[发明专利]彩色CCD芯片的色彩测试装置及方法

权利要求书

1.一种彩色CCD芯片的色彩测量装置，包括:氙灯光源（1）、单色仪（2）、积分球（4）、暗室（5）和杜瓦瓶温控室（6），该积分球（4）的输出端与暗室（5）的输入端相固定，暗室（5）的输出端与杜瓦瓶温控室（6）前端相固定；该氙灯光源（1）位于单色仪（2）的前端，其特征在于：

单色仪（2）与积分球（4）的输入端之间连接有衰减器（3），用于产生满足CIE标准中与已知波长单色光相对应强度的三原色光；

杜瓦瓶温控室（6）的后端依次连接有驱动控制电路（7）和上位机（8），用于生成彩色CCD芯片所成图像的红绿蓝rgb亮度值；

所述驱动控制电路（7）包括：

CCD驱动电路，用于为待测彩色CCD芯片（9）提供所需的驱动时序组和驱动电压，读出待测彩色CCD芯片（9）的模拟信号；

数据采集电路，用于放大并采集待测彩色CCD芯片（9）读出的模拟信号，将其缓存为数字信号，并发送到USB通信单元；

USB通信单元，用于连接CCD驱动电路与上位机（8），实现上位机（8）向CCD驱动电路传输控制命令以及接收待测彩色CCD芯片（9）输出模拟信号的双向通信。

2.根据权利要求1所述的彩色CCD芯片的色彩测量装置，其特征在于，CCD驱动电路包括：

时序模块，用于提供待测彩色CCD芯片（9）成像所需的驱动时序组；

电压模块，用于提供待测彩色CCD芯片（9）成像所需的驱动电压；

接口模块，用于连接待测彩色CCD芯片（9）的输入和输出。

3.根据权利要求1所述的彩色CCD芯片的色彩测量装置，其特征在于，数据采集电路包括：

前置放大电路，用于将待测彩色CCD芯片（9）输出的光电流信号转变为电压信号，并将转变后的电压信号传输到模数转换模块；

模数转换模块，用于对采样得到的电压信号进行模数转换，得到的数字信号并输出给FPGA数据采集与缓存模块；

FPGA数据采集与缓存模块，用于采集待测彩色CCD芯片（9）的读出信号，并根据时序要求，对采集到的信号进行行场同步，将采集到的信号缓存在模块中。

4.根据权利要求1所述的彩色CCD芯片的色彩测量装置，其特征在于，上位机（8）中设有：

控制模块，用于控制单色仪，调节其输出波长和分辨率，并控制上位机（8）接收待测彩色CCD芯片（9）的输出信号；

数字成像模块，用于读取待测彩色CCD芯片（9）的输出信号，并生成数字图像；

数字图像处理模块，用于计算得到数字图像的rgb亮度值，并实现rgb空间到L^*a^*b^*空间转换后待测图像与标准图像L^*a^*b^*值的匹配，L^*表示颜色的明度，a^*表示颜色在绿色和红色之间的位置，b^*表示颜色在蓝色和黄色之间的位置。

5.根据权利要求4所述的彩色CCD芯片的色彩测量装置，其特征在于，数字图像处理模块包括：

亮度值生成子模块，用于计算得到数字图像的rgb亮度值

空间转换子模块，用于将rgb空间转化为L^*a^*b^*空间，将图像的rgb亮度值对应转换为L^*a^*b^*值；

空间匹配子模块，用于计算空间转换后待测图像的L^*a^*b^*值与标准图像的L^*a^*b^*值的差值，判断待测图像的匹配结果。

6.一种利用权利要求1所述装置测量彩色CCD芯片色彩的方法，包括：

（1）生成待测图像rgb亮度值步骤：

（1a）用氙灯光源（1）照射单色仪（2），通过上位机（8）对单色仪（2）进行参数设定，使其输出波长为λ、光谱分辨率为1nm的单色光，λ在200nm～2500nm范围内；

（1b）该单色光依次经过衰减器（3）和积分球（4）后，输出辐射均匀度>98%的单色均匀面阵光；

（1c）将暗室（5）两端分别与积分球（4）的出口和杜瓦瓶温控室（6）密闭连接，使积分球（4）输出的单色均匀面阵光传输到杜瓦瓶温控室（6）；

（1d）将待测彩色CCD芯片（9）放置在杜瓦瓶温控室（6）中，将杜瓦瓶温控室（6）设置为彩色CCD的工作温度-10～75℃范围内，并将其密闭后抽成真空；

（1e）将待测彩色CCD芯片与驱动控制电路（7）连接，在单色均匀面阵光和待测彩色CCD芯片温度稳定后，由上位机（8）控制待测彩色CCD芯片（9）生成数字图像，将其作为待测图像，并计算该待测图像的rgb亮度值rgb表示红、绿、蓝；

（2）生成标准图像rgb亮度值步骤：

（2a）用氙灯光源（1）照射单色仪（2），由上位机（8）对单色仪（2）参数进行重新设定，输出波长为λ、光谱分辨率为1nm，且满足CIE标准中相应强度的rgb三原色光，该rgb三原色光依次经过衰减器（3）和积分球（4），输出辐射均匀度>98%的rgb三原色均匀面阵光；

（2b）将所述的rgb三原色均匀面阵光经过暗室（5）传输到杜瓦瓶温控室（6），通过上位机（8）控制待测彩色CCD芯片（9）拟合生成数字图像，将其作为标准图像，计算该标准图像的rgb亮度值

（3）待测彩色CCD芯片色彩质量判断步骤：

（3a）将rgb空间转化为L^*a^*b^*空间，使得待测图像的rgb亮度值转换为L^*a^*b^*空间中的待测点（L₁^*,a₁^*,b₁^*），标准图像的rgb亮度值转换为L^*a^*b^*空间中的标准点（L₂^*,a₂^*,b₂^*），其中，L^*表示颜色的明度，L^*＝0指示黑色，L^*＝100指示白色；a^*表示颜色在绿色和红色之间的位置，a^*为负值指示绿色，a^*为正值指示红色；b^*表示颜色在蓝色和黄色之间的位置，b^*为负值指示蓝色，b^*为正值指示黄色；

（3b）在L^*a^*b^*空间中，计算待测点（L₁^*,a₁^*,b₁^*）与标准点（L₂^*,a₂^*,b₂^*）两点间的欧几里得距离：ΔE^*_ab＝[(L₂^*-L₁^*)²+(a₂^*-a₁^*)²+(b₂^*-b₁^*)²]^1/2；

（3c）用欧几里得距离ΔE^*_ab的大小表示待测图像色彩与标准图像色彩匹配程度，当ΔE^*_ab接近零时，即待测图像色彩与标准图像色彩基本匹配，则待测彩色CCD芯片质量合格；当ΔE^*_ab远远大于零时，即待测图像色彩与标准图像色彩偏差过大，则待测彩色CCD芯片质量不合格。