Zahl sein. Z₁Z₂ ... Z_N ist jeweils ein Vektor, der zehn normierte Spannungen einschließt, die den 10 LED-Ausgaben des Farbsensors für eine gegebene Farbe entsprechen. R bezeichnet den Raum von realen Zahlen. N ist eine vorbestimmte Anzahl, basierend auf bestimmten Spezifikationen für den Farbumfang für die Farbsensoranordnung 130. Je größer der Farbumfang, desto größer wird im Allgemeinen N sein. Als Beispiel kann N ungefähr 2000 sein.
Der vorstehend erörterte Wert von l hängt von der Anzahl der Sensorausgaben ab. Es ist zu würdigen, dass l nicht gleich der Anzahl der LEDs sein wird, wenn ein Sensor mit mehreren Fotoflächen verwendet wird.
Wenn V_m, das den Satz von 10 LED-Sensorspannungen repräsentiert, der einer unbekannten Farbe mit einem wahren Spektrum S entspricht, gegeben ist, dann ist es ein Ziel des Algorithmus, eine Näherung des unbekannten, wahren Farbspektrums S zu liefern. Die Beziehung zwischen dem Koeffizientenvektor α der Karhunen-Loeve (KL) Transformation und den LED-Ausgaben kann bis auf eine Ablage als linear angenommen werden und kann daher ausgedrückt werden als α = AV (3)wobei V = [V_m 1] ein 11 × 1 Vektor für ein lineares affines Modell mit 10 LEDs in der Sensoranordnung 130 ist. V ist ein Vektor, der durch Erweitern des normierten Spannungsvektors V_m mit einem skalaren Wert von 1 ausgebildet wird. Wenn 12 LEDs in dem Sensoranordnung 130 verwendet würden, wäre daher V beispielsweise ein 13 × 1 Vektor für ein lineares affines Modell. A ist eine unbekannte Umwandlungsmatrix der Größe 36 × 11 für einen Sensor mit 10 LEDs und einem linearen affinen Modell. Der Fachmann wird würdigen, dass, wenn quadratische oder andere Terme eingeschlossen werden, die Anzahl der Elemente in dem Vektor V und in der Matrix A entsprechend größer werden, größer als jeweils 11 × 1 und 36 × 11. Wenn ein quadratischer Therm beispielsweise eingeschlossen wird, dann wird die Anzahl der Elemente in dem Vektor V 66 × 1 sein und die Anzahl der Elemente in der Matrix wird 36 × 66 Elemente sein.
Für den DKL-Algorithmus ist die Referenzdatenbank 172 eine Abbildung von KL-Transformationskoeffizienten, die den Referenzspektren S₁S₂ ... S_N entsprechen zu den Sen sorspannungen Z₁Z₂ ... Z_N. Daher kann die Referenzdatenbank 172 ausgedrückt werden als [α1α2 ... αN] ∊ Rn×N → [Z1Z2 ... ZN] ∊ Rl×N (4)
Hier sind α₁α₂ ... α_N die KL-Transformationskoeffizientenvektoren, die S₁S₂ ... S_N entsprechen.
Um die Matrix A in optimaler Weise zu berechnen, um ein angenähertes Spektrum Ŝ für eine durch die Sensoranordnung 130 gemessene Farbe zu erhalten, deren Ausgabe der erweiterte Vektor V = [V_m 1] ist, wird ein gewichtetes Kriterium kleinster Quadrate verwendet. Die optimale Lösung für die Matrix A, bezeichnet als A*, wird durch Minimieren der objektiven Funktion erhalten, definiert als
p ein ganze Zahl größer oder gleich 2 ist, und ε eine kleine positive Konstante ist. i repräsentiert den Index der Übungsbeispiele aus de Referenzdatenbank (S_i, Z_i). Geeignete Werte für p und ε können empirisch bestimmt werden. Beispiele für geeignete Werte, die für einen Sensor mit 8 oder 10 LEDs gewählt werden, sind p = 4 und ε = 1 × 10^–5. Die Lösung des vorstehend formulierten Optimierungsproblems kann einfach erhalten werden indem der Gradient von J in Bezug auf A gleich Null gesetzt wird. Dies führt zu dem Ergebnis A* = QP–1 (7)wobei
Sobald A* berechnet ist, kann ein genäherter Wert α ^ des Parametervektors α bestimmt werden durch α ^ = A*V (10)
Das angenäherte Spektrum Ŝ für die Zielfarbe, die durch die Sensoranordnung 130 gemessen wird, kann erhalten werden durch Ŝ = α ^T ϕ (11)wobei ϕ eine Matrix von Basisfunktionsvektoren ist, die durch Verwendung der KL-Transformation der Referenzspektren S₁S₂ ... S_N erhalten wird. Die Techniken zur Berechnung der Basisfunktionsvektoren und der Koeffizentenvektoren der KL-Transformation sind dem Fachmann wohlbekannt.
