CN117321395A - 用于检查表面的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于检查表面的方法，特别是具有效果颜料的机动车的表面，其中，通过第一辐射装置以第一预定角度向待检查的表面上照射辐射，并且其中，彩色图像记录装置以第一观察角度记录由辐射方向照射的表面的空间解析图像，其中，该图像记录装置具有第一预定敏感度(F(λ))，该第一预定敏感度(F(λ))取决于撞到图像记录装置上的辐射的波长，并且其不同于第二预定敏感度(X(λ))，该第二预定敏感度(X(λ))取决于撞到人眼上的辐射的波长，其特征在于，第一敏感度(F(λ))和第二敏感度(X(λ))之间的差异通过滤光装置至少部分地补偿。

Description

用于检查表面的方法和设备

技术领域

本发明涉及一种用于测试表面性能的方法和设备。本发明参考车辆表面描述，但是值得注意的是，该装置也可以应用在其他表面，例如家具。

背景技术

具有效果颜料的涂层在现有技术中已经被人们所知一段时间。取决于视角，这些效果颜料具有不同的光学性能。用于检查的各种各样的检查装置也为人们所知。例如，可以进行这种检查，以为损伤表面生产涂漆。

由于这个原因，需要能够对这种表面进行标准化评估的检查程序和检查设备。

发明内容

本发明基于对表面实现尽可能精确的评估的目的。特别地，人眼观察的特性将被考虑在内。特别地，也可以实现对待检测表面的真实的颜色印象。

根据本发明，通过根据独立权利要求的方法和设备来实现这个目的。有利的实施方式和进一步的改进是从属权利要求的主题。

根据本发明，在一种用于检查表面的方法，特别是用于检查具有效果颜料的机动车的表面的方法中，通过第一辐射装置以第一预定辐射角度向待检查的表面上照射辐射，并且彩色图像记录装置以第一观察角度记录由辐射方向所照射的表面的空间解析图像，其中，所述图像记录装置具有第一预定敏感度，该第一预定敏感度取决于撞到图像记录装置上的辐射的波长，该第一预定敏感度不同于(人眼的)第二预定敏感度，该第二预定敏感度取决于撞到人眼上的辐射的波长。

根据本发明，该第一敏感度和该第二敏感度之间的差异通过滤光装置至少部分地被补偿。

观察表面时，出现了市售图像记录装置，例如RGB相机，具有一定的波长依赖的敏感度的问题，该波长依赖的敏感度与人眼的波长依赖的敏感度不同。因此，目的是对该照射的表面实现尽可能最真实的图像记录(或对该图像记录实现尽可能最真实的评估)。

因此，本发明提出通过滤光装置实现图像记录设备对人眼至少部分的适应。

CIE标准色度系统或CIE标准颜色系统是由国际照明委员会(CIE-Commissioninternationalede l'éclairage)定义的颜色系统，以建立人的颜色感知(颜色)与颜色基色(色度)的物理原因之间的关系。它包含了所有可感知颜色。使用颜色空间坐标，术语Yxy颜色空间或CIE-Yxy也是常用的，以及三基色颜色空间，主要在英语语言世界使用。

特别是在英语语言世界，三个基本值X、Y和Z被称为三基色。在这个意义上，它们是(为了这个目的)所定义的标准基本色的三个部分。可以用这三组数字识别每个颜色。因此，术语三基色系统通常用于CIE标准系统。该曲线也称为三基色曲线。

优选地，该滤光装置是光学过滤装置，其被布置在辐射装置和观察装置之间的光束路径中。然而，还将容易想到的是，该滤光装置是评估装置的组件，该评估装置评估由图像记录装置记录的图像，其中，优选地，该滤光装置可以对此处波长依赖的敏感度进行加权，并且优选相应地逐个像素地加权由该图像评估装置记录的图像。

因此，在本实施方式中，记录图像并评估单个像素，特别是关于颜色，其中进行波长依赖的评估和/或加权。

在另外的优选方法中，该滤光装置影响由图像记录装置记录的图像的评估。优选地，逐个区段，特别是逐个像素评估该图像。在本评估的范围内，进行逐个像素加权。特别地，该加权可以作为入射到图像记录上的光的波长的函数进行。优选地，对记录的图像的不同像素进行不同加权。

