CN101910826A - 用于获取高动态范围的光谱、空间和角度分解的辐射数据的方法和设备 - Google Patents
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Abstract
一种获取例如纸张等样本的样本表面的高动态范围的光谱、空间和角度分解的辐射的方法，通过电磁辐照器将受到控制的光谱分布的电磁辐射照射在样本的样本表面上，并且使用电磁感应传感器以记录所反射的光谱分布来实现该方法。电磁场的强度的光谱分布被建模为已经被样本的样本表面的多个空间适当限定的部分表面进行反射。关于输入辐射和输出信号之间的功能依赖性以及对于每一个单个传感器元件单独地选择的曝光时间段的记录适当限定电磁感应传感器，从而将代表所记录的高动态范围的光谱分解的电磁辐射的信息容量编译作为在测量过程中样本的样本表面内的部分表面的位置和对样本施加的各个角度的函数。
Description
技术领域
本发明涉及用于获取辐射数据的方法。更具体地，本发明涉及在一个集成的光学系统中测量并描绘高动态范围的光谱、空间和角度分解的辐射数据。
背景技术
物体的外观是通过从受到观察的物体辐射的光而造成的视觉感受。外观本质上是空间域和三色域中的特征的组合。与入射光源(电磁辐射器)和观测者(接收器)有关，物体在不同的角度方向上通常具有大体上不同的外观。例如数字照相机和计算机扫描仪等普通的成像装置通常将空间域和三色域分解。为了也描述依赖于角度的行为，在特征描述处理中必需也包括角度自由度。捕捉并描绘物体的空间、角度及三色光学响应在描绘用于物体外观的客观原因时形成了强有力的基础。
在该情境中的多个技术挑战之一是物体的角度分解的光学特征描述通常包括宽范围的信号强度(信号动态)，包括高强度的镜面反射和来自其它方向的低强度的反射。用于图像记录的普通单元缺乏处理通常在该情境中出现的高动态范围的强度的能力，因此不适合该种任务。
描绘用于物体外观的客观原因具有高的工业相关性，例如当在纸业中实施产品开发时。产品开发可以减少产品的某些特征中的不足，比如不希望的光泽度(gloss)变化。描绘用于物体外观的客观原因(包括不希望的光泽度变化)将在减少不期望的行为的对策研究中是极其重要的帮助。物体外观的客观原因的特征描述可以增加产品开发工作的效率。
由于描绘产品外观的客观原因的已知方法收集的数据不能有效描绘高动态范围的光谱、空间和角度分解的辐射数据，因此这些方法不是非常有效。由于这些合成信息容量(volume)的特性特征的每一个都极其重要，因此缺乏这些特征中的至少一个的每一种特征描述方法都将不是最理想的特征描述方法。因此，存在对于改善的方法的明显及明确的需要。本发明满足了该种需要。本发明产生对于先前没能解决的问题有助于找到解决办法的新的相关信息。缓解与数据的特征描述相关的问题将有助于更有效的产品开发工作并最终开发出更好并更便宜的产品。
现有技术
申请人的瑞典专利SE511929公开了一种通过与空间和角度信息一起记录反射光的强度来确定来自样本的样本表面的光泽度质量的方法和装置，因此将该专利并入本文作为参考。通过上述瑞典专利SE511929部分限定的已知技术缺乏两种彼此关键的特性，首先A)(在被限制情况下：颜色)还表征光谱分解的辐射的能力，然后B)充分表征与测角(goniometric)特性相关的正常大的动态范围的辐射的能力。定向的辐射强度的动态范围对于普通和相关样本表面可以覆盖大于六个十进制(从1到106单位的值)。辐射的高动态范围的特征描述的问题部分地涉及普通图像传感系统的噪声和失真量级(level)。为了解决该问题，希望引入一种描述输入和输出信号之间的关系的传感器系统的数学模型。在信号理论的较普通规则和图像分析的较特定规则的资料中，存在目标等级部分变化的大量传感器系统的数学模型。下面仅描述在传感器系统建模的该种环境中的某些最相关的问题。对于非常高要求的应用可以希望传感器系统的输入和输出信号之间的关系的更先进并更精确的数学模型。这样的模型在资料(信号理论和图像分析规则)中进行了描述。传感器系统的数学建模环境中的最相关的问题：
