JP2018523816A - 材質認識照明システム及びそれを用いた材質認識方法 - Google Patents

材質認識照明システム及びそれを用いた材質認識方法 Download PDF

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Abstract

材質認識照明システムは測定ステージ、照射部、受光部及び処理部を含む。測定ステージは上方にオープンされており、測定対象物が位置する。照射部は測定対象物に対して入射光を照射するものの、測定ステージがオープンされている上方で測定対象物に対して複数の方向から方向別入射光を測定対象物に照射し、複数の照明セクションを含む。受光部は照射部によって照射された方向別入射光による測定対象物の反射光を獲得する。処理部は受光部で獲得された方向別入射光による測定対象物の反射光から、単一入射光による測定対象物の反射光の方向別強度分布を獲得し、反射光の方向別強度分布から測定対象物の材質を判定する。それによって、より低費用で容易で正確に物体の材質を認識することができる。【選択図】図１

Description

本発明は材質認識照明システム及びそれを用いた材質認識方法に関し、より詳細には物体の材質を認識することのできる材質認識照明システム及びそれを用いた材質認識方法に関する。
一般的に、任意の物体に対する材質を認識する多様な方法が研究されている。
このような方法は物体に入射波を照射して帰ってくる反射波を測定して物体の材質を把握する方法のように、物体の内部構造を通じて物体の材質を認識する方法を採用することが一般的である。
しかし、このような方式は物体の内部構造を把握しなければならないので、材質判定のためのシステムを複雑にしてその製造費用を大きく増加させ、材質判定方式が難しくて、多様な物体に対する材質判定に限界があり、信頼性確保が難しいという問題がある。
従って、低費用で容易かつ正確に物体の材質を認識することのできる材質認識照明システム及び材質認識方法の開発が要請されている。
従って、本発明が解決しようとする課題は、低費用で容易かつ正確に物体の材質を認識することのできる材質認識照明システムを提供することにある。
本発明が解決しようとする他の課題は、前記した材質認識照明システムを用いた材質認識方法を提供することにある。
本発明の例示的な一実施形態による材質認識照明システムは、測定ステージ、照射部、受光部、及び処理部を含む。前記測定ステージは上方にオープンされていて、測定対象物が位置する。前記照射部は前記測定対象物に対して入射光を照射する複数の照明セクションを含んでいて、前記測定ステージがオープンされている上方で前記測定対象物に対して複数の方向から方向別入射光を前記測定対象物に照射する。前記受光部は前記照射部によって照射された前記方向別入射光による前記測定対象物の反射光を獲得する、前記処理部は前記受光部で獲得された前記方向別入射光による前記測定対象物の反射光から、単一入射光による前記測定対象物の反射光の方向別強度分布を獲得し、前記反射光の方向別強度分布（ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）から前記測定対象物の材質を判定する。
一実施形態として、前記照射部は、前記測定ステージがオープンされている前記上方の少なくとも一部をカバーする複数の第１照明セクションを含み、前記第１照明セクションはドーム形状の少なくとも一部を形成してもよい。
他の実施形態として、前記照射部は、前記測定ステージがオープンされている前記上方の少なくとも一部をカバーする複数の第１照明セクションを含んでいてもよい。前記第１照明セクションはプレート形状の少なくとも一部を形成し、前記第１照明セクションから発生された前記入射光が、前記受光部の光軸と接する前記測定対象物上の一点に照射される時、前記第１照明セクションの大きさによってカバーされる前記入射光の立体角が均一であるように、前記第１照明セクションは前記測定対象物の周辺部から中心部に移動するほど小さいサイズを有してもよい。
さらに他の実施形態として、前記照射部は、前記第１照明セクションの下部に配置され、前記第１照明セクションから発生された光を前記測定対象物に対してより大きい入射角を有するように屈折させる屈折媒質ユニットをさらに含んでいてもよい。
一実施形態として、前記第１照明セクションが形成する形状には少なくとも一部が開口された第１開口部が形成され、前記受光部は、前記第１開口部を通じて前記測定対象物から反射された反射光を受光するように配置されてもよい。
一実施形態として、前記照射部は、前記第１開口部を通じて前記測定対象物に入射光を提供し、前記受光部が前記測定対象物の少なくとも一部を含む関心領域（ｒｅｇｉｏｎ ｏｆ ｉｎｔｅｒｅｓｔ、ＲＯＩ）を含んで前記反射光を獲得するように配置される少なくとも一つの第２照明セクションをさらに含んでいてもよい。
例えば、前記第２照明セクションは、プレート形状の少なくとも一部を形成する複数の層から形成されてもよい。
一実施形態として、前記少なくとも一つの第２照明セクションが形成する形状には第２開口部が形成され、前記受光部は、前記第２開口部を通じて前記測定対象物から反射された反射光を受光するように配置されてもよい。
