DE2906955A1

DE2906955A1 - Verfahren und vorrichtung zur farbwiedergabe

Info

Publication number: DE2906955A1
Application number: DE19792906955
Authority: DE
Inventors: Haruo Kamata; Sachie Minato
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1978-02-22
Filing date: 1979-02-22
Publication date: 1979-09-27
Also published as: CH631035A5; FR2418596A1; GB2015196B; GB2015196A; JPS54111720A; US4379292A; FR2418596B1

Description

TER MEER ■ MÜLLER ■ STEINMEISTER Nissan

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Farbwiedergabe gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Die Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren und einer Vorrichtung zum Anzeigen von Farben auf einer Farbwiedergabeeinrichtung und insbesondere mit einem Verfahren und einer Vorrichtung, bei denen elektrische Signale entsprechend den CIE-Farbwerten (Tristimulus-Werten) einer gewünschten Farbe zur Erzeugung der gewünschten Farbe verwendet werden.

Bei bekannten Verfahren zur fotoelektrischen Anzeige von Farben werden Farbfilter verwendet, durch die die ursprüngliche Farbe in Spektralkomponenten zerlegt wird, die sodann in entsprechende elektrische Signale umgewandelt werden, die dann ihrerseits zur Erzeugung der Originalfarbe herangezogen werden.

Die Erfindung ist auf ein verbessertes Verfahren zur Wiedergabe einer gewünschten Farbe sowie eine entsprechende Vorrichtung gerichtet.

25

Die Wiedergabe einer vorgegebenen Farbe oder der Farbabgleich erfolgt dadurch, daß die Spektralkomponenten der vorgegebenen Farbe analysiert werden, so daß sich eine Farbe mit denselben Spektralkomponenten wie die Ausgangsfarbe ergibt, oder es werden die Farbwerte der Ausgangsfarbe analysiert, so daß sich eine Farbe ergibt, die dieselben Farbwerte wie die Ausgangsfarbe aufweist. Wenn im letzteren Falle die reproduzierte Farbe ein Gemisch aus drei oder mehr Strahlungen unterschiedlicher Wellenlänge, wie etwa rot, grün und blau ist, ist der Farbabgleich ein Vorgang, bei dem die Farbwerte der zu erzeugenden Strahlungen mit den Farbwerten der gewünschten

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Farbe abgestimmt werden. Da das von der Anzeigeeinheit abgegebene Licht nicht notwendigerweise identisch mit dem von einem Gegenstand reflektierten Licht ist, besteht ein Problem darin, denselben Eindruck der Farbe, insbesondere in Bezug auf Helligkeit, wie bei dem tatsächlichen Gegenstand zu erwecken. Eine Lösungsmöglichkeit besteht darin, das von der Anzeigeeinrichtung abgegebene Licht mit einer Bezugsfarbe (beispielsweise weiß) zu vergleichen. Dies kann in einfacher Weise dadurch geschehen, daß die Bezugsfarbe angrenzend oder innerhalb der Wiedergabe-Mattscheibe abgebildet wird. Da die Helligkeit durch die Luminanz der gewünschten Farbe in Bezug auf die Luminanz der Bezugsfarbe bestimmt wird, kann, wenn die letztere konstant gehalten wird, die Helligkeit der gewünschten Farbe nur in Beziehung zu der Bezugsfarbe bestimmt werden.

Erfindungsgemäß wird eine Farbe auf einer Anzeigeeinrichtung derart wiedergegeben, daß sie dieselben Farbwerte wie die Ausgangsfarbe aufweist. Dabei wird eine Anzahl von Strahlungsquellen mit unterschiedlichen Wellenlängen verwendet. Die Farbwerte werden entsprechend den Emissions-Charakteristika der Strahlungsquellen modifiziert und zum Betreiben der Anzeigeeinheit Verwendet, so daß ein additives Strahlungsgemisch der Lichtquellen auf dem Bildschirm erscheint.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung der Spannung Vi als Funktion des Luminanz faktor s ei.. ; 35

Fig» 2A und 2B sind Flußdiagramme zur Erläuerung

der Ableitung der Spannung Vi aus

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den Farbdifferenzformeln des Munsell¹ sehen Farbsystems;

Fig. 3 ist eine schematische Darstellung des Farbwiedergabesystems der Er

findung.

