CN101523194B - 测量涂层外观的方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于获得含效应颜料的目标涂层的外观特性的方法。本发明还涉及一种通过比较外观特性来对两个或更多个涂层的外观进行比较的方法。本发明还涉及一种用于获得一个或多个涂层的外观特性和比较所述涂层外观的系统。

Description

测量涂层外观的方法及其应用
发明领域
本发明涉及一种用于获得含效应颜料的目标涂层的外观特性的方法。本发明也涉及一种通过比较外观特性来对两个或更多个涂层的外观进行比较的方法。本发明还涉及一种用于获得一个或多个涂层的外观特性和比较所述涂层外观的系统。
发明背景
含效应颜料例如吸光颜料、光散射颜料、光干涉颜料以及光反射颜料的表面涂层为人们所熟知。金属薄片颜料例如铝片是这类效应颜料的实例并且尤其适用于汽车车身的保护和装饰，原因例如在于，这类颜料能赋予差异反光效果(通常称为“异色效应”)以及薄片外观效果，外观效果包括由薄片赋予的纹理、闪耀、闪烁和闪光以及涂层深度感的增强。外观效果随薄片类型、薄片尺寸分布、表面光滑度、取向、以及薄片边缘的均匀度而变化。金属涂层通常也包含颜料，该颜料一般来讲是吸光型而非光散射型的。这些吸光颜料与效应颜料例如薄片相互作用，从而改变涂层的外观效果。一般来讲，视觉涂层外观包括纹理、闪耀、闪光或涂层的其他视觉效果。当从不同视角观察、采用不同照明角度、或采用不同照明强度时，视觉外观可以有差异。
传统上，涂层外观是根据人眼判断进行测量的。人们已经尝试使用仪器对目标涂层的外观进行测量。美国专利6,952,265公开了一种用于获得数字图像中的目标涂层外观数据、并将外观数据与保存在涂层数据库中的外观特性相关联的方法。然而，它要求：(1)获得目标涂层在多个照明强度下的图像，以及(2)在多个照明强度和多个阈值级别下测量图像。美国专利6,975,404公开了一种用于测量具有反射薄片的涂层的外观特性的方法和装置。然而，它要求在多个照明角度下进行测量。
因此，仍然需要一种简单的用于测量和比较涂层外观的方法和系统，这样的方法和系统无需在多个照明强度和角度下测量外观并且基本上不依赖人眼判断。
发明简述
本发明涉及一种用于获得含效应颜料的目标涂层的外观特性的方法，所述方法包括以下步骤：
a)以固定的照明角度和以不同的照明强度对目标涂层提供照明；
b)选择有效照明强度，在此强度下，目标涂层的效应颜料表现出不同的亮度；
c)使用成像装置在有效照明强度下采集至少一个目标涂层的图像；
d)通过计算装置从图像辨识外观特征，这些特征包括：所述图像中效应颜料呈现最高亮度的明亮区域的一组明亮特征，所述图像中效应颜料呈现中等亮度的中等区域的一组中等特征，以及所述图像中目标涂层基本上不含可检测到的所述效应颜料的黑暗区域的一组黑暗特征；
e)根据外观特征生成各个特征值；以及
f)根据各个特征值生成外观特性。
本发明还涉及一种对含替代效应颜料的替代涂层与含目标效应颜料的目标涂层的外观进行比较的方法，所述方法包括以下步骤：
a)以固定的照明角度和不同的照明强度对目标涂层或替代涂层提供照明；
b)选择有效照明强度，在此强度下，具有效应颜料的目标涂层或替代涂层中的至少一个表现出不同的亮度；
c)使用成像装置在有效照明强度下采集目标涂层的至少一个目标图像和替代涂层的至少一个替代图像；
d)通过计算装置，辨识目标图像de目标特征和替代图像的替代特征，
其中目标特征包括：所述目标图像中目标效应颜料呈现最高亮度的明亮区域的一组目标明亮特征，所述目标图像中目标效应颜料呈现中等亮度的中等区域的一组目标中等特征，以及所述目标图像中目标涂层基本上不含可检测到的所述目标效应颜料的黑暗区域的一组目标黑暗特征；以及
其中替代特征包括：所述替代图像中替代效应颜料呈现最高亮度的明亮区域的一组替代明亮特征，所述替代图像中替代效应颜料呈现中等亮度的中等区域的一组替代中等特征，以及所述替代图像中替代涂层基本上不含可检测到的所述替代效应颜料的黑暗区域的一组替代黑暗特征；
e)根据目标特征生成各个目标特征值，并根据替代特征生成各个替代特征值；
f)根据各个目标特征值生成目标外观特性，并根据各个替代特征值生成替代外观特性；以及
g)通过比较替代外观特性与目标外观特性，对替代涂层和目标涂层的外观进行比较。
本发明涉及一种用于获得含效应颜料的目标涂层的外观特性的系统，所述系统包括：
a)用于以固定的照明角度和不同的照明强度对目标涂层提供照明的装置；
b)用于选择有效照明强度的装置，在此强度下，目标涂层的效应颜料表现出不同的亮度；
c)用于在有效照明强度下采集目标涂层的至少一个目标图像的成像装置；
d)包括显示器构件、存储器构件和处理器的计算装置；以及
e)位于存储器构件中的计算机程序产品，该程序产品使计算装置执行包括以下步骤的计算过程：
i)从成像装置接收图像；
ii)由该计算装置从目标图像辨识外观特征，这些特征包括：所述图像中效应颜料呈现最高亮度的明亮区域的一组明亮特征，所述图像中效应颜料呈现中等亮度的中等区域的一组中等特征，以及所述图像中目标涂层基本上不含可检测到的所述效应颜料的黑暗区域的一组黑暗特征；
