CN110907366A - 用于确定观测几何结构的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

描述了用于确定色彩观测中的照射角和观察角的系统和方法。该系统包括处理单元和获取其周围环境的图像的光学捕获装置。当被操作时，该处理单元执行以下步骤：识别由光学捕获装置获取的图像中的光源的位置；识别由光学捕获装置获取的图像中的观察者的位置；确定光源相对于光学捕获装置的第一角位置以及观察者相对于光学捕获装置的第二角位置并提供该第一角位置和该第二角位置以定义实际的观察几何结构。

Description

用于确定观测几何结构的装置和方法
技术领域
本描述总体上涉及返修件或在生产线末端的OEM车辆的视觉色彩调和评估。具体地，本描述涉及用于确定色彩观测中的照射角和观察角的系统和方法。
背景技术
诸如单涂层、透明涂层/彩色涂层以及三涂层的表面涂层对于诸如车辆车身的基板的保护和装饰是有利的。表面涂层可以利用一种或更多种颜料或者效果颜料以赋予车辆车身期望的色彩或外观，诸如纯色的、金属色的、珠光效果、光泽或图像清晰度。金属片诸如铝片通常被用于产生下述涂层，该涂层具有诸如纹理、闪光、发光和闪烁以及由片赋予的涂层的深度感知增强的片外观。
修复这些在例如碰撞、碎石或划痕中被损坏的涂层可能很困难，因为汽车修理店或整修工可能必须竭尽全力地反复尝试并确定与车辆的原始涂层也称为原始设备制造(OEM)涂层的色彩和外观匹配的最佳售后修补涂层组合物。尽管在车辆的原始涂层中使用的每种涂层组合物被制造成给定的色彩标准，使得在理论上，涂覆有给定涂层组合物的所有车辆应呈现相同的色彩或外观，但是，由于许多不同的可变因素诸如变化的大气状况以及不同的涂覆技术，给定涂层组合物的外观实际上可能随车间而不同并且在任一年的不同时间上不同。因此，在一个车间制造的车辆可能呈现出与在另一车间以相同的涂层组合物涂覆的车辆不同的色彩。因此，必须为每种OEM涂层组合物开发许多修补匹配涂层组合物。在修补由不同材料制成的部件时，可能会出现其他的色彩调和问题。例如，诸如保险杠盖和镜面外壳的螺栓部件是由塑料制成的并且经常在供应商处进行涂覆。由于这些螺栓部件由塑料制成而汽车的底盘基本上由金属制成，可能产生色彩调和问题。
过去已开发了各种色彩匹配技术以帮助选择正确的匹配涂层组合物以修补车辆，但是，至少一些色彩匹配技术可能受到某些显著的限制。例如，诸如修补色块(colorchips)的可视化工具已经在很多场合使用以便寻找针对需要修补的车辆的适当匹配。
然而，即便在根据选定的修复方案涂覆色彩之前使用大量的色彩匹配技术也可能不会产生完美的匹配。为了识别所涂覆的色彩是否与物品的现有色彩匹配，可以在修补后使用视觉色彩调和评估技术。
正因如此，需要用于确定和提供有效观察角和照射角的方法以便能够将视觉印象与仪器测量进行比较。另外，根据随后的发明内容、说明书以及所附权利要求书并结合附图及此背景技术，其他期望的特点及特征将会变得明显。
发明内容
本文公开了用于确定照射角和观察角的系统的各种非限制实施方式以及用于确定照射角和观察角的方法的各种非限制实施方式。
在一个非限制实施方式中，一种用于确定色彩观测中的照射角和观察角的系统包括但不限于光学捕获装置和处理单元，该光学捕获装置被配置成获取其周围环境的图像，该处理单元通过数据传输链路连接至光学捕获装置并被配置成：识别由光学捕获装置获取的图像中的光源的位置；识别由光学捕获装置获取的图像中的观察者的位置；确定光源相对于光学捕获装置的第一角位置以及观察者相对于光学捕获装置的第二角位置并提供该第一角位置和该第二角位置以定义实际的观察几何结构。
在另一非限制实施方式中，一种用于确定色彩观测中的照射角和观察角的方法包括但不限于：将光学捕获装置定位在要审核的区域处；由光学捕获装置获取其周围环境的图像；识别由光学捕获装置获取的图像中的光源的位置；识别由光学捕获装置获取的图像中的观察者的位置；确定光源相对于光学捕获装置的第一角位置以及观察者相对于光学捕获装置的第二角位置并提供该第一角位置和该第二角位置以定义实际的观察几何结构。
附图说明
通过参考结合附图考虑的以下详细描述，所公开主题的其他优点将容易被领会，同样将变得更好理解，在附图中：
图1是根据若干实施方式的系统的示意图。
图2是测量几何结构的示例性表示。
图3示例性地示出了色彩和外观调和审核的场景。
图4示例性地示出了平面内和平面外的观察几何结构。
图5示出了图4的平面内几何结构的替选视图。
图6示出了图4的平面外几何结构的替选视图。
图7示意性地示出了颜料片对观察几何结构的影响。
图8示意性地示出了根据若干实施方式的系统的2D映射及校准。
图9示意性地示出了根据实施方式的方法的步骤。
