高光譜成像技術(shù)為諸如智能手機(jī)和平板電腦等消費(fèi)類電子顯示器的色彩測量提供了一種有效的解決方案。

顯示技術(shù)性能的快速提高使得需要更好的度量工具來確保色彩和均勻性的準(zhǔn)確呈現(xiàn)。

幾十年來，低成本，簡單的3色濾光片成像儀器對陰極射線管（CRT）RGB監(jiān)視器的有限色域進(jìn)行了評估。四色，LCD，OLED和類似的新技術(shù)的出現(xiàn)，同時也伴隨著更高的消費(fèi)者意識和對性能的期望，因此需要更精確的成像儀器來執(zhí)行此類關(guān)鍵測量。傳統(tǒng)上，根據(jù)國際照明委員會（CIE）定義的顏色圖或空間中的各種坐標(biāo)系對顏色進(jìn)行量化。最常見的是x，y和u'，v'。這些地圖和其相應(yīng)的坐標(biāo)從基于人類觀察者的顏色匹配函數(shù)得到的從1931年進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)和1 976 1,2根據(jù)RGB濾波器的測量結(jié)果，可以隨后使用簡單的代數(shù)方程從地圖中計算出坐標(biāo)：

高性能分光輻射計通過引入基于色坐標(biāo)的光譜測量結(jié)果，提供了急需的精度改進(jìn)，因?yàn)樯势ヅ涔δ艿臏y量比僅近似響應(yīng)的濾光片更精確。這些可以看作是加權(quán)函數(shù)，可以根據(jù)這些加權(quán)函數(shù)精確地計算出坐標(biāo)：

但是，除非借助臺架或機(jī)械手在整個樣品區(qū)域進(jìn)行物理掃描，否則此類儀器只能進(jìn)行現(xiàn)場測量。這使得評估諸如色彩均勻性之類的特征的空間依賴性變得困難，費(fèi)時且昂貴。高光譜成像提供了一種解決方案，結(jié)合了能力成像色度計的優(yōu)勢，可以在一次測量中捕獲整個區(qū)域，并且具有光譜儀的精度。高光譜成像相機(jī)生成的數(shù)據(jù)的“超立方體”表示為圖像中每個像素收集的波長光譜。通過比較像素之間的光譜，可以立即識別出人眼甚至RGB相機(jī)無法觀察到的細(xì)微反射色差。存在多種光譜成像技術(shù)。最常見的高光譜成像相機(jī)類型是推掃系統(tǒng)，即物平面上的線在陣列傳感器上生成2D模式。完整的數(shù)據(jù)立方體（2D空間x 1D光譜）的收集需要機(jī)械掃描。雖然可以將分散元件做得很小，并且可以在短至1 ms的時間內(nèi)收集每個光譜，但是機(jī)械運(yùn)動使這些儀器有些笨重，并且容易出現(xiàn)未對準(zhǔn)的情況。此外，提高空間分辨率的代價是采集時間更長。

圖1：圖為HinaLea Imaging的4200型（頂部）。推掃光柵系統(tǒng)是最早由美國國家航空航天局（NASA）開發(fā)的高光譜相機(jī)，安裝在衛(wèi)星和機(jī)載平臺上以用于研究目的。波段序列，前視或快照成像儀不需要機(jī)械掃描。取而代之的是，可以依次選擇光譜帶的可調(diào)濾波器放置在傳感器的前面，并通過收集每個光譜帶的完整圖像來生成超立方體。采集時間不取決于像素的數(shù)量，而是取決于要采集的光譜帶的數(shù)量。這些成像儀特別適合需要高空間和光譜分辨率，可調(diào)節(jié)光譜范圍和小外形尺寸的應(yīng)用。通過在經(jīng)典的Fabry-Perot干涉儀（FPI）配置中控制反射鏡的反射率及其間距，可以實(shí)現(xiàn)高精細(xì)的光譜過濾。Kapolei是第一家將這種基于FPI的濾波配置并入電池供電的手持凝視高光譜成像相機(jī)的公司，該相機(jī)可捕獲550個光譜帶中的多百萬像素圖像在短短兩秒鐘內(nèi)。由于攝像機(jī)中的嵌入式硬件支持實(shí)時數(shù)據(jù)處理，因此避免了通常由高光譜系統(tǒng)生成的大型數(shù)據(jù)集。相反，相機(jī)可以識別感興趣的特征（在光譜域和空間域中），并在圖像中對這些特征進(jìn)行分類。功率受限的聲光可調(diào)濾光片（AOTF）或液晶可調(diào)濾光片的重現(xiàn)性較差的其他波段序列成像儀不同，F(xiàn)PI技術(shù)易于配置用于實(shí)驗(yàn)室臺式調(diào)查或生產(chǎn)線測試。

