WO2006079699A2 - Procede de calibration colorimetrique d’un appareil de capture d’image, appareil ainsi calibre et appication en colorimetrie - Google Patents

Procede de calibration colorimetrique d’un appareil de capture d’image, appareil ainsi calibre et appication en colorimetrie Download PDF

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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N17/00—Diagnosis, testing or measuring for television systems or their details
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    • H04N17/02—Diagnosis, testing or measuring for television systems or their details for colour television signals

Definitions

  • the invention relates to a method for the colorimetric calibration of an image - capturing apparatus, the image - capture apparatus thus calibrated, a method of measuring color using the calibrated apparatus and the adapted computer programs. in the implementation of said methods.
  • a digital camera as an image capture apparatus, but the invention also applies to other image capturing apparatus such as a scanner or digital camera (matrix or linear).
  • Digital cameras are designed to acquire colorful images that best reproduce, during editing, the visual perception of the photographed scene.
  • the International Commission on Illumination has proposed a mathematical model, the CIECAM97 (since replaced by the CIEGAM02 model), to correct the colors obtained during the acquisition of the image for the purpose of rendering them with a constant visual identity.
  • model adaptable to the means used for the production of this image and which uses ICC (International Color Consortium) profiles.
  • digital imagery now aims to edit images in respect of the visual identity of the original, to the detriment of the specific colorimetric identity.
  • the image provided by a digital camera, according to the transfer format of this image, compressed or not, is delivered with spot colors corrected so as to allow a certain constancy of the perceptual identity.
  • Digital cameras are therefore incapable of providing an image capable of being exploited in terms of physical color (as opposed to the perceived color obtained from the CIECAM model).
  • Every digital camera is equipped with a sensor and the sensors of digital cameras are all built on the same principle: they are composed of a multiplicity of pixels consisting, each, of at least three and more generally four photosites, each photosite forming filter.
  • a pixel may consist of a red photosite R, two green photosites G and a blue photosite B.
  • These different color filters for rendering the image in three primary colors are de facto a trichromatic system.
  • the pixels of the image produced thus correspond to the tristimulus values of the colors captured in the RGB system of the sensor.
  • the ICC system processes, however, all the pixels of an image with the same algorithm by considering a priori that the elements of the image are spatially uniform.
  • an acquisition system can not have a uniform spatial response because of a heterogeneous refraction of the radiation generated by the optical systems and the heterogeneity of the photosites.
  • ICC system nor digital cameras are therefore designed to characterize the colors of the shooting for colorimetric use. They are designed to produce images in the best perceptual quality, regardless of the computer device used. For some years now, there have been digital cameras with functions that are close to color measurement, but which are limited to needs that are not very demanding in terms of precision. Digital cameras called “multispectral" are an example.
  • a colored image is a multispectral image. It is, in fact, composed of at least three images, each filtered in a spectral band specific to one of the three primary additive colors: red, green and blue.
  • multispectral is generally understood to mean the use of more than three wavelength bands.
  • a filter wheel is generally available. This technique is used for space photos captured by satellite.
  • Each image corresponding to a specific band is stored in what is called an "image cube" (computer expression which designates a set of images of the same dimensions, the same suj and, of the same format, captured in different ways, generally at the same time. through filters of different wavelengths).
  • Software adapted to the search for specific information exploits the image cube.
  • Hyperspectral imagery is often referred to as parts of the spectrum being explored outside the visible range.
  • the equipment used uses interference optical filters to limit the spectral bandwidth of the camera to a desired wavelength range.
  • the units of color measurement for tristimulus characterization are usually defined by the CIE. They are deduced by linear transformation of the tristimular units X, Y and Z, defined by the CIE in 1931 and then in 1964 on the basis of the work characterizing the average standard observer.
  • a color, evaluated in tristimulus values, is expressed by the. proportions of the virtual mixture of three primary color streams capable of reproducing it identically under specific conditions of observation and illumination.
  • the primary colors must belong to a trichromatic system obeying the principle of trivariance, that is to say consist of the luminous fluxes of three real color radiations which may be arbitrarily chosen, provided only that none of them can be reproduced by an appropriate mixture of the two others. There is an infinite number of trichromatic systems that can all be linked to each other.
  • the tristimulus values of these primaries depend on the shooting conditions, and more particularly on the qualitative and quantitative nature of the lighting of the photographed scene. Indeed, it is an additive system, that is to say a mixture of luminous flux, and as filters, the transmitted color corresponds to the product of the spectral factor of transmission of the filter by the spectral factor energy flow incident.
  • the ICC profile of a digital camera based on the primary colors of the camera, may only be used under shooting conditions that are exactly the same as those used for their camera.
  • the direct method remains the most accurate but is materially inapplicable because it would be necessary to be able to measure the transmission spectral factor of each photosite of the sensor which are several million [n times the number of pixels, n being the number of photosites (ie filters) per pixel] and a micron ( ⁇ m) dimension.
  • the present invention provides a colorimetric calibration method of an image capture apparatus, incorporating a sensor comprising a multiplicity of pixels, each consisting of a series of photosites, said method comprising the following steps: (a) the supply
  • the known method in question the objective of which is to make it more efficient and faster to obtain an image cube from the shooting of a sample under several adjacent spectral bands in a region.
  • spectral of interest through the calibration of the spectrum of the illuminant: the illuminant is used to collect, in all wavelength bands, a spectral cube of a sample, the data of this image cube being then analyzed to determine the function of the spectral weight, after which this function is programmed in the illuminant spectral so that images using this spectral weight function can then be collected directly from the samples.
  • This known method therefore does not relate to the calibration of an image capture apparatus but to the calibration of the spectrum of the illuminant.