具体实施方式
以下详细描述在本质上仅是示例性的并且不旨在限制本发明或者本发明的应用及使用。另外，不意在通过前面的背景技术或以下详细描述中所提出的任何理论进行限制。应当理解的是：在整个附图中，相应的附图标记指示相似的或相应的部件或特征。
通过阅读以下详细描述，本领域的技术人员将更容易理解本公开内容所认定的特征和优点。应当领会的是：为了清楚起见在上文和下文中在不同实施方式的上下文中描述的一些特征也可以在单个实施方式中组合提供。反之，为了简洁起见在单个实施方式的上下文中描述的各种特征也可以分别提供或以任何子组合的形式提供。另外，除非上下文中另有明确说明，否则单数形式的引用也可以包括复数(例如，“a”和“an”可以指代一个，或者一个或更多个)。
除非另有明确指示，否则如同在规定范围内的最小值和最大值均以单词“大约”来表示，在本公开内容中指定的各种范围内数值的使用被规定为近似值。如此，可以使用在规定范围以上或以下的细微变化来实现与该范围内的值基本上相同的结果。同样，这些范围的公开旨在作为包括最小值和最大值之间的每个值的连续范围。
在本文中，可以用功能和/或逻辑块部件并参考能够通过各种计算部件或装置执行的操作、处理任务以及功能的符号表示来描述工艺和技术。应当领会的是：可以通过被配置成执行指定功能的任何数量的硬件、软件和/或固件部件实现图中所示出的各种块部件。例如，系统或部件的实施方式可以使用例如存储元件、数字信号处理元件、逻辑元件、查找表等的可以在一个或更多个微处理器或其他控制装置的控制下执行各种功能的各种集成电路部件。
以下描述可能涉及“耦接”在一起的元件或节点或特征。如本文所使用，除非另有明确说明，否则“耦接”意指一个元件/节点/特征直接或间接地接合至另一元件/节点/特征(或者直接或间接地与另一元件/节点/零部件通信)，并且不必是机械地接合。因此，尽管附图可能描绘了元件的一种示例性的布置，但是在所描述主题的实施方式中可以存在附加的中介元件、装置、特征或部件。另外，特定的术语也可以仅出于参考目的在以下描述中使用，因此不旨在是限制性的。
在本文中，可以用功能和/或逻辑块部件并参考能够通过诸如本文描述的系统的处理单元的各种计算部件或装置执行的操作、处理任务以及功能的符号表示来描述工艺和技术。这些操作、任务和功能有时被称为计算机执行的、计算机化的、软件实现的或者计算机实现的。实际上，一个或更多个处理器装置(如文中所指的处理单元)可以通过操纵表示系统存储器中的存储位置处的数据位的电信号以及信号的其他处理来执行所描述的操作、任务和功能。数据位被保持的存储位置是具有与这些数据位对应的特定电、磁、光或有机特性的物理位置。应当领会的是：可以通过被配置成执行指定功能的任意数量的硬件、软件和/或固件部件来实现图中所示出的各种块部件。例如，系统或部件的实施方式可以使用例如存储元件、数字信号处理元件、逻辑元件、查找表等的可以在一个或更多个微处理器或其他控制装置的控制下执行各种各样功能的各种集成电路部件。
为了简洁起见，本文可能不会详细描述关于图形和图像处理、触摸屏显示以及某些系统和子系统(及其独立的操作部件)的其他功能方面的常规技术。另外，在本文包含的各种附图中所示出的连接线旨在表示各种元件之间的示例性功能关系和/或物理耦接。应当注意的是：在本主题的实施方式中可以存在许多替选的或附加的功能关系或者物理连接。
如本文使用的，术语“模块”或“单元”，特别是处理单元，指代任何独立的或任意组合的硬件、软件、固件、电子控制部件、处理逻辑和/或处理器装置，包括但不限于：专用集成电路(ASIC)、电子电路、处理器(共享的、专用的或组的)和执行一个或更多个软件或固件程序的存储器、组合逻辑电路和/或提供所描述功能的其他合适的部件。
本文使用的术语“颜料”或“多种颜料”指代产生一种或多种色彩的一种或多种着色剂。颜料可以来自天然来源或合成来源并由有机成分或无机成分制成。多种颜料也可以包括具有特定或混合形状和尺寸的金属颗粒或片。颜料通常不能溶于涂层组合物中。
术语“效果颜料”或“多种效果颜料”指代在涂层中产生特定效果的颜料。效果颜料的示例包括但不限于光散射颜料、光干涉颜料和光反射颜料。金属片(比如铝薄片)以及珠光颜料(比如云母颜料)是效果颜料的示例。
术语“外观”可以包括：(1)观察或识别涂层的视觉体验方面；以及(2)将涂层的光谱和几何结构方面与其照射和观察环境相结合的感知。一般地，外观包括特别是从不同的观察角和/或在不同的照射条件下观察时涂层的纹理、粒度、闪光或其他视觉效果。外观特征或外观数据包括但不限于：关于纹理、金属效果、珠光效果、光泽、图像清晰度、片外观和尺寸(诸如纹理、粒度、闪光、发光和闪烁以及由片赋予的特别是由诸如铝片的金属片产生的涂层中的深度感知增强)的描述或测量数据。外观特征可以通过视觉检查或通过使用外观测量装置获得。