1.非线性输-输出响应。理想地，所描述的传感器应该示出输入x和输出f(x)之间的关系：f(x)＝mx+b，其中m是(常量)标量并且b＝0。i)虽然输入辐射在接收器感应的波长范围内接近于零，但是传感器一般给出并非微不足道的输出。该函数然后至多是其中f(x)＝mx+b并且b为非零的不希望的仿射映射。在通过所谓的“暗电流”(通常，在某种程度上积分时间的函数)及所谓的失真(通常，独立于积分时间)引起的某些传感系统模型中，描述b。在本文中，为了简化将模型项目b称为“暗电流”，其中暗中包括了失真。ii)传感器可以示出除了常量斜率之外的输入x和输出f(x)的之间的响应，因此，不以m是标量来描述关系f(x)＝mx+b。这些缺陷i)和ii)可能造成显像的问题，从而造成低质量的着色，并且对于进一步的计算，由于非线性可以被描述为降低信号噪声比的失真，从而造成特征描述不太准确。这些缺陷在描绘高动态范围信号时比描绘较低动态范围的信号时通常更严重。这些问题在描绘高动态范围输入时比描绘更受限制的动态范围的输入时更严重，由此，该问题与本发明高度相关。
2.非线性曝光(exposure)时间间隔-输出关系。在测量过程中，使传感器曝光以在某些恰当定义的时间间隔(其中对入射光量进行积分以产生传感器的输出值的曝光时间间隔)中进行辐射。空间分解传感器还具有多个传感器元件，各个传感器元件有助于复合输出。通常，对于所测量的样本，应该明智地选择曝光时间间隔。太长的间隔导致传感器饱和并且因此将给出不正确的输出。太短的间隔导致输出很大程度包括暗电流(噪声和失真)(见上述的1中的i)以及所谓的量化失真。当对有限数量的样本以有限数量的量级，即离散信号，代表连续的信号(无限量级的分解和无限的时间分解表示)时，量化失真出现。假设线性数字表示时，量化失真的比率在低信号量级上通常较大。同样，输入信号可以具有比传感器能够覆盖的更高的动态范围，然后曝光时间间隔选择可以是限制主要由于饱和、量化失真及噪声造成的误差的联合作用的最优化问题。由于这些原因，希望具有改变曝光时间的可能性。然而，改变曝光时间也造成输出改变，较长的积分时间造成较高的信号输出。因此，为了能够涉及不同的曝光时间间隔的测量，必需知道曝光时间间隔和信号输出之间的关系，从能够理想地消除信号特征描述作用。如果该关系是非线性的，则最直观并最通常使用的关系f(x)＝x/s，其中s是曝光时间，将导致特征描述不太准确。这些问题在描绘高动态范围输入时比描绘更受制的动态范围的输入时更严重，由此，该问题与本发明高度相关。
3.由于饱和的误差传播。理想地，当空间分解的传感器饱和时，应该仅影响传感器的饱和的子部分。通过饱和的子部分的输出值达到传感器的最大值可以容易地识别该子部分，并因此消除该饱和的子部分。然而，一般来说，传感器不显示出该希望的性能。相反，当传感器的某个子区域饱和时，也影响周围的区域，从而使周围区域的输出值失真。失真的周围区域不容易被识别，并且可能被无意地包括在输出中，从而造成特征描述不太准确。这些问题在描绘高动态范围输入时比描绘更受限制的动态范围的输入时更严重，由此，该问题与本发明高度相关。
通常，感应高动态范围的主旨被称为高动态范围成像，HDRI(high dynamicrange imaging)。基本思想是基于多个临时的帮助图像来建立一个最终图像，其中临时的帮助图像在其成像的积分时间上有所不同。当构造出自多个已成的临时帮助图像的最终的一个图像时，算法转换弥补了由积分时间不同造成的所描绘的强度量级不同。