Der vorstehende Algorithmus bestimmt ein Spektrum, das von einer gemessenen Zielfarbe erhalten wird. Wenn spektrale Kurven für eine Vielzahl von Zielfarben erzeugt werden sollen, dann wird die Matrix A* für die Vielzahl der Zielfarben unter Verwendung der Gleichungen (5)–(11) für jede Farbe mit entsprechendem V-Vektor berechnet.
2 ist ein Ablaufdiagramm, das ein erstes beispielhaftes Verfahren zur Bestimmung von Spektren gemäß dieser Erfindung veranschaulicht. Beginnend mit dem Schritt S3000, schreitet der Prozess zum Schritt S3100 weiter, wo Übungsbeispiele von einer Referenzdatenbank eingegeben werden, und geeignete Werte für p, ε und N eingegeben werden. Der Prozess schreitet danach zum Schritt S3200 fort und empfängt einen Sensorwert, wie etwa eine Sensorspannung von jeder Beleuchtung in der Sensoranordnung. Weiterfahrend zum Schritt S3300 bestimmt der Prozess V durch Normierung der Sensorwerte, die von der Sensoranordnung erhalten werden, z. B. basierend auf einer Nachschlagtabelle für Weißstandardkalibrierung.
Als nächstes bestimmt im Schritt S3400 der Prozess die Matrix A* gemäß dem vorstehend beschriebenen Algorithmus. Der Prozess schreitet daraufhin zum Schritt S3500 fort, wo ein Spektrum bestimmt wird. Dieser Schritt wird durch Bestimmung von α ^ = A*V und durch Bestimmung der Spektren als Ŝ = α ^^T ϕ erreicht. Fortschreitend zum Schritt S3600 wird bestimmt, ob alle Farbproben gemessen worden sind. Wenn nicht alle Farbproben gemessen worden sind, schreitet der Prozess zum Schritt S3700 fort. Ansonsten springt der Prozess zu Schritt S3800.
Im Schritt S3700 wird die nächste Farbgruppe ausgewählt. Die Schritte S3200 bis S3600 werden daraufhin wiederholt. Wenn alle Farbproben gemessen worden sind, geht der Prozess zu Schritt S3800 und gibt die vollen Reflexionsspektren aus, d. h. die Reflexionskurve der Farbproben. Schließlich endet der Prozess im Schritt S3900.
Ein Nachteil des vorstehend beschriebenen Algorithmus besteht in der Berechnungskomplexität aufgrund der Notwendigkeit einer Matrixinversion, die in dem Schritt zur Bestimmung von A* = QP^–1 ersichtlich ist, jedes Mal, wenn ein neues Spektrum für jede durch die Sensoranordnung 130 gemessene Farbe erforderlich ist. Die Matrixinversion ist zeitaufwendig und kann sogar nicht lösbar sein, da P und P^–1 positiv definite-Matrixen sein müssen. Ein modifizierter DKL-Algorithmus, der dieses Problem behebt, wird nachfolgend beschrieben.
3 ist ein Ablaufdiagramm, das ein zweites beispielhaftes Verfahren zur Bestimmung von Spektren gemäß dieser Erfindung veranschaulicht. Beginnend mit dem Schritt S4000 schreitet der Prozess zu Schritt S4050 weiter, wo N Übungsbeispiele von einer Referenzdatenbank eingegeben werden und geeignete Werte für p, ε und N eingegeben werden. Weiterhin wird B(0) auf α²l gesetzt, wo α >> 1 ist und l die Einheitsmatrix der Größe 11 × 11 für einen Sensor mit 10 LEDs ist, D(0) eine Null-Matrix der Größe 36 × 11 ist und i der Index der rekursiven Iteration gleich 0 gesetzt wird. Ein geeigneter Wert für α kann empirisch bestimmt werden. Ein Beispiel für einen geeigneten Wert von α ist 1 × 10⁵.
Der Prozess schreitet daraufhin zu Schritt S4100 weiter und empfängt einen Sensorwert wie etwa eine Sensorspannung von jeder Beleuchtung in einer Sensoranordnung. Fortschreitend zu Schritt S4150 bestimmt der Prozess V durch Normieren der von der Sensoranordnung erhaltenen Sensorwerte, z. B. basierend auf einer Nachschlagtabelle für Weißstandardkalibrierung. Der Prozess schreitet daraufhin zu Schritt S4200 fort.