涂层的术语“色彩数据”或“色彩特征”可以包括测量的色彩数据，所述测量的色彩数据包括光谱反射率值、X值、Y值、Z值、L值、a值、b值、L*值、a*值、b*值、L值、C值、h值或上述值的组合。色彩数据还可以包括车辆的色彩代码、色彩名称或描述或者其组合。色彩数据甚至还可以包括涂层的色彩、色度、色调、明亮度或黑暗度的视觉方面。色彩数据可以通过视觉检查或通过使用诸如分度计、分光光度计或测角分光光度计的色彩测量装置获得。特别地，分光光度计通过确定由涂层反射的光的波长而获得色彩数据。色彩数据还可以包括诸如色彩的名称和车辆的色彩代码的描述性数据；包括一种或更多种色彩的描述性数据的二进制、结构化或加密的数据文件；诸如由色彩测量装置生成的那些的测量数据文件；或者由计算装置或色彩测量装置生成的导出/导入数据文件。还可以由外观测量装置或色彩外观双测量装置生成色彩数据。
术语“涂层”或“涂层组合物”可以包括本领域技术人员已知的任何涂层组合物并且可以包括：双包涂层组合物，也称为“2K涂层组合物”；单包或1K涂层组合物；具有可交联组分和交联组分的涂层组合物；诸如UV可固化涂层组合物或电子束可固化涂层组合物的辐射可固化涂层组合物；单固化涂层组合物；双固化涂层组合物；漆涂层组合物；水性涂层组合物或含水涂层组合物；溶剂型涂层组合物或本领域技术人员已知的任何其他涂层组合物。涂层组合物可以通过加入期望的颜料或效果颜料而配制为底层涂料、基涂层或色彩涂层组合物。涂层组合物还可以被配制为透明涂层组合物。
术语“车辆”、“汽车”、“机动车”或“机动车辆”可以包括诸如轿车、公共汽车、卡车、半挂卡车、轻运货车、SUV(运动型多用途车)的机动车；拖拉机；摩托车；拖车、ATV(全地形车辆)；诸如推土机、移动吊车和挖土机的重型机器；飞机；船；舰；以及其他运输方式。
用于涂层组合物的术语“配方”、“匹配配方”或“匹配制剂”指代信息或指示的集合，基于所述信息或指示的集合可以制备涂层组合物。在一个示例中，匹配配方包括涂层组合物的颜料、效果颜料和其他组分的名称和量的列表。在另一示例中，匹配配方包括关于如何将涂层的多种组分进行混合的指示。
术语“随角异色涂料材料”与已知随着照射和观察几何结构的变化而展现色彩和外观的变化的这种涂料材料有关。这种现象是术语“随角异色”的根源并且在ASTM E284Standard Terminology of Appearance中被定义为与随着照射和观察几何结构的变化的外观变化有关。为了表征随角异色材料的色彩和空间外观，需要在各种不同的测量几何结构中测量其色彩。在ASTM E2194(Standard Practice for Multiangle ColorMeasurement of Metal Flake Pigmented Materials)，ASTM E2539(Standard Practicefor Multiangle Color Measurement of Interference Pigments)以及DIN 6175-2(Colour Tolerances for Automotive Paints，第2部分：Effect Finishes)中定义了关于随角异色材料的色彩测量的另外的国际标准。
尽管在一些示例中明确描述了车辆和车辆涂层，但是本发明也可用于其他物品特别是其外观取决于照射角和观察角的具有随角异色涂料材料的物品的视觉色彩调和评估。这种涂层物品的一些示例包括但不限于：诸如冰箱、洗衣机、洗碗机、微波炉和烹饪箱和烘焙箱的家用电器；诸如电视机、计算机、电子游戏装置和音像设备的电器设备；诸如自行车、滑雪装备和全地形车辆的娱乐设备；以及诸如桌子和文件柜的家庭或办公室家具。具有色彩和外观的无涂层物品的示例包括但不限于：工程聚合物、注射成型塑料或聚合物或者其他合成材料。
图1示出了用于确定色彩观测中的照射角和观察角的系统10。系统10包括被配置成获取其周围环境的图像的光学捕获装置20。另外，系统10包括通过数据传输链路25连接至光学捕获装置20的处理单元30。处理单元30包括处理器36、显示器32和输入装置34。显示器32被配置成向操作员显示光学信息。输入装置34被配置成接收来自操作员的输入数据。处理器36被配置成：识别由光学捕获装置20获取的图像中的光源的位置；识别由光学捕获装置获取的图像中的观察者的位置；确定光源相对于光学捕获装置的第一角位置以及观察者相对于光学捕获装置的第二角位置并提供第一角位置和第二角位置以定义实际的观察几何结构。
