KR101129327B1 - System and method for measuring reflectance based on image - Google Patents

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Abstract

이미지 기반 반사율 측정 시스템 및 방법이 개시된다. 본 발명에 따른 물체의 반사율 측정 시스템은, 상기 물체에 빛을 조사하는 광원을 포함하는 광원부; 상기 광원부의 위치와 방향을 조절하는 광원 위치 조절부; 상기 물체로부터 반사된 빛을 감지하여 이미지 데이터를 획득하되, 상기 물체로부터 반사된 빛을 미리 설정된 파장대 별로 필터링하여 각 파장대 별로 이미지 데이터를 획득하는 수광부; 및 상기 이미지 데이터로부터 상기 물체의 반사율을 구하는 반사율 획득부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이러한 본 발명에 의하면 물체의 반사율을 보다 빠른 시간에 보다 정밀하게 획득할 수 있는 효과가 있다.An image based reflectance measurement system and method are disclosed. Reflectance measurement system of an object according to the present invention, the light source unit including a light source for irradiating light to the object; A light source position adjusting unit for adjusting a position and a direction of the light source unit; A light receiver configured to acquire image data by sensing light reflected from the object, and filter the light reflected from the object by a predetermined wavelength band to obtain image data by each wavelength band; And a reflectance obtaining unit obtaining a reflectance of the object from the image data. According to the present invention, the reflectance of the object can be obtained more precisely at a faster time.

Description

이미지 기반 반사율 측정 시스템 및 방법{System and method for measuring reflectance based on image}System and method for measuring reflectance based on image}

본 발명은 컴퓨터 그래픽스에 관련된 것으로서, 보다 상세하게는 물체의 실감 이미지를 모델링하기 위하여 이미지 기반으로 물체의 반사율을 측정하는 시스템 및 방법에 관한 것이다. TECHNICAL FIELD The present invention relates to computer graphics, and more particularly, to a system and method for measuring reflectance of an object on an image basis to model a sensory image of the object.

물체의 실감 이미지를 모델링하고자 할 때 광원으로부터 나온 빛의 입사각과 반사각을 이용하여 표면의 특성을 나타내는 함수를 양방향 반사분포함수(BRDF: Bi-directional Reflectance Distribution Function)라 한다. 이 BRDF는 입사되는 에너지량(energy flux)과 물체의 표면에서 반사되는 빛의 양(radiance)의 비로서 정의된다. When modeling the sensory image of an object, a function that represents the surface characteristics using the incident angle and the reflection angle of light from a light source is called a bi-directional reflectance distribution function (BRDF). This BRDF is defined as the ratio of the amount of energy flux incident to the amount of light reflected off the surface of the object.

물체의 반사율 정보는 흔히 양방향 반사분포함수(BRDF)로 나타내며, 물체의 반사율에 의해 광원에 대한 물체의 반사 에너지를 계산함으로써 물체에 대한 이미지를 시뮬레이션할 수 있다. 즉, 광원이 있는 곳에서 사진이나 사람에 의해 보여지는 흔히 주변에 존재하는 물체의 이미지를 시뮬레이션할 수 있다.The reflectance information of an object is often represented by a bidirectional reflection distribution function (BRDF), and the image of the object can be simulated by calculating the reflection energy of the object with respect to the light source by the reflectance of the object. That is, it is possible to simulate an image of an object which is often seen around by a photograph or a person where a light source is present.

통상 물체의 반사율(BRDF)을 측정하기 위해서는 물체에 영향을 줄 수 있는 모든 위치에 광원을 배치하고, 각각의 위치에서 물체의 반사 에너지를 측정한다. 물체의 반사율은 모든 방향으로 입사하는 광원에 대한 모든 반사 에너지를 측정하여 계산된 결과를 극좌표계(또는 구면 좌표계)에서 예를 들어 다음 수학식과 같이 표현되는 4차원 함수로 표현할 수 있다. In general, in order to measure the reflectance (BRDF) of the object, the light source is disposed at all positions that may affect the object, and the reflection energy of the object is measured at each position. The reflectance of an object may be expressed as a four-dimensional function represented by, for example, the following equation in a polar coordinate system (or spherical coordinate system) by measuring all reflection energies of light sources incident in all directions.