  • the calculation of the coefficients of the transfer matrix of step c) is carried out by virtue of the tristimulus values of the three primaries of each pixel obtained by the relationship recommended by the CIE (this relation being calculated from the values of the three linearized primers according to the known methods):
  • S (A) is the relative spectral distribution of energy of the selected illuminant
  • X ⁇ ) ⁇ Y ( ⁇ ) i Z ( X ) are the spectral tristimulus components defining the colorimetric reference observer CIE-1931 2 ° or CIE-1964 10 °,
  • ⁇ is the spectral interval corresponding to the width of the spectrum covered by an interference filter corresponding to a given position of the incremental monochromator
  • X ( X ) is the spectral transmittance of the photosite filter
  • ⁇ s is the normalization factor for illuminant S
  • ⁇ ⁇ £ is the energy flow returned at the output of the photosite (equivalent to the value returned in the RAW format),
  • T [ ⁇ ) is the spectral transmission factor of the photosite filter (unknown)
  • P ( J1 ) is the reflection factor of the monochrome screen (known by measurement with a spectrophotometer)
  • Sa is the relative spectral distribution of energy of the chosen (known) illuminant.
  • the transmission spectral factor of said filter ⁇ ⁇ x) of each photosite is calculated from the relation 5 above, the monochrome screen being necessarily White .
  • the screen is truly white when it has a coating close to the perfect reflector as defined by the recommendations of the CIE.
  • the spectral transmission factor specific to each photosite is deduced.
  • the knowledge of this transmission spectral factor assigned to each photosite then makes it possible, using the relationship recommended by the CIE, to calculate for each pixel the coefficients of a 3x3 transfer matrix of the RGB values of the pixel identified in the image towards the pixels.
  • CIE-XYZ units according to equations 1, 2 and 3. - These coefficients correspond to the tristimulus XYZ components of the RGB filters of the pixel's photosites.
  • the "indirect” mode has the advantage of accounting for the correlation coefficient of the filters of each pixel of the sensor with the spectral tristimulus components of the reference observer. In other words, it makes it possible to evaluate, for each pixel, the Sensor capabilities to correctly reproduce the physical colors and thus to achieve a true two-dimensional mapping of its colorimetric capabilities.
  • Matrix regression works all the better as the number of images is important. However, in the case of the use of a blank screen, this number is limited by the number of possible increments of the monochromator. Therefore, to multiply the number of images, we use a series of monochrome screens, one of which may be white and the others may have different shades of gray and / or be of various colors.
  • the use of a white screen although preferred, is not absolutely essential in the case of calibration in the indirect mode. Whether proceeding in the direct mode or the indirect mode, it leads to a two-dimensional tristimulus mapping of the sensor, as opposed to the one-dimensional system of the prior art mentioned above about the conversion of images of a given device. to transfer to another device.
  • the calculations of the one and the other method are carried out by a computer program which processes the information contained in the image cube to arrive at the two - dimensional color profile of the sensor, which profile is recorded in the form of a file that will be used later when applying the image capture apparatus in colorimetry.
  • the calibration method according to the invention is made pixel by pixel and not on the entire image as in the prior art. This punctual treatment of the image makes it possible to calibrate it by compensating for the unavoidable lack of spatial uniformity generated by the optical components of the acquisition system.
  • the method provides a colorimetric calibration superior to those obtained in the prior art because it takes into account the lack of homogeneity photosites which constitutes (and characterizes) the sensors, as well as the possible lack of homogeneity of illumination on the whole of the scene.
  • the standard deviation can be used to signal an abnormality photosite or defect of illumination and, possibly, allow a correction.
  • the calibration method according to the invention makes it possible to design a color measurement apparatus of a new generation having, in addition to the advantages mentioned, capabilities totally distinct from spectrophotometers and tristimulus colorimeters. Indeed, by calibrating an image capture apparatus, successively, under different known illuminants with the aid of shooting a series of reference colors chosen for their saturation and tone close to the spectral colors, it is possible to approach the spectral capabilities of the sensor. By automatically evaluating the white balance of each shot by the known methods used by the image capture devices of the market, a colorimeter is available which is capable of measuring the colors under different successive illuminants, whereas 'current devices are single illuminating.
  • a calibrated image capture apparatus that is to say associated with the storage file of the two-dimensional colorimetric profile specific to the sensor of said apparatus, may be used to evaluate physical colors in a reference colorimetric expression, provided that:
  • the measurement of the color of a colored sample using a calibrated image capture apparatus comprises the following steps:
  • the calculation of the tristimulus values of the sample can be done by means of a computer program implementing the known formulas.
  • a calibrated image capture apparatus may further include a program for performing said calculation of the tristimulus values of the sample.
  • the calibrated image capture apparatus of the present invention will provide a colorimetrically certified multitristimulus image beyond the capabilities of known materials on the market. Under certain shooting conditions realized with a constant setting (sensitivity, aperture, speed, focal length, ...) and an intensity of illumination constant, the exploitation of the image cube obtained must allow:
  • FIG. 1 is a diagram of the device used to calibrate a digital camera, according to the invention.
  • FIG. 2 is a diagram of the method of calibrating a digital camera, according to the invention.
  • the device used to calibrate a digital camera, represented in FIG. 1, comprises a digital camera 1, a white screen 2, a lighting system
  • integrating sphere being placed between the camera.
  • digital 1 and the white screen 2 and a monochromator 6 disposed between the illuminant 4 and the integrating sphere 5.
  • the lighting system 3, the shooting setting of the digital camera 1, as well as the geometry white screen 2 are constant.
  • the lighting system 3 can be replaced by a ceiling light or any other means of constant lighting.
  • the white screen 2 is represented in flat form, but this may have other shapes.
  • the monochromator 6 is an optical device capable of providing monochromatic radiation from white light and may therefore consist of a diffraction grating which disperses the white light (the selection being done with the aid of a slot), of a pivoting prism in front of a slot, an interference filter wheel or a series of diodes.
  • the interference filter wheel is a preferred embodiment and can then be located both at the exit of the illuminant 4 and at the lens of the digital camera 1. According to the position of the filter wheel , fluorescent colors may or may not be measurable.
  • Step A consists in adjusting the monochromator 6 according to a first incrementation.
  • step B an image is taken of the white screen 2, colored by the monochromatic light corresponding to this first incrementation.
  • the resulting image is then stored in step C in an image cube.
  • step D the number of shots Np is compared to the number of possible increments Ni of the monochromator and if Np ⁇ Ni, the steps A to D are repeated, with a constant camera setting of the camera. digital photo 1, until after a step ' D, it is found that the number of shots is equal to the number of possible increments of the monochromate ⁇ r 6.