iii)根据外观特征生成各个特征值；以及
iv)根据各个特征值生成外观特性。
本发明还涉及一种用于对含替代效应颜料的替代涂层与含目标效应颜料的目标涂层的外观进行比较的系统，所述系统包括：
a)用于以固定的照明角度和不同的照明强度对目标涂层或替代涂层提供照明的装置；
b)用于选择有效照明强度的装置，在此强度下，具有效应颜料的目标涂层或替代涂层中的至少一个表现出不同的亮度；
c)用于在有效照明强度下采集目标涂层的至少一个目标图像和替代涂层的至少一个替代图像的成像装置；
d)包括显示器构件、存储器构件和处理器的计算装置；
e)位于存储器构件中的计算机程序产品，该程序产品使计算装置执行包括以下步骤的计算过程：
i)从成像装置接收目标图像和替代图像；
ii)辨识目标图像的目标特征和替代图像的替代特征，
其中目标特征包括：所述目标图像中目标效应颜料呈现最高亮度的明亮区域的一组目标明亮特征，所述目标图像中目标效应颜料呈现中等亮度的中等区域的一组目标中等特征，以及所述目标图像中目标涂层基本上不含可检测到的所述目标效应颜料的黑暗区域的一组目标黑暗特征；以及
其中替代特征包括：所述替代图像中替代效应颜料呈现最高亮度的明亮区域的一组替代明亮特征，所述替代图像中替代效应颜料呈现中等亮度的中等区域的一组替代中等特征，以及所述替代图像中替代涂层基本上不含可检测到的所述替代效应颜料的黑暗区域的一组替代黑暗特征；
iii)根据目标特征生成各个目标特征值，并根据替代特征生成各个替代特征值；
iv)根据各个目标特征值生成目标外观特性，并根据各个替代特征值生成替代外观特性；以及
v)通过比较替代外观特性与目标外观特性，对替代涂层和目标涂层的外观进行比较。
附图简述
图1为在第一阈值级别T1以上可检测到的明亮特征的示意图。
图2为在第二阈值级别T2以上可检测到的明亮和中等特征的示意图。
图3为在第三阈值级别T3以上可检测到的特征的示意图。交叉影线区域代表图像强度低于阈值级别T3的黑暗特征。虚线代表在T1或T2阈值级别以上可检测到的特征的边界。
图4示出以灰度表示的代表性涂层图像。
图5示出三个不同阈值级别的涂层图像。A：图像示出在阈值级别T1以上的不同尺寸的明亮特征；B：在阈值级别T2以上的相同图像；以及C：处于阈值级别T3的相同图像。
优选实施方案详述
通过阅读以下详细说明，本领域的普通技术人员将更加容易理解本发明的各个方面和优点。应当理解，为清楚起见，本发明的某些方面在上文和下文中被描述为单独的实施方案，但其也能够以组合成单个实施方案的方式提供。相反，为简明起见，本发明的多个不同方面被描述为单个实施方案，但这些方面也可单独地或以任何子组合的方式提供。此外，单数所指的内容也可以包括复数(例如，“一(a和an)”可以指一个、或者一个或多个)，除非上下文特别地说明不是这样。
本申请中规定的各种范围内的数值的使用都表示近似值，如同所述范围内的最大值和最小值均受“约”字限定，除非明确地另外指明。这样，在所述范围之上或之下的微小变化值都可用于获得与这些范围内的值基本上相同的结果。而且，公开的这些范围都应视为连续的范围，包括最大值和最小值之间的每一个值。
如本文所用：
本文所用的术语“颜料”是指产生一种或多种颜色的一种或多种着色剂。颜料可以来自天然的来源或合成来源，并可以由有机或无机组分制成。颜料也包括具有特定或混合形状和尺寸的金属颗粒或薄片。颜料通常不能溶解于涂层组合物中。
术语“效应颜料”是指在涂层中产生特殊效果的颜料。人们所熟知的效应颜料的实例包括但不限于吸光颜料、光散射颜料、光干涉颜料、以及光反射颜料。金属薄片例如铝薄片也是这类效应颜料的实例。
本文所用的“外观”是指(1)藉以观察和辨认涂层的视觉体验方面；以及(2)涂层的光谱和几何形貌与其照明和观察环境相整合而形成的感觉。一般来讲，外观包括纹理、闪耀、闪光、或涂层的其他视觉效果。外观通常随视角或照明角度的变化而变化。
随角异色薄片是指外观随着照明角度或视角的变化而变化的薄片。金属薄片，例如铝薄片，是随角异色薄片的实例。
术语“染料”是指产生一种或多种颜色的一种或多种着色剂。染料通常可溶解于涂层组合物中。
术语“数据库”是指可被搜索和检索的相关信息的集合。数据库可以是可搜索的电子的数字或文本文档、可搜索的PDF文档、Microsoft
Figure G2007800369334D00061
电子表格、Microsoft
Figure G2007800369334D00062
数据库(均由Microsoft Corporation，Redmond，Washington提供)、
Figure G2007800369334D00063
数据库(由Oracle Corporation，Redwood Shores，California提供)、或Lynux数据库，以上每个都已在其各自的商标下注册。数据库可以是储存在计算机可读存储介质中并可以被搜索和检索的一组电子文档、照片、图像、图表、或图片。数据库可以是单个数据库，或一组相关的数据库，或一组不相关的数据库。“相关的数据库”是指在相关的数据库中存在至少一个可用于关联这些数据库的通用信息元素。相关的数据库的一个实例是