Figure 112009045510413-pat00001
Figure 112009045510413-pat00001

통상적인 BRDF 측정 시스템은 2개의 입사 각도와 반사 각도로 이루어진 4 자유도 시스템으로 구성된다. 그러나 이러한 시스템은 모든 방향각에 대한 정보를 얻기 위하여 수 시간에서 또는 수십 시간의 과도한 측정 시간과 대용량 측정 데이터로 인해 많은 비용이 드는 문제점이 있다.A typical BRDF measurement system consists of a four degree of freedom system consisting of two angles of incidence and reflection. However, such a system has a problem of being expensive due to excessive measurement time and large measurement data of several hours or tens of hours to obtain information on all direction angles.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 물체의 반사율을 보다 빠른 시간에 보다 정밀하게 획득할 수 있는 물체의 반사율 측정 시스템 및 방법을 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in an effort to provide a system and method for measuring reflectance of an object capable of more accurately obtaining an object's reflectance in a faster time.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 물체의 반사율을 측정하는 시스템은, 상기 물체에 빛을 조사하는 광원을 포함하는 광원부; 상기 광원부의 위치와 방향을 조절하는 광원 위치 조절부; 상기 물체로부터 반사된 빛을 감지하여 이미지 데이터를 획득하되, 상기 물체로부터 반사된 빛을 미리 설정된 파장대 별로 필터링하여 각 파장대 별로 이미지 데이터를 획득하는 수광부; 및 상기 이미지 데이터로부터 상기 물체의 반사율을 구하는 반사율 획득부를 포함하는 것을 특징으로 한다. The system for measuring the reflectance of an object according to the present invention for solving the technical problem, the light source including a light source for irradiating the object with light; A light source position adjusting unit for adjusting a position and a direction of the light source unit; A light receiver configured to acquire image data by sensing light reflected from the object, and filter the light reflected from the object by a predetermined wavelength band to obtain image data by each wavelength band; And a reflectance obtaining unit obtaining a reflectance of the object from the image data.

여기서, 상기 물체는 구형이며 등방성 성질을 가질 수 있다.Here, the object may be spherical and have an isotropic property.

또한, 상기 광원 위치 조절부는 상기 광원부의 위치를 연속적으로 이동시킬 수 있다. 이때 상기 수광부는 상기 광원부의 위치가 연속적으로 변화하는 동안에 소정 간격으로 상기 이미지 데이터를 획득할 수 있다.The light source position adjusting unit may continuously move the position of the light source unit. In this case, the light receiving unit may acquire the image data at predetermined intervals while the position of the light source unit is continuously changed.

또한, 상기 수광부는, 상기 물체로부터 반사된 빛을 상기 미리 설정된 파장대 별로 필터링하는 액정 가변 필터; 및 상기 액정 가변 필터를 통과한 빛을 감지하여 이미지 데이터를 획득하는 비디오 센서를 포함할 수 있다.The light receiving unit may include a liquid crystal variable filter configured to filter light reflected from the object for each of predetermined wavelength bands; And a video sensor that senses light passing through the liquid crystal variable filter to obtain image data.

또한, 상기 광원부는 상기 광원으로부터 상기 물체의 반대측에 마련되는 반사경과, 상기 광원으로부터 상기 물체 측에 마련되는 제1 조리개, 제1 렌즈, 디퓨져, 제2 렌즈, 제2 조리개를 더 포함할 수 있다.The light source unit may further include a reflector provided on an opposite side of the object from the light source, and a first aperture, a first lens, a diffuser, a second lens, and a second aperture provided on the object side from the light source. .