光学滤光装置和“软件”滤光装置可以一起使用，例如用来实现与该光学滤光装置相比进一步提高的匹配。

在优选的方法中，该滤光装置被布置在待检测表面和图像记录装置之间。因此，在本实施方式中，该滤光装置为光学元件，其优选地整合到辐射优选从其中通过的光束路径中。

换句话说，该图像记录装置优选地通过滤光装置观察表面。

优选地，该滤光装置具有波长依赖的透过率。该波长依赖的透过率具有的效应是，可以至少部分地补偿人类观察者，特别是自然环境条件下时的观察，与从另一方面，该观察设备的观察之间的差异，以这种方式，到达观察装置的光已经被调整为光的波长的函数。

优选地，在200nm-1000nm波长范围内，该滤光装置的透射率在该波长范围内是作为波长的函数变化。

该波长范围被理解为照射到滤光设备上的辐射，特别是照射的光的波长范围。优选地，在800nm和1000nm之间，优选在700nm和1000nm之间的波长范围内，该滤光装置至少在一些区域，并优选连续的透射率，该透射率小于20％(相对于照射的光的强度)，优选地小于15％，优选地小于10％，并特别优选地小于5％。

优选地，在200nm-400nm波长范围内，该滤光装置至少在一些区域内具有小于20％(相对于照射的光的强度)的透射率。

优选地，在400nm-700nm波长范围内，该滤光装置包含透射率大于80％的至少一个(波长)子区，优选地透射率大于80％的至少两个波长子区，优选地透射率大于85％，优选地大于90％，优选地大于95％。优选地，在450nm-650nm的波长范围内，该滤光装置具有透射率小于40％的至少一个波长子区，优选地透射率小于30％，优选地小于20％，优选地小于15％。

优选地，在400nm-700nm的波长范围内，该滤光装置具有透射率大于80％的至少一个波长子范围和透射率小于20％的至少一个波长子范围。

在优选的方法中，以这样的方式选择该变化的透射率，以使得不时地补偿第一灵敏度和第二灵敏度之间的波长依赖的差异。

在本文中，在选择滤光装置时，特别优选考虑辐射装置的发射光谱L(λ)、标准光的强度曲线I(λ)、至少一个三基色函数X(λ)，特别是人眼的至少一个三基色函数X(λ)，和/或图像记录装置的滤光特性F(λ)的数值和/或曲线特征。

优选地，该滤光装置T(λ)的波长依赖的透射率导致：

T(λ)＝X(λ)/(I(λ)·L(λ)·F(λ))

在此，I(λ)指的是该类型光的波长依赖的特征，例如D65，L(λ)指的是光源的波长依赖的特征，F(λ)指的是观察装置(特别是RGB滤光器，特别是它的滤光器)的波长依赖的特征，X(λ)指的是眼睛对波长依赖的光的接受能力(三基色函数)。

优选地，观察装置的波长依赖的特征和眼睛对波长依赖的光的敏感度在至少2个，优选3个预定的波长范围内具有不同的函数。

优选地，该第一波长范围从300nm延伸到600nm，优选地为350nm-550nm，并且优选地为400nm-500nm。此外，优选地该第二波长范围从400nm延伸到700nm，优选地为450nm-650nm，优选地为500nm-650nm，并且优选地为530nm-600nm。此外，优选地该第三波长范围从500nm延伸到900nm，优选地为550nm-800nm，优选地为600nm-700nm。

在这样做时，优选地覆盖人眼的整个感知范围。

在进一步优选的方法中，通过折射性光学元件影响特别是折射撞到滤光装置的辐射，该折射性光学元件优选地被布置在表面和滤光装置之间。优选地，以这种方式衍射该辐射，以使得其以基本平行或准直的方式撞到滤光装置上。优选地，该辐射垂直地撞击滤光装置。