Im Schritt S4200 setzt der Prozess i = i + 1 und schreitet daraufhin zu Schritt S4250 fort. In Schritt S4250 rechnet der Prozess B(i + 1) und D(i + 1), wie gezeigt, wobei B(i) eine 11×11 Matrix ist und D(i) eine 36×11 Matrix ist, für einen Sensor mit 10 LEDs. Der Prozess schreitet daraufhin durch Schritt S4300 fort und bestimmt, ob i = N. Wenn i = N schreitet der Prozess zu Schritt S4350 fort. Ansonsten kehrt der Prozess zu Schritt S4200 zurück. Daher führt der Prozess eine rekursive Schleife aus, bis i = N.
Im Schritt S4350 wird ein genähertes Spektrum bestimmt. Dieser Schritt wird durch Bestimmen von α ^ = D(N)B(N)V, und durch Bestimmen des genäherten Spektrums als Ŝ = α ^^T ϕ erreicht. Fortschreitend zu Schritt S4400 wird bestimmt, ob alle Farbproben gemessen worden sind. Wenn nicht alle Farbproben gemessen worden sind, schreitet der Prozess zu Schritt S4450 fort. Ansonsten springt der Prozess zu Schritt S4500.
Im Schritt S4450 wird die nächste Farbprobe ausgewählt. Die Schritte S4100 bis S4400 werden daraufhin wiederholt. Wenn alle Farbproben gemessen worden sind, geht der Prozess zu Schritt S4500 und gibt die vollständigen Reflexionsspektren aus, d. h. die Reflexionskurve der Farbproben. Schließlich endet der Prozess im Schritt S4550.
Wie aus dem Vorhergehenden ersichtlich, benötigt das Verfahren der 3 keine Matrixinversion. Das Verfahren der 3 benötigt jedoch eine rekursive Schleife, was die Verarbeitungszeit vergrößert. Daher kann für einige Anwendungen das Verfahren der 2 gegenüber dem Verfahren der 3 vorgezogen werden, während für andere Anwendungen das Verfahren der 3 gegenüber dem Verfahren der 2 vorgezogen werden kann. Der Fachmann wird in der Lage sein, festzulegen, welches Verfahren für eine gegebene Anwendung passender ist.
4 ist ein funktionelles Blockschaltbild, das eine beispielhafte Ausführung eines Farbdetektionssystems 500 gemäß dieser Erfindung veranschaulicht. Das Farbdetektionssystem 500 schließt eine Eingabe/Ausgabeschnittstelle 110, eine Sensoranordnung 130, eine Steuerung 150, einen Speicher 160 und eine Referenzdatenbank 172 ein, die identisch zu den entsprechenden Elementen der 1 sein können, die durch einen Daten/Steuerbus 590 verbunden sind. Das Farbdetektionssystem 500 ist mit einer Nutzereingabeeinrichtung 200 über ein Link 210 verbunden, ähnlich zu der Eingabeeinrichtung 200 und der Verbindung 210, die vorstehend in Verbindung mit 1 beschrieben wurde. Das Farbdetektionssystem 500 ist ebenso mit einer Datensenke 400 über eine Verbindung 410 verbunden, die, ähnlich wie die Verbindungen 210 und 310 eine drahtbasierende, drahtlose oder optische Verbindung zu einem Netzwerk (nicht gezeigt) sein kann. Im Allgemeinen kann die Datensenke 400 irgendeine Einrichtung sein, die in der Lage ist, die verarbeiteten Daten, die durch das Farbdetektionssystem erzeugt werden, auszugeben oder zu speichern, wie etwa ein Drucker, ein Kopierer oder andere bilderzeugende Einrichtungen, eine Faksimileeinrichtung, eine Anzeigeeinrichtung, ein Speicher oder Ähnliches.
Das Farbdetektionssystem 500 ist oder kann in eine tragbare oder stationäre Einheit eingeschlossen sein, die besonders ausgelegt ist, die Farbe eines Zielobjektes zu messen. Im Einsatz wird das Farbdetektionssystem 500 mit der Sensoranordnung 130 so angeordnet, dass dieses dem Zielobjekt gegenüber liegt, die Sensoranordnung 130 wird wie vorstehend beschrieben aktiviert und daraufhin wird der vorstehend beschriebene Algorithmus durch die Steuerung 150 ausgeführt unter Verwendung der Daten von der Sensoranordnung 130 und der Referenzdatenbank 172, um ein angenähertes Spektrum Ŝ des Zielobjekts zu erhalten. Das genäherte Spektrum Ŝ wird daraufhin zu der Datensenke 400 ausgegeben.