已经提出了解决高动态范围成像的方法，例如Nayar S K和Branzoi V在第九期IEEE International Conference on Computer Vision 2003的国际会议的公报上的“Adaptive Dynamic Range Imaging：Optical Control of Pixel ExposuresOver Space and Time”，将其并入本文作为参考。该参考文献描述了基于空间光调制器的高动态范围成像装置。所描述的方法是基于复杂并昂贵的技术子系统，即能够处理高动态范围信号的色彩空间光调制器(SLM)。该种装置比本发明基于的成像硬件复杂和昂贵的多。除了对于高动态范围成像系统使用复杂并昂贵的成像装置，Nayar-Branzoi方法缺乏角度分解的关键特征。考虑到对于例如本发明等装置的高的行业要求，可能争辩说即使对于本行业的专业人员所描述的高动态范围成像装置和角度与空间分解的测量装置的组合不是显而易见的操作。对于本发明的相关的另一争论是在Nayar-Branzoi方法中使用的色彩SLM的高成本，其将严重削弱行业应用性。本发明可以改为基于普通的、相比而言低价格的CCD传感器，这极大地增加了商业应用性。然而，部分地由于饱和的传感器元件造成的误差传播，因此对于高动态范围成像使用传统的色彩图像传感器是技术上的挑战。本发明解决了使用CCD传感器涉及的挑战。
通常，上述缺点A)和B)削弱了应用性并限制了已知技术的潜在工业价值。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种能够描绘高动态范围的、空间和角度分解的辐射数据的方法。这有助于在用于例如纸业等各种工业的高重要性的基本不同的领域范围内的新的应用。
本发明的另一个目的是帮助高动态范围的、空间和角度分解的辐射的光谱分解的特性描述。通过使用光谱上适当限定的电磁辐射器和具有一组适当限定的波道的接收器来实现该特征描述。该特征描述可以包括一个或多个测量，这些测量在辐射器的光谱分布方面有区别-这有助于荧光材料的特征描述。
本发明的另一个目的是对于传感器的每一个单独的传感器元件单独地选择辐射曝光时间段，以有助于特别大的动态范围的辐射的记录，这通常与来自其它测量几何结构的高的强度光谱反射和低的光强度反射的组合有关。
附图说明
下面，参考示例性实施例并参考附图，将更具体地描述本发明，其中：
图1是根据本发明的一个可能的装置的立体图；
图2说明样本的样本表面的侧面模型；
图3是信息容量的简化图示；
图4是根据本发明产生的信息容量的视图。
具体实施方式
具体参考在附图中说明的本发明的当前优选示例性实施例。在任何地方，将贯穿附图使用相同的附图标记以指示相同或相似的部件。
参考图1，用于获取例如纸页等样本的样本表面的高动态范围的空间、角度和光谱分解的辐射的方法可以这样来确定：通过使用辐照器(irradiator)11并使用包括依次由多个单个的传感器元件14构成的空间分解传感器13的空间分解传感器系统12，虽然在图1中没有清楚的描述辐照器11，但辐照器11可以包括校准辐照的光学器件、改变辐照频谱的光谱滤波器及极化滤波器，从而将所控制的光谱分布的电磁波辐照在样本10的样本表面上。虽然在图中没有清楚的描述，但传感器系统12可以包括校准辐射的光学器件、改变辐射频谱的光谱滤波器及极化滤波器，并且根据下面描述的高动态范围过程记录到达传感器系统12并且更具体地到达单个的传感器元件14的电磁场的光谱分布。虽然可以是例如0度等其它角度，但由辐照器11的光轴和传感器系统12的光轴限定的角度V是特定实现的45度。为了获得空间分解信息，必须进行一系列测量，具有下面的组件中的至少一个的相对运动：辐照器11、样本10的样本表面或传感器系统12，该相对运动是相对于10-12三个组件中的其它一个或其它两个。由传感器系统12和样本10的相对倾斜造成的投射误差必须被再次变形，这可以使用基于基础三角学的公知的适合的图像分析算法来进行。
图2说明由多个部分表面(part-surface)20组成的样本10的样本表面的模型。在该模型中，小平面(facet)20具有关于倾斜、反射率及发射度特性的信息。