输入装置34可选自以下装置：数字输入装置，诸如有线键盘、无线键盘、数字书写板、触摸屏、可连接至电气装置或另一计算机的输入端口，或者能够将数据输入到计算装置中的任何其他数字装置；光学输入装置，诸如条码读取器、扫描仪、数码相机、数码摄像机或能够将数据输入到计算装置中的任何其他光学装置；电磁输入装置，诸如无线接收器、RFID(射频识别)接收器、红外数据接收器或能够通过宽范围的电磁波长接收数据的任何其他装置；或者上述的组合。数据输入装置中的每一个还需要必要的适配器或耦合器以便将数据输入到处理器36或处理单元30中，其中，本领域的技术人员能够很容易确定这些适配器或耦合器。这些适配器或耦合器还可以是有线的或者是无线的。
显示器32可选自以下装置：数字显示装置，诸如计算机监视器、PDA、计算机、手机、智能手机、平板电脑或者TV；光学显示装置，诸如投影仪；打印显示器，诸如打印机；或者上述的组合。显示装置还可以是双功能显示/数据输入装置。这种双功能装置的一个示例是计算机的触摸屏、智能手机、平板电脑或PDA。
光学捕获装置20可以是优选地用于拍摄静止图像的相机。相机可以在可视光范围内操作，但也可以在1mm至780nm波长的红外范围内工作。
相机包括相机光学器件和用于拍摄图像的部件。优选地，相机是数字相机。相机可以包括光学传感器如CCD-传感器(电荷耦合器件)。另外，相机包括存储单元以便储存所获取的图像。相机通过数据传输链路25将图像数据传输给处理单元30。
数据传输链路25可以是有线的或无线的，并且可以设计为单向或双向链路。例如，处理单元30可以通过数据传输链路25向相机传输命令。
系统10还包括通过控制链路23通信上连接至相机的遥控器22。控制链路23可以是有线的或无线的链路。通过遥控器22，相机20可以被触发以获取照片。例如，操作者可以改变观察位置并携带遥控器。然后，可以在任何需要的时候通过按下遥控器22的按钮来拍摄静止图像。这为使用本文描述的系统10提供了很多的灵活性。例如，当检测到色彩不匹配时，操作者可以从看到不匹配的点拍摄照片。然后，系统确定观察几何结构(照射角、观察角)以便确定可检测到不匹配时的条件。
在一个实施方式中，用于确定色彩观察中的照射角和观察角的系统10包括被配置成获取其周围环境的图像的光学捕获装置20和通过数据传输链路25连接至光学捕获装置20的处理单元30，其中，处理单元30被配置成：识别由光学捕获装置获取的图像中的光源的位置；识别由光学捕获装置获取的图像中的观察者的位置；确定光源相对于光学捕获装置的第一角位置以及观察者相对于光学捕获装置的第二角位置并提供第一角位置和第二角位置以定义实际的观察几何结构。观察者可以是人或自动检测单元，该自动检测单元被定位在相对于物品的某一位置处并检测该物品的光学外观。检测单元可以捕获物品的图像并将其传输至第二显示单元以便使得操作者能够根据检测单元的位置验证物品的影像(optical impression)。
换句话说，在该实施方式中，从物品的审核区域的角度获取图像以便能够识别任一个或多个光源以及观察者，从而确定光源(或多个光源)和观察者的位置以确定特定的照明和观察条件。特别地，基于获取的图像确定光源和观察者的角位置。这提供了关于色彩外观可能进行进一步验证的条件的信息。例如，如果观察者发现被审核区域与被审核区域的周围环境的色彩之间存在不匹配，则系统会拍摄照片。在那种情况下，观察者可以触发光学捕获装置以拍摄照片。
在一些实施方式中，光学捕获装置20可以被可拆卸地附接至要审核的区域，例如车辆表面。例如，光学捕获装置20可以包括一个或更多个可手动移动的真空吸盘或磁铁以将装置20附接至要审核的表面或靠近要审核的表面。特别地，光学捕获装置可以被附接至要审核的表面，使得要审核的表面的法线与光学捕获装置的光学器件的法线平行或重合。换句话说，当将光学捕获装置定位在要审核的区域时，应当注意的是：光学捕获装置的光轴优选地与被审核区域的表面法线重合。因此，光源相对于要审核的表面的相对角对应于光源相对于光学捕获装置的光学器件(特别是镜头)的相对角。
特别地，通过光源和观察者相对于要审核的区域即相对于光学捕获装置的相对位置来定义观察几何结构。
在一些实施方式中，光学捕获装置20是被配置成以180°或更小的视场角获取图像的相机。例如，相机可以具有165°的视场角，该视场角在典型的观察条件下足以获取光源和观察者的位置。例如，相机可以在其光学器件中配备有所谓的鱼眼透镜。
在一些实施方式中，光学捕获装置20被配置成获取高动态范围(HDR)图像。
明亮的光源可能会使标准动态范围图像的信号饱和。该饱和区域可以非常大，使得难以准确定位图像中光源的中心。另一方面，与标准动态范围图像相比，HDR图像更不容易出现图像饱和，因此更容易正确地选择光源的中心。
在一些实施方式中，处理单元30被配置成确定所获取的图像中的光源的第一极角。