  • step E The image cube is then complete and the The images that constitute it are used in step E by a computer program adapted to calculate the two - dimensional color profile of the sensor of the digital camera, either by the "direct” calibration method or by the calibration method. "indirect”, these terms being as explained above.
  • the calibration operation advantageously comprises, in addition to taking a series of Ni images from the white screen, where Ni is the number of increments of the monochromator, that is, - say a series of Nibi has nc images, taking other series of images Nig ri ⁇ i, Ni griS 2, etc. , Ni neck ieurif etc. , with as many "color screen” combinations / "No increments of the monochromator "that there are screens grisl, gris2, etc., townl, etc2, etc.
  • the blank screen 2 for example, a screen of a certain gray, said grisl, it resets the monochromator 6 and performs the same operation as the one that has been described with regard to the white screen 2.
  • the same procedure is applied to any other non-white screen and, at the end of the execution, an image cube is obtained which incorporates the information coming from the images Ni b: Unc , Ni gr isi / Nig ris2 , etc., Ni CO uieuri, Ni coulleU r2, etc.
  • the digital camera 1 is "calibrated", ie the profile is known. two-dimensional color of its sensor.
  • This profile is stored as a file on any suitable media, such as on a CD-ROM that can be used in a drive, on a card that can be integrated with the digital camera, or on a remote server.
  • the calibrated digital camera as shown in Figure 2, may be used in colorimetry. To do this, the calibrated digital camera, that is to say, associated with the file defining the two - dimensional color profile of the digital camera sensor, is placed under the same lighting conditions and setting parameters. view as it was calibrated. Then, we take a picture of a colored object whose color we want to measure.
  • the resulting image is processed by a computer program on the basis of the information contained in the file associated with the image capture apparatus and thus the tristimulus values of each pixel of the image are obtained. These values expressed in color differences will allow a control and a quality assurance of the color.

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Abstract

L'invention concerne un procédé de calibration colorimétrique d'un appareil de capture d'image, ledit procédé comprenant les étapes suivantes: a) la fourniture d'un appareil (1), d'un illuminant constant (4), d'un monochromateur incrémentable (6), d'une longueur d'onde à une autre, et d'un écran monochrome dont on connaît le facteur de réflexion par mesure préalable au spectrophotomètre, ledit monochromateur (6) étant positionné de telle manière qu'il influence le flux réfléchi par l'écran sous un illuminant (4) ; b) sous l'illuminant constant (4) et avec un paramétrage de prise de vue constant, la prise d'une série d'images dudit écran par ledit appareil (1) , pour chaque incrémentation dudit monochromateur (6) ; c) à partir desdites images, le calcul des coefficients d'une matrice de transfert définissant chaque pixel du capteur de l'appareil (1) et déterminant ainsi le profil colorimétrique bidimensionnel spécifique du capteur ; et d) le stockage dudit profil sous la forme d'un fichier de calibration.

Description

Procédé de calibration colorimétrique d' un appareil de capture d ' image, appareil ainsi calibré et application en colorimétrie .
L ' invention concerne un procédé de calibration colorimétrique d ' un appareil de capture d' image, l ' appareil de capture d ' image ainsi calibré, un procédé de mesure de couleur à l ' aide dudit appareil calibré et les programmes d ' ordinateur adaptés à la mise en œuvre desdits procédés .
Dans un souci de simplification, il sera fait référence à un appareil photo numérique comme appareil de capture d ' image, mais l ' invention s ' applique également à d ' autres appareils de capture d' image tels que scanner ou caméra numérique (matricielle ou linéaire ) .
Les appareils photo numériques sont conçus pour acquérir des images colorées aptes a reproduire au mieux, lors de l ' édition, la perception visuelle de la scène photographiée .
La Commission Internationale de l 'Eclairage (CIE) a proposé un modèle mathématique, le CIECAM97 (remplacé depuis par le modèle CIEGAM02 ) , pour corriger les couleurs obtenues lors de l ' acquisition de l ' image aux fins de les restituer à identité visuelle constante, modèle adaptable au moyen employé pour la production de cette image et qui utilise les profils ICC ( International Color Consortium) . L ' imagerie numérique a donc auj ourd' hui pour obj ectif d ' éditer des images dans le respect de l ' identité visuelle à l ' original, au détriment de l ' identité colorimétrique ponctuelle . L ' image fournie par un appareil photo numérique, selon le format de transfert de cette image, compressée ou non, est livrée avec des couleurs ponctuelles corrigées de manière à permettre une certaine constance de l ' identité perceptuelle .
Les appareils photo numériques sont donc inaptes à fournir une image capable d ' être exploitée sur le plan de la couleur physique (par opposition à la couleur perçue obtenue à partir du modèle CIECAM) . Tout appareil photo numérique est pourvu d' un capteur et les capteurs des appareils photo numériques sont tous construits sur le même principe : ils sont composés d ' une multiplicité de pixels constitués, chacun, d' au moins trois et plus généralement quatre photosites, chaque photosite formant filtre . Ainsi, un pixel pourra être constitué d 'un photosite rouge R, de deux photosites verts G et d'un photosite bleu B . Ces filtres de couleurs différentes destinés à restituer l ' image dans trois couleurs primaires constituent de facto un système trichromatique . Les pixels de l ' image produite correspondent donc aux valeurs tristimulus des couleurs capturées dans le système RGB du capteur .
La conversion de l ' expression RGB de chaque pixel dans un système normalisé XYZ est donc accessible et c ' est sur ce principe que repose le système ICC qui permet de convertir les images d ' un périphérique informatique donné pour pouvoir les transférer vers un autre périphérique . Ce système est utilisé depuis maintenant plus de 10 ans et on le qualifie de monodimensionnel . On entend par valeurs RGB, pour le transfert dans le système normalisé XYZ , les valeurs RGB linéarisées selon des méthodes connues .
Le système ICC, ainsi que les autres systèmes existants, traitent, cependant, tous les pixels d' une image avec le même algorithme en considérant a priori que les éléments de l ' image sont spatialement uniformes . Cependant, un système d' acquisition ne peut avoir une réponse spatiale uniforme du fait d' une réfraction hétérogène du rayonnement générée par les systèmes optiques et de l ' hétérogénéité des photosites .