또한, 상기 반사율 획득부는 상기 각 파장대 별로 미리 얻어진 상기 비디오 센서와 상기 비디오 센서의 위치에서의 분광방사휘도계 간의 상관관계를 이용하여 상기 이미지 데이터로부터 상기 물체의 반사율을 구할 수 있다. 이때 상기 상관관계는, 상기 물체의 위치에 컬러차트를 세팅하고 상기 각 파장대 별로 상기 비디오 센서에서 상기 컬러차트로부터 반사된 빛을 감지하여 이미지 데이터를 획득하고, 상기 분광방사휘도계에서 상기 컬러차트로부터 반사된 빛을 감지하여 휘도값을 획득한 후 상기 각 파장대 별로 상기 이미지 데이터와 상기 휘도값을 비교함으로써 얻을 수 있다.The reflectance acquirer may obtain a reflectance of the object from the image data by using a correlation between the video sensor previously obtained for each wavelength band and a spectroradiometer at the position of the video sensor. The correlation may include setting a color chart at a position of the object and obtaining image data by detecting light reflected from the color chart by the video sensor for each wavelength band, and from the color chart in the spectroradiometer. After detecting the reflected light to obtain a luminance value, it can be obtained by comparing the image data and the luminance value for each wavelength band.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 물체의 반사율을 측정하는 방법은, 동일한 위치에서의 비디오 센서와 분광방사휘도계 간의 상관관계를 얻는 단계; 상기 물체에 빛을 조사하는 단계; 상기 물체로부터 반사된 빛을 상기 비디오 센서를 이용하여 감지하여 이미지 데이터를 획득하되, 상기 물체로부터 반사된 빛을 미리 설정된 파장대 별로 필터링하여 각 파장대 별로 이미지 데이터를 획득하는 단계; 및 상기 상관관계를 이용하여 상기 이미지 데이터로부터 상기 물체의 반사율을 구하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of measuring a reflectance of an object, including: obtaining a correlation between a video sensor and a spectroradiometer at the same position; Irradiating light on the object; Detecting image light reflected from the object by using the video sensor to obtain image data, and filtering image light reflected from the object by a predetermined wavelength band to obtain image data by each wavelength band; And calculating a reflectance of the object from the image data using the correlation.

여기서, 상기 상관관계를 얻는 단계는, 상기 광원의 위치에 컬러차트를 세팅하는 단계; 미리 설정된 파장대 별로 상기 비디오 센서에서 상기 컬러차트로부터 반사된 빛을 감지하여 이미지 데이터를 획득하는 단계; 상기 분광방사휘도계에서 상기 컬러차트로부터 반사된 빛을 감지하여 휘도값을 획득하는 단계; 및 각 파장대 별로 상기 이미지 데이터와 상기 휘도값을 비교하여 상기 상관관계를 구하는 단계를 포함할 수 있다.The obtaining of the correlation may include setting a color chart at a position of the light source; Acquiring image data by detecting light reflected from the color chart by the video sensor for each preset wavelength band; Acquiring a luminance value by detecting light reflected from the color chart in the spectroradiometer; And comparing the image data with the luminance value for each wavelength band to obtain the correlation.

또한, 상기 상관관계를 얻는 단계는, 상기 광원의 위치에 투과형 컬러차트를 세팅하는 단계; 미리 설정된 파장대 별로 상기 비디오 센서에서 상기 컬러차트를 투과한 빛을 감지하여 이미지 데이터를 획득하는 단계; 상기 분광방사휘도계에서 상기 컬러차트를 투과한 빛을 감지하여 휘도값을 획득하는 단계; 및 각 파장대 별로 상기 이미지 데이터와 상기 휘도값을 비교하여 상기 상관관계를 구하는 단계를 포함할 수 있다.The obtaining of the correlation may further include setting a transmissive color chart at a position of the light source; Acquiring image data by detecting light transmitted through the color chart by the video sensor for each preset wavelength band; Acquiring a luminance value by detecting light passing through the color chart in the spectroradiometer; And comparing the image data with the luminance value for each wavelength band to obtain the correlation.

또한, 상기 이미지 데이터를 획득하는 단계는, 상기 빛을 조사하는 광원의 위치를 연속적으로 이동시키면서 소정 간격으로 상기 이미지 데이터를 획득할 수 있다.In the obtaining of the image data, the image data may be acquired at predetermined intervals while continuously moving the position of the light source for irradiating the light.