一実施形態として、前記照射部は、前記第２開口部を通じて前記測定対象物に入射光を提供する第３照明セクション及び前記反射光を前記受光部に透過させ、前記第３照明セクションで発生された入射光を前記受光部の光軸と同一の光軸で前記測定対象物に提供するように反射するビーム分離ユニットをさらに含んでいてもよい。
例えば、前記照明セクションはそれぞれ、ベース基板、前記ベース基板上に形成された複数の光源及び前記光源の前方に配置され前記光源から発生された光を拡散させるディヒューザ（ｄｉｆｆｕｓｅｒ）を含んでいてもよい。
一実施形態として、前記受光部は、前記測定対象物の反射光を前記入射光の照射方向に対して均等に受光するように前記測定対象物の垂直上方に反射される光を受光してもよい。
一実施形態として、前記処理部は、前記反射光の方向別強度分布から前記測定対象物の材質を判定する時、前記反射光の方向別強度分布を形成する鏡面反射光の第１強度分布及び拡散反射光の第２強度分布から前記測定対象物の材質を判定してもよい。
一実施形態として、前記処理部は、前記反射光の方向別強度分布から前記測定対象物の材質を判定する時、前記第１強度分布の面積、前記第２強度分布の面積、前記第１強度分布及び前記第２強度分布の全体面積、前記第１強度分布の反射角、前記第１強度分布の広がり角のうち少なくとも一つのパラメータに基づいて前記測定対象物の材質を判定してもよい。
例えば、前記パラメータの値は、反射角‐反射強度座標系上で獲得されてもよい。
一実施形態として、前記材質認識照明システムは、前記測定対象物に対して照射される前記方向別入射光の入射方向に対する前記測定対象物の姿勢を一定保持させるように、前記測定対象物の姿勢を制御する姿勢制御部をさらに含んでいてもよい。
本発明の例示的な一実施形態による照明システムを用いた材質認識方法は、前記測定対象物に向かって複数の方向から照射された方向別入射光による前記測定対象物の反射光を獲得する段階と、 前記方向別入射光による前記測定対象物の反射光から、単一入射光による前記測定対象物の反射光の方向別強度分布を獲得する段階と、前記反射光の方向別強度分布から前記測定対象物の材質を判定する段階と、を含んでいてもよい。
一実施形態として、前記反射光の方向別強度分布から前記測定対象物の材質を判定する段階において、前記反射光の方向別強度分布を形成する鏡面反射光の第１強度分布及び拡散反射光の第２強度分布から前記測定対象物の材質を判定し、前記第１強度分布の面積、前記第２強度分布の面積、前記第１強度分布及び前記第２強度分布の全体面積、前記第１強度分布の反射角、前記第１強度分布の広がり角のうち少なくとも一つのパラメータに基づいて前記測定対象物の材質を判定してもよい。
本発明の一実施形態によって、前記照明システムを用いた材質認識方法を具現するプログラムを記録したコンピューターで判読可能である非一時的記録媒体が提供されてもよい。
本発明の一実施形態によると、測定対象物に対して複数の方向から方向別入射光を前記測定対象物に照射して単一方向で反射光を獲得した後、それにより、単一入射光による前記測定対象物の反射光の方向別強度分布を獲得し、前記反射光の方向別強度分布から前記測定対象物の材質を判定することで、従来に比べてずっと低い費用で容易で正確に測定対象物の材質認識することができる。
また、前記反射光の方向別強度分布を鏡面反射光の強度分布及び拡散反射光の強度分布で分けて解釈し、前記強度分布の面積、反射角、広がり角などの多様なパラメータを活用する場合、より精密な材質判定が可能である。
また、照明をドーム形状、プレート形状などで構成する場合、方向別入射光に対する単一方向での反射光を非常に便利で正確に獲得することができる。
また、前記ドーム形状またはプレート形状に反射光を受光する受光部に対応して開口部を形成する場合、前記受光部で所定の関心領域に対する画像を得るために確保すべき離隔距離よりずっとコンパクトにシステムを具現することができ、追加的な照明を採用して前記開口部によって惹起される入射光の方向の空白を補償することができる。
また、前記受光部と同一の光軸に照射される追加的な照明を採用して、前記受光部の光軸方向に入射される入射光を確保することができる。
本発明の一実施形態による材質認識照明システムを示す概念図である。 図１の材質認識照明システムの処理部で測定対象物の材質を判定することを説明するためのグラフである。 図１の材質認識照明システムの処理部で測定対象物の材質を判定することを説明するためのグラフである。 図１の材質認識照明システムの一実施形態を示す正面図である。 図１の材質認識照明システムの他の実施形態を示す正面図である。 図１の材質認識照明システムのさらに他の実施形態による正面図である。 本発明の一実施形態による照明システムを用いた材質認識方法を示す流れ図である。
本発明は多様な変更を加えることができ、多様な形態を有することできる。ここでは、特定の実施形態を図面に例示し本文に詳細に説明する。しかし、これは本発明を特定の開示形態に限定するものではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれる全ての変更、均等物乃至代替物を含むものとして理解されるべきである。図面で、層と領域のサイズと相対的サイズは明確性のために誇張されてもよい。
第１、第２などの用語は多用な構成要素を説明するのに使用されることがあるが、前記構成要素は前記用語によって限定解釈されない。前記用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的としてのみ使用される。例えば、本発明の権利範囲を外れることなく第１構成要素を第２構成要素ということができ、同様に第２構成要素を第１構成要素ということもできる。