Ni le système ICC, ni les appareils photo numériques ne sont donc conçus pour caractériser les couleurs de la prise de vue pour une utilisation colorimétrique . Ils sont conçus pour produire des images dans la meilleure qualité perceptuelle et ce, quel que soit le périphérique informatique utilisé . II existe, certes, depuis quelques années, des appareils photo numériques comportant des fonctions proches de la mesure des couleurs , mais qui se limitent à des besoins peu exigeants en précision . Les appareils photo numériques dits "multispectraux" en sont un exemple .
Par définition, une image colorée est une image multispectrale . Elle est , en fait , constituée d ' au moins trois images, filtrées, chacune, dans une bande spectrale spécifique à l ' une des trois couleurs primaires additives : le rouge, le vert et le bleu .
Cependant, on entend généralement par multispectral l ' utilisation de plus de trois bandes de longueur d ' onde . Pour obtenir une image par bande spectrale on dispose généralement d ' une roue à filtres . Cette technique est utilisée pour les photos spatiales capturées par satellite . Chaque image correspondant à une bande spécifique est stockée dans ce qu ' on appelle un "cube image" (expression informatique qui désigne un ensemble d ' images de mêmes dimensions, du même suj et, de même format, capturées de manières différentes , généralement au travers de filtres de tranches de longueur d ' onde différentes ) . Un logiciel adapté à la recherche d ' information spécifique exploite le cube image .
Le nombre de filtres utilisés peut dépasser la dizaine . On parle souvent d' imagerie hyperspectrale quand des parties du spectre exploré se situent en dehors du visible .
Ces photos prises depuis l ' espace ne peuvent, et n ' ont pas besoin, d' être exigeantes en matière de couleur . L ' équipement utilisé a recours à des filtres optiques interférentiels pour limiter la largeur de bande spectrale de l ' appareil photo à une gamme de longueurs d ' onde désirée .
Ces dispositifs sont destinés à recueillir des informations colorimétriques de nature spectrale . Ils se distinguent donc de l ' obj et de la présente invention qui se propose de caractériser les couleurs de manière tristimulaire .
Les unités de mesure des couleurs pour la caractérisation tristimulaire sont généralement définies par la CIE . Elles sont déduites par transformation linéaire des unités tristimulaires X, Y et Z, définies par la CIE en 1931 puis en 1964 sur la base des travaux caractérisant l ' observateur standard moyen.
Une couleur, évaluée en valeurs tristimulus, est exprimée par les. proportions du mélange virtuel de trois flux de couleur primaire susceptible de la reproduire à l ' identique dans des conditions déterminées d' observation et d' éclairement . Les couleurs primaires doivent appartenir à un système trichromatique obéissant au principe de trivariance, c ' est-à-dire être constituées des flux lumineux de trois rayonnements de couleur réels qui peuvent être arbitrairement choisis, sous la seule réserve qu ' aucun d ' eux ne puisse être reproduit par un mélange approprié des deux autres . Il existe donc une infinité de systèmes trichromatiques pouvant tous être liés les uns aux autres .
Quel que soit le système unitaire des primaires choisi, il existe touj ours une matrice 3x3 de passage P permettant de passer d' un système à l ' autre et une matrice de passage inverse P"1 permettant la transformation inverse . R, G et B sont les valeurs des trois primaires recherchées exprimées dans un système RGB trivariant pour caractériser une couleur connue dans le système X, Y et Z . XR, YR et ZR sont les valeurs tristimulus XYZ de la primaire rouge, XgYgZg de la primaire verte et XbYb^b de la primaire bleue . Ces 9 coefficients constituent les coefficients de la matrice 3x3.
Il suffit donc de caractériser une couleur dans le système XYZ pour l ' évaluer dans tout autre système trichromatique . L ' opération inverse est possible . Ces transferts impliquent la condition expresse de connaître avec précision les valeurs tristimulus XYZ de chacune des primaires avec lesquelles il sera possible d ' établir la matrice 3x3 de transfert .
Pour déterminer avec précision les valeurs tristimulus XYZ des primaires du système trichromatique du capteur d ' un appareil photo numérique, il faut connaître avec précision les valeurs tristimulus des filtres , c ' est- à-dire des photosites , composant le capteur .
Les valeurs tristimulus de ces primaires dépendent des conditions de prise de vue, et plus particulièrement de la nature qualitative et quantitative de l ' éclairage de la scène photographiée . En effet, il s ' agit d ' un système additif, c ' est-à-dire un mélange de flux lumineux, et s ' agissant de filtres , la couleur transmise correspond au produit du facteur spectral de transmission du filtre par le facteur spectral énergétique du flux incident . Le profile ICC d ' un appareil photo numérique , établi sur la base des couleurs primaires de l ' appareil ne peut s ' appliquer que dans des conditions de prise de vue strictement identiques à celles utilisées pour leur établissement .
En fait, tout se passe comme si l ' appareil photo numérique changeait de capteur à chaque prise de vue . Car, pour évaluer la .couleur perçue à la sortie du capteur, il faut aj outer au produit "facteur spectral de transmission de filtre par facteur spectral énergétique du flux incident" le facteur spectral de sensibilité du capteur, lequel varie avec l ' intensité lumineuse d' excitation et la zone spatiale de l ' image .
En conséquence, pour intégrer un appareil photo numérique à un dispositif de mesure de la couleur, il faut "calibrer colorimétriquement le capteur de façon bidimensionnelle" à chaque prise de vue dans le cas de conditions • de prise de vue variables ou, pour une série de prises de vue, dans le cas de conditions de prise de vue constantes pour la série . La calibration, ou l ' acquisition de la connaissance des primaires d ' un système additif de capture, ne peut s ' obtenir que de deux façons :
- soit directement, en mesurant le facteur spectral de transmission des photosites du capteur, pour calculer les valeurs tristimulus des primaires qui sont les coefficients de la matrice,
- soit indirectement , en déduisant mathématiquement les coefficients de la matrice de transfert RGB vers XYZ à partir de la connaissance des valeurs RGB d' un échantillon de couleurs connues dans le système XYZ .