Erfindungsgemäß werden bei der Farbwiedergabe die Farbwerte (Tristimulus-Werte) der gewünschten Farbe gemäß CIE (Commision Internationale d'Exlairage) bestimmt. Diese Farbwerte werden entsprechend elektrischer Signale gemäß den relativen Luminanz-Werten der zur Herstellung der gewünschten Farbe verwendeten Strahlungsquellen umgewandelt. Die Farbwerte der gewünschten Farbe werden in einem Computer entsprechend einem Satz von numerischen Daten erzeugt, die über eine Dateneingabeeinrichtung eingegeben worden sind. Die aus den Farbwerten gebildeten elektrischen Signale werden sodann in der Amplitude entsprechend den Emissions-Charakteristika der Abbildungseinrichtung korrigiert. Die Wiedergabeeinrichtung wird entsprechend den korrigierten elektrischen Signalen betrieben und erzeugt die gewünschte Farbe. Eine weiße Lichtstrahlung wird in einem bestimmten Bereich der Wiedergabe-Oberfläche erzeugt. Ein Spektral-Analysator analysiert die Spektralkomponenten des weißen Lichts und erzeugt einen Satz von Signalen, die den Farbwerten des weißen Lichts entsprechen. Diese Signale werden mit einem Satz von Bezugssignalen verglichen, die den Farbwerten eines weißen Bezugslichtes entsprechen, und des wird ein Satz von Fehlersignalen gebildet, die subtraktiv mit den Signalen kombiniert werden, die den Farbwerten der gewünschten Farbe entsprechen.

Wenn ein chromatisches Licht "C" mit den Farbwerten Xc, Yc und Zc auf einer Anzeigeeinheit wie etwa einer Farbbildröhre erzeugt wird, wird ein weißes Licht "W" in der Anzeigeeinheit als Bezugs-Luminanz gebildet, welches

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weiße Licht das hellste Licht ist, das in der Anzeigeeinheit erzeugt werden kann. Wenn mit "Lw" die Luminanz des weißen Bezugslichts und mit "Li" die Luminanz der Strahlung "i" sowie mit "n" die Anzahl der Strahlungsquellen bezeichnet wird, ergibt sich die folgende Gleichung:

η
Lw = Σ Li (1)

i=l

10

Diese Gleichung 1 läßt sich umschreiben in

η _T .

i=l ^Lvr

15

Mit Xw,Yw und Zw sollen die Farbwerte des weißen Lichts "W" und mit "x_w" und "y_w" die chromatischen oder Farbartkoeffizienten bezeichnet werden. Da "W" das hellste Licht ist, gilt

20

Yw = 1 (3)

Daher ist

η
Yw = Σ Yi = 1 (4)

In dieser Gleichung ist Yi = Li/Lw.

Wenn die chromatischen Koeffizienten x. und y. unabhängig von der veränderlichen Luminanz konstant sind, wie es üblicherweise bei der Steuerung herkömmlicher Farbfernsehsysterne der Fall ist, gilt für Xw und Zw

Xw = Σ <_i) Yi = Σ Xi ....,{5)

i=l ^yi i=l

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In dieser Gleichung ist

^xi Xi = (—) Yi

η 1-x.-y. η Zw = E (—τ~—-) Yl/ = Σ Zi (6)

i=l ^Yi i=l

in dieser Gleichung ist

Zi = (—-i—-) Yi.

Es soll angenommen werden, daß die Strahlungen additiv gemischt werden und ein Licht "C" ergeben, und daß sich die Luminanz einer Strahlung "i" als ^i (mit 0 =

1) ergibt. Für die Luminanz Lc des Lichts "C" gilt dann

η
Lc = t cL .Li (7)

ⁱ⁼¹

Daher ergibt sich die folgende Beziehung

i5 = Z ⁰^ ifk (8)

OC LW . . 1 LW

i=l

Da Yc = Lc/Lw ist, ergeben sich die Farbwerte Xc, Yc und Zc des Lichts C wie folgt :