本出願において使用した用語は単なる特定の実施形態を説明するために使用されたもので、本発明を限定しようとする意図ではない。単数の表現は文脈上明白に示さない限り、複数の表現を含む。本出願において、「含む」または「有する」などの用語は明細書に記載された特徴、数字、ステップ、段階、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものが存在することを意味し、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、ステップ、段階、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものの存在または付加可能性を予め排除しないこととして理解されるべきである。
異なって定義されない限り、技術的か科学的用語を含んでここで使用される全ての用語は本発明が属する技術分野で通常の知識を有した者によって一般的に理解されるのと同一の意味を有する。
一般的に使用される辞書に定義されているのと同じ用語は関連技術の文脈上有する意味と一致する意味を有すると解釈されるべきであり、本出願で明白に定義しない限り、理想的か過度に形式的な意味で解釈されない。
本発明は適切なコンピューティング環境で具現されることとして例示されてもよい。また、本発明による多様な方法は、それを具現するコンピューターソフトウェアを記録した記録媒体に提供される。
前記記録媒体は通常多様なコンピューター判読可能媒体を含み、コンピューターによってアクセスされる任意の利用可能な媒体に提供される。また、前記記録媒体は消滅性または非消滅性媒体、分離形、または非分離形媒体などを含んでいてもよい。例えば、前記記録媒体は、コンピューター判読可能命令、データ構造、プログラムモジュールまたはその他のデータのような情報貯蔵のための任意の方法や技術で具現される媒体を全て含んでいてもよい。
前記記録媒体は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリーまたはその他のメモリ技術、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤまたはその他の光学ディスク貯蔵装置、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスク貯蔵装置またはその他の磁気貯蔵装置、または所望する情報を貯蔵するに使用されるコンピューターによってアクセスされる任意の他の媒体などを含むことができるが、それに限られるわけではない。
以下、図面を参照して本発明の好適な一実施形態をより詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態による材質認識照明システムを示す概念図である。
図１を参照する。本発明の一実施形態による材質認識照明システム１００は測定ステージ１１０、照射部１２０、受光部１３０及び処理部１４０を含む。
前記測定ステージ１１０は上方にオープンされていて、測定対象物ＭＴが位置する。前記測定ステージ１１０は後述される処理部１４０または外部から提供される制御部などによって測定対象物ＭＴの位置、姿勢などを制御することができる。
前記照射部１２０は前記測定対象物ＭＴに対して入射光ＩＬを照射する。前記照射部１２０は前記測定ステージ１１０がオープンされている上方で前記測定対象物ＭＴに対して複数の方向から方向別入射光を前記測定対象物ＭＴに照射する。
前記方向別入射光は、前記入射光ＩＬが前記測定対象物ＭＴの上方で入射される場合、前記測定対象物ＭＴに相対的な各方向による入射光ＩＬを意味する。前記方向別入射光の入射方向は前記測定対象物ＭＴに対する法線方向に対して傾いた入射角θで示されてもよい。例えば、前記入射光ＩＬは上方の全ての方向で入射でき、前記方向別入射光は傾斜角０°乃至９０°の間の入射角θで入射方向を示してもよい。
前記照射部１２０は複数の照明セクション１２０ａを含む。
前記複数の照明セクション１２０ａは複数の方向から前記方向別入射光を前記測定対象物ＭＴに照射するように、後述される多様な実施形態によって配置されてもよい。
例えば、前記照明セクション１２０ａはそれぞれ光源を含んで前記光源から発生された光を各方向別に均等に前記測定対象物ＭＴに提供することができる。図１においては、前記照明セクション１２０ａの断面が示されている１次元光源で示されるが、前記照明セクション１２０ａは実際に２次元平面光源に該当され得る。
例えば、前記照明セクション１２０ａから発生された前記入射光ＩＬが、前記受光部１３０の光軸と接する前記測定対象物ＭＴ上の一点Ｏに照射される時、前記照明セクション１２０ａの大きさによってカバーされる前記入射光ＩＬの立体角は均一であるように形成され、入射光ＩＬを提供する照明セクション１２０ａに関係なしに同一の立体角を形成するように提供されてもよい（例えば、ＳＡ１、ＳＡ２及びＳＡ３などが同一）。
一実施形態として、前記照明セクション１２０ａはそれぞれベース基板（図示せず）、前記ベース基板上に形成された複数の光源（図示せず）及び前記光源前方に配置され、前記光源から発生された光を拡散させるディヒューザ（図示せず）を含んでいてもよい。