상술한 본 발명에 의하면, 물체의 반사율을 보다 빠른 시간에 보다 정밀하게 획득할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention described above, the reflectance of the object can be obtained more precisely at a faster time.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이하 설명 및 첨부된 도면들에서 실질적으로 동일한 구성요소들은 각각 동일한 부호들로 나타냄으로써 중복 설명을 생략하기로 한다. 또한 본 발명을 설명함에 있 어 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description and the accompanying drawings, substantially the same components are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted. In addition, in the following description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 물체의 반사율을 측정하는 시스템의 구성을 나타내는 도면이다. 도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 반사율 측정 시스템은 반사율 측정의 대상이 되는 물체(10), 물체(10)에 빛을 조사하는 광원(21)을 포함하는 광원부(20), 물체(10)로부터 반사된 빛을 감지하여 이미지 데이터를 획득하는 수광부(30), 광원부(20)의 위치와 방향을 조절하는 광원 위치 조절부(40), 수광부(30)에서 획득된 이미지 데이터를 이용하여 물체(10)의 반사율을 구하는 반사율 획득부(50) 등을 포함하여 이루어진다. 그리고 도시되지는 않았으나 본 실시예에 따른 반사율 측정 시스템은 물체(10)의 위치를 조절하는 물체 위치 조절부를 더 포함할 수도 있다.1 is a view showing the configuration of a system for measuring the reflectance of an object according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, the reflectance measuring system according to the present exemplary embodiment includes a light source unit 20 and an object 10 including an object 10 and a light source 21 that irradiates light onto the object 10. The light-receiving unit 30, which detects the light reflected from the light source, acquires the image data, the light source position adjusting unit 40 that adjusts the position and direction of the light source unit 20, and the object using the image data obtained by the light-receiving unit 30. And a reflectance obtaining unit 50 or the like for obtaining the reflectance of (10). Although not shown, the reflectance measuring system according to the present embodiment may further include an object position adjusting unit for adjusting the position of the object 10.

물체(10)는 구형이며 등방성 성질을 가지며, 광원부(20)는 광원(21)으로부터의 빛을 균일하고 직진성을 가지는 빛으로 변화시켜 물체(10)에 조사한다. 광원 위치 조절부(40)는 물체(10)를 중심으로 광원부(21)를 회전시켜 그 위치와 방향을 조절한다. 광원 위치 조절부(40)는 광원부(21)의 위치를 정지시키지 않고 연속적으로 이동시키며 수광부(30)는 광원부(21)의 위치가 연속적으로 변화하는 동안에 소정 간격으로 이미지 데이터를 획득한다. The object 10 is spherical and has an isotropic property, and the light source unit 20 changes the light from the light source 21 into light having uniform and straightness to irradiate the object 10. The light source position adjusting unit 40 rotates the light source unit 21 around the object 10 to adjust its position and direction. The light source position adjusting unit 40 continuously moves without stopping the position of the light source unit 21, and the light receiving unit 30 acquires image data at predetermined intervals while the position of the light source unit 21 is continuously changed.

본 발명의 제1 실시예에서, 수광부(30)로는 비디오 센서를 사용할 수 있으며, 비디오 센서는 일반적인 CCD 센서보다 넓은 영역에서 빛을 감지하여 이미지 데이터를 획득할 수 있으므로 광원(21)을 매번 정지시키지 않고서도 반사율을 획득할 수 있게 된다. 또한, 비디오 센서가 이미지 데이터를 획득하는 간격을 조밀하게 함으로써 정밀한 BRDF를 획득할 수 있다. 비디오 센서로는 예를 들어 HDR(High Dynamic Range) 카메라가 채용될 수 있으며, 비디오 센서의 앞에 고배율 렌즈를 설치함으로써 분해능을 높여 보다 정확한 측정값을 얻도록 할 수 있다. In the first embodiment of the present invention, as the light receiving unit 30, a video sensor may be used, and the video sensor may sense light in a wider area than a general CCD sensor to acquire image data. The reflectance can be obtained without. In addition, precise BRDF can be obtained by densifying the interval at which the video sensor acquires image data. For example, a high dynamic range (HDR) camera may be employed as the video sensor, and a high magnification lens may be installed in front of the video sensor to increase resolution and obtain more accurate measurement values.