η
Xc = Σ C^ .Xi ■ (9)

η
Yc = Σ CL Yi (10)

^ζ

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— 9 —

10 15

Betrachtet man nun die folgende Matrix A

A =

Xl, X2, ..... Xn Yl, Y2 , ..;.. Yn Zl, Z2, Zn

so gilt die folgende Gleichung :

Xc	= A	°°1
Yc		°°2
Zc

(12)

(13)

Die Matrix A wird bestimmt durch die chromatischen Koeffizienten (x.,y.) der Strahlungsquellen und die Luminanz Li, die zur Bildung des weißen Bezugslichts "W" verwendet wird. Alle genannten Werte sind meßbar.

20 25 30 35

Wenn drei gegenseitig unabhängige Lichtquellen zur Bildung eines chromatischen Lichts "C" verwendet werden, so gilt für den Luminanz-Faktor oL. . dieser Farbe die folgende Beziehung:

-1

Xc Yc Zc

(14)

In dieser Gleichung ist A die inverse Matrix zu der Matrix A. Sofern η gleich oder größer als 4 ist, ergeben sich Strahlungen unterschiedlicher Farbe, die erzeugt werden können durch die folgende Gleichung:

CC.

A)

Xc
Yc
Zc

(15)

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- 10 -

In dieser Gleichung ist A die transponierte Matrix zu A.

Die Spannung Vi, die zur Erzeugung von Strahlungen mit einer relativen Luminanz oder einem Luminanzfaktor OG^ notwendig ist, ergibt sich aus der Gleichung oC ^ = f_± (V₁) , so daß V₁ = g_± (ο6_±) gilt, wobei g^^ die inverse Funktion von f. ist.

Anschließend soll eine Anwendungsform des Grundgedankens der Erfindung beschrieben werden, bei der eine gegebene Farbe in Bezug auf Farbton, Farbwert (Helligkeit) und Farbart bzw. Sättigung entsprechend dem Farbsystem von Munsell reproduziert wird.

15

Farbton, Farbwert oder Helligkeit und Farbart oder Sättigung gemäß dem Munsell-Farbsystern stehen mit den Farbwerten X,Y und Z in Beziehung, wie es etwa in den "Japan Industrial Standards" Z 8721 festgelegt ist. Jeder gegebene Satz von Werten des Farbtons, des Lichtwertes und der Sättigung entspricht einem Satz von Farbwerten X,Y,Z, so daß die Möglichkeit besteht, eine Spannung Vi zu erzeugen, die an die Farbanzeigeeinheit angelegt wird, die das Licht einer Lichtquelle "i" erzeugt. Da es wesentlich einfächer ist, eine gegebene Farbe mit dem Munsell-Farbsystem zu spezifizieren als mit dem colorimetrischen XYZ-System oder dem colorimetrischen RGB-System, ermöglicht die Erfindung eine sehr einfache Art der Farbidentifizierung. Da die erwähnten japanischen Industrienormen Listen der Werte des Farbtons, des Farbwertes oder der Helligkeit und der Farbart oder Sättigung enthalten, bei denen bestimmte Werte in Beziehung zu den Farbwerten X,Y,Z gesetzt sind, ist es notwendig, bei Werten zwischen den in den Listen aufgeführten Werten zu interpolieren. Eine angenäherte Beziehung kann erreicht werden durch Verwendung eines Satzes von Farbdifferenzformeln gemäß den folgenden Beziehungen zu einem "gleichförmigen Farbraum" gemäß dem

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japanischen Farbforschungsinstitut (JCRI), 1975, für (L*, a¹, b¹)

L* = 116 (Y/Y_o) ' - 16

a' = 500 ka [(X/X₀)^1/3 - (Y/Y_Q)^1/3J b¹ = 200 kb Γ(Υ/Υ₀)^1/3 - (Z/Z₀ ^1/3 J

in diesen Gleichungen ist X_Q = 97,976, Y_Q = 100.000, Z₀ = 118,028.