この際、前記光源はＬＥＤを含み、前記ＬＥＤから発生された光を前記ディヒューザを通じて拡散することで、均一な入射光を前記測定対象物ＭＴに提供することができる。
前記複数の照明セクション１２０ａは複数の方向から前記方向別入射光が同一の光量で前記測定対象物ＭＴに照射されるように制御されてもよい。例えば、前記複数の照明セクション１２０ａはそれぞれ同一の光量を発生させるように形成され、それのために前記複数の光源は前記各照明セクション１２０ａに均一に配置され前記複数の照明セクション１２０ａは互いに同一の大きさを有するように形成されてもよい。
従って、前記測定対象物ＭＴには入射方向、即ち、前記入射角θによって同一の光量の入射光が提供されてもよい。一方、前記複数の照明セクション１２０ａは、例えば、図１に示された太い矢印方向に一つずつ駆動され、この場合、前記照明セクション１２０ａの駆動は後述される処理部１４０または外部から提供される制御部などによって制御されてもよい。
前記受光部１３０は前記照射部１２０によって照射される前記方向別入射光による前記測定対象物ＭＴの反射光ＲＬを獲得する。
一実施形態として、前記受光部１３０は前記方向別入射光が前記測定対象物ＭＴによって反射された反射光ＲＬの強度を測定することのできる光センサーを含み、ＣＣＤまたはＣＭＯＳカメラのようなカメラを含んでいてもよい。また、前記受光部１３０は、前記光センサーまたは前記カメラの前方に配置されたレンズを含んでいてよい。
一実施形態として、前記受光部１３０は、前記測定対象物ＭＴの反射光ＲＬを前記入射光ＩＬの照射方向に対して均等に受光するように、前記測定対象物ＭＴの垂直方向に反射される反射光を受光してもよい。
例えば、前記受光部１３０は、０°乃至９０°の間の入射角θで入射方向を有する前記方向別入射光を全部受光するように、図１に示されたように、前記測定対象物ＭＴの垂直上方に配置されてもよい。それとは異なり、前記受光部１３０は垂直上方に配置されなくても、ミラーのような適切な光経路変更ユニットを採用して垂直上方に反射される反射光ＲＬを受光するように配置されてもよい。
前記処理部１４０は前記受光部１３０で獲得された前記方向別入射光による前記測定対象物ＭＴの反射光ＲＬから、単一入射光による前記測定対象物ＭＴの反射光の方向別強度分布を獲得する。
具体的に、前記反射光ＲＬの強度分布は前記方向別入射光に対する関係で表現される。即ち、前記反射光ＲＬの強度は、前記方向別入射光の入射方向に対応される前記入射角θによって示される。
一例として、前記方向別入射光０°乃至９０°の間の入射角θで入射方向を示し、前記反射光ＲＬの強度は前記方向別入射光の入射角θによって示される。
このように示された前記方向別入射光の入射角による前記反射光ＲＬの強度分布は、“複数の方向”の入射光に対する“単一方向”の反射光の強度を測定して形成された分布で、それを第１分布と定義する。また、“単一方向”の入射光に対する“複数の方向”の反射光の強度を測定して形成されるさらに一つの分布を考慮して、それを第２分布と定義する。
この場合、前記第１分布と第２分布は互いに同一である。以下でそれについて詳細に説明する。
例えば、前記第１分布では、図１に示されたように、ドーム形状を形成する照明部から複数の方向に入射光が照射され、その反射光を垂直上方の受光部で受光する。前記第２分布では、それとは反対に、垂直上方に配置された照明部から垂直下方に入射光が照射され、その反射光をドーム形状を形成する受光部で受光する。
前記第１分布で、“複数の方向”の入射光のうち特定入射光（例えば、図１の点線で表示された入射光ＩＬ）に対する“単一方向”（測定対象物の垂直上方）の反射光の間の相対的な角度は第１角度θである。
また、前記第２分布で、“単一方向”（測定対象物の垂直上方）の入射光に対する“複数方向”の反射光のうち特定反射光（例えば、第１分布の特定入射光の方向に対応）の間の相対的な角度は第２角度である。この場合、２つの場合において入射光と反射光は反対の経路を形成するが、相対的角度である第１角度と第２角度は互いに同一である。
また、反射体が光によって物性変化が惹起される場合のような非線形的場合でなく線形的場合の時、光経路及び光強度の比率（入射光対比反射光の強度比率）は互いに可逆的であるのは周知である。従って、前記２つの場合において入射光と反射光の間の経路は互いに反対経路を形成するが線形的な場合であるので、光経路は互いに可逆的で、光強度の比率も互いに可逆的である。
従って、前記第１分布の特定入射光及び前記第２分布の特定反射光でなく全ての場合に拡張して適用すると、入射光と反射光の間の相対的な角度が全部同一で光経路及び光強度が全部可逆的であるので、前記第１分布と前記第２分布は同一の分布を示すと言える。
従って、前記方向別入射光の入射角による前記反射光ＲＬの強度分布は、単一入射光による前記測定対象物ＭＴの反射光の方向別強度分布と同一であり、それにより単一入射光による前記測定対象物ＲＭの反射光の方向別強度分布を獲得することができる。
前記測定対象物ＭＴはその材質によって多様な方向別強度分布を有するので、前記処理部１４０は前記反射光の方向別強度分布から前記測定対象物ＭＴの材質を判定することができる。
以下、前記処理部１４０が前記反射光の方向別強度分布から前記測定対象物ＭＴの材質を判定することを図面を参照してより詳細に説明する。
図２及び図３は図１の材質認識照明システムの処理部で測定対象物の材質を判定することを説明するためのグラフである。
