用於測定織構表面的屬性的方法和裝置的製作方法

2023-04-29 20:16:51 2

專利名稱：用於測定織構表面的屬性的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於測定織構(textured surfaces)表面的屬性的方法和裝置，具體 而言，涉及用於測定織構表面的光學屬性的方法和裝置。從現有技術中已知該類型的方法 和裝置已經很長時間了。本發明結合車體尤其是車輛車體的表面進行描述，但是應當指出 的是，依據本發明的該裝置也適用於其它表面，例如地板或各種家具的表面等。因此，上述 織構表面以橫向延伸又具有垂直輪廓的表面形態為特徵，然而，人眼不能在微米級別定量 地評價這種高度的差異，僅能夠觀察這種織構的印象。但是，本發明不限於織構表面的研 允。
背景技術：
現有技術中已知的該類型的方法和裝置一般測定表面的特定屬性，例如顏色。這 種情況下，這些裝置被用來生成各個表面的客觀圖像。依據本發明的儀器特別用於質量保 證領域，尤其是在確定被比較的兩表面間的差異時。但是該情況下，這種數量上的差異並不 是很大，其確實存在，卻超出了人的感知。模擬表面圖像的方法可從W02008/083206A3獲悉，該情況下，提供有包含多個表 面顏色和多個表面織構的數據存儲器。另外，還提供有藉助存儲在數據存儲器中的多個數 據以生成表面圖像的處理器。然而，很多情況下，對使用者而言，獲得特定表面的精確定量分析意義不大。在多 數情況下更為重要的是，例如，確定用於損壞區域的替換漆與原始使用的漆是否相應，而這 是消費者用裸眼看不出來的。

發明內容
因此，本發明的目的在於提供特別是允許表面的定性評價的方法和裝置。另外，還 提供一種方法，其能夠以儘可能簡單的方式給出這些表面的定性屬性的快速概述。這可以通過本發明的依據權利要求1的方法和依據權利要求10的裝置來達成。 依據本發明的用於測定特別是織構表面的屬性的方法中，射線首先被照射到被研究的所述 表面。在另一步驟中，至少部分照射到所述表面和被所述表面反射的射線由檢測器裝置檢 測。檢測器裝置能夠對照到其上的射線進行定位評價(location-resolved evaluation) 0 在另一步驟中，從檢測的射線測定第一特徵值，所述第一特徵值是所述表面的織構的特徵。 在另一步驟中，從檢測的射線測定第二特徵值，所述第二特徵值是所述表面的附加光學屬 性的特徵。最後，在所述第一特徵值和所述第二特徵值的基礎上測定結果值。反射的射線為從所述表面再次傳輸的射線，例如通過反射或漫射，甚或可能通過 衍射方式傳輸的射線。特徵值也可以是差值(different value) 0該情況下，所述檢測器裝置不僅記錄了照到它的光的強度，而且允許定位呈現 (location-resolved r印resentation)，例如圖像顯示。這樣，該檢測器裝置可以是例如 CXD晶片或彩色相機。
所述第一特徵值例如既可以是多個個體值，也可以是從多個個體值得出強度分布 的集合值。然而這種情況下，所述第一特徵值，作為所述表面的織構的特徵，其通過光學方 式測定。這樣，檢測所述表面的織構，特別地，在不接觸所述表面的情況下檢測所述表面的 織構。第二個特徵值，即所述表面的光學屬性，優選為與所述表面的指定的織構不相關 的屬性，例如顏色屬性。根據在兩個特徵值的基礎上測定的結果值，獲得由多個要素構成的集合值，其優 選為數量值(scalar magnitude)。如之前提到的，通常只需要獲得關於所述表面的定性信 息，例如其是否可被人眼看出與參考表面在視覺上存在區別的信息。