DE10324104B4

DE10324104B4 - Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung von Oberflächeneigenschaften

Info

Publication number: DE10324104B4
Application number: DE10324104.3A
Authority: DE
Inventors: Konrad Lex
Original assignee: BYK Gardner GmbH
Current assignee: BYK Gardner GmbH
Priority date: 2003-05-27
Filing date: 2003-05-27
Publication date: 2014-01-16
Anticipated expiration: 2023-05-28
Also published as: US7177032B2; US20050018195A1; JP4726433B2; JP2004354381A; DE10324104A1

Abstract

Verfahren zur Bestimmung von Oberflächeneigenschaften, insbesondere von solchen physikalischen Eigenschaften einer Oberfläche, die das Aussehen einer Oberfläche für den menschlichen Betrachter bestimmen, mit folgenden Schritten: – Senden einer vorgegebenen Strahlung wenigstens einer Strahlungseinrichtung (2; 12) auf eine Messfläche (7); – Detektion der von der Messfläche reflektierten und/oder gestreuten Strahlung mittels einer Detektoreinrichtung (8) mit einer Vielzahl von Bildaufnahmeelementen (21); – Erzeugen einer Vielzahl von ersten Signalen, basierend auf der von der Vielzahl von Bildaufnahmeelementen (21) detektierten Strahlung; – Zusammenfassung von jeweils einer vorgegebenen Anzahl aus der Vielzahl der ersten Signale, die von einander benachbarten Bildaufnahmeelementen erzeugt werden, für wenigstens zwei unterschiedliche Werte eines vorgegebenen Kriteriums zu einer Vielzahl von Gruppen (30); – Berechnung eines Gruppensignals für jede Gruppe (30) aus der Vielzahl von Gruppen (30); – Berechnung eines von den Gruppensignalen abhängigen statistischen Parameters, der mit wenigstens einer Remissionseigenschaft der Messfläche (7) korreliert, für jeden Wert des vorgegebenen Kriteriums; und – Ausgabe des statistischen Parameters in Abhängigkeit der Werte des vorgegebenen Kriteriums, wobei die Oberflächeneigenschaften durch eine Relation zwischen wenigstens zwei Werten des statistischen Parameters für unterschiedliche Werte des vorgegebenen Kriteriums beschrieben wird.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung von Oberflächeneigenschaften.
Die Beschaffenheit von Oberflächen ist eine wesentliche Eigenschaft von Gegenständen des täglichen Lebens, wie beispielsweise Kraftfahrzeugen oder anderen Gebrauchsgegenständen und bestimmt maßgeblich deren Gesamteindruck auf den menschlichen Betrachter. Ein Beispiel dafür sind Hochglanz- oder Metallic-Lackierungen an Fahrzeugkarosserien.
Zur reproduzierbaren Bewertung der Qualität von Oberflächen, insbesondere dieser Hochglanzlackierungen, sind Messgeräte erforderlich, die gerade jene physikalischen Größen erfassen, welche den Gesamteindruck auf den menschlichen Betrachter in entscheidender Weise bestimmen. Im Stand der Technik sind verschiedene Verfahren und Vorrichtungen bekannt, mit denen die visuellen Eigenschaften, speziell das Reflexions- und/oder Streuverhalten von Oberflächen, bestimmt werden können.
Dabei besteht das Problem, dass der optische Eindruck von Oberflächen für den menschlichen Betrachter auch vom Auslösungsvermögen des menschlichen Auges abhängt, welches wiederum auch vom Abstand des Beobachters zu dem Objekt, das heißt beispielsweise einem Fahrzeug, abhängt.
Bei nahen Abständen ist das menschliche Auge in der Lage, beispielsweise unterschiedliche Farbkontraste genau aufzulösen. Bei größeren Entfernungen können hingegen beispielsweise periodisch wiederkehrende Muster erkannt werden. Die Sichtbarkeit von z. B. periodischen Strukturen ist beim menschlichen Auge abhängig von der Wellenlänge bzw. Frequenz der Struktur sowie dem Abstand zwischen dem Auge und dem zu beobachtenden Objekt.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, welche eine Bewertung von Oberflächeneigenschaften erlaubt, wobei insbesondere auch solche Eindrücke berücksichtigt bzw. simuliert werden sollen, welche aus einem unterschiedlichen Abstand des Beobachters zu der zu beobachtenden Fläche resultieren.
Dies wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Vorrichtung nach Anspruch 10 erreicht. Vorteilhafte Verbesserungen des Verfahrens und der Vorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zunächst eine vorgegebene Strahlung wenigstens einer Strahlungseinrichtung unter einem vorgegebenen Winkel auf eine Messfläche gesendet. Die von der Messfläche reflektierte und/oder gestreute Strahlung wird mittels einer Detektoreinrichtung mit einer Vielzahl von Bildaufnahmeelementen bestimmt.