図２のグラフは前記受光部１３０で獲得された前記方向別入射光による前記測定対象物ＭＴの反射光ＲＬから獲得された、単一入射光による前記測定対象物ＭＴの反射光の方向別強度分布を示す。
具体的に、図２のグラフは、Ｙ軸と並行に単一入射光が前記測定対象物ＭＴが位置した原点０に入射される時、Ｙ軸に対して傾斜した反射角αに反射される反射光の強度を原点０との距離で示した反射光の方向別強度分布を示す。
図３のグラフは図２のグラフを反射角−反射強度座標系に変換したもので、横軸は反射角α、縦軸は反射強度Ｉを示す。
前記処理部１４０は図２及び図３のグラフのような前記反射光の方向別強度分布から前記測定対象物ＭＴの材質を判定することができる。
一実施形態として、任意の材質を有する物体に対して前記反射光の方向別強度分布を測定すると、前記反射光の方向別強度分布は鏡面反射光の第１強度分布（ＩＤ１、ＩＤ１‘）及び拡散（ｄｉｆｆｕｓｅｒ）反射光の第２強度分布ＩＤ２、ＩＤ２’で示されてもよい。
前記処理部１４０は、前記反射光の方向別強度分布を形成する前記第１強度分布ＩＤ１、ＩＤ１’及び前記第２強度分布ＩＤ２、ＩＤ２’から前記測定対象物ＭＴの材質を判定することができる。
一実施形態として、前記処理部１４０は、前記第１強度分布ＩＤ１、ＩＤ１’の面積ＡＲ１、ＡＲ１’、前記第２強度分布ＩＤ２、ＩＤ２’の面積ＡＲ２、ＡＲ２’、前記第１強度分布ＩＤ１、ＩＤ１‘及び前記第２強度分布ＩＤ２、ＩＤ２’の全体面積、前記第１強度分布ＩＤ１、ＩＤ１’の反射角ＲＡ、前記第１強度分布ＩＤ１、ＩＤ１’の広がり角ＦＡ、ＦＡ’のうち少なくとも一つのパラメータに基づいて前記測定対象物ＭＴの材質を判定することができる。
前記第１強度分布ＩＤ１、ＩＤ１’の面積ＡＲ１、ＡＲ１’は大体細くて長いニップル形態（図２参照）または三角形形態（図３参照）を有する前記第１強度分布ＩＤ１’が占める面積を示すパラメータで、それより前記測定対象物ＭＴの鏡面反射率を得ることができる。
前記第２強度分布ＩＤ２、ＩＤ２’の面積ＡＲ２、ＡＲ２’は大体半円形態（図２参照）または四角形形態（図３参照）を有する前記第２強度分布ＩＤ２、ＩＤ２’が占める面積を示すパラメータで、それより測定対象物ＭＴの拡散反射率を得ることができる。
前記第１強度分布ＩＤ１、ＩＤ１’及び前記第２強度分布 ＩＤ２、ＩＤ２’の全体面積は前記第１強度分布 ＩＤ１、ＩＤ１’と前記第２強度分布 ＩＤ２、ＩＤ２’が占める総面積を示すパラメータで、それより前記測定対象物ＭＴの総反射率を得ることができる。
前記第１強度分布 ＩＤ１、ＩＤ１’の反射角ＲＡは前記第１強度分布ＩＤ１の対称軸がＹ軸と並行に入射された単一入射光に対して傾いた角度を示すパラメータで、それより前記測定対象物ＭＴの表面の傾きを得ることができる。
前記第１強度分布 ＩＤ１、ＩＤ１’の広がり角ＦＡは前記細くて長いニップル形態の幅（図２参照）または三角形形態の半値幅（図３参照）を示すパラメータで、それより前記測定対象物（ＭＴ）の輝き程度を得ることができる。
前記処理部１４０は前記パラメータのうち少なくとも一つのパラメータに基づいて前記測定対象物ＭＴの材質を判定することができる。
一例として、前記第１強度分布 ＩＤ１、ＩＤ１’及び前記第２ ＩＤ２、ＩＤ２’の全体面積から獲得された前記測定対象物ＭＴの総反射率が大略４０％以上であり、前記第２強度分布 ＩＤ２、ＩＤ２’の面積ＡＲ２、ＡＲ２’が非常に小さくて前記測定対象物ＭＴの拡散反射率が基準値以下になる場合、前記測定対象物ＭＴを金属材質と判定してもよい。
他の例として、前記第２強度分布ＩＤ２、ＩＤ２’の面積ＡＲ２、ＡＲ２’から獲得された前記測定対象物ＭＴの拡散反射率が大略４０％以上であり、前記測定対象物ＭＴの輝き程度を示す前記第１強度分布ＩＤ１、ＩＤ１’の広がり角ＦＡ、ＦＡ’が大略４０°以上であり、前記第１強度分布ＩＤ１、ＩＤ１’及び前記第２強度分布ＩＤ２、ＩＤ２’の全体面積から獲得された前記測定対象物ＭＴの総反射率が大略５０％以上である場合、前記測定対象物ＭＴを紙材質と判定してもよい。
前記のような材質判定のために、多様な材質に対する実験と通じて基準データを事前に確保した後、実際材質判定を所望する測定対象物を測定して前記基準データと比べることで材質を判定することができる。
このように、前記処理部１４０は前記のようなパラメータを用いて前記測定対象物ＭＴの材質を簡単で容易に判定することができる。
以下、前記材質認識のための照明システムの多様な実施形態を図面を参照してより詳細に説明する。
図４は図１の材質認識照明システムの一実施形態を示す正面図であり、図５は図１の材質認識照明システムの他の実施形態を示す正面図であり、図６は図１の材質認識照明システムのさらに他の実施形態を示す正面図である。
図１、図４乃至図６を参照する。前記照明システム１００の前記照射部１２０は前記測定ステージ１１０がオープンされている前記上方の少なくとも一部をカバーする複数の第１照明セクション１２２を含んでいてもよい。
一実施形態として、前記第１照明セクション１２２は、図４に示されたように、ドーム形状１２２ａの少なくとも一部を形成することができる。
前記第１照明セクション１２２は複数の方向から前記方向別入射光を前記測定対象物ＭＴに照射するようにドーム形状の少なくとも一部を形成するように配置されてもよく、図４のように、上部で観測する時中央が開口された円形状、正面から観測する時上部が開口された半円形状を形成するように配置されてもよい。