在进一步优选的方法中，通过第二辐射装置以第二预定辐射角度向表面上照射辐射，并且图像记录装置记录由第二辐射装置照射的表面的图像。

优选地，该第一辐射装置和第二辐射装置在不同的时间或时间段照射该表面。可选地或另外地，还将容易想到的是，第二图像记录装置以第二观察角度观察该表面。

通过由两个或更多个辐射装置照射，还可以检测不同排列的效果颜料产生的效果。

在进一步优选的方法中，还提供第三辐射装置，优选地其以第三辐射角度向表面照射辐射。

在进一步优选的方法中，相对于垂直于上述表面的方向，观察角度小于10°，优选小于5°，优选小于3°。

在进一步优选的方法中，相对于垂直于上述表面的方向，该第一辐射角度在70°至20°之间，优选在60°至30°之间，优选在50°至40°之间。

优选地，相对于垂直于表面的方向，该第二辐射装置的第二辐射角度在85°至50°之间，优选在85°至60°之间，优选在85°至70°之间。

优选地，至少一个辐射装置将将定向辐射引导或将漫射辐射引导到所述表面上。通过使用漫射辐射，可以在多云天气下模拟太阳辐射，并且通过使用定向辐射，可以在无云天气下模拟太阳辐射。

优选地，至少一个另外的辐射装置，以及优选地所有辐射装置将漫射辐射或者，特别是定向辐射引导到表面上。

本发明进一步涉及用于检查表面的设备，特别是用于检查具有效果颜料的机动车的表面的设备，包含第一辐射装置，其以第一预定辐射角度向待检查的表面上照射辐射；以及彩色图像记录装置(例如RGB摄像机)，其以第一观察角度记录由辐射方向所照射的表面的空间解析图像，其中，该图像记录装置具有第一预定灵敏度，该第一预定灵敏度取决于撞到该图像记录装置上的辐射的波长，并且其不同于第二预定灵敏度，该第二预定灵敏度取决于撞到人眼上的辐射的波长。

根据本发明，该设备含有滤光装置，其至少部分地补偿该第一灵敏度和该第二灵敏度之间的差异。

效果颜料可以是，例如，由TiO₂制成的颜料。

可以理解的是，通过至少部分的补偿，滤光装置的使用降低了在400nm至700nm的波长范围内积分的平均偏差和/或偏差，并且优选降低至少20％，优选地降低至少40％，优选地至少60％。

优选地，该设备是多角度测量装置，即，其适合于并且旨在从多个(照明和/或辐射)角度检查表面。

优选地，该设备与使用黑白图像捕获装置是“向后”兼容的。特别地，通过本发明获得的测量结果可以与黑白图像记录装置进行比较。

然而，该发明也可以用于机动车底漆(或其他表面)。

总的来说，通过加入有色玻璃或染料，滤光器吸收了不需要的光，或者它们利用干扰涂层反射该不需要的光。因此，可以使用特殊设计的干扰涂层和/或选定的材料来实现理想的透射率曲线。

例如，可以使用硬涂层的光学滤光片，其包括具有致密涂层的基材和优异的光学性能。传统上，涂覆的光学滤光器通常由数层吸收材料组成，干扰涂层和金属层层压在一起形成低成本、高效的滤光器。

有色玻璃滤光器和其他吸收滤光器例如塑料滤光器和雷登滤光器，在源基材中包含元素、组分、染料或其他有色试剂，以影响滤光器的光谱性能。

光学滤光装置可以分为两个主要类别：吸光滤光器和二向色滤光器。两个变体之间的区别在于阻拦类型。使用吸光滤光器，光被玻璃吸收利用并转化为内能或热能。吸光滤光器对于不需要的光的噪音是问题的应用是理想的。吸光滤光器还具有的优势是其阻拦是非角度依赖的。光可以以宽范围的角度落到滤光器上，而该滤光器仍然保持其透射率和吸收性能。

另一方面，二向色滤光装置反射不需要的波长，并使得光谱的理想部分通过。以这种方式，可以分别使用两种波长范围。这是通过滤光器的涂层实现的。其具有一层或多层具有不同折射率的不同材料的薄层。产生的部分反射对特定波长范围进行特异性地干扰和抑制反射或透射。