但是，該信息依賴於所 述表面的多個標準(criteria)。因此，依據本發明提出，該類型的多個特徵值應當以合適的 方式結合，以得到所述表面的定性聲明，特別地，所述表面與參考表面是否在視覺感知方式 上不同的聲明。這樣，可有意地減少實際上通過測量獲得的信息。優選地，在使用所述第一特徵值及使用至少一個所述表面的事前已知的或經測定 的附加屬性時，測定作為所述表面的特徵且與人眼感知相關的參數。這樣，可以對觀察者的 主觀行為進行適應，即使真正的觀察者通常還利用他或她的經驗「理解」視覺印象。現有技術中，所述表面的結構屬性通常以機械方式測量，例如通過霍梅爾 (Hommel)測量儀器等。在本發明的範圍內，也測定結構屬性，特別地，以光學方式。這種情 況下，合適的相機記錄所述織構表面的圖像。然而從其自身考慮，該圖像可以具有多種物理 原因，例如實際織構的存在或所述表面光/暗圖案的存在。利用依據本發明的方法，可行的 是在事前已知甚或如可從光/暗圖案的存在推斷的信息等附加測定的信息的基礎上，更 好地確定記錄的圖像的物理原因。優選地，在多個存儲的描述所述表面光學屬性的數據的基礎上測定結果值，這些 數據既可以是描述被測量的所述表面的光學屬性的數據，也可以是描述參考表面的數據。在另一個優選方法中，至少一個作為表面的光學屬性的附加特徵值，用於測定 結果值。因此這種情況下，通過該方法至少三個不同的特徵值用於給出所述結果值。 優選地，至少一個特徵值選自包括表面的顏色、表面的亮度、表面的圖像獨特性(D0I， Distinctiveness Of Image)、表面的發光度(shininess)、表面的織構等的特徵值組。優選 地，至少一個特徵值是通過比較生成的相對值，該特徵值優選地與參考數據比較而得，例如 從這些值形成的差值或關係式(relationship)。在另一個優選方法中，所述第二特徵值在多個要素的基礎上形成，多個要素的至 少一個為所述表面的亮度的特徵。特別優選地，至少一個所述要素為所述表面的顏色的特 徵。這樣，例如可以測定所謂的L-a-b值，L是所述表面的亮度的特徵，a值表示紅/綠值， b值表示黃/藍值。被研究表面的清楚的定性特徵可以通過該標準化的方法獲得。而且，同 樣可行的是用光譜作為顏色的特徵。照射可以是漫射和定向照射，其中兩種照射類型可以在測量過程中結合使用。另 外，同樣可行的是多邊照射，例如環形(armular-segmental)光源。而且，同樣可行的是，使 用集中式或分散式照射，或可選地使用所謂的烏布利希球(Ulbricht sphere) 0同樣可行的是，濾光器元件和/或光闌(diaphragm)元件用於照射裝置和所述表
4面之間或所述表面和所述檢測器裝置之間的各自的照射路徑中。這些濾光器元件特別用 於模擬所述測量裝置的特定光譜行為，以便儘可能地與指定類型的標準光相符合或獲得Va 適應。在另一個優選方法中，對個體特徵值進行加權。這樣，可行的是，根據被研究表面， 個體要素可以在較高或較低程度上納入考慮。這基於一個事實，即依賴於所述表面的性質， 不同的屬性與其它相比較易為人眼觀察到。這樣，已知人眼對特定顏色範圍相比其它更為 敏感，因此，在特定顏色範圍內感知顏色差異相對其它範圍也是容易的。優選地，所述表面顏色的第一特徵值首先形成，該第一特徵值隨即關聯到附加特 徵值，例如所述表面的織構的特徵值。優選地，將所述特徵值作為數量值。這樣可以對上述 的差值求平方。本發明還涉及用於測定表面的光學屬性的裝置，其中，提供照射射線到被研究表 面的第一輻射裝置和檢測從所述輻射裝置照射到所述表面和從所述表面反射的射線的檢 測器裝置，該檢測器裝置允許對照到所述表面的射線進行定位評價。