La méthode directe demeure la plus précise mais se trouve matériellement inapplicable car il faudrait être capable de mesurer le facteur spectral de transmission de chaque photosite du capteur qui sont au nombre de plusieurs millions [n fois le nombre de pixels , n étant le nombre de photosites ( c ' est-à-dire de filtres ) par pixel] et d' une dimension de l ' ordre du micron (μm) .
Pour contourner cette impossibilité, la présente invention apporte un procédé de calibration colorimétrique d ' un appareil de capture d ' image, incorporant un capteur comprenant une multiplicité de pixels, constitués chacun d' une série de photosites, ledit procédé comprenant les étapes suivantes : - a) la fourniture :
• d' un appareil de capture d ' image,
• d' au moins un illuminant constant,
• d ' un monochromateur incrémentable d ' une longueur d ' onde à une autre, et • d' un écran monochrome ' dont on connaît le facteur de réflexion par mesure préalable au spectrophotomètre, ledit monochromateur étant positionné de telle manière qu ' il influence le flux réfléchi par ledit écran monochrome sous ledit au moins un illuminant ;
- b) sous le ou l' un desdits illuminants constants et avec un paramétrage de prise de vue constant, la prise d ' une série d ' images dudit écran monochrome par ledit appareil de capture d' image pour chaque incrémentation dudit monochromateur et, le cas échéant, la répétition de l' opération, successivement , pour chacun des autres illuminants ;
- c) à partir desdites images , le calcul des coefficients d' une matrice de transfert définissant chaque pixel du capteur de l ' appareil de capture d' image et déterminant ainsi le profil colorimétrique bidimensionnel spécifique du capteur ; et
- d) le stockage dudit profil colorimétrique bidimensionnel spécifique du capteur sous la forme d'un fichier de calibration .
Il est bien entendu que ce fichier de calibration est constitué par rapport au spectrophotomètre qui a servi à mesurer le facteur de réflexion de l ' écran monochrome .
Par paramétrage de prise de vue constant, on entend la constance des paramètres photographiques tels que vitesse d ' obturation, focale, sensibilité ... Chaque image, correspondant à une incrémentation du monochromateur, est capturée sous un format RAW, dans son état "brut de sortie du capteur" , format dépendant des capacités du capteur . L ' ensemble de ces images est stocké dans un cube image qui permet de calculer pour chaque pixel les valeurs tristimulus des trois primaires .
On rappellera, en tant que de besoin, que le format RAW spécifique du capteur est non standardisé et demeure la propriété du constructeur.
Il y a lieu de ne pas confondre le procédé selon l ' invention avec le type de procédé décrit, par exemple, dans US 2002/001080.
En effet, le procédé connu en question, dont l ' obj ectif est de rendre plus efficace et plus rapide l ' obtention d ' un cube image à partir de la prise de vue d ' un échantillon sous plusieurs bandes spectrales adj acentes dans une région spectrale d ' intérêt, passe par la calibration du spectre de l ' illuminant : l ' illuminant est utilisé pour collecter, sous toutes les bandes de longueur d' onde, un cube spectral d' un échantillon, les données de ce cube image étant ensuite analysées pour déterminer la fonction du poids spectral, après quoi cette fonction est programmée dans l ' illuminant spectral de sorte que les images utilisant cette fonction de poids spectral peuvent être ensuite collectées directement depuis les échantillons .
Ce procédé connu ne porte donc pas sur la calibration d' un appareil de capture d' image mais sur la calibration du spectre de l ' illuminant .
Pour en revenir au procédé selon l ' invention, le calcul des coefficients de la matrice de transfert de l ' étape c) est effectué grâce aux valeurs tristimulus des trois primaires de chaque pixel obtenues par la relation recommandée par la CIE (cette relation étant calculée à partir des valeurs des trois primaires linéarisées selon les méthodes connues ) :
Figure imgf000010_0001
équation 1
Y = Σλas.Ya).T{X).S(X).Aλ équation 2
Figure imgf000010_0002
équation 3
où : S(A) est la répartition spectrale relative d ' énergie de l ' illuminant choisi ;
X {λ) ι Y (λ) i Z (X) sont les composantes trichromatiques spectrales définissant l ' observateur de référence colorimétrique CIE-1931 2° ou CIE-1964 10° ,
Δλ est l ' intervalle spectral correspondant à la largeur du spectre couverte par un filtre interférentiel correspondant à une position donnée du monochromateur incrémentable,
X(X) est le facteur spectral de transmission du filtre du photosite, et αs est le facteur de normalisation afférent à l' illuminant S
αs = ' é< quation 4
Figure imgf000011_0001
A chaque incrémentation du monochromateur, le capteur renvoie :
ψ{i) ≈τw.pw.Sw.Aλ équation 5
où: φ{£) est le flux énergétique renvoyé à la sortie du photosite (équivalent à la valeur retournée dans le format RAW) ,
T[χ) est le facteur spectral de transmission du filtre du photosite (inconnu) , P(J1) est le facteur de réflexion de l ' écran monochrome (connu par mesure avec un spectrophotornètre) , et
Sa) est la répartition spectrale relative d' énergie de l ' illuminant choisi (connu) .
Dans un premier mode de mise en oeuvre de l ' invention, dit "direct" , on calcule le facteur spectral de transmission dudit filtre τ^x) de chaque photosite à partir de la relation 5 ci-dessus , l ' écran monochrome étant nécessairement blanc .
Si l ' écran monochrome est véritablement blanc, c ' est- à-dire proche du diffuseur parfait, on considère que p(λ) = 1 et on peut donc calculer t(χ) :
τ(λ) = équation 6
Figure imgf000011_0002
On considère que l' écran est véritablement blanc quand celui-ci présente un revêtement proche du réflecteur parfait tel que défini selon les recommandations de la CIE.