与吸光滤光器相比，二向色滤光器是角度依赖的。如果光以不同于设计中预期的入射角度落到二向色滤光器上，有效层的厚度改变，因此设计波长也会改变。出于这个原因，以上提及的透镜有利于用于校准到达滤光装置的光。此外，可能还会导致增加的极化依赖性。

在优选的实施方式中，该滤光装置为NG(中性玻璃)滤光器，或者该滤光装置也具有中性玻璃滤光元件。优选地，以这种方式布置该滤光装置，以使得从表面传出的辐射垂直地撞击该滤光装置。

优选地，该辐射装置和观察装置以及滤光装置被布置在共同的壳体中。优选地，该壳体的内壁是吸光的。在进一步优选的实施方式中，该壳体基本只具有一个开口，透过该开口可以观察表面。在进一步优选的实施方式中，该设备是便携式的。

在进一步优选的实施方式中，该图像记录装置具有滤光器，特别是RGB滤光器，优选地，该辐射装置发射标准光，特别是D65标准光。标准光是用于描述特征辐射体的标准光谱辐射分布曲线的术语。D65标准光是色温为6504开尔文(大致相当于灰色天空)的辐射分布。

在进一步有优势的实施方式中，该设备具有评估装置，其评估由该图像记录装置记录的图像。

在优选的实施方式中，该表面和辐射装置之间的距离在3cm至30cm，优选地在4cm至20cm，并优选地在4cm至10cm。

在优选的实施方式中，该辐射装置适应于并旨在发射具有不同波长的辐射。可以提供滤光装置，例如具有不同滤光器的滤光盘，其仅允许一定波长的光通过。

在进一步有优势的实施方式中，在(待检测的)表面和滤光装置之间布置折射元件，特别是透镜。优选地，该透镜导致(被表面散射的)光基本共线地照射到滤光器上。透镜和滤光装置可以被设计为一个单元。

在进一步优选的实施方式中，第一辐射装置包含发光二极管(LED)，特别是三基色LED。优选地，如上所述，该设备还具有另外的辐射装置。这些优选也具有发光二极管(LED)，特别是三基色LED。

在进一步优选的实施方式中，该设备具有至少一个第二辐射装置和/或第二传感器装置。该第二传感器装置也可以被设计为图像记录装置，但是还将容易想到的是，该传感器装置是确定撞到其上的辐射强度的传感器装置。

在进一步优选的实施方式中，该设备具有至少三个辐射装置(或照明装置)，其优选地以至少三个不同角度照射该表面。

附图说明

可以在附图中看到另外的优势和实施方式，

在附图中：

图1展示了根据本发明的设备的示意图；

图2展示了数码摄像机的RGB滤光器的光谱特征；

图3展示了3色接收器X(红)、Y(绿)和Z(蓝)的敏感度曲线；

图4展示了标准光源D65的辐射功率图；

图5展示了LED的发射光谱；

图6展示了滤光装置的透光行为；以及

图7展示了产生的敏感性的比较。

具体实施方式

图1展示了用于检查表面10的设备1的示意图。该设备具有第一辐射装置2或照明装置2，其通过光束路径S2将光辐射至表面10。

附图标记4指示了图像记录装置，其记录由第一辐射装置(光束通路S4)照射的表面的至少一个空间解析图像。附图标记O指示了壳体12中的开口，透过该开口照射表面10，并且图像记录装置4通过该开口观察该表面。该图像记录装置以0°的观察角度记录图像，即它被垂直布置在表面10的上方。