另外，在檢測的射線的 基礎上，所述檢測器裝置發出至少一個作為所述表面的織構的特徵的第一特徵值和一個作 為所述表面的附加光學屬性的特徵的第二特徵值。依據本發明，所述用於測定表面的光學屬性的裝置具有處理器裝置，該處理器裝 置在所述第一特徵值和所述第二特徵值的基礎上測定作為所述表面的特徵的結果值。因 此，對於所述用於測定表面的光學屬性的裝置，所述檢測器裝置或相應的處理器單元應首 先給出或準備兩個獨立的特徵值，這兩個特徵值應隨即通過處理器裝置結合形成結果值。 該結果值優選地也是定性值或相對值。在另一優選實施方式中，所述用於測定表面的光學屬性的裝置具有存儲器裝置， 其中存儲有用於作為所述第一特徵值或所述第二特徵值的比較值的參考值。這樣，特定 的測量結果與存儲的參考值作比較。為此，優選地，提供有比較器，其將每種情況測量的 值與測量的參考值作比較。這種情況下，可以僅對所述結果值進行相互比較，但優選地 是，個體特徵值或其要素也進行相互比較，並形成如差值等相應的相對量值(relative magnitudes)0然而除了與參考值作比較外，同樣可行的是，所述用於測定表面的光學屬性的裝 置在車身等的不同區域測量，並將該表面的不同區域得到的測量結果作比較。這樣，例如可 以在車身的第一區域進行測量，第一區域沒有被破壞，並接著對另外一個提供有更換漆的 區域測量，例如更換的車門。第一次記錄的數值便用作參考值。在另一優選實施方式中，所述輻射裝置照射非定向的或漫射的射線到被研究的所 述表面。同樣可行的是，所述輻射裝置照射定向射線到所述表面，以便通過這樣的方式模擬 例如晴空下陽光的照射。在另一優選實施方式中，所述用於測定表面的光學屬性的裝置具有存儲器裝置， 其中存儲有事前已知的所述表面的屬性的特徵值。它們可以是例如顏色、發光度、DOI等特 徵值。在另一優選實施方式中，所述用於測定表面的光學屬性的裝置具有距離測量裝 置，以確定所述用於測定表面的光學屬性的裝置相對所述表面走過的路徑。這樣可以測定 相對較大表面的定性圖像，特別地，可以與所述表面上的特定點進行幾何關聯。所述距離測量裝置可以是例如安裝在輪子上的測距儀，所述用於測定表面的光學屬性的裝置在該輪子 的幫助下在所述表面上移動。然而同樣可行的是，通過檢測所述用於測定表面的光學屬性的裝置相對環境的精 確幾何位置，並在多個位置值的基礎上利用三角測量求出相應的距離的方法確定距離。這 樣，例如所述用於測定表面的光學屬性的裝置可以安裝於機械手臂，機械手臂的位置通過 機器人坐標等確定。在另一優選實施方式中，所述輻射裝置和所述檢測器裝置提供在殼體內，該殼體 僅具有一個用於表面研究的開口，開口在不使用時關閉。如上所述，所述用於測定表面的光 學屬性的裝置優選地具有輪子以使所述用於測定表面的光學屬性的裝置相對所述表面移 動。優選地，提供多個輪子以便同時觀察所述用於測定表面的光學屬性的裝置相對所述表 面的限定位置。在另一優選實施方式中，所述用於測定表面的光學屬性的裝置具有多個例如在多 個不同角度照射所述表面的輻射裝置。同樣可行的是，提供多個記錄被所述表面反射的射 線的檢測器裝置。優選地，所述輻射器裝置照射白光或D65等光標準光到被研究的表面。另 外，在另一優選實施方式中，光闌安裝在所述表面和所檢測器裝置之間。該光闌可以是機械 光闌和軟體光闌。在後述情況下，所述「光闌」可通過合適的改變在觀察的圖像部分或限定 的像素區域設置。這種情況下，所述圖像記錄裝置可以理解為編程式像素場(C⑶或CMOS) 相機。因此，優選可行的是，所述圖像記錄裝置記錄的圖像或記錄的圖像的摘錄 (extract)可以改變。