Ferner wird eine Vielzahl von ersten Signalen erzeugt, die auf der von der Vielzahl von Bildaufnahmeelementen detektierten Strahlung basieren. Schließlich wird jeweils eine vorgegebene Anzahl aus der Vielzahl der ersten Signale, die von einander benachbarten Bildaufnahmeelementen erzeugt werden, für wenigstens zwei unterschiedliche Werte eines vorgegebenen Kriteriums zu einer Vielzahl von Gruppen zusammengefasst, für jede Gruppe aus der Vielzahl von Gruppen ein Gruppensignal berechnet sowie ein von den Gruppensignalen abhängiger statistischer Parameter, der mit wenigstens einer Remissionseigenschaft der Messfläche korreliert, berechnet. Schließlich wird der statistische Parameter in Abhängigkeit der Werte des vorgegebenen Kriteriums ausgegeben. Dabei wird die Oberflächeneigenschaft durch eine Beziehung zwischen wenigstens zwei Werten des statistischen Parameters für unterschiedliche Werte des vorgegebenen Kriteriums beschrieben.
Bei der Strahlung kann es sich dabei um Strahlung im für das menschliche Auge sichtbaren Bereich, aber auch um Ultraviolett-, Infrarot-, Röntgenstrahlung oder dergleichen handeln. Bevorzugt handelt es sich jedoch um Strahlung im für das menschliche Auge sichtbaren Wellenlängenbereich. Die Strahlung kann monochromatisch sein oder sich auch aus Anteilen mit verschiedenen Wellenlängen zusammensetzen.
Unter Messfläche ist die zu untersuchende Fläche zu verstehen, beispielsweise die Karosserie eines Kraftfahrzeuges oder die Marmorisierung eines Kunststoffes oder allgemein eines industriell gefertigten Materials.
Unter Bildaufnahmeelementen werden bevorzugt elektronische Einrichtungen verstanden, welche Strahlung aufnehmen und in vorgegebener Weise auf veränderte Charakteristika dieser Strahlung reagieren.
Die Messfläche kann eine ebene oder unebene Oberfläche aufweisen. Im Rahmen der Erfindung wird jedoch überwiegend von einer ebenen Oberfläche die Rede sein.
Unter Oberflächeneigenschaften werden daher im Rahmen der Erfindung insbesondere jene physikalischen Eigenschaften einer Oberfläche verstanden, die das Aussehen einer Oberfläche für den menschlichen Betrachter bestimmen. Hierunter fallen insbesondere Eigenschaften wie Makro- und Mikrostruktur, Topografie, Farbe, Farbort, Helligkeit der Farbe, Glanz, Abbildungsschärfe, Glanzschleier, Oberflächentextur, Rauhigkeit und Oberflächenwelligkeiten (englisch: ”orange peal”). Ein besonderes Augenmerk wird im Rahmen der Erfindung auf die Eigenschaften ”coarseness” (Grobkörnigkeit) bzw. ”grain” (Körnung) gelegt.
Bevorzugt hängt das erste Signal von der Intensität der auf die jeweiligen Bildaufnahmeelemente auftreffenden Strahlung ab.
Bevorzugt wird bei der Berechnung der Gruppensignale für die Gruppen aus der Vielzahl von Gruppen jeweils wenigstens ein erstes Signal gegenüber wenigstens einem weiteren ersten Signal unterschiedlich gewichtet. Auf diese Weise können in einer Darstellung beispielsweise vorhandene Helligkeitsunterschiede bzw. Kontraste verstärkt bzw. erhöht werden. Alternativ kann auch für eine Vielzahl von ersten Signalen mehrmals ein Gruppensignal berechnet werden, was dazu führt, dass vorhandene Kontraste ebenfalls verstärkt werden.
Bevorzugt unterscheiden sich die bei der Zusammenfassung der ersten Signale zu den Gruppen verwendeten Kriterien im wesentlichen durch die Anzahl und/oder die Gewichtung der zusammenzufassenden ersten Signale. Durch die Gewichtung der ersten Signale kann, wie oben ausgeführt, der Eindruck eines vorhandenen Kontrastes verstärkt werden.
Über die Anzahl der zusammengefassten Signale kann die Auflösung des Bildes verändert werden und somit ein mehr oder weniger großer Abstand des menschlichen Betrachters zu der Messfläche wenigstens teilweise simuliert werden.