도 2는 물체의 반사율에 관한 반사 관계를 표현하는 도면이다. 도 2를 참조하면, 광원(21)으로부터 조사된 빛이 피측정 물체(10)에 반사되어 수광부(30)에 의해 감지되는데, 물체(10)는 등방성 성질을 가지므로 빛의 방향에 관계없이 물체(10) 표면 위의 한 점의 법선 벡터를 기준으로 입사면과 반사면을 함께 회전시켜도 반사 특성이 변하지 않으므로 반사율은 등방성 BRDF로 표현될 수 있다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이 법선 벡터(Z)를 중심으로 물체를 회전시켜도 반사 특성이 변하지 않으므로, 반사율은 다음 수학식과 같이 입사되는 빛의 에너지(Ei)와 반사되는 빛의 에너지(Lr)의 비율로 기술되는 3차원 함수로 표현될 수 있다. 2 is a diagram representing a reflection relationship regarding a reflectance of an object. Referring to FIG. 2, the light irradiated from the light source 21 is reflected by the object to be measured 10 and detected by the light receiving unit 30. The object 10 has an isotropic property, and thus, regardless of the direction of light, (10) Since the reflection characteristic does not change even when the incident surface and the reflective surface are rotated based on the normal vector of a point on the surface, the reflectance can be expressed as isotropic BRDF. That is, since the reflection characteristics do not change even when the object is rotated around the normal vector Z as shown in FIG. 2, the reflectance is the energy of incident light E i and the energy of reflected light L as shown in the following equation. It can be expressed as a three-dimensional function described by the ratio of r ).

Figure 112009045510413-pat00002
Figure 112009045510413-pat00002

여기서, θi는 입사되는 빛의 법선 벡터에 대한 수직각이며 θo는 반사되는 빛의 법선 벡터에 대한 수직각이고, Φdiff는 입사되는 빛 및 반사되는 빛의 접평면으로의 투영각의 차이이다. 일반적으로 3차원의 등방성 BRDF를 측정하기 위해서는 3 자유도의 측정 시스템이 요구되나 본 실시예와 같이 물체(10)가 구형인 경우 1 자유도의 측정 시스템으로 단순화될 수 있다. 도 1에서 설명한 바와 같이 물체(10)를 중심으로 광원부(21)를 회전시키기만 해도 고정된 수광부(30)를 이용하여 BRDF를 획득할 수 있는 것이다. Where θ i is the vertical angle to the normal vector of incident light and θ o is the vertical angle to the normal vector of reflected light, and Φ diff is the difference in the projection angle of the incident and reflected light to the tangent plane. . In general, in order to measure three-dimensional isotropic BRDF, a measurement system having three degrees of freedom is required. However, when the object 10 is spherical as in this embodiment, the measurement system of one degree of freedom may be simplified. As described with reference to FIG. 1, the BRDF may be obtained using the fixed light receiving unit 30 only by rotating the light source unit 21 around the object 10.

도 3은 광원부(20)의 구체적인 제1 실시예를 나타낸다. 반사율을 정확하고 조밀하게 측정하기 위해서는 광이 일정 영역 내에서 균일해야 하며 시간에 따라 광 특성이 변하지 않는 것이 바람직하다. 그리고 본 발명의 일 실시예에 의하면 수광부(30)는 비디오 센서를 이용하여 넓은 영역의 빛을 감지하므로 빛이 일정 영역에서 평행하게 조사되어야 한다. 그리고 조사되는 빛은 밝고 가시광선 영역인 300nm에서 800nm 정도의 파장을 가지는 것이 바람직하다. 3 shows a specific first embodiment of the light source unit 20. In order to measure the reflectance accurately and densely, it is desirable that the light be uniform within a certain area and that the light characteristic does not change with time. In addition, according to the exemplary embodiment of the present invention, since the light receiver 30 senses light in a wide area using a video sensor, the light should be irradiated in parallel in a predetermined area. And it is preferable that the light to be irradiated has a wavelength of about 300nm to 800nm which is bright and visible region.