Figure G2007800369334D00064
关系数据库。
术语“车辆”、“机动车”、“汽车”、“机动车辆”、或“汽车车辆”是指汽车，例如小汽车、货车、小型货车、公共汽车、SUV(运动型多功能车)；卡车；单轴卡车；拖拉机；摩托车；拖车；ATV(全地形车)；敞蓬小型载货卡车；重型机动车，例如压路机、移动吊车和推土机；飞机；小船；轮船；以及涂覆了涂层组合物的其他形式的运输工具。
本文所用的计算装置是指数据处理芯片、台式计算机、膝上型计算机、掌上电脑、个人数字助理(PDA)、手持式电子处理装置、结合PDA和手机功能的智能电话、或能够自动处理信息的任何其他电子装置。计算装置可以嵌入到其他电子装置中，例如集成到成像装置中的内置式数据处理芯片。计算装置可以通过有线或无线方式连接到数据库或另一个计算装置上。计算装置可以是客户端计算机，该计算机在通过有线或无线网络(包括内联网和互联网)连接的多计算机客户端-主机系统中与主机进行通讯。计算装置还可以配置成通过有线或无线连接与数据输入或输出装置连接。例如，可将膝上型计算机可操作地配置成通过无线连接的方式接收颜色数据和图像。“便携式计算装置”包括：膝上型计算机、掌上电脑、个人数字助理(PDA)、手持式电子处理装置、手机、结合PDA和手机功能的智能电话、平板电脑、或能够处理信息和数据并且便于个人携带的任何其他电子装置。
有线连接包括：硬件耦接器、分路器、连接器、电缆或电线。无线连接和装置包括但不限于Wi-Fi装置、蓝牙装置、广域网(WAN)无线装置、局域网(LAN)装置、红外通信装置、光学数据传输装置、无线电发射机和任选地接收机、无线电话、无线电话适配器卡、或能够在宽广的射频(包括可见光或不可见光波长和电磁波波长)范围内传输信号的任何其他装置。
成像装置是指能够在宽广的射频(包括可见光或不可见光波长和电磁波波长)范围内采集图像的装置。成像装置的实例包括但不限于静态胶片光学照相机、X光照相机、红外摄像机、以及视频摄像机。数字成像仪或数字成像装置是指以数字信号采集图像的成像装置。数字成像仪的实例包括但不限于数字静态照相机、数字视频摄像机、数字扫描仪、以及电荷耦合器件(CCD)照相机。成像装置能够采集黑白、灰度、或各种色彩级别的图像。在本发明中，数字成像仪是优选的。使用非数字成像装置采集的图像，例如静态照片，可以使用数字扫描仪转换为数字图像，并且也可适用于本发明。
本发明涉及一种用于获得一个或多个涂层的外观特性并且通过比较所述外观特性来对一个或多个涂层的外观进行比较的方法。
采用以下实施方案中所描述的方法可以生成外观特性。简单地讲，外观特性可以通过以下方法获得：使用成像装置采集一个或多个目标图像，然后使用计算装置测量目标图像。目标图像可以是静态图像或视频图像。静态图像和视频图像均适用于本发明。目标图像，无论是静态图像还是视频图像，都能够以数字格式保存，以用于同时地或在以后测量外观特性。也可以采集目标图像并将其传输到计算装置以用于外观测量而不必永久性地保存图像，例如不保存的实时视频图像。在本发明中，保存的图像是优选的，而保存的静态图像是更优选的。在另一个实施方案中，通过外观测量装置生成外观数据，并将其保存为非图像电子文件。此类非图像电子文件的实例包括但不限于对位置和每个位置的反射率强度进行关联的文本、数字或包括文字与数字的数据文件。按照熟知的方法，图像和非图像数据文件可以相互转换。例如，可使用以下所述的方法测量图像，并将其存储到单独的外观数据文件中。
在一个实施方案中，使用以下所述的方法获得包含薄片的目标涂层的外观特性。
在步骤a)中，以固定的照明角度和不同的照明强度照射目标涂层。固定的照明角度可以是与目标涂层的表面垂直(0°)的角度，也称为法向(0°)角度，或在法向的-5°至+5°范围内的角度。照明强度的范围使得由薄片产生的闪耀比薄片不可见的其他目标涂层区域更加明亮。目标涂层中的薄片在不同的照明强度下表现出不同的亮度或闪耀。
在步骤b)中，选择照明强度设置，使得图像的最亮部分处于或接近最大图像强度级别，而同时处于较低图像强度的对象在该图像中仍然可见。常用成像装置存储图像强度级别范围为0至255的数字图像，其中0表示图像的最暗部分，255表示图像的最亮部分。当使用此类常用成像装置时，最大图像强度级别为255。此范围来自于8位数据格式，该格式用于表示数字图像中任何一个像素的数据。当使用其他数据格式时，图像强度级别可发生变化。在不脱离本发明的实质和范围的情况下，本领域的技术人员可以选择任何可用的数据格式、图像强度和照明强度。所选的照明强度称为有效照明强度。
在步骤c)中，使用上述成像装置采集有效照明强度下的目标涂层的至少一个图像。成像装置是指能够在宽广的电磁波长(包括可见光或不可见光波长)范围内采集图像的装置。优选的成像装置是数字静态照相机、数字视频摄像机、数字扫描仪、或电荷耦合器件(CCD)照相机。成像装置能够采集黑白、灰度、或各种色彩级别的图像。