极角定义了在由光学捕获装置的视场角所限定的球体上的目标的位置。参照图4至图6进一步描述了该极角。
特别地，光源的极角定义了观察几何结构，因为它描述了光源和附接至要审核的区域的光学捕获装置的相对位置。
在一些实施方式中，处理单元被配置成确定所获取的图像中的光源的第一方位角。
除了极角，进一步使用方位角来定义光源相对于光学捕获装置的相对位置。
在一些实施方式中，处理单元被配置成确定所获取的图像中的观察者的第二极角。
在一些实施方式中，处理单元被配置成确定所获取的图像中的观察者的第二方位角。
第二极角和第二方位角定义了所获取的图像中的观察者的位置。
在一些实施方式中，系统还包括被配置成触发由光学捕获装置获取图像的遥控器。
因此，观察者可以在当他或她处在特定位置时拍摄图像。观察者可以改变他们的位置并审核车辆，同时观察者可以在任何需要的时候通过遥控器拍摄图像(一个或更多个图像)。
在一些实施方式中，遥控器是便携式的，使得观察者可以在改变观察位置的时候携带它。遥控器通过控制链路连接至光学捕获装置。
在一些实施方式中，系统还包括被配置成显示所获取的图像和/或第一角位置和/或第二角位置的显示器。
例如，处理单元是计算机、笔记本电脑、便携式装置如智能手机或者具有监视器/显示器的平板电脑以便能够显示所获取的图像。
在一些实施方式中，该系统还包括被配置成指示光源的位置和/或观察者的位置的输入装置。
如果不能通过处理装置的软件部件自动识别光源和/或观察者，操作者可以手动指示光源和/或观察者的位置。例如，可以在图像中通过鼠标或通过键盘将指针移动到光源和观察者的眼睛中以指示图像中光源和观察者的特定位置。光源和观察者的位置对应于操作者在图像中所定位的指针的位置。
替选地，可以通过触摸触摸屏上的图像中的特定位置来指示位置。
图2示例性地示出了典型的测量几何结构。要审核的区域总体上示出在101处并且可以是涂层表面或车辆表面的一部分。光线经表面101反射并可能影响表面101的光学外观。光源103，例如太阳或具有定义的光谱的人造光源，向表面101发射光线。光线的镜面反射示出在105处，并且光源的光线的入射角104对应于镜面反射的反射角106。
以定义的位置布置三个探测器107、109和111：将第一探测器107布置在距离镜面反射15°的位置，将第二探测器109布置在距离镜面反射45°的位置，并且将第三探测器111布置在距离镜面反射110°的位置。探测器的角位置被设置在从镜面反射到光源的方向上。
探测器107、109和111可以是如上所述的外观测量装置。
图3示出了示例性情形，其中观察者113在由太阳103的位置限定的特定光照条件下观测要审核的表面101。如果在这种条件下，观察者113观测到汽车表面的修复部分与这些修复部分周围环境不匹配，则并不一定意味着在不同的照明和观察条件下也能观测到这种不匹配。需要确定特定的观察几何结构(光源和观察者相对于被审核表面的位置)以便确定不匹配的原因。
图4示出了平面内和平面外的几何结构。“O”定义了坐标系统的原点并特别对应于光学捕获装置的位置。光学捕获装置以给定的视场角捕获半球状图像。在图4中，视场角为180°，如由点“A”、“D”、“C”和“E”所定义的圆(底面)所示。然而，视场角可能小于180°。照明光线“IO”和采样法线(sample normal)“BO”定义了镜面平面“ABC”。观察光线“OR1”位于镜面平面中。镜面反射“OS”同样位于镜面平面中。“S’”、“R1’”和“I’”分别为“S”、“R1”和“I”在底面上的投影。
观察光线“OR2”位于镜面平面以外的平面“DBE”。
“R1”的极角对应于底面和“OR1”之间的角。可以通过确定“R1”在底面中的投影位置来确定极角。因此，可以在由光学捕获装置拍摄的图像中确定极角。“R2”的方位角是“AC”和“DE”之间的角。
图5示意性地示出了由光学捕获装置拍摄的图像。在该图像中，光源103位于水平轴的右侧并且观察点位于水平轴的左侧。光源的极角为大约45°，见从10°至70°的极角线115，其中，80°对应于最外面的圆并且90°对应于示意性图像的圆周边界。方位角示出在117处。在图5中，光源的方位角为0°并且观察者的方位角为180°。观察者的极角为30°。图5基本上对应于图4中示出的“BOR1”场景(scenario)。
图6示出了与图4的“IOR2”场景对应的替选图像。观察者在镜像平面之外。光源103的位置未改变而观察者113的位置已改变。
观察者的极角依然是30°，但是其方位角现在是大约210°。