Bevorzugt ist die Beziehung zwischen wenigstens zwei Werten des Parameters aus einer Gruppe von Parametern ausgewählt, welche die Differenz, die Steigung, die Summe, den Quotienten, die Funktion, die erste oder folgende Ableitung und/oder dergleichen enthält. So kann beispielsweise die Differenz oder der Quotient ein Maß für den Kontrast sein. Die Steigung kann beispielsweise auf die Art und Weise ermittelt werden, dass die Parameter gegenüber dem vorgegebenen Kriterium ermittelt werden, das heißt, jeweils in Bezug zu einem bestimmten Kriterium gesetzt werden.
Bevorzugt ermittelt der Detektor wenigstens die Intensität und/oder die Wellenlänge der auf ihn auftreffenden Strahlung. Aus einer Ermittlung der einzelnen Intensitäten kann auf einen Hell-Dunkel-Kontrast der auf den Detektor auftreffenden Strahlung geschlossen werden. Eine Ermittlung der Wellenlänge der auftreffenden Strahlung bzw. auch einzelner Wellenlängenbereiche erlaubt eine Ermittlung des Farbkontrastes.
Bevorzugt wird zur Mittelwertbildung nur eine bestimmte Wellenlänge oder ein vorgegebener Wellenlängenbereich verwendet. Ferner wird bevorzugt zur Mittelwertbildung nur eine bestimmte Strahlungsintensität oder ein vorgegebener Strahlungsintensitätsbereich verwendet.
Weiterhin können bevorzugt bei der Mittelwertbildung solche Einzelsignale außer Acht gelassen werden, welche bezüglich ihrer Intensität und/oder Wellenlänge außerhalb eines vorgegebenen Bereiches liegen. Auf diese Weise kann eine Glättung des Messergebnisses erreicht werden.
Bevorzugt wird ein Gruppensignal als statistische Größe berechnet, welche aus einer Gruppe von statistischen Größen ausgewählt wird, welche arithmetische Mittelwerte, gleitende Mittelwerte, vektorielle Mittelwerte, geometrische Mittelwerte, Fourier-Transformierte, insbesondere, aber nicht ausschließlich, Fourier-Sinus- und Fourier-Cosinus-Transformierte, enthält. Bevorzugt wird der Mittelwert als statistisch gleitender Mittelwert gebildet.
Ferner wird bevorzugt der statistische Parameter aus einer Gruppe von Parametern ausgewählt, welche die Varianz, die Standardabweichung, die Streuung, Minima, Maxima, die Spannweite und dergleichen enthält. Dabei handelt es sich vorzugsweise, aber nicht ausschließlich, um die Varianz der einzelnen aufgenommen Strahlungsintensitäten bzw. die Varianz der aufgenommenen Wellenlängen der detektierten Strahlung.
Die Erfindung ist ferner auf eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung von Oberflächeneigenschaften gerichtet. Die Vorrichtung weist dabei wenigstens eine erste Strahlungseinrichtung auf, welche Strahlung auf eine Messfläche wirft bzw. sendet. Daneben ist eine Detektoreinrichtung vorgesehen, welche in einem vorgegebenen Winkel bezüglich der Messfläche so angeordnet ist, dass die von der Messfläche reflektierte und/oder gestreute Strahlung wenigstens teilweise auf die Detektoreinrichtung trifft, wobei die Detektoreinrichtung eine Vielzahl von Bildaufnahmeelementen aufweist, wobei jedes Bildaufnahmeelement ein erstes Signal ausgibt, welches für wenigstens einen Parameter der auf das Bildaufnahmeelement auftreffenden Strahlung charakteristisch ist.
Dabei ist wenigstens eine Prozessoreinrichtung vorgesehen, welche die ersten Signale wenigstens dreier Bildaufnahmeelemente zu einer Vielzahl von Gruppen zusammenfasst.
Bei den Bildaufnahmeelementen handelt es sich um Elemente bzw. Bauteile, welche ein aufgenommenes Bild bzw. eine aufgenommene Strahlung detektieren und ein für diese Strahlung charakteristisches Messsignal ausgeben. Beispielsweise kann es sich um Bauteile handeln, deren Widerstand und/oder Strom und/oder Ladung sich in Abhängigkeit von der Intensität der auftreffenden Strahlung ändert.
Erfindungsgemäß ist jedes Bildaufnahmeelement aus der Gruppe von Bildaufnahmeelementen, deren erste Signale zu einer Gruppe zusammengefasst werden, zu wenigstens einem weiteren Bildaufnahmeelement aus dieser Gruppe benachbart.
Dies bedeutet, dass nicht die Signale zufällig angeordneter Bildaufnahmeelemente zusammengefasst werden, sondern nur die Signale solcher Bildaufnahmeelemente, die wenigstens teilweise untereinander benachbart sind bzw. einen vorgegebenen Abstand zueinander aufweisen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Vielzahl aller Bildaufnahmeelemente in einem wenigstens eindimensionalen, bevorzugt wenigstens zweidimensionalen Array angeordnet. Es wäre jedoch auch vorstellbar, ein dreidimensionales Array vorzusehen, wobei in einem solchen dreidimensionalen Array die Bildaufnahmeelemente beispielsweise auf einer gekrümmten Fläche angeordnet sein könnten.