附图标记12指示了滤光装置，其被布置在表面10和图像记录装置之间的光束路径S4中，图像记录装置通过滤光装置记录表面10的图像。

附图标记14指示了可选存在的透镜装置，其用于校准表面10反射的和/或散射的光，因此其也会以准直的方式并优选地也垂直于滤光装置地撞击滤光器装置。

附图标记20指示了评估装置，其评估由图像记录装置4记录的图像。优选地，该评估装置可以输出该表面的物理性能的特征的数据。

附图标记6指示了第二辐射装置，该第二辐射装置也也向表面上照射辐射，特别是光(但是以不同的入射角度或沿着光束路径S2)。

附图标记8指示了第三辐射装置，其沿着光束路径S3向表面10上照射辐射，特别是光。

优选地，提供控制装置(未示出)，其延时启动辐射装置2、6和8。

图2展示了依赖于入射辐射波长的图像记录装置的特征。更精确地，该图展示了图像记录装置或摄像机的RGB滤光器的敏感度。

图中展示了三个曲线R、G、B，其指的是“红色”、“绿色”和“蓝色”组件。在纵坐标上绘制量子效率(％)，入射光的波长标在横坐标上。

可以看出，在400nm至800nm的波长范围内，摄像机的量子效率先整体增加然后下降。以这种方式，图像记录装置具有自身的图像再现或图像记录特征。

图3展示了人眼的三基色函数。这里，同样展示了三条曲线x(λ)、y(λ)和z(λ)，其中波长(nm)记录在横坐标上，三基色值记录在纵坐标上。

图2和图3中图示的比较展示出，图像记录装置和人眼的波长依赖的敏感度曲线差异显著。这些差异将通过本发明至少部分地补偿。

图4展示了在300nm至800nm之间的范围内，D65标准光源的强度曲线图示。这种类型的光接近于日光和多云天空的光。第二曲线A展示了传统白炽灯的曲线。

标准光源D代表了日光光谱，因此许多工业领域对其特别感兴趣。光源D65装置的名字源自6504开尔文(K)的色温。D65被用于化学和制药工业、油漆生产、陶瓷、织物、造纸和汽车工业。

标准光源D65具有高的蓝光组成，根据其可以识别荧光颜色。

D65被用作评估光源。DIN5033中定义了D65光源的光谱分布，波长位于300nm至780nm之间，因此在紫外线和红光之间。

图5展示了在本发明的情境下使用的光源的发射光谱，名为三基色高CRI LED。可以看出该光源基本在400nm至800nm之间辐射。因此，描绘在坐标上在400nm之间的相对辐射强度基本大于50％。此处的色温为5600K。优选地，在设计滤光装置时考虑该辐射特征。

缩写CRI代表的是显色指数。显色指数是一种光源的定量衡量，并描述了物体相比于理想的或自然光源的显色能力。术语CRI通常用在商业发光产品中。准确地来定义，它应该被称为Ra总显色指数，或Ri特殊显色指数，根据正在评估的测试颜色样品。

通过比较测试光源和定义的光源的显色性来计算CRI。对于低于5000K的测试光源，使用黑体聚光灯作为定义的比较光源。日光(D灯)用于比较大于5000K的测试光源。CIE技术报告13.3-1995中详细解释了Ri和Ra的计算。测试方法使用一组8个Ra或14个Ri CIE-1974色样，其来自早期版本的Munsell颜色系统。前8个样本是适度饱和的，环绕着颜色圈，并且具有几乎相等的亮度。剩下的六个样本提供了关于光源的显色性能的额外信息。

图6展示了调整用于本发明的滤光装置的透射率曲线，如从以上描述的数据和以上展示的等式所计算。基于该数据，优选地制造一种滤光装置，其近似展示出与图6中示出的透光行为。在滤光装置的制造中，有一些方法用于实现理想的透射率曲线，其已经在上文作出解释。

图7a-7c展示了梯度的三个图示(以任意单位绘制在坐标中)。图7b再次展示了人眼的曲线，其也展示在图3中。图7c展示了没有本发明所提出的滤光装置的图像记录装置产生的曲线。图7a展示了使用该滤光装置时产生的敏感度或曲线。可以看出图7a中所示的曲线比图7c中所示的曲线更接近于图7b中所示的“自然”曲线。

申请人保留要求申请文件中披露的对发明至关重要的所有特征的权利，只要它们是单独或结合起来与现有技术相比是新颖的。申请人进一步指出，各个图也描述了可能本身是有利的特征。技术人员立刻认识到，图中描述的一些特征也可以是有利的，而无需从这个图中采用其他的特征。此外，技术人员还认识到，将单独的图或不同的图中展示的一些特征的结合也产生优势。

Claims (15)

