Color calibration method for product design in spatial augmented reality environment

Spatial Augmented Reality (SAR) allows users to perceive augmented information onto physical objects by projecting digital contents on them. Product design applications could profitably exploit this feature to create prototypes partially real and partially virtual (mixed prototypes) to be used for the evaluation of products during the development processes. Consequently, the mixed prototype needs a high visual quality because design decisions should be taken on the base of its aspect. Projected colors should match the corresponding standard chosen as the reference (e.g. Pantone, RAL, etc.) to be able to rely on the visualized colors.
This work gathers all the variables that influence and limit the quality of the projected image in SAR applications for product design and, according to these variables, it provides formulas for the necessary projector specifications, to reach a good image quality, and for the calculation of the color gamut available.
Furthermore, this thesis presents a color calibration method that evaluates the error in the color accuracy of the projected image, in respect to the reference standard, and compensates the color input values in order to increase the matching between the projected color and the standard one. The color calibration method is tested and the results demonstrate that the compensated input is able to achieve a high color accuracy and make the visualization of the mixed prototype more reliable.
Then, to increase the realism of the mixed prototype, by lowering the brightness of the projection, the behavior of the image projection displayed on surfaces with different achromatic gray shades is tested to determine whether the color accuracy is lost by changing the shade of gray of the surface.
Finally, the effectiveness of color calibration method has been further evaluated with users who compared some colors projected on a 3D object with reference standard colors according to their sensitivity.

La realtà aumentata proiettata consente agli utenti di percepire informazioni aumentate su oggetti fisici proiettandovi contenuti digitali. Applicazioni per il design del prodotto possono sfruttare proficuamente questa funzionalità per creare prototipi in parte reali e in parte virtuali (prototipi misti) da utilizzare per la valutazione dei prodotti durante il processo di sviluppo. Di conseguenza, il prototipo misto necessita di un’elevata qualità visiva, perché le decisioni di progettazione vengono prese rispetto alla resa della proiezione. I colori proiettati devono corrispondere allo standard scelto come riferimento (Pantone, RAL, ecc.) per poter fare affidamento sui colori visualizzati. Questo lavoro raccoglie tutte le variabili che influenzano e limitano la qualità dell’ immagine proiettata nelle applicazioni per il design del prodotto e, in base a queste variabili, presenta formule per calcolare le specifiche del proiettore, necessarie al raggiungimento di una buona qualità dell’immagine, e per ottenere la sua gamma colore. Inoltre, questa tesi presenta un metodo di calibrazione del colore che valuta l’errore nella precisione dell’immagine proiettata, rispetto allo standard di riferimento, e compensa i valori di input del colore al fine di aumentarne la corrispondenza con il campione di riferimento. Il metodo di calibrazione del colore é testato e i risultati dimostrano che l’input compensato é in grado di ottenere un’elevata precisione e rendere più affidabile l’immagine del prototipo misto. Successivamente, per aumentare il realismo del prototipo misto, abbassando la luminosità della proiezione, viene verificato il comportamento dell’immagine proiettata visualizzandola su superfici con diverse sfumature di grigio acromatico per determinare se cambiando la sfumatura di grigio della superficie si perde l’accuratezza del colore. Infine, l’efficacia del metodo di calibrazione del colore è stata ulteriormente valutata, in base alla sensibilità di utenti, attraverso il confronto dei colori proiettati su un oggetto tridimensionale e i relativi standard di riferimento.