由於在解析度上的這種改變或圖像摘錄的改變，可以獲得關於所述表 面的織構的信息。為此，也可以採取例如可滑動平均構成(slidingaverage formation)。例如，輻射裝置相對所述表面成45°安裝。所述射線-檢測器裝置優選地相對所 述表面成0°C提供。這種情況下可行的是，多個輻射裝置同時激活，然而，相繼的激活也是可 以的。在另一優選實施方式中，在所述輻射裝置和所述射線_檢測器裝置之間延伸的所 述輻射方向位於一個平面內。當提供多個輻射裝置或多個射線-檢測器裝置時，這是特別 重要的。這種情況下，所有幾何上的輻射方向優選地位於預定的平面內。同樣可行的是，不 必要的陰影效應可通過合適的照射防止，特別是從多個方向。


本發明的更多有益效果可結合附圖理解，附圖中圖1是依據本發明的方法的流程圖；及圖2是依據本發明的裝置的整體示意圖。
具體實施例方式圖1是依據本發明的方法的步驟的示意圖。這種情況下，被研究表面的圖像首先 利用依據本發明的裝置記錄。表面可以通過例如輻射裝置照射，並且從表面反射的光，例如 特別是反射光或漫射光，可以通過圖像記錄裝置記錄。顏色值的要素L-a-b及織構值P、發光度值G，分別從通過圖像記錄獲得的數據測定。這種情況下，織構值P可首先從記錄的圖像測定，並生成統計學的值(例如方差、熵、分 形元(fractal element)、灰階矩陣、灰階直方圖及重心、半寬度、其它閥值或其它評價一維 或二維圖像的數學方法的參數)，並可以例如將多個像素的強度的差值納入考慮。發光度值G例如可以通過以下方式測定兩個不同的輻射裝置在不同的角度照射 表面，圖像記錄裝置記錄各自的圖像並測定相應的強度值，優選地在圖像記錄裝置前面設 置有光闌。這種情況下，優選地僅測定照到圖像記錄裝置的強度。這樣，可以測定由表面反 射的空間強度分布或整體強度，以便測定發光度值。同樣可行的是，在光闌幫助下，或者使輻射裝置和/或檢測器裝置在外圍方向上 為可移動的，從而射線可以利用相同的輻射裝置在不同的角度照射和/或射線可利用檢測 器裝置4在不同的角度檢測，測定其它光學特徵值。另外，多個輻射源也可以同時激發或相 繼激發。這種情況下，可以通過光學裝置(輻射裝置、檢測器裝置)將被研究的表面成像到 相機，但同樣也可行的是，通過光闌反射射線以將被研究的表面成像到相機。顏色值L-a-b通過使用彩色相機或完整的傳感器(如光電管)測定。個體顏色值 L-a-b接下來與參考值作比較，以便得到相應的差值結果AL、Aa和Ab0顏色差值ΔΕ按 照下述等式利用這些差值測定δε = Val2 +Aa2 +Ab2這樣，顏色差值ΔΕ描述測定值與參考圖案或參考顏色之間的偏差。測定的織構值以相似的方式與參考值作比較，並測定值P或差值ΔΡ。同樣地以這 種方式，發光度值G與參考值作比較並測定AG。這種情況下可行的是，所有的值均通過相 同的檢測器裝置測定，特別是若檢測器裝置為彩色相機的情況。下面的相機設置也是可行 的多個濾光器可以依次定位於相機的前面(可選地也可是濾光輪)。在另一個步驟中，特別地，也可根據表面對個體值(未示出)進行加權。最後，根 據下面的等式測定表面的結果ΔΙ AI = VeAE2 +fAP2+gAG2這樣，為了測定結果值Δ I，個體要素ΔΕ、ΔΡ和ΔG的偏差(deviation)也進行 測定，並可選地使用加權因子e、f和g接著結合為整體。這些加權因子e、f和g也可以是 變量。結果值△ I聲明，對於使用者而言，表面的視覺印象是否與參考表面存在感知程度上 的不同。上述公式中同樣也可行的是，利用絕對值代替上述的差值。 圖2是依據本發明的裝置的整體示意圖。該裝置具有殼體22，其除了開口 23之外 是封閉的，該開口用於觀察表面10。