可以通过将成像半球的球面坐标映射到2D图像来校准系统10。之后，将光学捕获装置附接(优选地可拆卸地附接)至要审核的对象，其中，光学捕获装置的表面法线与对象的表面法线重合。从处于审核点或接近审核点的对象表面的角度获取环境的图像(优选地获取环境的图像的鱼眼图像)。在2D图像中识别光源和观察者并将光源和观察者的位置映射到球面坐标。这使得能够计算球面反射的位置方向并同样计算观察几何结构的有效逆定向反射角和片角(flake angle)。如果包括多个光源，则可对每个光源反复该过程。可能需要强度加权以估计有效几何结构。
为了执行这些步骤，系统可以包括由处理单元特别是由处理单元的处理器执行的计算机程序产品，以便执行所述步骤。
效果涂层的国际测量标准，诸如ASTM标准E2194或E2539，假设了平面内的测量几何结构，其中，照明光线的中心轴、观察或检测光线的中心轴以及光源通过样本的镜面反射的中心轴位于同一平面。尽管这对于测量仪器的光学系统可能是正常情况，但是在诸如机动车的色彩调和审核的实际观察环境中观察样本时，这就不是一般情况。在实际条件下，通过效果涂料漆中那些片的表面法线的极角来最佳地描述测量几何结构，这些片将在给定的照射和观察几何结构中充当镜面反射器。
图7示出了如何获得给定几何结构的有效片极角并且特别示出了针对照射光线AB和观察光线B’C的情况的镜面平面。在允许光在进入和离开涂料膜时发生折射的情况下，则仅定向成具有HKJ的片法向极角(normal polar angle)的片会充当镜面反射器。位于每个极角的薄片的比例确定样本的翻转特征(flop characteristic)。特定照射和观察几何结构的有效片法向极角可以最佳地描述几何结构而不是逆定向反射角。
图8示出了由光学捕获装置拍摄的图像的2D映射和校准。在左侧，用极角校准线示出了校准半球的二维鱼眼照片。“B”对应于10°，“C”对应于20°等。在右侧，示出了极角θ的样条插值。确定距左图中心的像素距离，并且基于像素数量，确定极角θ。点B、C、D…G为测量点，虚线是样条插值。
需要注意的是：像素的数量依赖于光学捕获装置的特性并且像素的数量会变化。然而，这不会改变像素的给定数量对应于特定极角的基本概念。
可以以与极角相似的方式确定方位角。可以基于距离图像的中心点特定距离(例如，观察者的距离)的像素的数量确定方位角。特别地，确定观察者的距离(该整圆的半径)处的整圆的像素数量并且该像素数量对应于360°。然后，确定沿圆线的水平线和观察者之间的像素数量并基于比例(整圆的像素)/(部分圆的像素)确定方位角。
可以通过由处理单元执行的计算机程序产品执行2D映射和样条插值。
换句话说，本文描述的系统10涉及用于记录和确定色彩观测中的照射角和观察角的领域的装置。装置可以包括诸如具有鱼眼透镜的相机的成像系统以记录照明位置和观测位置。装置还可以包括计算机程序以映射照射位置和观察位置的球面坐标从而记录照射角和观察角。计算机程序还可以生成片角和有效的/实际的观察几何结构。当对物体进行色彩匹配评估时，诸如在色彩调和审核的过程中，可能难以确定存在的照射和观察条件。如果观测到不满意的色彩匹配，可能难以知道匹配失败的基本几何结构。本文描述的系统和方法能够确定基本几何结构，使得其可以被有助益地复制以便更好地理解匹配情况的本质和特性。
图9示意性地示出了用于确定色彩观测中的照射角和观察角的方法的步骤。
在一个实施方式中，方法包括以下步骤：在210处示出的第一步骤中，将光学捕获装置定位在要审核的区域处；在220处示出的第二步骤中，由光学捕获装置获取其周围环境的图像；在230处示出的第三步骤中，识别由光学捕获装置获取的图像中光源的位置；在240处示出的第四步骤中，识别由光学捕获装置获取的图像中观察者的位置；在250处示出的第五步骤中，确定光源相对于光学捕获装置的第一角位置以及观察者相对于光学捕获装置的第二角位置并提供第一角位置和第二角位置以定义实际的观察几何结构。
方法的步骤基本上对应于参照图1至图8描述的系统的功能。因此，为了简洁起见，此处不再重复细节。
系统10特别是处理单元的任一功能都可以作为方法步骤来实现，同样地，任一方法步骤都可作为系统10特别是处理单元的功能来实现。
虽然在以上详细描述中呈现了至少一个示例性实施方式，但是应当领会，存在大量的变型。同样应当领会：一个或多个示例性实施方式仅是示例，并不旨在以任何方式限制范围、实用性或配置。反而，以上详细描述将会为本领域的技术人员提供用于实现示例性实施方式的便利路径，应理解，在不脱离所附权利要求书及其合法等同物所阐述范围的情况下，可以对示例性实施方式中描述的元件的功能和布置进行各种改变。

Claims (20)

1.一种用于确定色彩观测中的照射角和观察角的系统，所述系统包括：
光学捕获装置，所述光学捕获装置被配置成获取其周围环境的图像；
处理单元，所述处理单元通过数据传输链路连接至所述光学捕获装置并被配置成：