Daneben könnte auch nur ein einzelnes Bildaufnahmeelement bzw. eine Vielzahl von Bildaufnahmeelementen vorgesehen sein, welche in einem vorgegebenen, vorzugsweise ein- oder zweidimensionalen, Bereich bewegt werden können.
Bevorzugt sind die Bildaufnahmeelemente wenigstens einer Gruppe von Bildaufnahmeelementen, deren Signale zu einer Gruppe zusammengefasst werden, in einem wenigstens eindimensionalen Unter-Array angeordnet. Dies bedeutet, dass die einzelnen Bildaufnahmeelemente, deren Signale zu einer Gruppe zusammengefasst werden, beispielweise in einer 2×2-, 3×3- usw. Matrix angeordnet sind. In einer weiteren Ausführungsform können die Bildaufnahmeelemente, deren erste Signale zu einer Gruppe zusammengefasst werden, jedoch auch entlang einer Linie angeordnet sein. Daneben können jedoch auch nicht quadratische Arrays, wie beispielsweise 1×4-, 3×5- oder 3×8-Unter-Arrays, gebildet werden.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Strahlungseinrichtung wenigstens eine Strahlungsquelle aus einer Gruppe von Strahlungsquellen auf, welche Glühlampen, Leuchtdioden, Laser, thermische Strahlungsquellen und dergleichen beinhaltet. Bei dem von der Strahlungseinrichtung ausgesandten Licht kann es sich um diffuses Licht oder um kollimiertes Licht handeln, wobei diffuses Licht beispielsweise mittels einer Streuscheibe erzeugt werden kann.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Strahlungseinrichtung wenigstens ein Strahlungsbegrenzungselement auf. Dieses Strahlungsbegrenzungselement ist aus einer Gruppe von Elementen ausgewählt, welche Blenden, insbesondere, aber nicht ausschließlich, Lochblenden, Gitter, Kantenfilter und dergleichen aufweist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist wenigstens eine Strahlungsquelle hinsichtlich wenigstens einer optischen Eigenschaft, wie insbesondere, aber nicht ausschließlich, der Wellenlänge, Polarisation, Intensität, Modulation oder dergleichen veränderbar. Unter Modulation wird dabei verstanden, dass die Strahlungsquelle in veränderbaren Abständen ein- und ausgeschaltet bzw. in ihrer Intensität und/oder eine der anderen Eigenschaft verändert werden kann.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Strahlungseinrichtung wenigstens eine Strahlungslenkeinrichtung auf. Diese Strahlungslenkeinrichtung ist aus einer Gruppe von Strahlungslenkeinrichtungen ausgewählt, welche Linsen, Spiegel, wie insbesondere, aber nicht ausschließlich, Hohlspiegel und dergleichen enthält.
Die erste und/oder eine zweite Strahlungslenkeinrichtung können weiterhin aus einer Gruppe von Einrichtungen ausgewählt sein, welche neben den oben genanten Linsen auch Transmissions- und Reflexionsgitter, doppelbrechende Materialien und dergleichen aufweist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Strahlungsdetektoreinrichtung wenigstens ein dispersives Element auf, das heißt ein Element, welches wellenlängen- bzw. frequenzselektive Eigenschaften aufweist. Dieses dispersive Element muss jedoch nicht in der Strahlungsdetektoreinrichtung integriert sein, sondern kann auch an einer anderen Stelle im Strahlengang zwischen der Messfläche und der Strahlungsdetektoreinrichtung stehen. Daneben kann auch ein Monochromator eingesetzt werden, um das von der Messfläche reflektierte bzw. gestreute Licht hinsichtlich seiner Wellenlänge zu untersuchen bzw. zu selektieren.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist zwischen der Messfläche und der Strahlungsdetektoreinrichtung eine zweite Strahlungslenkeinrichtung angeordnet. Dabei ist bevorzugt die erste und/oder die zweite Strahlungslenkeinrichtung hinsichtlich ihrer Position bezüglich der Messfläche veränderbar.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der vorgegebene Winkel zwischen der Messfläche und der Strahlungsdetektoreinrichtung veränderbar und liegt zwischen 0° und 90°, bevorzugt zwischen 40° und 90° und besonders bevorzugt zwischen 80° und 90°.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Objektiveinrichtung auf, welche bevorzugt zwischen der Messfläche und der Detektoreinrichtung angeordnet ist.