10

1/3

1/3 _ _lv/v ,1/3

Wenn (X/X_Q) ^wJ - .(Y/Yq)¹'-³ >0, ka = 1,111

wenn (X/X_Q)^1/3 - (Y/Y_Q)^1/3 <0, ka = 0,958

^1/3

wenn (Y/Yq)¹/³ - (Z/Z_Q)^1/3 >0, kb = 0,699 wenn (Y/Y_Q)^1/3 - (Z/Z₀)^1/3 <0, kb = 1,234

In diesen Gleichungen stehen L*, aV und b¹ in folgender Weise zu dem Farbton (H), dem Farbwert (Helligkeit) (V) und der Sättigung (C) in Beziehung :

L* = 10V, a¹ = 5C cos6, b¹ = 5C sinö, 25

in dieser Gleichung ist θ = (27Γ/100)Η.

Die oben beschriebenen Gleichungen können wie folgt umgeschrieben werden :

30

.5C cose 10V + 16.3 ^{X Xo (} 500 Ka —TTe ^} .....(16)

116 .. .. » \ ι /1 ^Z - ^{Zo {} ΤΪ6—^} " ^} ⁽¹⁸⁾

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Bei einer praktischen Ausführungsform der Erfindung wird ein herkömmlicher Farbfernsehempfänger als Farbanzeigeeinheit verwendet. Die chromatischen Koeffizienten der roten, grünen und blauen Komponenten des Farbfernsehempfängers sind folgende:

Rot : X-. = 0,628, Y_ = 0,346 Grün: X_Q = 0,286, Y_Q = 0,588

10

Blau: X_D = 0,150, Y_n = 0,070

JtJ ü

Fig. 1 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung der Spannung Vi als Funktion des Luminanz-Faktors _i der roten, grünen und blauen Komponenten des von dem Bildschirm eines Farbfernsehempfängers ausgestrahlten Lichtes. Aus der Darstellung geht hervor, daß die roten, grünen und blauen Komponenten im wesentlichen dieselben charakteri-^ stischen Kurven aufweisen, die durch die folgenden Gleichungen angenähert werden können:

Vi = 10,0139οΟ_± ³ - 9,853oC_± ² + 3,799O0_± + 0,0204

(19)

für OX₅OO₁ < 0,5

Vi = -0,1758OC₁ ³ + 0,1250Oi₁ ²+ 0,6875θ0_± + 0,3477 (20) für 0,5 < oC_± i 1,0.

Die Farbwerte des weißen Bezugslichts lassen sich wie folgt angeben:
30

X_w = 0,9804

Y_w = 1,000

Z_w =1,1812

Unter Verwendung der obigen Daten ergibt sich die Matrix A wie folgt:

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,4746	,3075	0	,1955
,2626	,6458	0	,0912
,0197	,1450	1	,0165

Die inverse Matrix zu Ä lautet wie folgt

-1

2,7962 -1,2359 0,4279

-1,1528 2,0898 0,0342

0,1096 -0,2740 0,9877

Wenn die Farbwerte Xc,Yc und Zc gegeben sind, ergeben sich die Luminanz-Faktoren °L·, c^, und ⁰C₃ der roten, grünen und blauen Komponenten des Farbfernsehempfängers wie folgt:

€36,

= A

-1

XC

Yc 2c

.(21)

Diese Ituminanz-Faktoren werden verwendet, um den Luminanzfaktor «*/. der Gleichungen 19 und 20 zu ersetzen und die Spannung Vi zu ermitteln.

Fig. 2 ist ein Flußdiagramm zur Veranschaulichung der Verfahrensschritte, die zur Ermittlung der Spannung Vi unter Verwendung der Farbdifferenzformeln des Munsell¹ sehen Farbsystems, bei dem der Farbton, der Farbwert und die Sättigung mit H,V und C bezeichnet sind, notwendig sind.'

35

Bie Erfindung ermöglicht daher die Erzeugung einer Farbprobe, die dieselben Farbwerte aufweist wie die gewünschte Farbe, und die mit den Lichtcharakteristika des von einem Objekt reflektierten Lichtes in Beziehung stehen.