Aus der vorstehenden Beschreibung ist zu würdigen, dass die Erfindung in Ausführungen ein Kalibrationswerkzeug für Scanner, Drucker, digitale Fotokopierer, etc. bereitstellt und dass die Erfindung in Ausführungen ein Farbmesswerkzeug bereitstellt, das ausgelegt ist, einmalige Farbmessungen von Zielobjekten bereitzustellen.
Das farberzeugende System 100 der 1 und das Farbdetektionssystem 500 der 4 werden vorzugsweise entweder in einem einzigen, programmierten Vielzweck-Computer oder getrenntem, programmierten Vielzweck-Computer implementiert, mit einer verknüpften Sensoranordnung 130 (und farberzeugender Einrichtung 120 im Fall der 1). Das farberzeugende System 100 und das Farbdetektionssystem 500 können jedoch ebenso auf einem programmierten Mikroprozessor oder Mikrokontroller und peripherem integrierten Schaltelement, einem ASIC oder anderer integrierter Schaltung, einem digitalen Signalprozessor, einer festverdrahteten Elektronik oder logischen Schaltung, wie etwa einem Schaltkreis mit diskreten Elementen, einer programmierbaren Logikeinrichtung, wie etwa eine PLD, PLA, FPGA, PAL oder Ähnlichem implementiert werden. Im Allgemeinen kann jegliche Einrichtung, die in der Lage ist eine finite Zustandsmaschine zu implementieren, die wiederum in der Lage ist, die Ablaufdiagramme der 2 und 3 zu implementieren, oder geeignete Abschnitte derselben, verwendet werden, um die Rekonstruktionseinrichtung für spektrale Kurven gemäß dieser Erfindung zu implementieren.
Weiterhin können die offenbarten Verfahren einfach in einer Software implementiert werden unter Verwendung von Objekten oder objektorientierter Software-Entwicklungsumgebung, die portable Quellcodes bereitstellt, der auf einer Vielzahl von Computern oder Arbeitsstations-Hardware-Plattformen verwendet werden kann. Alternativ dazu können geeignete Abschnitt des offenbarten farberzeugenden Systems 100 und des Farbdetektionssystems 500 teilweise oder vollständig in Hardware implementiert werden unter Verwendung von Standard-Logikkreisen oder einer VLSI-Auslegung. Ob Software oder Hardware verwendet wird, um die Systeme gemäß dieser Erfindung zu implementieren, ist abhängig von den Geschwindigkeits- und/oder Effizienzanforderungen des Systems, der bestimmten Funktion, und der bestimmten Software- oder Hardware-Systeme oder Mikroprozessoren oder Mikrocomputersysteme, die verwendet werden sollen. Die vorstehend beschriebenen Verarbeitungssysteme und Verfahren können jedoch leicht in Hardware oder Software unter Verwendung von irgendwelchen bekannten oder später entwickelten Systemen oder Strukturen, Einrichtungen und/oder Software durch den Fachmann auf diesem Gebiet implementiert werden, ohne übermäßiges Experimentieren aus der hier gelieferten funktionellen Beschreibung, zusammen mit einer allgemeinen Kenntnis im Stand der Technik von Computern.
Weiterhin können die offenbarten Verfahren einfach als Software implementiert werden, die auf einem programmierten Vielzweck-Computer, einem spezialisierten Computer, einem Mikroprozessor oder Ähnlichem ausgeführt wird. In diesem Fall können die Verfahren und Systeme dieser Erfindung als eine Routine implementiert werden, die auf einem Personalcomputer, oder als eine Quelle, die auf einem Server oder einer Arbeitsstation vorhanden ist, eingebettet werden, wie etwa eine Routine, die in einem Fotokopierer, einem Farbfotokopierer, einem Druckertreiber, einem Scanner oder Ähnlichem eingebettet ist. Die Systeme und Verfahren können ebenso durch physikalische Eingliederung in ein Software- und/oder Hardware-System, wie etwa dem Hardware- und Software-System eines Fotokopierers oder eines zweckgebundenen Bildverarbeitungssystem implementiert werden.