Die Erfindung ist weiterhin auf die Verwendung des oben beschriebenen Verfahrens sowie der Vorrichtung zur Bewertung und/oder Bestimmung von Oberflächeneigenschaften insbesondere für den Kraftfahrzeugbereich gerichtet.
Weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus den beigefügten Zeichnungen.
Darin zeigen:
1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung von Oberflächeneigenschaften;
2 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung von Oberflächeneigenschaften in einer weiteren Ausführungsform;
3 eine schematische Darstellung einer Vielzahl von in einem Array angeordneten Bildaufnahmeelementen;
4 ein Diagramm, in welchem ein statistischer Parameter über den Werten eines vorgegebenen Kriteriums aufgetragen wurde; und
5 eine schematische Darstellung zur Demonstration des unterschiedlichen Auflösungsvermögens, beispielsweise des menschlichen Auges.
1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung von Oberflächeneigenschaften in einer ersten Ausführungsform.
Bezugszeichen 2 bezieht sich dabei auf eine Strahlungseinrichtung. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind mehrere Strahlungseinrichtungen 2 vorhanden, welche bevorzugt gleichmäßig in einem Raum über der Messfläche 7 angeordnet sind.
Dieser Raum ist in 1 als Halbkreis bzw. Halbkugel dargestellt, kann jedoch auch andere beliebige geometrische Formen aufweisen und zum Beispiel quaderförmig oder dergleichen sein.
Das Bezugszeichen 8 kennzeichnet eine Strahlungsdetektoreinrichtung, welche eine Strahlungslenkeinrichtung, das heißt eine Linse 11 und eine Vielzahl von Bildaufnahmeelementen, welche in einem Array 5 angeordnet sind, aufweist. Daneben kann die Strahlungsdetektoreinrichtung auch noch (nicht gezeigte) Strahlungsbegrenzungseinrichtungen, wie Blenden, dispersive Elemente, wie Gitter, frequenzabhängige Filter und dergleichen, aufweisen.
Das Array mit der Vielzahl von Bildaufnahmeelementen ist mit einer (nicht gezeigten) Auswerteeinheit verbunden.
Die einzelnen Strahlungseinrichtungen können Strahlungsquellen aufweisen, die Licht unterschiedlicher Wellenlänge abgeben, es kann sich aber auch um Strahlungsquellen handeln, welche Licht der gleichen Wellenlänge ausstrahlen.
Das Bezugszeichen 4 bezieht sich auf eine Streueinrichtung, welche das von der Strahlungseinrichtung 2 abgegebene Licht streut. Dabei kann die Streueinrichtung, wie im Falle der Streueinrichtung 4' gezeigt, gegenüber einer geometrische Achse zwischen der Strahlungseinrichtung und der Messfläche verdreht bzw. verkippt sein.
2 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung von Oberflächeneigenschaften. bei dieser Ausführungsform ist die Strahlungsdetektoreinrichtung 8 nicht senkrecht über der Messfläche 7 angeordnet, sonder in einem hiervon abweichenden Winkel.
Daneben ist anstelle der mehreren Strahlungseinrichtungen 2 hier nur eine Strahlungseinrichtung 12 vorgesehen. Das von dieser Strahlungseinrichtung 12 ausgesendete Licht wird an dem Gehäuse 15 der Vorrichtung vorzugsweise mehrfach reflektiert bzw. gestreut, so dass schließlich ein Anteil des reflektierten und/oder gestreuten Lichtes auf die Messfläche 7 und von dort auf den Detektor 8 trifft.
Das Gehäuse 15 besteht vorzugsweise wenigstens in seinen Innenflächen, das heißt den der Messfläche 7 zugewandten Flächen, aus einem reflektierenden und/oder streuenden Material. In einer weiteren Ausführungsform kann die Vorrichtung gegenüber der Messfläche beweglich sein, was durch die Räder 21 angedeutet ist. Daneben kann eine Wegstreckenmesseinrichtung 23 vorgesehen sein, welche die gegenüber der Messfläche 7 zurückgelegten Strecken misst. Bevorzugt ist die Vorrichtung so ausgeführt, dass von außen kein Licht in sie eindringen kann, mit Ausnahme des von der Messfläche 7 gestreuten und/oder reflektierten Lichts. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann eine (nicht gezeigte) Schichtdicken-Messeinrichtung vorgesehen sein, welche zur Ermittlung der Dicke der Messfläche dient. Diese Schichtdicken-Messeinrichtung steht dabei bevorzugt in Berührungskontakt mit der Messfläche.
In 3 ist eine Vielzahl von Bildaufnahmeelementen, welche in einem Array 20 angeordnet sind, dargestellt.
Das Bezugszeichen 20 bezieht sich auf das gesamte Array mit den einzelnen Bildaufnahmeelementen. Dieses Array kann quadratisch, d. h. aus einer gleichgroßen Anzahl von Zeilen sowie Spalten angeordnet sein. Die Anzahl der Zeilen und der Spalten kann jedoch auch unterschiedlich sein.