例えば、前記第１照明セクション１２２はそれぞれ前記測定対象物ＭＴに前記方向別入射光が均一に照射されるように形成されてもよい。即ち、前記第１照明セクション１２２はそれぞれ前記測定対象物ＭＴに対する方向、即ち、入射角θ１に関係なく同一の立体角をカバーするように形成される。
そのため前記第１照明セクション１２２はそれぞれ同一の曲率を有する同一の大きさで同一の光量を発生させるように形成され、それによって、前記方向別入射光が各方向によって同一の立体角をカバーし前記測定対象物ＭＴに照射される。
他の実施形態として、前記第１照明セクション１２２は、図５のように、プレート形状１２２ｂの少なくとも一部を形成することができる。例えば、前記プレート形状１２２ｂは円形または多角形の形状を有してもよい。
前記第１照明セクション１２２は複数の方向から前記方向別入射光を前記測定対象物ＭＴに照射するようにプレート形状の少なくとも一部を形成するように配置され、図５のように、上部で観測する時中央が開口された円形プレート形状、即ち、ドーナツ形状を形成するように配置されてもよい。
例えば、前記第１照明セクション１２２はそれぞれ前記測定対象物ＭＴに前記方向別入射光が均一に照射されるように形成されてもよい。即ち、前記第１照明セクション１２２はそれぞれ前記測定対象物ＭＴに対する方向、即ち、入射角θ２に関係なしに同一の立体角をカバーするように形成されてもよい。
具体的には、前記第１照明セクション１２２から発生された前記入射光ＩＬが、前記受光部１３０の光軸と接する前記測定対象物ＭＴ上の一点（図２の原点０に対応）に照射される時、前記各第１照明セクション１２２の大きさによってカバーされる前記入射光ＩＬの立体角は均一であるように形成される。そのために、前記第１照明セクション１２２は前記測定対象物ＭＴの周辺部から中心部に移動するほど小さいサイズを有してもよい。
さらに他の実施形態として、前記第１照明セクション１２２は、図６に示されたように、プレート形状１２２ｃの少なくとも一部を形成することができ、例えば、前記プレート形状１２２ｃは円形または多角形の形状を有してもよい。この際、前記第１照明セクション１２２の下部には屈折媒質ユニット１２３が配置されてもよい。
前記屈折媒質ユニット１２３は、前記第１照明セクション１２２から発生された光を前記測定対象物ＭＴに対してより大きい入射角を有するように屈折させる。
図６に示された前記第１照明セクション１２２は、図５に示された第１照明セクション１２２と同様に、複数の方向から前記方向別入射光を前記測定対象物ＭＴに照射するようにプレート形状の少なくとも一部を形成するように配置されてもよいが、図５の場合に比べてより小さい量の照明セクションを用いて同一の入射光ＩＬを得ることができる。
再度、図４乃至図６を参照する。一実施形態として、前記第１照明セクション１２２が形成する形状には少なくとも一部が開口された第１開口部ＯＰ１が形成されてもよい。前記受光部１３０は、前記第１開口部ＯＰ１を通じて前記測定対象物ＭＴから反射された反射光ＲＬを受光するように配置されてもよい。
一実施形態として、前記照射部１２０は少なくとも一つの第２照明セクション１２４をさらに含んでいてもよい。
前記第２照明セクション１２４は前記第１開口部ＯＰ１を通じて前記測定対象物ＭＴに入射光を提供し、前記受光部１３０が前記測定対象物ＭＴの少なくとも一部を含む関心領域ＲＯＩを含んで前記反射光ＲＬを獲得するように配置される。
前記受光部１３０は、前記測定対象物ＭＴによって反射される反射光ＲＬを受光するために、前記第１照明セクション１２２の一部を除去して配置されてもよい。この場合、前記受光部１３０は前記測定対象物ＭＴの全部または一部を含む関心領域ＲＯＩを受光するために、前記測定対象物ＭＴから一定距離分だけ離隔されてもよい。従って、前記関心領域ＲＯＩの大きさによって前記受光部１３０は前記測定対象物ＭＴから十分に離隔される必要があり、それによって前記第１照明セクション１２２の距離も前記測定対象物ＭＴからその分だけ離隔されなければならないので、前記材質認識照明システム１００が過度に大きくなるという問題点が発生し得る。
従って、前記第１照明セクション１２２が形成する形状には少なくとも一部が開口された第１開口部ＯＰ１が形成され、前記受光部１３０は前記第１開口部ＯＰ１を通じて前記反射光ＲＬを獲得するものの前記関心領域ＲＯＩを含んで獲得するように配置され、前記第２照明セクション１２４は前記第１開口部ＯＰ１によって発生された方向別入射光の空白を補償するために前記第１開口部ＯＰ１を通じて前記測定対象物ＭＴに入射光を提供することができる。
例えば、前記第２照明セクション１２４は、プレート形状の少なくとも一部を形成することができる。前記プレート形状は、前述した図５の第１照明セクション１２２で説明したように、円形または多角形の形状を有し、一例として、上部で観測する時中央が開口された円形プレート形状、即ち、ドーナツ形状を有してもよい。
一方、前記第２照明セクション１２４は、図５に示されたように、プレート形状の少なくとも一部を形成する複数の層１２４ａ、１２４ｂから形成されてもよい。前記関心領域ＲＯＩのサイズが大きいか、前記材質認識照明システム１００をコンパクトに構成しようとする場合、前記第２照明セクション１２４を複数の層から構成することが有利である。