Si l ' écran monochrome n ' est pas véritablement blanc, la valeur réelle de Pα> > telle que mesurée au spectrophotomètre, est utilisée dans • l ' équation cidessous et on peut calculer xiX) : φw tai = équation 7
Sw.pwAλ
En assemblant ces facteurs de transmission pour l ' ensemble des incrémentations du monochromateur, on en déduit le facteur spectral de transmission spécifique à chaque photosite . La connaissance de ce facteur spectral de transmission affecté à chaque photosite permet alors , en utilisant la relation recommandée par la CIE, de calculer pour chaque pixel les coefficients d ' une matrice 3x3 de transfert des valeurs RGB du pixel repéré dans l ' image vers les unités CIE-XYZ selon les équations 1 , 2 et 3. - Ces coefficients correspondent aux composantes tristimulus XYZ des filtres RGB des photosites du pixel .
Dans un second mode de calibrâtion, dit "indirect" , on dispose de plusieurs écrans colorés caractérisés , chacun, par leur facteur de réflexion 0<p;χ)<l que l ' on mesure au spectrophotomètre . On calcule alors les valeurs tristimulus de chaque écran monochrome en utilisant les équations 1, 2 et 3 mais en remplaçant τ{λ) par le produit P(λ) - Φ(λ) r où (J)(X) est le facteur spectral de transmission du filtre interférentiel correspondant à une position donnée du monochromateur incrémentable . On a accès , pour chaque incrémentation, aux valeurs RGB correspondantes inscrites dans le fichier RAW . Si on utilise Ni incrémentations avec Ne écrans monochromes , on dispose alors de Ni . Ne données pour calculer la matrice de transfert par régression matricielle convergente .
Par rapport au mode de calibration - "direct" décrit plus haut , le mode "indirect" présente l ' avantage de rendre compte du coefficient de corrélation des filtres de chaque pixel du capteur avec les composantes trichromatiques spectrales de l ' observateur de référence . En d ' autres termes, il permet d ' évaluer, pour chaque pixel, les capacités du capteur à reproduire correctement les couleurs physiques et donc de réaliser une véritable cartographie bidimensionnelle de ses capacités colorimétriques .
La régression matricielle fonctionne d ' autant mieux que le nombre d ' images est important . Or, dans le cas de l ' usage d ' un écran blanc, ce nombre est limité par le nombre d ' incréments possibles du monochromateur . Par conséquent , pour multiplier le nombre d ' images, on utilise une série d' écrans monochromes , dont l ' un pourra être blanc et dont les autres pourront avoir différentes nuances de gris et/ou être de couleurs variées . Le recours à un écran blanc, bien que préféré, n ' est cependant pas absolument indispensable dans le cas de la calibration selon le mode indirect . Que l ' on procède selon le mode direct ou selon le mode indirect, on aboutit à une cartographie tristimulaire bidimensionnelle du capteur, par opposition au système monodimensionnel de l ' art antérieur rappelé plus haut à propos de la conversion des images d ' un périphérique donné pour transfert vers un autre périphérique .
Il est bien entendu que les calculs de l ' une et l ' autre méthode sont effectués par un programme d' ordinateur qui traite les informations contenues dans le cube image pour aboutir au profil colorimétrique bidimensionnel du capteur, lequel profil est enregistré sous la forme d' un fichier que l ' on utilisera ultérieurement lors de l ' application de l ' appareil de capture d ' image en colorimétrie . Quelle que soit la méthode retenue, le procédé de calibration selon l ' invention est fait pixel par pixel et non sur la totalité de l ' image comme dans l ' art antérieur . Ce traitement ponctuel de l ' image permet de la calibrer en palliant l ' incontournable manque d ' uniformité spatial généré par les composants optiques du système d ' acquisition . En outre, le procédé apporte une calibration colorimétrique supérieure à celles obtenues dans l ' art antérieur car il prend en compte le manque d ' homogénéité des photosites qui constitue (et caractérise ) les capteurs , ainsi que le manque éventuel d' homogénéité d' éclairement sur la totalité de la scène . Enfin, il autorise une traçabilité utile en appréciant l ' écart type de chaque primaire sur l ' échantillon de la totalité des pixels qui constituent l ' image, ces écarts types pouvant 'être utilisés pour signaler une anomalie du photosite ou un défaut d ' éclairement et , éventuellement, permettre une correction .
Dans de nombreux procédés de transfert, la calibration colorimétrique de l ' image, pixel par pixel , contribuera à un meilleur rendu des couleurs .
Le procédé de calibration selon l ' invention permet de concevoir un appareil de mesure des couleurs d ' une nouvelle génération possédant, en plus des avantages cités, des capacités totalement distinctes des spectrophotomètres et des colorimètres tristimulus . En effet , en calibrant un appareil de capture d ' image, successivement, sous différents illuminants connus à l ' aide de prise de vue d' une série de couleurs de référence choisies pour leur saturation et tonalité proches des couleurs spectrales, il est possible d' approcher les capacités spectrales ponctuelles du capteur . En évaluant, de manière automatique, la balance des blancs de chaque prise de vue par les procédés connus utilisés par les appareils de capture d ' image du marché, on dispose d ' un colorimètre capable de mesurer les couleurs sous différents illuminants successifs alors que les ' appareils actuels sont mono illuminant . Cette dernière propriété permet de déterminer certains indices de métamérie des couleurs inaccessibles aux colorimètres tristimulus . Le procédé utilisant les valeurs en provenance du fichier RAW, on peut déduire les composantes tristimulus d' une même couleur sous différents illuminants successifs et , en conséquence, avoir accès à une certaine forme d' indice de métamérie . Ainsi, un appareil de capture d ' image calibré, c ' est- à-dire associé au fichier de stockage du profil colorimétrique bidimensionnel spécifique du capteur dudit appareil, pourra être utilisé pour évaluer des couleurs physiques dans une expression colorimétrique de référence , à condition :
- d ' avoir accès aux informations brutes de sortie du capteur, c ' est-à-dire à la lecture des fichiers RAW, et
- de vérifier que les filtres chromatiques du capteur sont dans une configuration spectrale obéissant au principe de trivariance .
La mesure de la couleur d' un échantillon coloré à l ' aide d ' un appareil de capture d' image calibré selon l ' invention comprend les étapes suivantes :
- a) au moyen dudit appareil, de capture d' image calibré, la prise d' une image dudit échantillon coloré, sous le ou l' un desdits illuminants et sous un paramétrage de prise de vue identiques à ceux du procédé qui a été utilisé pour la calibration dudit appareil , et, le cas échéant, la répétition de l' opération, successivement , pour chacun des autres illuminants ; et
- b) le calcul des valeurs tristimulus de l ' échantillon à partir, d'une part, de l ' image obtenue par ledit appareil de capture d ' image et , d ' autre part , du fichier de calibration associé audit appareil de capture d ' image .