도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 광원부(20)는 광원(21)으로부터 물체(10)의 반대측에 광원 (21)에서 발생되는 열을 식혀 주는 냉각부(22)가 마련된다. 냉각부(22)로는 예컨대 도시된 바와 같이 팬(fan)이 채용될 수 있다. 그리고 광원(21)으로부터 물체(10)의 반대측에 반사경(21)을 마련하여 빛의 효율을 높인다. 또한, 광원(21)으로부터 물체(10) 측에는, 원하지 않는 빛을 제거하기 위한 디퓨저(23)(diffuser), 빛을 모아서 점광원을 만들기 위한 제1 렌즈(24)(예컨대, 비구면 콘덴서 렌즈), 노이즈로 작용하는 빛을 차단시키기 위한 조리개(25), 빛을 평행광으로 만들기 위한 제2 렌즈(26)(예컨대, 카메라 렌즈), 색온도, 광량 등과 같은 광특성을 바꾸기 위한 필터(27)(예컨대, 색온도 필터 또는 ND 필터 등)가 마련된다. 이러한 광원부(20)의 구성에 의하면 일정 영역에서 시간에 따라 광특성이 변하지 않고 균일하며 평행성을 가지는 빛을 발생시킬 수 있다. Referring to FIG. 3, the light source unit 20 according to the present exemplary embodiment is provided with a cooling unit 22 that cools heat generated from the light source 21 on the opposite side of the object 10 from the light source 21. As the cooling unit 22, for example, a fan may be employed as shown. And the reflector 21 is provided on the opposite side of the object 10 from the light source 21 to increase the efficiency of light. In addition, from the light source 21 to the object 10 side, a diffuser 23 (diffuser) for removing unwanted light, a first lens 24 (for example, an aspherical condenser lens) for collecting light to form a point light source, Aperture 25 for blocking light acting as a noise, a second lens 26 (for example, a camera lens) for turning the light into parallel light, and a filter 27 (for example, for changing optical characteristics such as color temperature, amount of light, etc.) , A color temperature filter or an ND filter). According to the configuration of the light source unit 20 it is possible to generate light having a uniform and parallel without changing the optical characteristics with time in a predetermined region.

수광부(30)에서 획득된 이미지 데이터로부터 물체(10)의 반사율을 얻기 위해서는 미리 수광부(30)의 비디오 센서의 캘리브레이션(calibration)이 요구된다. In order to obtain the reflectance of the object 10 from the image data acquired by the light receiver 30, calibration of the video sensor of the light receiver 30 is required.

도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따라 수광부(30)의 비디오 센서의 캘리브레이션을 수행하는 과정을 나타낸 흐름도이다.4 is a flowchart illustrating a process of performing calibration of a video sensor of the light receiver 30 according to the first embodiment of the present invention.

우선 광원(21)을 특정 위치에 위치시키고 물체(10)의 위치에 물체(10) 대신에 소정의 컬러 패턴을 가지는 컬러차트를 세팅한다(410단계). 도 5는 본 실시예에서 사용되는 컬러차트의 예로서, Gretag Macbeth 컬러 차트를 나타낸다. First, the light source 21 is positioned at a specific position, and a color chart having a predetermined color pattern is set at the position of the object 10 instead of the object 10 (step 410). 5 shows a Gretag Macbeth color chart as an example of the color chart used in this embodiment.

그리고 수광부(30)의 비디오 센서를 이용하여 컬러차트로부터 반사되는 빛을 감지하여 컬러차트의 이미지 데이터를 획득한다(420단계). 그다음, 수광부(30)의 비디오 센서 위치에 비디오 센서 대신 분광방사휘도계를 설치하고, 분광방사휘도계를 이용하여 컬러차트로부터 반사되는 빛을 감지하여 컬러차트의 휘도와 색도 값을 획득한다(430단계). 이때 분광방사휘도계로 컬러차트에서 제공하는 각 컬러 샘플마다 휘도와 색도 값을 얻는다. 그리고 수광부(30)의 비디오 센서에서 획득된 이미지 데이터와 분광방사휘도계에서 획득된 휘도값을 비교하여 R, G, B 채널 별로 비디오 센서와 분광방사휘도계의 상관관계를 구한다(440단계). 440단계를 보다 자세히 설명하면 다음과 같다.In operation 420, image data of the color chart is obtained by detecting light reflected from the color chart using the video sensor of the light receiver 30. Next, a spectroradiometer is installed in place of the video sensor at the position of the video sensor of the light receiver 30, and the luminance and chromaticity values of the color chart are obtained by detecting light reflected from the color chart using the spectroradiometer. step). In this case, the luminance and chromaticity values are obtained for each color sample provided by the color chart with a spectroradiometer. The correlation between the video sensor and the spectroradiometer is obtained for each of R, G, and B channels by comparing the image data acquired by the video sensor of the light receiver 30 with the luminance values obtained by the spectroradiometer (step 440). A detailed description of step 440 is as follows.