当描绘样本10的样本表面时，对于分析样本10的样本表面的某个部分表面20的各个单独的传感器元件14可以单独选择记录曝光时间段。从而，可以编译信息容量，其将所记录的高动态范围光谱分解电磁强度表示为测量时样本10的样本表面上部分表面20的位置和在样本上施加的各个角度的函数。严格地说，如果信息组的维数大于三，则术语“容量(volume)”应该与“超容量(hyper volume)”的表达互换，所存储的信息被光谱分解。尽管如此，为了方便，下面仍将信息组称为信息容量。
为了成功地选择曝光时间，单独选择曝光时间的方法包括多个关键的先决条件，包括(下面进一步具体描述)：
1.传感器的响应曲线的特征描述，其可以近似地表征为：i)暗电流，即在关系f(x)≈mx+b中表征b，及ii)斜率，即对于关系f(x)≈mx+b优化m，从而当对x积分时，使函数z(x)＝abs(f(x)-(mx+b))最小化，其中abs()是绝对值。
2.作为传感器曝光时间的函数的传感器的响应的特征描述。
3.误差传播特征描述-饱和的传感器元件怎样传播到周围的传感器元件。
下面的描述给出获取先决条件1-3的方法：
1i.可以通过在保护传感器不受辐射的同时测量传感器输出来实现暗电流的特征描述，从而传感器仅曝光于微不足道数量的辐射，传感器对于该辐射的波长敏感。理想地，然后传感器应该产生零输出，但是，通常物理(非理论)传感器不是这样的情况。理想地应该对每一个单个传感器元件14单独执行导致暗电流图像的所述特性，但是可替换地，可以以所有单个传感器元件14的平均值(暗电流标量)来近似所述特征描述。应该对于所有相关传感器曝光时间间隔单独地执行所述特征描述，或通过在多个不同的曝光时间间隔上的暗电流的特征描述和其它相关暗电流值的内插来近似所述特征描述。此后，暗电流特征描述被用于补偿传感器输出-通过将对应的暗电流值及可能的负值设置为零来减少传感器输出。
1ii.可以在保持辐射11的光谱分布不变的同时，特别是通过在不同辐射强度的范围中使传感器曝光来执行(在上述减去暗电流之后)剩余的传递函数的特征描述，从而获得输入辐射强度和传感器输出值之间的关系。对于传感器的每一个光谱波道(spectral channel)执行该特征描述。
2.可以通过下面的过程来执行作为传感器曝光时间的函数的传感器的响应的特征描述：
a.选择最短可能的曝光时间，调节在传感器上的辐射强度以达到小的减去暗电流的传感器输出，比如峰值输出的3-5％的范围内。
b.在下面的处理步骤过程中，保持辐照器11的强度不变。
c.对曝光时间增加小的增量，并记录传感器输出。
d.当传感器输出饱和时停止，并消除对应的曝光时间-传感器输出配对。
上述过程产生期望的曝光时间-传感器输出关系。
3.饱和的误差传播。通过将误差划分为两种主要不同的误差源有助于误差的理解：电路导致的误差传播(通常被称为“渗漏(bleeding)”)及散射导致的误差传播。此外，对于描绘误差传播选择的方法依赖于所使用的传感器的类型。A)如果传感器系统12对于每一个光谱波道具有一个传感器，或类似地使用光谱(色彩)和空间全局(global)(一个滤波器覆盖传感器13的所有传感器元件14)，则可以使用下面的方法执行特性：在无限距离上产生辐射点源的近似，例如，使用具有保护罩的校准的泛光(flood)辐射体，该保护罩具有允许辐射传输的极微小的洞。点源(罩中的洞)应该小于由一个单个传感器元件14在样本上覆盖的对应的尺寸。通过以比使在其检测域中包括点源的传感器元件饱和的强度更高的各种相关强度来表征点源，可以表征系统的误差传播。B)如果传感器具有集成的光谱选择的马赛克以产生光谱选择性，则饱和的误差传播将造成在系统的特征描述过程中可能使用的、某些明显的不希望的颜色失真结果。使用下面的方法可以执行该特征描述：误差传播将影响对应于其它颜色的周围的像素，通过研究随着传感器中的功能强度量级的颜色图案(用于静态图形)的改变，有助于误差传播的特征描述。大多数物理(现实的)传感器对于不同颜色波道具有不同的敏感性(在补偿之前)。