標號2和6是指在不同角度照射光到表面10的兩個輻 射裝置。檢測器裝置4記錄從表面反射的射線，特別是漫射或反射的射線。在表面和檢測 器裝置之間的光路中設有光闌。標號29和30是指配置在輻射裝置2、12和表面之間各自 的輻射路徑中的光闌和/或濾光器裝置。 檢測器裝置或圖像記錄裝置發送值P、G、L、a、b到處理器裝置12，處理器裝置12 處理這些數據。具體地，結果值Δ I利用處理器裝置12根據圖1所示的方法進行測定，並 可以通過顯示裝置16顯示。
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標號14是指存儲器裝置，其中存儲有顏色值、織構值或發光度值等參考值。另外， 處理器裝置12可以進一步加入用於處理的外部值E，例如用於值ΔΡ的測定。後者包含被 觀察表面的信息，以便處理器裝置可以確定特定值是從現有織構得出，或僅從不同強度分 布或對比的結果得出。該信息無法從記錄的圖像上直接獲得，而只能利用附加數據，附加數 據特別地描述被研究表面或通過利用不同的測量幾何學方法的附加測量而獲得。標號30是指控制裝置，其驅動例如輻射裝置2和6，可選地也驅動檢測器裝置。這 樣，在特定測量模塊的框架下，例如表面通過兩輻射裝置2、6相繼照射，接著通過處理器裝 置12評價兩個圖像也是可以的。標號S1、S2和S3是指光射照射到表面10或被表面10反 射的射線的輻射方向。優選地，兩輻射方向S1、S2，以及輻射方向S3位於同一平面內，S3在 圖像記錄裝置4的方向上從表面10延伸。同樣也可行的是，例如檢測器或輻射源安裝在測 量平面之外。標號34是指旋轉裝置或輪子，其允許裝置1相對表面沿箭頭Pl移動。另外，裝置 1具有距離測量裝置(未示出)，其確定裝置1相對表面10走過的路徑。這樣，表面10每 次可以以幾何相關的方式測量。這種類型的距離測量裝置可以耦連到輪子34。然而，裝置 1安裝到機械手臂等支架上，相對表面10以固定方式移動也是可以的。這樣，與圖1相比，單獨的處理器裝置和存儲裝置12、14不是設置在殼體22的外 部，而優選地位於殼體內部或為其提供的電子裝置部分。上述的光闌可用於確定表面的發 光效應(shine effect) 0同樣也可行的是，光闌由圖像評價生成，例如「軟體光闌」，其中僅 圖像的特定區域用於評價。本申請文件中公開的全部特徵對本發明均是至關重要的，不論是單獨或是結合， 與現有技術相比，它們都是新穎的。標號單1246810121416222329，3034Δ PΔ EΔ GΔ I
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用於測定表面的光學屬性的裝置
輻射裝置
檢測器裝置
另一輻射裝置
光闌
表面
處理器裝置 存儲器裝置 顯示裝置 殼體 開口 光闌 輪子
第一特徵值 第二特徵值 特徵值 結果值
G、E、PL、a、bEPlS1、S2、S3
參數 顏色值 屬性
移動方向 輻射方向
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權利要求
一種測定織構表面的屬性的方法，其特徵在於，包括以下步驟照射射線到被研究的所述表面(10)；通過檢測器裝置(4)檢測至少部分照射到所述表面(10)和由所述表面(10)反射的射線，所述檢測器裝置(4)允許對照到它的射線進行定位評價；從檢測的射線測定第一特徵值(P)，其中，所述第一特徵值(P)是所述表面(10)的織構的特徵；從檢測的射線測定第二特徵值(ΔE)，其中，所述第二特徵值(ΔE)是所述表面(10)的附加光學屬性的特徵；在所述第一特徵值(P)和所述第二特徵值(ΔE)的基礎上測定結果值(ΔI)。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，在使用所述第一特徵值(P)及使用至少一 個所述表面(10)事前已知或經測定的附加屬性時，測定作為所述表面(10)的特徵的參數。