Claims

Spektralbestimmungssystem (500), umfassend: eine Vielzahl von Beleuchtungen; mindestens einen Fotodetektor, der Licht erfasst, das von der Vielzahl der Beleuchtungen entstammt und durch ein Ziel reflektiert wird, wobei der mindestens eine Fotodetektor Fotodetektorausgaben bereitstellt; eine Referenzdatenbank (172), die Karhunen-Loeve-Koeffizienten von Referenzspektren mit einer entsprechenden Vielzahl von normierten Fotodetektorausgaben für Referenzfarben korreliert; und eine Steuerung, die eingerichtet ist: die Vielzahl der Fotodetektorausgaben zu normieren, um normierte Fotodetektorausgaben bereitzustellen, wobei jede normierte Fotodetektorausgabe einer jeweiligen aus der Vielzahl der Beleuchtungen entspricht und einen tatsächlichen Reflexionswert angibt, der von dem Ziel bei einer bestimmten Lichtquellenlänge erhalten wird; Referenzdaten von der Referenzdatenbank (172) zu erhalten; und ein Spektrum Ŝ zu bestimmen durch Anwenden von mindestens einem Operator auf die normierten Fotodetektorausgaben, wobei der mindestens eine Operator eine Funktion von gewichteten Referenzdaten ist, wobei das Gewicht zunimmt, wenn ein gemessener Reflexionswert sich den normierten Detektorausgaben der entsprechenden Referenzdaten annähert.
Spektralbestimmungssystem gemäß Anspruch 1, wobei die Steuerung (150) den Bestimmungsschritt basierend auf Basisvektoren und linearen Operatoren durchführt.
Spektralbestimmungssystem gemäß Anspruch 2, wobei die linearen Operatoren eine Konversionsmatrix einschließen und bei dem Bestimmungsschritt die Steue rung einen Parametervektor α ^ berechnet durch Multiplizieren einer Matrix der Basisvektoren mit der Konversionsmatrix und das Spektrum Ŝ berechnet durch Ŝ = α ^T ϕ,wobei die ϕ Matrix der Basisfunktionsvektoren ist, die einer Karhunen-Loeve-Transformation der Referenzreflexionsspektren entspricht, die durch S₁S₂ ... S_N repräsentiert werden, wobei N eine Anzahl der spektralen Proben in der Referenzdatenbank ist.
Spektralbestimmungssystem gemäß Anspruch 3, wobei die Konversionsmatrix repräsentiert wird durch A* = QP–1 wobei
wobei w(i) eine Gewichtsfunktion darstellt, N eine Anzahl der spektralen Proben in der Referenzdatenbank ist, ein i-ter Karhunen-Loeve-Transformations-Koeffizientenvektor in der Referenzdatenbank ist, und Z_i eine i-te normierte Fotodetektorausgabe in der Referenzdatenbank ist.
Spektralbestimmungssystem gemäß Anspruch 4, wobei
wobei p eine ganze Zahl ist größer oder gleich 2 ist und ε eine kleine positive Konstante ist.
Spektralbestimmungssystem gemäß Anspruch 2, wobei die linearen Operatoren einschließen C(i) = ZiB(i) b(i) = w(i) + C(i)Zri B(i + 1) = B(i) – C(i)rC(i)/b(i) D(i + 1) = D(i) + αri Zi/w(i)wobei w(i) eine Gewichtsfunktion darstellt, α_i ein i-ter Karhunen-Loeve-Transformations-Koeffizientenvektor in der Referenzdatenbank ist, und Z_i eine i-te normierte Fotodetektorausgabe in der Referenzdatenbank ist, wobei die linearen Operatoren rekursiv berechnet werden, bis i = N, wobei B(0) und D(0) anfängliche Matrizen sind, die vorbestimmte Werte einschließen, und N eine Anzahl der spektralen Proben in der Referenzdatenbank ist; wobei in dem Bestimmungsschritt die Steuerung einen Parametervektor α ^ berechnet durch α ^ = D(N)B(N)Vund das Spektrum Ŝ berechnet durch Ŝ = α ^T ϕ.wobei ϕ eine Matrix von Basisfunktionsvektoren ist, die einer Karhunen-Loeve-Transformation der Referenzreflexionsspektren entsprechen, die durch S₁S₂ ... S_N repräsentiert werden.
Spektralbestimmungssystem gemäß Anspruch 6, wobei w(i) = ||V – Zi||p + ε,wobei p eine ganze Zahl größer oder gleich 2 ist und ε eine kleine positive Konstante ist.
Spektralbestimmungssystem gemäß Anspruch 2, wobei die Steuerung während des Bestimmungsschrittes eine Matrixinversion durchführt.
Spektralbestimmungssystem gemäß Anspruch 2, wobei die Steuerung während des Bestimmungsschrittes eine rekursive Schleife durchführt.
Farberzeugendes System, das das Spektralbestimmungssystem gemäß Anspruch 1 enthält.