假设颜色波道敏感性中具有这样的差异并使用辐照能谱的物体，即，在每个给定的空间位置，对于传感器的相应光谱波道(仅对应于可见光的特别情况下的灰度色标)能谱近似地相等。物体的辐照能在由传感器13覆盖的区域内进一步从低的强度到高的强度改变(对应于在可视的电磁辐射的特定情况中的从接近黑色到接近白色的灰度色标变化)。通过所描述的先决条件，在非饱和传感器下感应物体，输出在每一个位置将是正的，但是，由于传感器的光谱波道的敏感性的差别，因此对于每一个光谱波道并不相等。当增加辐照器的强度时，则饱和发生，包括误差传播到邻近传感器元件。由于饱和将产生特定传感器元件中的真实值的估计不足，并且由于误差传播到邻近传感器元件将产生其它光谱带的邻近传感器元件的过高估计，因此，表示出双重结果：微小误差传播的已有的颜色改变，由于饱和误差传播的颜色失真。例如通过普通的均方根(RMS)距离测量可以表征颜色失真的量。在临时帮助图像的成像处理中，通过假设任意选择的误差传播环境，并使用排除不正确的传感器元件值的环境，基于假设的误差传播环境产生结果图像。基于多个假设的误差传播环境可以产生相同数量的多个结果图像，并且可以估计它们的信号噪声比性能。如果可以假设误差传播环境被限制到很少的几个传感器元件，例如对应于假设10个传感器元件的距离，则符合要求(基于误差传播的前述的两种基本原因)的误差传播环境的数量相对很少的(10进制的)，并且使用所提到的距离测量在失真方面容易评价。
注释：在优化误差传播排除环境的调查中，如果环境被选择地太小，则在临时帮助图像中将包括不正确的误差传播影响的传感器值，因此，结果图像造成失真增加。如果所选定的误差传播排除环境被选择的太大，则包括正确值的不定数量的传感器值将被从临时帮助图像中排除，这限制了成像算法的潜力，导致图像的信号噪声比减少，导致失真增加。因此，当选择太小或太大的误差传播排除环境时，将增加失真。因此，当选择误差传播排除环境的大小时，倾向于在最小的失真量级处可以达到最优。
通过满足所述三种先决条件，可以通过下面的方法实现本发明：对于给定的物体场景并且使用成像光学元件，使单个的传感器元件14曝光于来自该场景的辐射以在下面的任意一种持续时间得到强度值l1：a)当单个的传感器元件14已经达到预定(高的)值l1＝lH时的时间段T1，或b)到达曝光(也被称为积分时间)值的预先限定的最大时间段TMAX，T1和TMAX中无论哪一个最短则为最短的值。在单个的传感器元件的基础上，这将造成传感器元件通常使用不同的曝光时间段。此后，使用已经描述的先决条件，在任一情况下：2a)l1＝lH，或2b)已经达到TMAX(l1＜lH)，使用下面的方式变换单个的传感器元件14输出：1)补偿合适的暗电流值，2)补偿使用的曝光时间段。对于单个的传感器元件执行所有这些补偿。
对于传感器的所有的单个的传感器元件14执行所述补偿将产生高动态范围的传感器输出。对于传感器的每个光谱波道执行一个高动态范围的传感器输出。所述算法有助于光谱的高动态范围成像装置与空间和角度分解特征描述方法结合以执行高动态范围的光谱、空间和角度分解的辐射特征描述。使用较简单的方法，可以从中选择的单独积分的时间段被限制为为数不多的几个，例如四个。使用四个不同的积分时间段，产生这四个不同的部分图像。对于绝大多数地对应于较长积分时间间隔的图像，该方法可能造成多个不同的饱和的传感器元件14。先前描述的误差传播的特征描述指导确定在测量中排除什么区域。从而可以以不同的方式实现获取不同积分时间段的序列。上述给出的是两个示例：1)通过传感器元件单个选择，当可以选择接近连续地可变的积分时间时为恰当的，及2)一组临时帮助图像的成批记录，其中在图像之间积分时间不同，当记录被限制于仅仅为数不多数量的不同的积分时间间隔时，或当传感器系统12不提供单独控制传感器元件14积分时间时为恰当的。