通过成像装置采集的图像可采用常用数字图像文件格式中的一种进行存储，例如但不限于.bmp(Windows位图)、.GIF或.GIFf(标记图像文件格式)、.jpg或.jpeg(联合图像专家组图像文件格式)、.gif(图形交换格式)或.wmf(Windows图元文件格式)。也可以模拟格式采集图像，并且用本领域的技术人员所熟知的方法将其转换为数字格式。这些图像甚至可以是模拟或数字视频图像。可通过有线或无线连接将图像输入到计算装置中。
在步骤d)中，用计算装置测量图像，从而辨识外观特征。外观特征是产生涂层的视觉外观的特性或属性。可将外观特征辨识和局部化为闪耀对象、薄片或薄片状对象、两个邻近的对象间的物理距离、存在一个或多个对象的区域、具有多个对象的区域、或它们的组合。特征也可以是强度分布、强度变化、或涂层外观的其他统计描述之类的特性或属性。外观特征可以是涂层外观的定量或定性描述。优选的是定量描述，例如尺寸、亮度、或其他数值描述。在一个优选的实施方案中，外观特征可包括：所述图像中效应颜料例如金属薄片呈现最高亮度的明亮区域的一组明亮特征，所述图像中效应颜料呈现中等亮度的中等区域的一组中等特征，以及所述图像中目标涂层基本上不含可检测到的所述效应颜料的黑暗区域的一组黑暗特征。
可通过设定不同的阈值级别进行测量，其中本文所用的阈值级别是指图像强度级别，图像强度级别等于或大于该阈值级别的任何像素均将被测量到。例如，对明亮区域可设定等于225的阈值级别T1，这意味着图像中图像强度等于或大于225的像素或像素区域将被辨识为明亮特征，例如图1的区域1中的对象2至6或图5A中的对象15。对于中等亮度，可将第二阈值级别T2设定为150。图像强度等于或大于150的对象可被辨识为中等特征，例如图2中的对象7至11或图5B中的对象16和17。对于黑暗特征，可将阈值级别T3设定为100，这意味着图像中图像强度低于100的像素或像素区域将被辨识为黑暗特征，例如图3中的区域14或图5C中的区域18，在这些区域中基本上没有可检测到的薄片或薄片状对象。在生成黑暗特征值时，可对图像强度低于阈值级别T2但高于T3的某些其他对象进行辨识和考虑，例如图3中的对象12和13或图5C中的对象19。
在步骤e)中，为辨识出的各个外观特征生成各个特征值。根据辨识出的特征可以生成许多特征值。特征值的实例包括：(1)图像强度等于或大于所设定的第一阈值级别T1的相异和连续的闪耀对象的总数；(2)每个图像中所测量出的小闪耀对象的平均数；(3)每个图像中所测量出的中等闪耀对象的平均数；(4)每个图像中所测量出的大闪耀对象的平均数；(5)每个图像中所测量出的特大闪耀对象的平均数；(6)每个图像中图像强度大于所设定的第一阈值级别的面积分数(T1区域)；(7)其尺寸在第二阈值级别T2下扩大的闪耀对象的数量，例如图2中的对象7和8；(8)新闪耀对象的平均数，其中新闪耀对象是在第二阈值级别T2下明显可见的邻接区域，例如图2中的对象9、10和11；(9)每个图像中图像强度大于第二阈值级别T2的面积分数；(10)每个图像中与第一阈值级别T1相比，闪耀对象在第二阈值级别T2下扩大的面积分数(扩大区域)；(11)每个图像中在第二阈值级别T2具有新闪耀对象的面积分数(新区域)；以及(12)每个图像中图像强度小于第三阈值级别T3的面积分数，例如图3中的区域14。在本领域的技术人员确定有必要时，可辨识其他特征并生成其他特征值。此类其他特征的实例包括图3中图像强度介于T2和T3之间的对象12和13。
在步骤f)中，根据步骤e)中生成的各个特征值生成外观特性。这些外观特性的实例包括扩大区域/T1区域和新区域/T1区域等的比率。这些比率与涂层中薄片的物理特性有关，并且会影响目标涂层的外观。在本领域的技术人员确定有必要时，可生成其他外观特性。
本发明还涉及一种用于对一个或多个含替代效应颜料的替代涂层与含目标效应颜料的目标涂层的外观进行比较的方法。替代效应颜料与目标效应颜料可以是相同的颜料或不同的颜料。所述方法使用如上所述的相同步骤a)至f)，生成目标涂层的目标外观特性和所述一个或多个替代涂层的多个替代外观特性。然后根据所选择的算法，将所述多个外观特性与目标涂层的外观特性进行比较。以下描述了此类算法的实例。
首先，使用以下公式计算出目标涂层和每个替代涂层的特征值的各个比率：扩大区域/T1区域和新区域/T1区域。
REA＝扩大区域/T1区域
RNA＝新区域/T1区域。
然后，计算目标涂层与每个替代涂层的特征值比率之间的各个特征距离，并使用以下公式得出特征距离的均方根(RMS)：
RMS＝(((REA-Alt-REA-Tgt)2+(RNA-Alt-RNA-Tgt)2)/2)1/2
其中：
REA-Alt为替代涂层的REA值；
REA-Tgt为目标涂层的REA值；
RNA-Alt为替代涂层的REN值；
RNA-Tgt为目标涂层的REN值。
以特征距离的计算结果为基础，根据替代涂层在外观上与目标涂层的接近程度对每个替代涂层进行排名。具有最小RMS的替代涂层的外观与目标涂层的外观最接近。