Le calcul des valeurs tristimulus de l ' échantillon pourra se faire au moyen d ' un programme d ' ordinateur mettant en œuvre les formules connues .
Un appareil de capture d' image calibré , selon l ' invention, pourra comprendre, en outre, un programme pour exécuter ledit calcul des valeurs tristimulus de l ' échantillon .
L ' appareil de capture d ' image calibré selon l ' invention fournira une image multitristimulus certifiée colorimétriquement au-delà des capacités des matériels connus du marché . Sous certaines conditions de prises de vue réalisées avec un paramétrage constant ( sensibilité, ouverture, vitesse, focale, ... ) et une intensité d ' éclairement constante, l ' exploitation du cube image obtenu doit permettre :
- de rendre son autonomie à l ' appareil de capture d ' image, et - d ' évaluer les couleurs de façon indépendante de la nature qualitative de l ' éclairage .
L ' invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée suivante faite en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est un schéma du dispositif utilisé pour calibrer un appareil photo numérique, selon 1 ' invention ; et
- la figure 2 est un schéma du procédé de calibration d' un appareil photo numérique, selon l ' invention Le dispositif utilisé pour calibrer un appareil photo numérique, représenté à la figure 1 , comprend un appareil photo numérique 1 , un écran blanc 2 , un système d' éclairage
3 comprenant un illuminant 4 et une sphère intégrante 5
( sphère dont la surface interne est tapissée d' un revêtement blanc diffusant , proche du réflecteur parfait, recommandé par la CIE pour les géométries d ' observation normalisées) , ladite sphère intégrante 5 étant placée entre l ' appareil photo . numérique 1 et l ' écran blanc 2 , et un monochromateur 6 disposé entre l' illuminant 4 et la sphère intégrante 5. Le système d ' éclairage 3, le paramétrage de prise de vue de l ' appareil photo numérique 1, ainsi que la géométrie de l ' écran blanc 2 sont constants .
Le système d' éclairage 3 peut être remplacé par un plafonnier ou tout autre moyen d' éclairage constant . De même, l ' écran blanc 2 est représenté sous forme plate mais celui-ci peut avoir d ' autres formes .
Le monochromateur 6 est un dispositif optique capable de fournir une radiation monochromatique à partir de la lumière blanche et peut donc être constitué d ' un réseau de diffraction qui disperse la lumière blanche (la sélection se faisant à l ' aide d ' une fente) , d ' un prisme pivotant devant une fente, d ' une roue à filtres interférentiels ou d' une série de diodes .
La roue à filtres interférentiels est un mode de réalisation préféré et peut, alors, se situer aussi bien à la sortie de l ' illuminant 4 que devant l ' obj ectif de l ' appareil photo numérique 1. Selon la position de la roue à filtres, les couleurs fluorescentes peuvent être ou ne pas être mesurables .
Le principe de ce dispositif de calibration est illustré à la. figure 2. Le dispositif étant placé comme représenté à la figure 1 , et le monochromateur est mis à zéro, l ' é.tape A consiste à régler le monochromateur 6 selon une première incrémentation . A l ' étape B, il est pris une image de l ' écran blanc 2 , coloré par la lumière monochromatique correspondant à cette première incrémentation . L ' image obtenue est alors stockée, à l ' étape C, dans un cube image . A l ' étape D, on compare le nombre de prises de vue Np au nombre d ' incrémentations possibles Ni du monochromateur et si Np<Ni, les étapes A à D sont répétées, avec un paramétrage de prise de vue constant de l ' appareil photo numérique 1 , jusqu ' à ce qu ' a l ' issue d' une étape' D, il soit constaté que le nombre de prises de vue est égal au nombre d' incrémentations possibles du monochromateμr 6. Le cube image est alors complet et les images qui le constituent sont exploitées, à l ' étape E par un programme d ' ordinateur adapté à calculer le profil colorimétrique bidimensionnel du capteur de l ' appareil photo numérique, soit par le procédé de calibration "direct" , soit par le procédé de calibration "indirect" , ces termes étant tels qu ' explicités plus haut .
Dans le cas du procédé indirect, cependant, , l ' opération de calibrage comporte avantageusement, outre la prise d ' une série de Ni images de l ' écran blanc, où Ni est le nombre d' incrémentations du monochromateur, c ' est-à-dire une série de Nibianc images, la prise d ' autres séries d ' images NigriΞi, NigriS2, etc . , Nicouieurif
Figure imgf000017_0001
etc . , avec autant de combinaisons "écran couleur"/ "Ni incrémentations du monochromateur" qu ' il y a d ' écrans grisl, gris2, etc. , couleurl, couleur2, etc .
Pour la réalisation de chaque série d ' images, on substitue, à l ' écran blanc 2 , par exemple, un écran d 'un certain gris, dit grisl, on remet à zéro le monochromateur 6 et l ' on exécute la même opération que celle qui a été décrite à propos de l ' écran blanc 2. On procède de même pour tout autre écran non blanc et , en fin d ' exécution, on obtient un cube image qui incorpore les informations issues des images Nib:Unc, Nigrisi/ Nigris2, etc., NiCOuieuri, NicouleUr2, etc.
Que l ' on soit passé par la voie directe ou par la voie indirecte, à l ' issue du procédé de calibration, l ' appareil photo numérique 1 est "calibré" , c ' est-à-dire que l ' on connaît le profil colorimétrique bidimensionnel de son capteur . Ce profil est stocké sous la forme d ' un fichier sur tout support approprié, tel que sur un CD-ROM utilisable dans un lecteur, sur une carte intégrable à l ' appareil photo numérique ou sur un serveur distant . L ' appareil photo numérique calibré, comme représenté à la figure 2 , peut être utilisé en colorimétrie . Pour ce faire, on place l ' appareil photo numérique calibré, c ' est- à-dire associé au fichier définissant le profil colorimétrique bidimensionnel du capteur de l ' appareil photo numérique, dans les mêmes conditions d ' éclairage et de paramétrage de prise de vue que lors de sa calibration . Puis , on prend en photo un obj et coloré dont on veut mesurer la couleur. L ' image obtenue est traitée par un programme d' ordinateur sur la base des informations contenues dans le fichier associé à l ' appareil de capture d ' image et l ' on obtient ainsi les valeurs trichromatiques de chaque pixel de l ' image . Ces valeurs exprimées en écarts de couleur permettront un contrôle et une assurance qualité de la couleur .