图3说明以用作样本10的样本表面的电磁反射和放射特性的表示的信息容量的形式存储的数据，更具体地，该表示是函数I＝f(x，y，z)，其中I代表以坐标(x，y，z)测量的光谱分解电磁反射。x-y尺寸表示在样本10的样本表面内的位置，z尺寸表示在测量时对样本施加的角度，z值范围从-βMAX到βMAX，其中0度的施加角度对应于被定向的平滑的光泽样本，以使其总体上显示镜面反射。在整体镜面反射上，在给定示例中，辐照器11的光轴和对于样本10的样本表面正交的中值(mean)形成了-22.5度角，并且类似地，成像系统12的光轴和对于样本10的样本表面正交的中值形成22.5度角。虽然给定示例中的z值的范围是显示为围绕零的对称范围，但是其并非总是优选的。在图3中的给定示例中，βMAX对应于接近55度。因此，每一个给定三元组<xi，yj，zk>定义容量元素，或所谓的三维象素(voxel)(参照像素)。可以使用例如三维等低维度的光谱来记录光谱反射和发射特性，其中，一个示例是在图像感应和计算机情境的普通RGB原理中，其中该种三维像素的另一示例是更适合CIE XYZ原理的对于视觉感知应用，或具有三个或其它数量的维数的其它合适的表示。达到压缩的其它可能的并稍复杂的策略是执行样本的样本表面上辐射特征描述的更严格的光谱分解测量，并然后对基向量的特性组执行压缩。此外，这些可以基于傅里叶原理、小波原理，或基于通常使用的信号理论的规则和对于特征向量和矢量量化的通用的适合的概念而产生。然而，另一更复杂的方法是使用窄带辐照器并对于不同执行的多个重复的测量使用不同的辐照器中点波长，来执行多个重复的光谱分解测量。因此，该结果是高动态范围的空间和角度分解的辐射因子矩阵-用于信息容量中的每一个给定三维象素的矩阵信息-异常强大的光学信息组，其能够有意义地描绘样本10的样本表面以显示出一般用于例如文档安全业等中的衍射光变图像设备(DOVID)效果及荧光效果。以先前的推理类推，如果维数又大于三，则严格地说术语“容量”又是不合适的，“超容量(hyper volume)”的表达更正确。在最后给定的示例中，关于辐照器11的激励波长也进行分解。尽管如此，为了方便，下面仍将信息组称为信息容量。
图4是根据本发明产生的信息容量的摘录的视图。注意：由于专利申请规定禁止彩色图示，因此尽管特征描述包括颜色信息，但该图示仅是黑白的。所描绘的样本表面区域本质上不包括荧光材料，因此可以将该特征描述为更有限的反射信息容量。所描绘的表面是500欧元纸币中的商标为
的所谓的衍射光变图像器件(DOVID)。该图目标在于说明基本特征，包括信息容量的分辨率。注意，该图中的所有子说明起源于一个并且相同的结果信息容量(即，没有多个例如适于不同反射等级等的特征描述)。在该图示的背景中，存在两个正交的平面，一个水平图像平面和一个垂直的角平面。子说明A：放大角平面，说明特征描述的高角分辨率。子说明B：放大图像平面，说明高空间分辨率。子说明C：放大在容量的低反射区域中的角平面，其中，放大说明(而不是背景)区域具有高的扩大的色调值，以有助于低反射区域的研究。尽管是高的扩大，注意为低量级的失真和噪声。子说明D：放大高反射区域中的角平面，其中，放大说明(而不是背景)区域具有高度减弱的色调值，以有助于高反射区域的研究。尽管高的反射，注意色调值的缓慢渐变，表示特征描述没有遭受饱和。如果大量位置已经具有相等的并且在说明中最大的强度，其已经表示出(但不是证据)特征描述正遭受饱和。这不是图4中的情况。
附图说明可以通过使用本发明获得信息。该信息可以用于多个不同的方面，例如提高所研究的样本的品质特性。本发明可以用于大范围的不同的工业，可以通过可能使用的两个示例的领域来作为例子，下面进行描述：
·在纸业中的应用。由于许多打印质量问题与纸的光泽和颜色特性相关，因此光泽和颜色的具体(空间分解)特征描述对于产品开发领域的专业人员是重要的工具。
·在安全文档业中的应用。最有效的光学安全功能是当前所谓的光变器件(OVD)，其中外观的显著变化作为相对于光源和观察者设立的角的函数。例如在最具有统治性的货币的纸币中、在个人识别文档中及在信用卡中等包括了OVD。执行这些OVD的相关特征的具体仪器特征描述的能力对于工业具有很高的价值。