应该注意，上述实例中仅使用了两个比率。在本领域的技术人员确定有必要时，可使用其他特征、特征值、或特征距离。还应理解，可赋予一个或多个特征、特征值或特征距离不同的加权因子，从而生成特征距离的加权和。加权因子和计算加权特征距离的实例在上述美国专利6,952,265中进行了详细描述。
不采集目标图像也可生成外观特性。这可通过以下方式实现：检测目标涂层的反射率并直接记录在非图像数据文件中，例如一组柱状图文件、二进制数据文件、或可记录外观信息的其他非图像数据文件中。可将任何上述数字成像装置配置成直接地或通过转换器来生成非图像数据文件，例如二进制数据文件。用模拟成像装置记录的图像，例如用静态胶片照相机采集的照片，可通过例如扫描仪转换成数字图像、或非图像数据文件。本领域的技术人员可使用上述方法或其变型形式，以非图像数据文件为基础生成外观特性。
本发明还涉及一种用于生成含效应颜料的目标涂层的外观特性的系统。
此系统的一个实施方案包括：a)用于以固定的照明角度和不同的照明强度对目标涂层提供照明的装置；b)用于选择有效照明强度的装置，在此强度下目标涂层的效应颜料表现出不同的亮度；c)用于在有效照明强度下采集目标涂层的至少一个目标图像的成像装置；d)包括显示器构件、存储器构件和处理器的计算装置；以及e)位于存储器构件中的计算机程序产品，该程序产品用于执行计算过程以便i)从成像装置接收目标图像；ii)从目标图像辨识外观特征，这些特征包括：所述图像中效应颜料呈现最高亮度的明亮区域的一组明亮特征，所述图像中效应颜料呈现中等亮度的中等区域的一组中等特征，以及所述图像中目标涂层基本上不含可检测到的所述效应颜料的黑暗区域的一组黑暗特征；iii)根据外观特征生成各个特征值；以及iv)根据各个特征值生成外观特性。
提供照明的装置通常包括光源，例如，带有卤钨灯EKE(由Illumination Technologies Inc.，East Syracuse，New York提供)以及光纤束A08025.60(由Schott Fostec Inc.，Auburn，New York提供)的IT3900，它能够在设定的强度下在400纳米至700纳米的可见光范围内发出照明光束。该系统优选地为便携式的，并且优选地具有封闭的伸出部以便将光源置于其中。然而，申请人也设想到使用替代装置，例如带有LM-50灯和光纤束的MHF-C50LR光源，其中光纤束连接到MML4-45D微型机器透镜系统(由Moritex USA Inc.，San Jose，California提供)以便传送来自光源的照明光线。用于选择有效照明强度的装置可以是任何常规装置，例如能够改变流向光源灯丝的电流的稳压器。可根据在计算机上运行的常规软件程序来控制照明强度以达到预先设定的强度。此处用于控制照明强度的计算机可以就是用于接收图像的上述计算装置，或者是单独的计算机。可以使用任何适合的计算机，例如由Dell Computer Corp.，Round Rock，Texas提供的Dell Precision M50型计算机。如果需要，该系统可包括附加的装置，例如准直透镜或光圈来用于校准从光源发出的一个或多个光束，其必要性由本领域的技术人员加以确定。成像装置优选地为数字成像仪，例如数字静态照相机、数字视频摄像机、数字扫描仪、或电荷耦合器件(CCD)照相机。
本发明甚至还涉及一种用于对含替代效应颜料的替代涂层与含目标效应颜料的目标涂层的外观进行比较的系统。根据上述方法并使用上述装置，该系统可生成目标外观特性和替代外观特性。然后根据前文所述的算法，比较目标外观特性和替代外观特性。
本发明的方法和系统可用于测量原始机动车涂层(OEM涂层)的外观，和用于在这些OEM涂层的修补和翻新过程中匹配OEM涂层。
实施例
在下面的实施例中将进一步限定本发明。应当理解，尽管这些实施例表示本发明的优选实施方案，但其仅作为例证给出。通过上述讨论和这些实施例，本领域的技术人员可以确定本发明的实质性特征，并且在不脱离本发明的实质和范围的前提下，可以对本发明进行各种改变和变型以适应各种应用和条件。
外观测量
用得自Jai Pulnix，San Jose，California，USA的成像装置TM-7EX采集目标图像。照明角度设定为垂直于目标涂层表面的0°，并选择有效照明强度以使目标涂层中的薄片表现出不同的亮度。成像装置以0至255范围的图像强度级别存储数字图像。该范围来自于8位数据格式，该格式用于表示数字图像中任何一个像素的数据。选择有效的照明强度设置，使图像的最亮部分位于或接近图像强度级别255，同时图像中图像强度较低的对象仍然可见。用相同的有效照明强度采集替代涂层的图像。代表性的目标涂层灰度图像示于图4中。
设定三种不同的阈值级别以测量所采集图像的外观特性：T1最高，T2居中，T3表示背景。本文中使用的阈值级别是指图像强度级别，其中图像强度级别等于或大于该阈值级别的任何像素都将被测量到。对于本实施例中所述的测量，按以下方式设定阈值级别：
T1＝225，
T2＝150，并且
T3＝100。