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de calibrâtion colorimétrique d 'un appareil de capture d ' image, incorporant un capteur comprenant une multiplicité de pixels constitués chacun d' une série de photosites, ledit procédé comprenant les étapes suivantes :
- a) la fourniture
• d ' un appareil de capture d' image ( 1 ) , • d' au moins un illuminant constant ( 4 ) ,
• d' un monochromateur incrémentable ( 6) , d ' une longueur d ' onde à une autre, et
• d' un écran monochrome dont on connaît le facteur de réflexion par mesure préalable au spectrophotomètre, ledit monochromateur ( 6) étant positionné de telle manière qu ' il influence le flux réfléchi par l ' écran monochrome sous ledit au moins un illuminant ( 4 ) ;
- b) sous le ou l' un desdits illuminants constants ( 4 ) et avec un paramétrage de prise de vue constant, la prise d ' une série d ' images dudit écran monochrome par ledit appareil de capture ( 1 ) , pour chaque incrémentation dudit monochromateur ( 6) et, le cas échéant, la répétition de l' opération, successivement , pour chacun des autres illuminants ( 4 ) ; - c) à partir desdites images, le calcul des coefficients d' une matrice de transfert définissant chaque pixel du capteur de l ' appareil de capture d' image ( 1 ) et déterminant ainsi le profil colorimétrique bidimensionnel spécifique du capteur ; et - d) le stockage dudit profil • colorimétrique bidimensionnel spécifique du capteur sous la forme d 'un fichier de calibration .
2. Procédé de calibration selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu ' il utilise un écran blanc (2 ) comme écran monochrome
3. Procédé de calibration selon la revendication 1 ou 2 , caractérisé en ce qu ' il utilise successivement une série d ' écrans gris et/ou de couleurs variées , comme écran monochrome .
4. Procédé de calibration selon l ' une quelconque des revendications 1 à 3 , caractérisé en ce que le calcul des coefficients de la matrice de transfert de l ' étape c) est effectué grâce aux valeurs tristimulus des trois primaires de chaque, pixel obtenues par la relation suivante :
X — Σλθts.X(.λ).τw.SwΛλ
Y= Σxas.Ym.τw.Sw.Aλ
où : T(λ) est le facteur spectral de transmission du filtre du photosite,
S(λ) est la répartition spectrale relative d' énergie de l ' illuminant choisi , X [X) , Y [X) , Z [X) sont les composantes trichromatiques spectrales définissant l ' observateur de référence colorimétrique CIE-1931 2 ° ou CIE-1964 10,
Δλ est l ' intervalle spectral correspondant à la largeur du spectre couverte par un filtre interférentiel correspondant à une position donnée du monochromateur incrémentable, et αs est le facteur de normalisation afférent à l ' illuminant S .
100
Figure imgf000020_0002
5. Procédé de ' calibration selon la revendication 4 quand elle dépend de la revendication 2 , caractérisé en ce qu ' on calcule τ(λ) par la relation :
φw τα)~
P(λ).S(λ).ΔA où : Pc*,) est le facteur de réflexion de l ' écran monochrome et φ(λ) est le flux énergétique renvoyé à la sortie du photosite .
6. Procédé de calibration selon la revendication 4 quand elle dépend de la revendication 3, caractérisé en ce qu ' on utilise une série d ' écrans monochromes différents les uns des autres , les étapes a et b étant répétées autant de fois qu ' il y d ' écrans différents, on calcule la relation de la revendication 4 , pour chacun des écrans , en remplaçant X[X) par le produit P(λ) - Φ(λ) f Φ(λ) étant le facteur spectral de transmission du filtre interférentiel, puis on effectue une méthode de régression matricielle convergente pour obtenir la matrice de transfert .
7. Appareil de capture d ' image calibré, caractérisé en ce qu' il résulte de l ' association d' un appareil de capture d ' image ( 1 ) et d ' un fichier de calibration tels que définis dans la revendication 1.
8. Appareil de capture d ' image calibré selon la revendication 7 , qui est un appareil photo numérique .
9. Appareil de capture d' image calibré selon la revendication 7 , qui est un scanner .
10. Appareil de capture d' image calibré selon la revendication 7 , qui est une caméra numérique .
11. Programme d' ordinateur directement chargeable dans la mémoire d' un ordinateur pour exécuter l ' étape c) du procédé selon la revendication 1 lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur .
12. Procédé de mesure de la couleur d' un échantillon coloré à l ' aide d ' un appareil de capture d ' image calibré selon l ' une quelconque des revendications 7 à 10 , ledit procédé comprenant les étapes suivantes :
- a) au moyen dudit appareil de capture d' image calibré, la prise d ' une image dudit échantillon coloré sous le ou l' un desdits illuminants et sous un paramétrage de prise de vue identiques à ceux du procédé, selon l ' une quelconque des revendications 1 à 6, qui a été utilisé pour la calibration dudit appareil et, le cas échéant , la répétition de l' opération, successivement, pour chacun des autres illuminants ; et - b) le calcul des valeurs tristimulus de l ' échantillon à partir, d ' une part, de l ' image obtenue par ledit appareil de capture d ' image et, d ' autre part, du fichier de calibration associé audit appareil .
13. Programme d ' ordinateur directement chargeable dans la mémoire d ' un ordinateur pour exécuter le calcul de l ' étape b) du procédé selon la revendication 12 lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur .
14. Appareil de capture d' image calibré selon l ' une quelconque des revendications 7 à 10, caractérisé en ce qu ' il comprend, en outre, un programme pour exécuter le calcul de l ' étape b) du procédé selon la revendication 12.
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