Fig.. 3 zeigt ein Farbanzeigesystem als eine Ausführungsform der Erfindung, das zur Durchführung des erfindungs-

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gemäßen Verfahrens dient. Das System umfaßt eine Dateneingangseinrichtung zum Eintasten verschiedener numerischer Daten in einen Mehrzweck-Computer mit den Teilen 11,T2 und 13. Zunächst werden numerische Daten, die den Farbton, den Farbwert und die Sättigung in dem Munsell¹ sehen Farbsystem repräsentieren, in den Computer 11 eingegeben, der die Eingangsdaten entsprechend den Schritten der Fig. 2A verarbeitet und Ausgangsdaten liefert, die den Farbwerten (Tristimulus-Werten) Xc,Yc und Zc der gewünschten Farbe entsprechen. Diese Ausgangsdaten gelangen an den nicht-invertierenden Eingang von Komparatoren 14, 15 und 16 und werden durch diese mit Korrektursignalen verglichen, die von dem Computer 13 abgegeben werden. Jedes Äusgangssignal der Komparatoren 14,15 und 16 gelangt an den Computer 12 zur Durchführung der Schritte der Fig. 2B. Im einzelnen werden die korrigierten Farbwerte Xc¹, Yc¹ und Zc' multipliziert mit der inversen Matrix von A, die von der Dateneingabeeinrichtung 10 an den Computer gelangt. Digitale Signale, die den Spannungen V_R,V_G und V_ß entsprechen, gelangen an einen Digital-Analog-Wandler 17, und die analogen Spannungswerte gelangen an die Elektronenkanonen der Kathodenstrahlröhre 18. Eine Strahl-Äblenkschaltung 19 dient zum Ablenken des Kathodenstrahls zur Abgabe eines weißen Bezugslichts entsprechend einem Satz von Bezugsspannungen, die über einen Rechner 22 von einem Generator 20 für weißes Bezugslichts zugeführt werden. Der Strahl ist so gerichtet, daß das weiße Be-. zugslichts Lw¹ von einem bestimmten Bereich 21 der Mattscheibe der Kathodenstrahlröhre abgegeben wird. Ein Spektralkomponenten-Änalysator spricht auf das abgegebene weiße Iricht an und analysiert die Spektralkomponenten des aufgenommenen weißen Lichts. Er gibt einen Satz von Signalen Xw¹, Yw¹ und Zw¹ ab, die den Farbwerten des weißen Lichts entsprechen, das die Emissions-Charakteristika der Phosphor-Materialien der Primär-Farben R, G und B reflektiert. Die Signale Xw', Yw' und Zw¹ gelan-

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gen an den nicht-invertierenden Eingang der Komparatoren 24,25 und 26 und werden mit Bezugsspannungen verglichen, die den jeweiligen Farbwerten Xw, Yw und Zw des absoluten, weißen Bezugslichts Lw entsprechen. Da die an die nichtinvertierenden Eingangskleitmien der Komparatoren 24,25 und 26 gelangenden Signale den Emissions-Charakteristika der Phosphor-Materialien der Primär-Farben entsprechen, sind die Ausgangssignale der Komparatoren 24,25 und 26 repräsentativ für die Abweichung der Emissions-Charakteristika von den absoluten Farbwerten. Die für die Abweichung repräsentativen Signale Δ Xw, Δ Yw und Δ Zw der Komparatoren 24 bis 26 gelangen an den Computer 13, durch den die Eingangssignale mit den numerischen Daten verarbeitet werden, die der Matrix A entsprechen, so daß Fehlerkompo

15 nenten Δου.

Iw

cO~ , und ΔoC_ der Luminanz-Faktoren 2w 3w

des weißen Bezugslichts entsprechend folgender Gleichung abgeleitet werden:

Iw 2w 3w

= A

-1

Δ χ Δ υ,

Δζ

(22)

Die Fehlerkomponenten, die auf diese Weise ermittelt worden sind, werden an die Eingangsklemmen der Komparatoren 14,15 und 16 gegeben.

Die Elektronenstrahlen der Kathodenstrahlröhre 18 werden entsprechend den AusgangsSignalen des Digital-Analog-Wandlers 17 über den Rechner 22 intensitäts-moduliert und durch die Ablenkschaltung 19 abgelenkt, so daß Strahlungen verschiedener Grundfarben entstehen und die abgegebenen Strahlen zu der gewünschten Farbe gemischt werden. Da die auf diese Weise gemischte Farbe repräsentativ für die Farbwerte der gewünschten Farbprobe ist, wird eine realistische Farbwiedergabe ermöglicht.