然后使用计算机程序产品从每个图像提取以下特征。对于每个图像，测量整个图像的像素。出于统计目的，可以测量一个以上的图像。本实施例中所示的某些数据表示一个以上的图像的测量的平均值。在目标涂层或替代涂层的相同或不同部分采集图像。某些特征具有与它们相关的尺寸。尺寸或尺寸范围描述如下。根据下述预先确定的尺寸，将特征分成不同的类别，如小、中等、大和特大。应当理解，对于所测量的涂层，本领域的技术人员在认为合适时，可以为某些或全部特征选择不同的尺寸。
1)在阈值级别T1处：
对象数：图像强度等于或大于阈值T1的相异和连续的闪耀对象的总数。
小对象数：在各个图像的各个部分测量到的小闪耀对象的平均数。小闪耀对象被定义为尺寸小于10至20微米的对象。在此特定测量中，忽略小于10微米的对象。
中等对象数：在各个图像的各个部分测量到的中等闪耀对象的平均数。中等闪耀对象被定义为尺寸为20至30微米的对象。
大对象数：在各个图像的各个部分测量到的大闪耀对象的平均数。大闪耀对象被定义为尺寸为30至50微米的对象。图5A中的对象15是此类大对象的实例(明亮特征大)。
特大对象数：在各个图像的各个部分测量到的特大闪耀对象的平均数。特大闪耀对象被定义为尺寸大于50微米的对象。
T1区域：图像强度高于阈值级别T1的图像的面积分数。根据每个涂层的多个图像的测量值给出该涂层的平均值。
测量数据示于表1中。代表性的图像示于图5A中。明亮区域是图像强度等于或大于阈值级别T1的闪耀对象。
表1：在阈值级别T1处的测量数据。
  涂层   对象数   小对象数   中等对象数   大对象数   特大对象数   T1区域
  目标涂层   226   37.4   45.6   15.2   4.4   0.5
  替代涂层A   229   44.6   37.2   16.8   10.8   0.57
  替代涂层B   131   23   20.2   9.2   4.6   0.3
  替代涂层C   126   24.8   21.8   2.8   0.8   0.18
  替代涂层D   313   68.4   51.8   9.2   2.2   0.5
  替代涂层E   66   15.2   8   3.2   1.6   0.12
  替代涂层F   287   56.8   43   19   6.4   0.59
  替代涂层G   108   18   16.4   6.2   2.4   0.29
2)在阈值级别T2处：
扩大数量：前述四个类别(即上述小、中等、大和特大)中，与阈值级别T1相比，在阈值级别T2处尺寸扩大的闪耀对象的平均数。扩大区域的实例是图5B中的对象16。虚线15a表示在阈值级别T1处可以检测到的同一闪耀对象的边界。根据每个涂层的多个图像的测量值给出该涂层的平均值(表2)。
新对象数：前述四个类别中的新闪耀对象的平均数，其中新闪耀对象是与在阈值级别T1处检测到的任何闪耀对象相异的连续区域。图5B中的闪耀对象17是此类新闪耀对象的实例。根据每个涂层的多个图像的测量值给出该涂层的平均值(表2)。
扩大区域：与阈值级别T1相比，在阈值级别T2处具有扩大的闪耀对象的图像面积分数。根据每个涂层的多个图像的测量值给出该涂层的平均值(表3)。
新区域：在阈值级别T2处具有新闪耀对象的图像面积分数。根据每个涂层的多个图像的测量值给出该涂层的平均值(表3)。
高区域：上述扩大区域和新区域之和。根据每个涂层的多个图像的测量值给出该涂层的平均值(表3)。
3)在阈值级别T3处：
中等区域：图像强度介于阈值级别T2和T3之间的图像面积分数。根据每个涂层的多个图像的测量值给出该涂层的平均值。图5C中的区域19是此类图像强度介于T2和T3之间的区域的实例：该对象在T2下检测不到，但在T3下可以检测到。
低区域：图像强度在阈值级别T3以下的图像面积分数。根据每个涂层的多个图像的测量值给出该涂层的平均值。图3中的交叉影线区域14和图5C中的黑暗区域18是此类低区域的实例。
表2：在阈值级别T2处的特征值。
Figure G2007800369334D00161
表3：在阈值级别T2和T3处的特征值。
  涂层   扩大区域   新区域   高区域   中等区域   低区域
  目标涂层   1.44   0.62   2.1   62.3   35.6
  替代涂层A   1.61   0.74   2.3   61.3   36.3
  替代涂层B   0.96   0.64   1.6   63.2   35.2
  替代涂层C   0.67   0.67   1.3   62.3   36.3
  替代涂层D   1.83   1.28   3.1   61.7   35.2
  替代涂层E   0.44   0.5   0.9   64.5   34.6
  替代涂层F   1.81   0.9   2.7   60.6   36.7
  替代涂层G   0.85   0.73   1.6   66.3   32.1
外观数据的比较
通过计算和比较对应的特征值，比较目标涂层和替代涂层的外观特征。所述计算和比较是由计算机程序产品根据下述原理和考虑因素执行。
首先，使用以下公式计算各个特征值比率扩大区域/T1区域和新区域/T1区域。
REA＝扩大区域/T1区域