识别由所述光学捕获装置获取的图像中的光源的位置；
识别由所述光学捕获装置获取的图像中的观察者的位置；
确定所述光源相对于所述光学捕获装置的第一角位置以及所述观察者相对于所述光学捕获装置的第二角位置并提供所述第一角位置和所述第二角位置以定义实际的观察几何结构。
2.根据权利要求1所述的系统，
其中，所述光学捕获装置是被配置成以180°或更小的视场角获取图像的相机；
其中，所述光学捕获装置优选地被配置成获取高动态范围图像。
3.根据权利要求1或2所述的系统，
其中，所述处理单元被配置成确定所获取的图像中的所述光源的第一极角。
4.根据权利要求1或2所述的系统，
其中，所述处理单元被配置成确定所获取的图像中的所述光源的第一方位角。
5.根据权利要求1或2所述的系统，
其中，所述处理单元被配置成确定所获取的图像中的所述观察者的第二极角。
6.根据权利要求1或2所述的系统，
其中，所述处理单元被配置成确定所获取的图像中的所述观察者的第二方位角。
7.根据权利要求1或2所述的系统，还包括：
遥控器，所述遥控器被配置成触发由所述光学捕获装置获取所述图像。
8.根据权利要求7所述的系统，
其中，所述遥控器是便携式的，使得观察者能够在改变观察位置时携带所述遥控器；并且
其中，所述遥控器通过控制链路连接至所述光学捕获装置。
9.根据权利要求1或2所述的系统，还包括：
显示器，所述显示器被配置成显示所获取的图像和/或所述第一角位置和/或所述第二角位置。
10.根据权利要求9所述的系统，还包括：
输入装置，所述输入装置被配置成指示所述光源的位置和/或所述观察者的位置。
11.一种用于确定色彩观测中的照射角和观察角的方法，所述方法包括：
将光学捕获装置定位在要审核的区域处；
由所述光学捕获装置获取其周围环境的图像；
识别由所述光学捕获装置获取的图像中的光源的位置；
识别由所述光学捕获装置获取的图像中的观察者的位置；以及
确定所述光源相对于所述光学捕获装置的第一角位置以及所述观察者相对于所述光学捕获装置的第二角位置并提供所述第一角位置和所述第二角位置以定义实际的观察几何结构。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括以下步骤：
以180°或更小的视场角获取图像，
其中，所述图像优选地是高动态范围图像。
13.根据权利要求11或12所述的方法，还包括以下步骤：
确定所获取的图像中的所述光源的第一极角。
14.根据权利要求11或12所述的方法，还包括以下步骤：
确定所获取的图像中的所述光源的第一方位角。
15.根据权利要求11或12所述的方法，还包括以下步骤：
确定所获取的图像中的所述观察者的第二极角。
16.根据权利要求11或12所述的方法，还包括以下步骤：
确定所获取的图像中的所述观察者的第二方位角。
17.根据权利要求11或12所述的方法，还包括以下步骤：
通过遥控器触发所述光学捕获装置的图像获取过程。
18.根据权利要求17所述的方法，还包括以下步骤：
通过控制链路将触发信号从所述遥控器传输至所述光学捕获装置。
19.根据权利要求11或12所述的方法，还包括以下步骤：
显示所获取的图像和/或所述第一角位置和/或所述第二角位置。
20.根据权利要求19所述的方法，还包括以下步骤：
指示所显示的图像中的所述光源的位置和/或所述观察者的位置。
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Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999049277A1 (en) * 1998-03-25 1999-09-30 Crisplant A/S An optical sensor system for incorporation in a conveyor system and a method for determining the geometry and/or angular position of a moving object
US20030189689A1 (en) * 2002-04-05 2003-10-09 Sis Ag Surgical Instrument Systems Device and method for determining geometric measurement values of an eye
US20160286107A1 (en) * 2013-10-28 2016-09-29 Omg Plc Optical sighting