1.一种用于检查表面(10)的方法，特别是具有效果颜料的机动车的表面，其中，通过第一辐射装置(2)以第一预定角度(a1)向待检查的表面(10)上照射辐射，并且其中，彩色图像记录装置(4)以第一观察角度(b)记录由辐射方向所照射的表面的空间解析图像，其中，所述图像记录装置(4)具有第一预定敏感度(F(λ))，所述第一预定敏感度(F(λ))取决于撞到所述图像记录装置上的辐射的波长，并且不同于第二预定敏感度(X(λ))，所述第二预定敏感度(X(λ))取决于撞到人眼上的辐射的波长；

其特征在于，

所述第一敏感度(F(λ))和所述第二敏感度(X(λ))之间的差异通过滤光装置(6)至少部分地补偿。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述滤光装置(6)布置在所述表面(10)和所述图像记录装置(4)之间。

3.根据前述权利要求中至少一项所述的方法，其特征在于，所述滤光装置影响由所述图像记录装置记录的图像的评估。

4.根据前述权利要求中至少一项所述的方法，其特征在于，在200nm-1000nm的波长范围内，所述滤光装置(6)具有在所述波长范围内作为波长的函数变化的透射率。

5.根据前一权利要求所述的方法，其特征在于，以这样的方式选择该变化的透射率，以使得该变化的透射率至少暂时地补偿所述第一敏感度和所述第二敏感度之间的波长依赖的差异。

6.根据前述权利要求中至少一项所述的方法，其特征在于，通过布置在所述表面(10)和所述滤光装置(6)之间的折射光学元件(12)，影响撞到所述滤光装置上的辐射，特别是折射撞到所述滤光装置上的辐射。

7.根据前述权利要求中至少一项所述的方法，其特征在于，通过第二辐射装置(14)以第二预定角度(a2)向所述表面上照射辐射，并且所述图像记录装置记录通过所述第二辐射装置(14)照射的表面的图像。

8.根据前述权利要求中至少一项所述的方法，其特征在于，所述滤光装置考虑辐射装置的发射光谱L(λ)、标准光的强度曲线I(λ)、至少一个三基色函数X(λ)，特别是人眼的至少一个三基色函数X(λ)，和/或图像记录装置的滤光特性F(λ)。

9.根据前述权利要求中至少一项所述的方法，其特征在于，

相对于垂直于表面(10)的方向，所述观察角度(b)小于10°，优选地小于5°，优选地小于3°；和/或

相对于垂直于表面的方向，第一入射角度在70°至20°之间，优选在60°至30°之间，优选在50°至40°之间。

10.根据前述权利要求中至少一项所述的方法，其特征在于，至少一个辐射装置将辐射定向导向或漫反射到所述表面(10)上。

11.一种用于检查表面(10)的设备，特别是具有效果颜料的机动车的表面，具有：

第一辐射装置(2)，所述第一辐射装置(2)以第一预定角度(a1)向待检查的表面(10)上照射辐射；以及

彩色图像记录装置(4)，所述彩色图像记录装置(4)以第一观察角度(b)记录由辐射方向所照射的表面的空间解析图像；

其中，所述图像记录装置(4)具有第一预定敏感度，所述第一预定敏感度取决于撞到所述图像记录装置上的辐射的波长，并且不同于第二预定敏感度，所述第二预定敏感度取决于入射到人眼上的辐射的波长；

其特征在于，

所述设备具有滤光装置，所述滤光装置至少部分地补偿所述第一敏感度和所述第二敏感度之间的差异。

12.根据前一权利要求所述的设备，其特征在于，所述滤光装置布置在所述表面(10)和所述图像记录装置(4)之间的光束路径中。

13.根据前述权利要求中至少一项所述的设备(1)，其特征在于，在所述表面(10)和所述滤光装置之间布置折射元件，特别是透镜。

14.根据前述权利要求中至少一项所述的设备(1)，其特征在于，所述第一辐射装置包含发光二极管(LED)，特别是三基色LED。

15.根据前述权利要求中至少一项所述的设备(1)，其特征在于，所述设备(1)包含至少一个第二辐射装置和/或第二传感器装置。