Die Bezugszeichen 21 kennzeichnen die einzelnen Bildaufnahmeelemente, wobei die einzelnen Bildaufnahmeelemente zur Darstellung mit Buchstaben derart gekennzeichnet sind, dass das Bildaufnahmeelement links oben mit 21aa, das rechts zu diesem liegenden mit 21ab usw. bezeichnet werden.
Bei der Zusammenfassung einzelner Signale zu einer Gruppe werden beispielsweise die Signale von den Bildaufnahmeelementen 21ai, 21bi, 21ci, 21di, 21aj, 21bi, 21cj, 21dj zu einer Gruppe zusammengefasst, was durch das Bezugszeichen 24ad/ij gekennzeichnet ist. Aus diesen ersten Signalen kann ein Gruppensignal gebildet werden, bei welchem es sich beispielsweise um den Mittelwert der einzelnen Signale handeln kann. Dabei können einzelne erste Signale stärker gewichtet werden, um auf diese Weise einen höheren Kontrast des Bildes zu erzielen. Anstelle des Mittelwertes können jedoch auch andere Gruppensignale, wie beispielsweise Fourier-Transformierte, gebildet werden.
Bei der in 3 gezeigten Darstellung werden mehrere Mittelwerte wie in diesem Fall 24A–D/I–J, 24B–E/I–J, 24C–F/I–J usw. gebildet. D. h. in diesem Fall handelt es sich um eine sogenannte gleitende Mittelwertbildung.
In einem nächsten Schritt kann ein statistischer Parameter in Abhängigkeit dieses beispielsweise Mittelwertes ausgegeben werden, wie beispielsweise eine Varianz oder Streuung oder dergleichen der einzelnen Mittelwerte. Dieser statistische Parameter wird dann gegenüber den Werten des vorliegenden Kriteriums, d. h. beispielsweise gegenüber der vorgegebenen Anzahl der ersten Signale, ausgegeben. Bevorzugt kann auch aus den gebildeten Mittelwerten wie 24ad/ij, 24be/ij usw. ein weiteres Mal ein weiteres Gruppensignal berechnet werden. Auf diese Weise können vorhandene Kontraste erhöht werden, da einzelne Signale durch mehrfache Berücksichtigung stärker gewichtet werden.
Vor der Bildung der gleitenden Mittelwerte werden bevorzugt einzelne Signale, wie durch das Rechteck 30 angedeutet, zu einer Gruppe zusammengefasst. Auf diese Weise kann die Auflösung des durch das Array wiedergegebenen Bildes beeinflusst werden. Das Ergebnis, d. h. die entsprechende Auflösung, kann als vorgegebenes Kriterium zum Zusammenfassen der ersten Signale ausgegeben werden.
Bei einer weiteren Modifikation des Verfahrens können für die ersten Signale eine vorgegebene Anzahl von Gruppensignalen berechnet werden und die Gruppensignale mittels einer Fourier-Analyse ausgewertet werden, wobei bei einer besonders bevorzugten Variante auch eine Fast-Fourier-Transformation (FFT) zur Verringerung des Rechenaufwandes eingesetzt werden kann. Dabei werden durch Zusammenfassung der ersten Signale gebildeten Gruppensignale vom Ortsraum mittels Fourier-Transformation in den Frequenzraum transformiert.
Allgemein werden bei dieser Vorgehensweise im Ortsraum die Pixelwerte, d. h. die ersten Signale der Bildaufnahmeelemente im Bildbereich direkt manipuliert und dann das Bild mittels einer diskreten Fourier-Transformation (DFT) transformiert.
4 zeigt beispielhaft ein Diagramm, in welchem ein statistischer Parameter gegenüber einem vorgegebenen Kriterium aufgetragen wurde. Bei dem vorgegebenen Kriterium handelt es sich um die Auflösung des Signals, welche im wesentlichen von der Anzahl der zusammengefassten ersten Signale zu der jeweiligen Gruppe abhängt.
Bei dem statistischen Parameter handelt es sich um die Varianz bzw. die Streuung der Gruppensignale der jeweils zu einzelnen Gruppen zusammengefassten ersten Signale. Neben den einzelnen Werten für den statistischen Parameter können auch die Steigung bzw. allgemein beliebige Ableitungen der durch die durchgezogene Linie dargestellten Funktion ausgegeben werden, um den Verlauf des statistischen Parameters in Abhängigkeit von den Werten des vorgegebenen Kriteriums zu bestimmen. Daneben kann auch die Steigung zwischen zwei diskreten Punkten bestimmt werden, wie durch die Linie A in 4 angedeutet.