US9734635B1 (en) * 2015-07-13 2017-08-15 Amazon Technologies, Inc. Environment aware color visualization
US20170328842A1 (en) * 2014-12-03 2017-11-16 Hitachi High-Technologies Corporation Defect observation method and defect observation device
WO2017207112A1 (en) * 2016-05-30 2017-12-07 Bobst Mex Sa An image capturing system and a method for determining the position of an embossed structure on a sheet element
WO2018092540A1 (ja) * 2016-11-15 2018-05-24 ソニー株式会社 画像処理装置、および画像処理方法、並びにプログラム
CN108283004A (zh) * 2015-07-01 2018-07-13 3M创新有限公司 测量装置、系统、方法和程序

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05142153A (ja) * 1991-11-25 1993-06-08 Mazda Motor Corp 照射を用いた表面状態検査方法及びその装置
US9767599B2 (en) 2006-12-29 2017-09-19 X-Rite Inc. Surface appearance simulation
JP2012128713A (ja) 2010-12-16 2012-07-05 Canon Inc 画像処理装置および画像処理方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999049277A1 (en) * 1998-03-25 1999-09-30 Crisplant A/S An optical sensor system for incorporation in a conveyor system and a method for determining the geometry and/or angular position of a moving object
US20030189689A1 (en) * 2002-04-05 2003-10-09 Sis Ag Surgical Instrument Systems Device and method for determining geometric measurement values of an eye
US20160286107A1 (en) * 2013-10-28 2016-09-29 Omg Plc Optical sighting
US20170328842A1 (en) * 2014-12-03 2017-11-16 Hitachi High-Technologies Corporation Defect observation method and defect observation device
CN108283004A (zh) * 2015-07-01 2018-07-13 3M创新有限公司 测量装置、系统、方法和程序
US9734635B1 (en) * 2015-07-13 2017-08-15 Amazon Technologies, Inc. Environment aware color visualization
US20170301143A1 (en) * 2015-07-13 2017-10-19 Amazon Technologies, Inc. Environment aware color visualization
WO2017207112A1 (en) * 2016-05-30 2017-12-07 Bobst Mex Sa An image capturing system and a method for determining the position of an embossed structure on a sheet element
WO2018092540A1 (ja) * 2016-11-15 2018-05-24 ソニー株式会社 画像処理装置、および画像処理方法、並びにプログラム

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