비디오 센서에서는 R, G, B 채널 별로 각 픽셀의 값이 얻어지고 분광방사휘도계에서는 빛의 스펙트럼 분포가 얻어지게 된다. 빛의 스펙트럼 분포는 잘 알려진 컬러 변환 공식을 이용하여 삼자극치(tristimulus) 값인 CIE XYZ 값으로 변환하고, 이 CIE XYZ 값을 잘 알려진 컬러 변환 공식을 이용하여 R, G, B 값으로 변환할 수 있다. 보다 정확한 상관관계를 얻기 위하여 여러 번 측정한 후, 예를 들어 최소 자승 피팅(least square fitting) 기법을 이용, 두 값을 비교하여 비디오 센서와 분광방사휘도계의 상관관계를 얻는다. In the video sensor, the value of each pixel is obtained for each of the R, G, and B channels, and the spectrum of light is obtained in the spectroradiometer. The spectral distribution of light can be converted to CIE XYZ values, which are tristimulus values, using well-known color conversion formulas, and converted to R, G, and B values using well-known color conversion formulas. . After making several measurements to obtain a more accurate correlation, for example, the least square fitting technique is used to compare the two values to obtain a correlation between the video sensor and the spectroradiometer.

도 6은 상기된 본 발명의 제1 실시예에 따라 수광부(30)의 비디오 센서의 캘리브레이션을 수행한 결과, 비디오 센서와 분광방사휘도계가 피팅된 결과의 예를 나타내는 그래프이다. 각 컬러 채널은 동일하지 않으므로 비디오 센서의 절대 캘리브레이션(absolute calibration)은 R, G, B 채널 각각에 대하여 별도로 결정된다. 분광방사휘도계는 각 컬러 샘플의 휘도(Y)와 색도(x,y)를 제공하고, 이 값들은 삼자극치(tristimulus) 값인 CIE XYZ로 변환된다. 이 XYZ 값들은 sRGB 변환 행렬을 사용하여 RGB 절대값들로 변환될 수 있다. 그러면 비디오 센서의 출력값들은 휘도와 색도 값들로 피팅될 수 있다. 예컨대 도시된 바와 같이 각 R, G, B 채널에 대하여 최소 자승 피팅(least square fitting) 기법을 이용하여 대수(logarithmic) 함수 y i =a＊log 10 (x i )+b의 파라미터 a, b를 결정한다. 도시된 바와 같이 이러한 세 대수 함수를 이용하여 R,G,B 각 채널에 대한 절대 응답 커브가 결정될 수 있다. FIG. 6 is a graph showing an example of a result of fitting a video sensor and a spectroradiometer as a result of performing the calibration of the video sensor of the light receiver 30 according to the first embodiment of the present invention. Since each color channel is not the same, the absolute calibration of the video sensor is determined separately for each of the R, G, and B channels. The spectroradiometer provides the luminance (Y) and chroma (x, y) of each color sample, and these values are converted to CIE XYZ, a tristimulus value. These XYZ values can be converted to RGB absolute values using the sRGB conversion matrix. The output values of the video sensor can then be fitted with luminance and chromaticity values. For example, as shown, parameters a and b of logarithmic function y i = a * log 10 (x i ) + b are obtained using a least square fitting technique for each of the R, G, and B channels. Decide As shown, the absolute response curve for each of the R, G, and B channels can be determined using these three algebraic functions.