一実施形態として、前記少なくとも一つの第２照明セクション１２４が形成する形状には第２開口部ＯＰ２が形成され、前記受光部１３０は前記第２開口部ＯＰ２を通じて前記測定対象物ＭＴから反射された反射光ＲＬを受光するように配置されてもよい。
即ち、前記受光部１３０が前記測定対象物ＭＴによって反射される反射光ＲＬを受光する時、前記反射光ＲＬが前記受光部１３０に向かって進行するように前記第２開口部ＯＰ２が形成されてもよい。
この際、前記第２開口部ＯＰ２が形成された位置では前記測定対象物ＭＴに入射光を提供することができないので、一実施形態として、前記照射部１２０は第３照明セクション１２６及びビーム分離ユニット１２８をさらに含んでいてもよい。
前記第３照明セクション１２６は前記第２ 開口部ＯＰ２を通じて前記測定対象物ＭＴに入射光を提供し、前記ビーム分離ユニット１２８は前記反射光ＲＬを前記受光部１３０に透過させ、前記第３照明セクション１２６で発生された入射光を前記受光部１３０の光軸と同一の光軸で前記測定対象物ＭＴに提供するように反射する。
それによって、前記受光部１３０の光軸と同一の光軸方向にも前記測定対象物ＭＴに対して前記入射光ＩＬを提供することができる。
一方、前記材質認識照明システム１００では、前記受光部１３０で獲得された前記方向別入射光による前記測定対象物ＭＴの反射光ＲＬから、単一入射光による前記測定対象物ＭＴの反射光ＲＬの方向別強度分布を獲得する時、前記測定対象物ＭＴのいずれか一地点、例えば、ピクセル単位で獲得される。従って、前記測定対象物ＭＴの姿勢によって前記反射光の方向別強度分布の獲得がほとんど影響を受けない。
しかし、前記測定対象物ＭＴの姿勢による影響を最小化するために、前記材質認識照明システム１００は、前記測定対象物ＭＴに対して照射される前記方向別入射光の入射方向に対する前記測定対象物ＭＴの姿勢を一定に保持させるように、前記測定対象物ＭＴの姿勢を調整するための姿勢調整ユニット（図示せず）をさらに含んでいてもよい。
前記姿勢調整ユニットは、前記測定対象物ＭＴを受容して前記測定対象物ＭＴの姿勢を固定することができ、前記処理部１４０または外部から提供される制御部などによって制御される。
図７は本発明の一実施形態による照明システムを用いた材質認識方法を示す流れ図である。
図１及び図７を参照する。本発明の一実施形態による材質認識方法は前述した照明システム１００を用いてもよい。
まず、方向別入射光による反射光を獲得する（Ｓ１１０）。
具体的に、前記測定対象物ＭＴに向かって複数の方向から照射された方向別入射光による前記測定対象物ＭＴの反射光ＲＬを獲得する。
次に、単一入射光による反射光の方向別強度分布を獲得する（Ｓ１２０）。
具体的に、前記方向別入射光による前記測定対象物ＭＴの反射光ＲＬから、単一入射光による前記測定対象物ＭＴの反射光の方向別強度分布を獲得する。
続いて、前記測定対象物ＭＴの材質を判定する（Ｓ１３０）。
具体的に、前記反射光の方向別強度分布から前記測定対象物ＭＴの材質を判定する。
この際、前述したように、前記反射光の方向別強度分布を形成する鏡面反射光の第１強度分布及び拡散反射光の第２強度分布から前記第１測定対象物ＭＴの材質を判定することができ、前記第１強度分布の面積、前記第２強度分布の面積、前記第１強度分布及び前記第２強度分布の全体面積、前記第１強度分布の反射角、前記第２強度分布の広がり角のうち少なくとも一つのパラメータに基づいて前記測定対象物ＭＴの材質を判定することができる。
その他、より具体的な過程は図１乃至図６で説明された方法と実質的に同一であるので、重複される説明は省略する。
前記のような材質認識照明システム及び照明システムを用いた材質認識方法によると、測定対象物に対して複数の方向から方向別入射光を前記測定太陽物に照射して単一方向で反射光を獲得した後、それより単一入射光による前記測定対象物の反射光の方向別強度分布を獲得し、前記反射光の方向別強度分布から前記測定対象物の材質を判定することで、従来に比べてずっと低費用で容易で正確に測定対象物の材質を認識することができる。
以上、本発明の実施形態によって詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者であれば、本発明の思想と精神を離れることなく、本発明を修正または変更できる。

Claims (17)

  1. 上方にオープンされていて、測定対象物が位置する測定ステージと、
    前記測定対象物に対して入射光を照射する複数の照明セクションを含んでいて、前記測定ステージがオープンされている上方で前記測定対象物に対して複数の方向から方向別入射光を前記測定対象物に照射する照射部と、
    前記照射部によって照射された前記方向別入射光による前記測定対象物の反射光を獲得する受光部と、
    前記受光部で獲得された前記方向別入射光による前記測定対象物の反射光から、単一入射光による前記測定対象物の反射光の方向別強度分布を獲得し、前記反射光の方向別強度分布（ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）から前記測定対象物の材質を判定する処理部と、を含むことを特徴とする、
    材質認識照明システム。
  2. 前記照射部は、前記測定ステージがオープンされている前記上方の少なくとも一部をカバーする複数の第１照明セクションを含み、前記第１照明セクションはドーム形状の少なくとも一部を形成することを特徴とする請求項１に記載の材質認識照明システム。