圖2：此處顯示用于顯示顏色測量的高光譜成像相機(jī)配置。

平板電腦和智能手機(jī)顯示屏的顏色測量示例

使用根據(jù)圖2配置的HinaLea Imaging VNIR高光譜相機(jī)（型號4200）捕獲了一系列消費(fèi)電子顯示器的數(shù)據(jù)立方體。在設(shè)備上顯示色塊測試圖案，對隨機(jī)選擇的目標(biāo)區(qū)域的光譜求平均值（5光譜，并計算出色度坐標(biāo)。圖3顯示了來自同一制造商的智能手機(jī)和平板設(shè)備的結(jié)果。兩者都是AMOLED（有源矩陣有機(jī)LED）顯示器，但可能來自不同的制造商。

圖3：此圖片中的是AMOLED手機(jī)和平板電腦的示例顯示器。為了評估顏色，它是相對光譜形狀，而不是計算坐標(biāo)所依據(jù)的強(qiáng)度，因此在此討論中不應(yīng)考慮后者。對紅色，藍(lán)色和綠色圖塊以及白色區(qū)域的光譜進(jìn)行的檢查清楚地顯示了每個光譜所得到的光譜之間的差異。

圖4（a，b，c，d）：此處顯示了在手機(jī)和平板電腦上顯示的白色區(qū)域，紅色，綠色和藍(lán)色圖塊的樣本區(qū)域的平均光譜比較。采樣的所有四個區(qū)域均顯示出明顯的差異，但最明顯的是紅色和藍(lán)色分量。計算出的色度坐標(biāo)的匯總表（圖5）證明了這一點(diǎn)。隨后用白色證明，這是三色成分的組合。否則這些差異可能無法通過常規(guī)過濾器方法檢測到或識別出來，并且實(shí)際上，鑒于這些設(shè)備來自同一制造商，目前可能使用的計量儀器無法做出此類區(qū)分。

圖5：在手機(jī)和平板電腦上顯示的白色區(qū)域，紅色，綠色和藍(lán)色圖塊的樣本區(qū)域的平均光譜計算得出的色度坐標(biāo)的比較列于此處。有趣的是，這會影響色域或設(shè)備所測量產(chǎn)生的顏色范圍（映射到色彩空間）（圖6）。除了空間信息之外，通過識別不僅對眼睛不可見而且對彩色（RGB）相機(jī)甚至是成像色度計不可見的圖像的區(qū)別，高光譜成像相機(jī)可以提供對顯示產(chǎn)品顏色指標(biāo)的更準(zhǔn)確，更快速的評估。

圖6：此處列出了色域坐標(biāo)的所得色域的列表比較，該色域坐標(biāo)是根據(jù)手機(jī)和平板電腦上顯示的白色區(qū)域，紅色，綠色和藍(lán)色瓷磚的樣本區(qū)域的平均光譜計算得出的。在所討論的示例中，高光譜成像系統(tǒng)能夠檢測到光譜差異，該光譜差異對來自同一制造商的兩個產(chǎn)品顯示器之間的色彩差異具有重大影響。由于具有便攜性以及動態(tài)改變光譜范圍和帶通能力的能力，高光譜成像技術(shù)可在檢查階段針對各種參數(shù)和關(guān)注點(diǎn)配置同一臺儀器，從而優(yōu)化準(zhǔn)確性。外星眼機(jī)器視覺認(rèn)為：精度更高的色彩檢測，可以滿足廠家使用多家供應(yīng)商的產(chǎn)品，對于廠家來說，可以更好的控制成本，和供貨周期，對于消費(fèi)者來說，電子產(chǎn)品不容易缺貨，而且還不影響屏幕的使用體驗(yàn)。

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