5 zeigt schematisch an einem vereinfachten Beispiel von Moiré-Mustern die Sichtbarkeit periodischer Unregelmäßigkeiten in Abhängigkeit vom Auflösungsvermögen bzw. von der Entfernung des Betrachters zum beobachteten Objekt. Während bei 5a periodisch wiederkehrende Regelmäßigkeiten praktisch nicht zu erkennen sind, zeigen sich im Falle von 5b bereits erste Anzeichen von sogenannten Moiré-Mustern.
In der Darstellung 5c sind die Muster bereits deutlich erkennbar.
Auch nicht periodisch wiederkehrende oder im Wesentlichen zufällige Unregelmäßigkeiten der zu beobachtenden Messfläche folgen diesem Prinzip.

Claims

Verfahren zur Bestimmung von Oberflächeneigenschaften, insbesondere von solchen physikalischen Eigenschaften einer Oberfläche, die das Aussehen einer Oberfläche für den menschlichen Betrachter bestimmen, mit folgenden Schritten: – Senden einer vorgegebenen Strahlung wenigstens einer Strahlungseinrichtung (2; 12) auf eine Messfläche (7); – Detektion der von der Messfläche reflektierten und/oder gestreuten Strahlung mittels einer Detektoreinrichtung (8) mit einer Vielzahl von Bildaufnahmeelementen (21); – Erzeugen einer Vielzahl von ersten Signalen, basierend auf der von der Vielzahl von Bildaufnahmeelementen (21) detektierten Strahlung; – Zusammenfassung von jeweils einer vorgegebenen Anzahl aus der Vielzahl der ersten Signale, die von einander benachbarten Bildaufnahmeelementen erzeugt werden, für wenigstens zwei unterschiedliche Werte eines vorgegebenen Kriteriums zu einer Vielzahl von Gruppen (30); – Berechnung eines Gruppensignals für jede Gruppe (30) aus der Vielzahl von Gruppen (30); – Berechnung eines von den Gruppensignalen abhängigen statistischen Parameters, der mit wenigstens einer Remissionseigenschaft der Messfläche (7) korreliert, für jeden Wert des vorgegebenen Kriteriums; und – Ausgabe des statistischen Parameters in Abhängigkeit der Werte des vorgegebenen Kriteriums, wobei die Oberflächeneigenschaften durch eine Relation zwischen wenigstens zwei Werten des statistischen Parameters für unterschiedliche Werte des vorgegebenen Kriteriums beschrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Berechnung der Gruppensignale für die Gruppen (30) aus der Vielzahl von Gruppen (30) jeweils wenigstens ein erstes Signal gegenüber wenigstens einem anderen ersten Signal unterschiedlich gewichtet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das vorgegebene Kriterium ausgewählt ist aus der Anzahl und/oder der Gewichtung der zusammenzufassenden ersten Signale.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beziehung zwischen wenigstens zwei Werten des statistischen Parameters aus einer Gruppe ausgewählt ist, welche die Differenz, die Steigung, die Summe und den Quotienten aus den zwei Werten des statistischen Parameters sowie beliebige Ableitungen des Verlaufs des statistischen Parameters als Funktion in Abhängigkeit von dem vorgegebenen Kriterium enthält.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektoreinrichtung (8) wenigstens die Wellenlänge und/oder die Intensität der auf sie auftreffenden Strahlung ermittelt.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung eines Mittelwerts als Gruppensignal nur eine bestimmte Wellenlänge und/oder ein vorgegebener Wellenlängenbereich verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung eines Mittelwerts als Gruppensignal nur ein vorgegebener Intensitätsbereich bzw. ein vorgegebenes Intensitätsfenster der Strahlung verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gruppensignal als statistische Größe berechnet wird aus einer Gruppe von statistischen Größen, welche arithmetische Mittelwerte, gleitende Mittelwerte, vektorielle Mittelwerte, geometrische Mittelwerte, harmonische Mittelwerte, statistisch gleitende Mittelwerte, Fourier-Transformierte und dergleichen enthält.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der statistische Parameter aus einer Gruppe von Parametern ausgewählt ist, welche die Varianz, die Standardabweichung, die Streuung, Maxima, Minima, die Spannweite und dergleichen enthält.