这些仅是无数领域中的两个，其中，当前技术不满足工业需要，并且本发明作出了极大的贡献来满足该工业的这些需要。
Claims (9)
1.一种获取例如纸张的样本的样本表面的高动态范围的光谱、空间和角度分解的辐射的方法，通过电磁辐照器将受到控制的光谱分布的电磁辐射辐照在样本的样本表面，并且使用电磁感应传感器以记录所反射的光谱分布而实现所述方法，其特征在于，
由样本的样本表面的多个空间上限定的部分表面来反射电磁场的强度的光谱分布，并记录对于每个单独的传感器元件单独地选择的曝光时间段，从而将代表所记录的高动态范围的光谱分解的电磁辐射的信息容量编译作为在测量过程中样本的样本表面内的部分表面的位置和对样本施加的各个角度的函数。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过三种校准来获得输入辐射和输出信号之间的功能依赖性：i)单个的传感器元件的响应曲线的特征描述，该特征描述可以通过下面的特征描述进行近似：A)暗电流，即，在关系式f(x)≈mx+b中表征b；及B)斜率，即，对于关系式f(x)≈mx+b优化m，从而当对x进行积分时，使函数z(x)＝abs(f(x)-(mx+b))最小化，其中abs()是绝对值，ii)作为单个的传感器元件的曝光时间的函数的单个的传感器元件的响应的特征描述，iii)单个的已饱和的传感器元件的误差空间传播的特征描述。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，通过在保护传感器不受传感器敏感的波长的辐射的同时，测量传感器输出来实现暗电流的特征描述，之后，暗电流的特征描述用于补偿单个的传感器元件的输出，从所述传感器输出中减去相应的单个的传感器元件的暗电流值。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，通过下面的过程执行作为单个的传感器元件的曝光时间的函数的单个的传感器元件的响应的特征描述：a)选择最短可能的曝光时间，调节在传感器上的辐射强度以达到低的、减去暗电流的传感器输出，比如在峰值输出的3-5％的范围内，b)在后续的处理步骤过程中，保持辐照强度不变，c)对曝光时间增加小的增量，并记录传感器输出，d)当传感器输出饱和时停止，并消除相应的曝光时间-传感器输出配对。
5.根据权利要求2到4中任一项所述的方法，其特征在于，通过将任务分为两种根本不同的原因的误差空间传播，有助于误差空间传播的特征描述，所述两种根本不同的原因的误差空间传播是电路造成的误差空间传播及散射造成的误差传播。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，重复的特征描述的区别在于光谱限定的窄带电磁辐射的中点波长在特征描述之间是不同的，对于所表征的每一个所施加的角上的每个单独的部分表面产生辐射因子矩阵。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，通过使由辐照器辐照的电磁辐射经过极化滤波器来极化所述由辐照器辐照的电磁辐射。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，来自样本的样本表面的所反射和放射的光谱辐射在被电磁感应传感器记录之前，经过极化滤波器。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，重复的特征描述的区别在于光谱限定的窄带电磁辐射的中点波长在特征描述之间具有最大10nm的不同，对于所表征的每一个所施加的角上的每个单独的部分表面产生辐射因子矩阵。
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