RNA＝新区域/T1区域
其中对应特征值T1区域示于表1中，扩大区域和新区域示于表3中。
然后，用以下公式计算各个特征距离REA-Alt-REA-Tgt、RNA-Alt-RNA-Tgt和特征距离的均方根(RMS)：
RMS＝(((REA-Alt-RNA-Tgt)2+(RNA-Alt-RNA-Tgt)2)/2)1/2
其中：
REA-Alt为替代涂层的REA值；
REA-Tgt为目标涂层的REA值；
RNA-Alt为替代涂层的REN值；
RNA-Tgt为目标涂层的REN值。
特征距离的计算结果示于表4中。
表4：特征距离的RMS。
涂层 扩大区域/T1区域 新区域/T1区域   目标涂层的特征距离的RMS
  目标涂层   2.88   1.24   -
  替代涂层A   2.82   1.30   0.06
  替代涂层B   3.20   2.13   0.67
  替代涂层C   3.72   3.72   1.85
  替代涂层D   3.66   2.56   1.08
  替代涂层E   3.67   4.17   2.14
  替代涂层F   3.07   1.53   0.24
  替代涂层G   2.93   2.52   0.90
根据表4中所示的RMS结果，生成替代涂层的下列初始外观排名(表5)。
表5：初始外观排名。
  替代涂层   初始外观排名
  替代涂层A   1
  替代涂层F   2
  替代涂层B   3
  替代涂层G   4
  替代涂层D   5
  替代涂层C   6
  替代涂层E   7
然后考虑排名最高的替代涂层的其他特征值。比较特大闪耀对象数(表1中的特大闪耀对象数列)的差异。根据表1中的数据，可以确定排名最高的替代涂层A有太多的特大闪耀对象，这可能会得到与目标涂层相比较粗糙的涂层。因而替代涂层F在排名列表中上移。在生成调整后的外观排名时，对前3位的替代涂层重复此方法：替代涂层F在外观方面最为匹配，替代涂层B和替代涂层A也能在可接受的容差内满意地匹配目标涂层的外观。最终的外观比较结果示于表6中。
表6：外观比较结果。
  替代涂层   初始外观排名   调整后的外观排名   匹配外观   注释
  目标涂层   -   -   -   -
  替代涂层F   2   1   是   最匹配
  替代涂层A   1   2   是   第2选择
  替代涂层B   3   3   是   第2选择
  替代涂层G   4   -   否
  替代涂层D   5   -   否
  替代涂层C   6   -   否
  替代涂层E   7   -   否

Claims (18)

1.一种用于获得含效应颜料的目标涂层的外观特性的方法，所述方法包括以下步骤：
a)以固定的照明角度和不同的照明强度对所述目标涂层提供照明；
b)选择有效照明强度，在此强度下，所述目标涂层的效应颜料表现出不同的亮度，其中选择所述照明强度，使得图像的最亮部分处于或接近最大图像强度级别，而同时处于较低图像强度的对象在该图像中仍然可见；
c)使用成像装置在所述有效照明强度下采集所述目标涂层的至少一个图像；
d)由计算装置从所述图像辨识外观特征，所述外观特征包括：所述图像中像素的图像强度级别等于或大于第一阈值级别的明亮区域的一组明亮特征，所述图像中像素的图像强度级别等于或大于第二阈值级别的中等区域的一组中等特征，以及图像强度低于第三阈值级别的图像中所述目标涂层基本上不含可检测到的所述效应颜料的黑暗区域的一组黑暗特征；
e)根据所述外观特征生成各个特征值；以及
f)根据所述各个特征值生成所述外观特性。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述效应颜料是随角异色薄片。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述目标涂层固定到机动车车身的表面上。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述成像装置是数字成像仪。
5.一种用于对含替代效应颜料的替代涂层与含目标效应颜料的目标涂层的外观进行比较的方法，所述方法包括以下步骤：
a)以固定的照明角度和不同的照明强度对所述目标涂层或所述替代涂层提供照明；
b)选择有效照明强度，在所述强度下，所述目标涂层或所述替代涂层中的至少一个的效应颜料表现出不同的亮度，其中选择所述照明强度，使得图像的最亮部分处于或接近最大图像强度级别，而同时处于较低图像强度的对象在该图像中仍然可见；
c)使用成像装置在所述有效照明强度下采集所述目标涂层的至少一个目标图像和所述替代涂层的至少一个替代图像；
d)由计算装置辨识所述目标图像的目标特征和所述替代图像的替代特征，
其中所述目标特征包括：所述目标图像中像素的图像强度级别等于或大于第一阈值级别的明亮区域的一组目标明亮特征，所述目标图像中像素的图像强度级别等于或大于第二阈值级别的中等区域的一组目标中等特征，以及图像强度低于第三阈值级别的目标图像中所述目标涂层基本上不含可检测到的所述目标效应颜料的黑暗区域的一组目标黑暗特征；并且