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Claims

PATENTANWÄLTE TER MEER - MÜLLER - STEINMEISTER

D-8000 München 22 D-4800 Bielefeld

Triftstraße 4 Siekerwall 7

PG23-78205
St/ri

NISSAN MOTOR COMPANY, LTD. No.
2, Takara-cho, Kanagawa-ku,
Yokohama City, Japan

Verfahren und Vorrichtung zur Farbwiedergabe

PRIORITÄT: 22. Februar 1978, Japan, No. 53-18544

PATENTANSPRÜCHE

1« Verfahren zur Wiedergabe einer gewünschten Farbe, dadurch gekennzeichnet, daß man die Farbwerte der gewünschten Farbe bestimmt, daß man die Farbwerte in entsprechende elektrische Signale umwandelt und daß man eine Farbe mit denselben Farbwerten wie die gewünschte Farbe entsprechend den elektrischen Signalen erzeugt.

2„ Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine

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Dateneingangseinrichtung (10) zum Eingeben eines Satzes numerischer Daten, eine erste Einrichtung (11,14,15, 16 ...) zur Erzeugung eines Satzes elektrischer Signale, die für die Farbwerte der gewünschten Signale entsprechend den eingegebenen numerischen Daten repräsentativ sind und eine zweite Einrichtung (17,20,22) zur Erzeugung von Strahlungen der verschiedenen Grundfarben entsprechend den elektrischen Signalen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Einrichtung weiterhin eine Anzahl von Komparatoren (14,15,16) umfaßt, die mit einer ersten Eingangsklemme eines der elektrischen Signale und mit einer zweiten Eingangsklemme ein Fehlerkorrektursignal aufnehmen und einen Satz von zweiten elektrischen Signalen (X ',Y ',Z ') erzeugen, und daß die zweite Einrichtung eine Kathodenstrahlröhre (18) mit einer Anzahl von Elektronenkanonen und einer Anzahl von licht-emittierenden Bereichen zur Erzeugung von Strahlen unterschiedlicher Wellenlängen bei Auftreffen der Elektronen umfaßt, daß weiterhin eine Einrichtung (12) zum Umwandeln der zweiten elektrischen Signale entsprechend den Emissions-Charakteristika der licht-emittierenden Bereiche zur Modulierung der Intensität der Elektronenstrahlen, eine Einrichtung, die eine Erzeugung eines weißen Lichts in einem bestimmten Bereich (21) der Mattscheibe der Elektronenstrahlröhre durch die Elektronenstrahlen bewirkt, eine Einrichtung (19) zur Ablenkung der intensitäts^modulierten Elektronenstrahlen und zur Erzeugung eines Bildes als Gemisch der Strahlungen unterschiedlicher Wellenlängen in verschiedenen Bereichen der Mattscheibe der Elektronenstrahlröhre, einen Spektralkomponenten-rAnalysator (23) zur Analyse der Spektralkomponenten des weißen Lichts und zur Erzeugung eines Satzes von vierten elektrischen Signalen (Xv/¹ ,Yw¹ ,Zw¹) entsprechend den Farbwerten des weißen Lichts, eine Anzahl von zweiten Komparatoren (24, 25,26), die mit einem ersten Eingang jeweils eines der

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vierten elektrischen Signale (Xw¹ bis Zw¹) und mit einem zweiten Eingang jeweils eines der Bezugssignale (Xw,Yw, Zw) entsprechend den Farbwerten des weißen Bezugslichts aufnehmen und einen Satz von fünften elektrischen Signalen (Xw₇Yw,Zw) erzeugen, die der Differenz zwischen den vierten und den BezugsSignalen entsprechen, und eine Einrichtung (13) umfaßt, die die fünften elektrischen Signale mit der inversen Matrix eines Satzes der Eingangsdaten multipliziert und einen Satz von sechsten elektrischen

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) erzeugt, die an die zweiten

Eingänge der ersten Komparatoren (14,15,16) gelangen.

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