Vorrichtung, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens zur Bestimmung von Oberflächeneigenschaften nach einem der vorangegangenen Ansprüche, mit – wenigstens einer Strahlungseinrichtung (2; 12), welche Strahlung auf eine Messfläche (7) wirft; – wenigstens einer Detektoreinrichtung (8), welche in einem vorgegebenen Winkel bezüglich der Messfläche (7) so angeordnet ist, dass die von der Messfläche reflektierte und/oder gestreute Strahlung wenigstens teilweise auf die Detektoreinrichtung (8) trifft, wobei die Detektoreinrichtung eine Vielzahl von Bildaufnahmeelementen (21) aufweist, wobei die Bildaufnahmeelemente (21) eine Vielzahl von ersten Signalen ausgeben, welche auf der von der Vielzahl von Bildaufnahmeelementen (21) detektierten Strahlung basieren, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Prozessoreinrichtung vorgesehen ist, welche – jeweils eine vorgegebene Anzahl aus der Vielzahl der ersten Signale, die von einander benachbarten Bildaufnahmeelementen (21) erzeugt werden, gemäß wenigstens zwei unterschiedlichen Werten eines vorgegebenen Kriteriums, zu einer Vielzahl von Gruppen (30) zusammenfasst; – für jede Gruppe (30) aus der Vielzahl von Gruppen (30) ein Gruppensignal berechnet; – für jeden Wert des vorgegebenen Kriteriums einen von den Gruppensignalen abhängigen statistischen Parameter berechnet; und – den statistischen Parameter in Abhängigkeit des vorgegebenen Kriteriums ausgibt, womit durch eine Relation zwischen wenigstens zwei Werten des statistischen Parameters für unterschiedliche Werte des vorgegebenen Kriteriums die Bestimmung der Oberflächeneigenschaften durchgeführt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Bildaufnahmeelement aus der Gruppe von Bildaufnahmeelementen (21), deren erste Signale zu einem Gruppensignal zusammengefasst werden, zu wenigstens einem weiteren Bildaufnahmeelement aus der Gruppe benachbart ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl der Bildaufnahmeelemente (21) in wenigstens einem wenigstens eindimensionalen, bevorzugt wenigstens zweidimensionalen Array (20) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildaufnahmeelemente (21) wenigstens einer Gruppe von Bildaufnahmeelementen, deren erste Signale zu einer Gruppe (30) zusammengefasst werden, in wenigstens einem wenigstens eindimensionalen Unterarray angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das vorgegebene Kriterium ausgewählt ist aus der Anzahl und/oder der Gewichtung der zusammengefassten ersten Signale.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Gruppensignal als statistische Größe berechnet wird aus einer Gruppe von statistischen Größen, welche arithmetische Mittelwerte, gleitende Mittelwerte, vektorielle Mittelwerte, geometrische Mittelwerte, harmonische Mittelwerte, statistisch gleitende Mittelwerte, Fourier-Transformierte und dergleichen enthält.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der statistische Parameter aus einer Gruppe von Parametern ausgewählt ist, welche die Varianz, die Standardabweichung, die Streuung, Maxima, Minima, die Spannweite und dergleichen enthält.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungseinrichtung (2; 12) wenigstens eine Strahlungsquelle aus einer Gruppe von Strahlungsquellen aufweist, welche Glühlampen, Leuchtdioden, Laser, thermische Strahlungsquellen und dergleichen beinhaltet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungseinrichtung (2; 12) wenigstens ein Strahlungsbegrenzungselement aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlungsbegrenzungselement aus einer Gruppe von Elementen ausgewählt ist, welche Blenden, insbesondere aber nicht ausschließlich Lochblenden, Gitter, Kantenfilter und dergleichen beinhaltet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Strahlungsquelle hinsichtlich wenigstens einer optischen Eigenschaft wie insbesondere aber nicht ausschließlich der Wellenlänge, Polarisation, Intensität, Modulation oder dergleichen veränderbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungseinrichtung (2; 21) wenigstens eine erste Strahlungslenkeinrichtung aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektoreinrichtung (8) wenigstens ein dispersives Element aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Messfläche (7) und der Detektoreinrichtung (8) eine zweite Strahlungslenkeinrichtung angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder die zweite Strahlungslenkeinrichtung hinsichtlich ihrer Position bezüglich der Messfläche (7) veränderbar sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder die zweite Strahlungslenkeinrichtung aus einer Gruppe von Einrichtungen ausgewählt ist, welche Linsen, Transmissions- und Reflexionsgitter, Prismen, doppelbrechende Materialien und dergleichen aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Achse der zweiten Strahlungslenkeinrichtung gegenüber dem Array in einem zweiten vorgegebenen Winkel angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite vorgegebene Winkel zwischen 0 Grad und 90 Grad, bevorzugt zwischen 30 Grad und 90 Grad und besonders bevorzugt zwischen 80 Grad und 90 Grad liegt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Messfläche (7) und der Detektoreinrichtung (8) eine Objektiveinrichtung angeordnet ist.
Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 für die Bestimmung von Oberflächeneigenschaften von Kraftfahrzeuglackierungen.
Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 28 für die Bestimmung von Oberflächeneigenschaften von Kraftfahrzeuglackierungen.