其中所述替代特征包括：所述替代图像中像素的图像强度级别等于或大于第一阈值级别的明亮区域的一组替代明亮特征，所述替代图像中像素的图像强度级别等于或大于第二阈值级别的中等区域的一组替代中等特征，以及图像强度低于第三阈值级别的替代图像中所述替代涂层基本上不含可检测到的所述替代效应颜料的黑暗区域的一组替代黑暗特征；以及
e)根据所述目标特征生成各个目标特征值，并根据所述替代特征生成各个替代特征值；
f)根据所述各个目标特征值生成目标外观特性，并根据所述各个替代特征值生成替代外观特性；以及
g)通过比较所述替代外观特性与所述目标外观特性，对所述替代涂层和所述目标涂层的外观进行比较。
6.如权利要求5所述的方法，其中所述效应颜料是随角异色薄片。
7.如权利要求5所述的方法，其中所述目标涂层固定到机动车车身的表面上。
8.如权利要求5所述的方法，其中所述成像装置是数字成像仪。
9.一种用于生成含效应颜料的目标涂层的外观特性的系统，所述系统包括：
a)用于以固定的照明角度和不同的照明强度对所述目标涂层提供照明的装置；
b)用于选择有效照明强度的装置，在所述强度下，所述目标涂层的效应颜料表现出不同的亮度，其中选择所述照明强度，使得图像的最亮部分处于或接近最大图像强度级别，而同时处于较低图像强度的对象在该图像中仍然可见；
c)用于在所述有效照明强度下采集所述目标涂层的至少一个目标图像的成像装置；
d)包括显示器构件、存储器构件和处理器的计算装置；以及
e)位于所述存储器构件中的计算机程序产品，所述程序产品使所述计算装置执行包括以下步骤的计算过程：
i)从所述成像装置接收所述目标图像；
ii)通过所述计算装置从所述目标图像辨识外观特征，所述外观特征包括：所述图像中像素的图像强度级别等于或大于第一阈值级别的明亮区域的一组明亮特征，所述图像中像素的图像强度级别等于或大于第二阈值级别的中等区域的一组中等特征，以及图像强度低于第三阈值级别的图像中所述目标涂层基本上不含可检测到的所述效应颜料的黑暗区域的一组黑暗特征；
iii)根据所述外观特征生成各个特征值；以及
iv)根据所述各个特征值生成所述外观特性。
10.如权利要求9所述的系统，其中所述效应颜料是随角异色薄片。
11.如权利要求9所述的系统，其中所述目标涂层固定到机动车车身的表面上。
12.如权利要求9所述的系统，其中所述成像装置是数字成像仪。
13.一种用于对含替代效应颜料的替代涂层与含目标效应颜料的目标涂层的外观进行比较的系统，所述系统包括：
a)用于以固定的照明角度和不同的照明强度对所述目标涂层或所述替代涂层提供照明的装置；
b)用于选择有效照明强度的装置，在所述强度下，所述目标涂层或所述替代涂层中的至少一个的效应颜料表现出不同的亮度，其中选择所述照明强度，使得图像的最亮部分处于或接近最大图像强度级别，而同时处于较低图像强度的对象在该图像中仍然可见；
c)用于在所述有效照明强度下采集所述目标涂层的至少一个目标图像和所述替代涂层的至少一个替代图像的成像装置；
d)包括显示器构件、存储器构件和处理器的计算装置；
e)位于所述存储器构件中的计算机程序产品，所述程序产品使所述计算装置执行包括以下步骤的计算过程：
i)从所述成像装置接收所述目标图像和所述替代图像；
ii)辨识所述目标图像的目标特征和所述替代图像的替代特征，
其中所述目标特征包括：所述目标图像中像素的图像强度级别等于或大于第一阈值级别的明亮区域的一组目标明亮特征，所述目标图像中像素的图像强度级别等于或大于第二阈值级别的中等区域的一组目标中等特征，以及图像强度低于第三阈值级别的目标图像中所述目标涂层基本上不含可检测到的所述目标效应颜料的黑暗区域的一组目标黑暗特征；并且
其中所述替代特征包括：所述替代图像中像素的图像强度级别等于或大于第一阈值级别的明亮区域的一组替代明亮特征，所述替代图像中像素的图像强度级别等于或大于第二阈值级别的中等区域的一组替代中等特征，以及图像强度低于第三阈值级别的替代图像中所述替代涂层基本上不含可检测到的所述替代效应颜料的黑暗区域的一组替代黑暗特征；
iii)根据所述目标特征生成各个目标特征值，并根据所述替代特征生成各个替代特征值；
iv)根据所述各个目标特征值生成目标外观特性，并根据所述各个替代特征值生成替代外观特性；以及
v)通过比较所述替代外观特性与所述目标外观特性，对所述替代涂层和所述目标涂层的外观进行比较。
14.如权利要求13所述的系统，其中所述效应颜料是随角异色薄片。
15.如权利要求13所述的系统，其中所述目标涂层固定到机动车车身的表面上。
16.如权利要求13所述的系统，其中所述成像装置是数字成像仪。
17.如权利要求13至16中任一项所述的系统，所述系统还包括用于存储和检索所述特征和外观特性的数据库，其中所述数据库从所述计算装置访问。
18.如权利要求13至16中任一项所述的系统，其中所述成像装置通过有线或无线连接方式可操作地连接到所述计算装置上。
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