  3. 前記照射部は、前記測定ステージがオープンされている前記上方の少なくとも一部をカバーする複数の第１照明セクションを含み、前記第１照明セクションはプレート形状の少なくとも一部を形成し、前記第１照明セクションから発生された前記入射光が、前記受光部の光軸と接する前記測定対象物上の一点に照射される時、前記第１照明セクションの大きさによってカバーされる前記入射光の立体角が均一であるように、前記第１照明セクションは前記測定対象物の周辺部（ｓｏｌｉｄ ａｎｇｌｅ）から中心部に移動するほど小さいサイズを有することを特徴とする請求項１に記載の材質認識照明システム。
  4. 前記照射部は、前記第１照明セクションの下部に配置され、前記第１照明セクションから発生された光を前記測定対象物に対してより大きい入射角を有するように屈折させる屈折媒質ユニットをさらに含むことを特徴とする請求項３に記載の材質認識照明システム。
  5. 前記第１照明セクションが形成する形状には少なくとも一部が開口された第１開口部が形成され、前記受光部は、前記第１開口部を通じて前記測定対象物から反射された反射光を受光するように配置されたことを特徴とする請求項２乃至４のいずれか一項に記載の材質認識照明システム。
  6. 前記照射部は、前記第１開口部を通じて前記測定対象物に入射光を提供し、前記受光部が前記測定対象物の少なくとも一部を含む関心領域（ｒｅｇｉｏｎ ｏｆ ｉｎｔｅｒｅｓｔ、ＲＯＩ）を含んで前記反射光を獲得するように配置される少なくとも一つの第２照明セクションをさらに含むことを特徴とする請求項５に記載の材質認識照明システム。
  7. 前記第２照明セクションは、プレート形状の少なくとも一部を形成する複数の層から形成されることを特徴とする請求項６に記載の材質認識照明システム。
  8. 前記少なくとも一つの第２照明セクションが形成する形状には第２開口部が形成され、前記受光部は、前記第２開口部を通じて前記測定対象物から反射された反射光を受光するように配置されたことを特徴とする請求項６に記載の材質認識照明システム。
  9. 前記照射部は、前記第２開口部を通じて前記測定対象物に入射光を提供する第３照明セクションと、前記反射光を前記受光部に透過させ、前記第３照明セクションから発生された入射光を前記受光部の光軸と同一の光軸で前記測定対象物に提供するように反射するビーム分離ユニットと、をさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の材質認識照明システム。
  10. 前記照明セクションはそれぞれ、ベース基板と、前記ベース基板上に形成された複数の光源と、前記光源の前方に配置され、前記光源から発生された光を拡散させるディヒューザ（ｄｉｆｆｕｓｅｒ）と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の材質認識照明システム。
  11. 前記受光部は、前記測定対象物の反射光を前記入射光の照射方向に対して均等に受光するように前記測定対象物の垂直上方に反射される反射光を受光することを特徴とする請求項１に記載の材質認識照明システム。
  12. 前記処理部は、前記反射光の方向別強度分布から前記測定対象物の材質を判定する時、前記反射光の方向別強度分布を形成する鏡面（ｓｐｅｃｕｌａｒ）反射光の第１強度分布及び拡散（ｄｉｆｆｕｓｅ）反射光の第２強度分布から前記測定対象物の材質を判定することを特徴とする請求項１に記載の材質認識照明システム。
  13. 前記処理部は、前記反射光の方向別強度分布から前記測定対象物の材質を判定する時、前記第１強度分布の面積、前記第２強度分布の面積、前記第１強度分布及び前記第２強度分布の全体面積、前記第１強度分布の反射角、前記第１強度分布の広がり角のうち少なくとも一つのパラメータに基づいて前記測定対象物の材質を判定することを特徴とする請求項１２に記載の材質認識照明システム。
  14. 前記パラメータの値は、反射角‐反射強度座標系上で獲得されることを特徴とする請求項１３に記載の材質認識照明システム。
  15. 測定対象物に向かって複数の方向から照射された方向別入射光による前記測定対象物の反射光を獲得する段階と、
    前記方向別入射光による前記測定対象物の反射光から、単一入射光による前記測定対象物の反射光の方向別強度分布を獲得する段階と、
    前記反射光の方向別強度分布から前記測定対象物の材質を判定する段階と、を含むことを特徴とする、
    照明システムを用いた材質認識方法。
  16. 前記反射光の方向別強度分布から前記測定対象物の材質を判定する段階において、前記反射光の方向別強度分布を形成する鏡面反射光の第１強度分布及び拡散反射光の第２強度分布から前記測定対象物の材質を判定し、前記第１強度分布の面積、前記第２強度分布の面積、前記第１強度分布及び前記第２強度分布の全体面積、前記第１強度分布の反射角、前記第１強度分布の広がり角のうち少なくとも一つのパラメータに基づいて前記測定対象物の材質を判定することを特徴とする請求項１５に記載の照明システムを用いた材質認識方法。
  17. 請求項１５又は１６の方法を具現するプログラムを記録した、
    コンピューターで判読可能である非一時的記録媒体。
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