3.根據至少一項前述權利要求所述的方法，其特徵在於，所述結果值(ΔΙ)在存儲的 多個描述所述表面(10)的光學屬性的數據的基礎上測定。
4.根據至少一項前述權利要求所述的方法，其特徵在於，至少一個附加特徵值(AG) 用於測定所述結果值(ΔΙ)，所述附加特徵值是所述表面(10)的光學屬性的特徵。
5.根據至少一項前述權利要求所述的方法，其特徵在於，至少一個特徵值選自包括表 面顏色、表面亮度、表面發光度、表面織構等的特徵值組。
6.根據至少一項前述權利要求所述的方法，其特徵在於，至少一個特徵值(P、ΔΕ)是 通過比較生成的相對值。
7.根據至少一項前述權利要求所述的方法，其特徵在於，所述第二特徵值(ΔΕ)在多 個要素(AL、Δ a、Ab)的基礎上生成，其中，至少一個所述要素(AL)是所述表面(10)的 亮度的特徵。
8.根據至少一項前述權利要求所述的方法，其特徵在於，至少一個所述要素(AL、 Δ a、Ab)是所述表面(10)的顏色的特徵。
9.根據至少一項前述權利要求所述的方法，其特徵在於，對所述個體要素特徵值進行 加權。
10.一種用於測定表面(10)的光學屬性的裝置，包括定向射線到被研究的表面(10) 的第一輻射裝置(2)，和檢測從所述輻射裝置(2)定向到所述表面(10)和從所述表面(10) 反射的射線的檢測器裝置(4)，其中，所述檢測器裝置(4)允許對照到所述表面的射線進 行定位評價，並在檢測的射線的基礎上發出至少一個第一特徵值(ΔΡ)和一個第二特徵值 (ΔΕ)，所述第一特徵值(ΔΡ)是織構的特徵，所述第二特徵值(ΔΕ)是所述表面(10)的 附加光學屬性的特徵，其特徵在於，所述裝置具有處理器裝置(12)，其在所述第一特徵值 (ΔΡ)和所述第二特徵值(ΔΕ)的基礎上測定作為所述表面的特徵的結果值(ΔΙ)。
11.根據權利要求10所述裝置(1)，其特徵在於，所述裝置(1)具有存儲器裝置，其中存 儲有用於測定至少所述第一特徵值(ΔΡ)或所述第二特徵值(ΔΕ)時作為比較值的參考值。
12.根據權利要求10所述裝置(1)，其特徵在於，所述裝置(1)具有存儲器裝置(14)， 其中存儲有事前已知的作為所述表面(10)的屬性的特徵值。
13.根據至少一項前述權利要求所述裝置(1)，其特徵在於，所述裝置(1)具有用於測 定所述裝置(1)相對所述表面(10)走過的路徑的距離測量裝置。
全文摘要
本發明公開了一種測定織構表面的屬性的方法，包括以下步驟照射射線到被研究的所述表面(10)；通過檢測器裝置(4)檢測至少部分照射到所述表面(10)和由所述表面(10)反射的射線，檢測器裝置(4)允許對照到它的射線進行定位評價；從檢測的射線測定第一特徵值(P)，其中，所述第一特徵值(P)是所述表面(10)的織構的特徵；從檢測的射線測定第二特徵值(ΔE)，其中，所述第二特徵值(ΔE)是所述表面(10)的附加光學屬性的特徵；在所述第一特徵值(P)和所述第二特徵值(ΔE)的基礎上測定結果值(ΔI)。
文檔編號G01J1/10GK101957188SQ20101023106
公開日2011年1月26日 申請日期2010年7月8日 優先權日2009年7月15日
發明者烏韋·斯珀林, 彼得·施瓦茨 申請人:畢克-加特納有限責任公司