본 발명의 제1 실시예에서, 반사율 획득부(50)는 물체(10)로부터 반사된 빛을 감지하여 획득된 이미지 데이터를 가지고 상기와 같이 얻어진 수광부(30)의 비디오 센서와 분광방사휘도계 간의 상관관계를 이용하여 BRDF를 구한다. 비디오 센서로부터 획득된 이미지 데이터로부터 R, G, B 각 채널 별로 픽셀 값이 얻어지고, 이 픽셀 값들로부터 비디오 센서와 분광방사휘도계 간의 상관관계로부터 나오는 관 계식을 이용하여 R, G, B 각 채널 별로 BRDF 값을 구할 수 있다. 예컨대 비디오 센서에서 획득된 이미지 데이터에서 어떤 픽셀의 RGB 값이 (2000, 1876, 2530)이라면, 그 값으로부터 상기된 상관관계를 통해 얻어진 함수를 이용하여 변환된 값이 (198, 174, 254)가 된다. 변환된 값은 단위가 cd/m2으로서 절대적 값이다. 즉, 비디오 센서로부터 획득된 이미지 데이터는 각 픽셀마다 픽셀 값을 가지고 있고 각 픽셀 값은 상기된 상관관계를 통해 얻어진 함수를 이용하여 절대적 값으로 변환되는 것이다. 본 실시예에 의하면 비디오 센서와 분광방사휘도계 간의 상관관계를 이용하기 때문에 이와 같이 절대적인 BRDF 값을 구할 수 있게 된다. In the first embodiment of the present invention, the reflectance acquirer 50 detects the light reflected from the object 10 and between the video sensor of the light receiver 30 and the spectroradiometer obtained as described above with the image data obtained. Obtain the BRDF using the correlation. Pixel values are obtained for each of the R, G, and B channels from the image data obtained from the video sensor, and each of the R, G, and B channels is obtained by using a correlation equation derived from the correlation between the video sensor and the spectroradiometer from these pixel values. You can get a BRDF value for each. For example, if the RGB value of a pixel in the image data acquired by the video sensor is (2000, 1876, 2530), then the converted value using the function obtained through the correlation described above is (198, 174, 254). do. The converted value is an absolute value in units of cd / m 2 . That is, the image data obtained from the video sensor has a pixel value for each pixel, and each pixel value is converted into an absolute value using a function obtained through the correlation described above. According to the present embodiment, since the correlation between the video sensor and the spectroradiometer is used, the absolute BRDF value can be obtained.

본 발명의 제2 실시예에서, 상기 물체(10)로, 진주광택안료(pearlescent pigment)가 코팅된 구형이며 등방성 성질을 가지는 물체를 사용할 수 있다. In the second embodiment of the present invention, as the object 10, an object having a spherical and isotropic property coated with a pearlescent pigment may be used.

진주광택안료란 진주 빛, 무지개 빛, 금속 빛을 자아내는 안료를 통칭한다. 진주광택안료의 입자는 고굴절율의 투명하고 얇은 박편(flake) 형상을 띠고 있다. 진주광택안료는 빛의 간섭효과(interference effect)로 인하여 이중 또는 다중의 진주 빛 색상을 띈다. 진주광택안료는 디자인 고급화 추세에 따라 자동차, 화장품, 플라스틱 등 많은 산업제품의 외관 재질 첨가제로 널리 사용하고 있다. Pearlescent pigments are commonly known as pigments that give off pearly, iridescent, or metallic colors. The particles of pearlescent pigments are transparent and thin flakes of high refractive index. Pearlescent pigments have a double or multiple pearlescent color due to the interference effect of light. Pearlescent pigments are widely used as additives for exterior materials in many industrial products such as automobiles, cosmetics, and plastics according to the trend of advanced design.

진주광택안료를 첨가하면 진주 빛 색상을 띄는 이유는 빛이 안료 층을 통과할 때 일부는 반사하고 다른 일부는 굴절되어 생기는 각도의 차이로 인한 것이다. 다시 말해, 고굴절율을 갖는 금속산화물 또는 이들의 혼합물이 운모와 같은 기질에 단일 또는 다층으로 코팅되어 있어, 굴절률이 다른 2개의 층 사이의 접촉면이 가시 광선의 부분적 굴절 및 통과를 가능하게 하는 것이다. 이 때 접촉면에서 반사되거나 통과된 가시광선은 강화되거나 상쇄되어 특정 파장에 대하여만 세기가 증가됨으로써, 결과적으로 특정 반사각에서 강화된 파장에 해당하는 색이 관찰된다. The addition of pearlescent pigments results in a pearly color due to the difference in angles caused by some reflections and some refractions as light passes through the pigment layer. In other words, a metal oxide having a high refractive index or a mixture thereof is coated in a single or multiple layers on a substrate such as mica so that the contact surface between two layers having different refractive indices enables partial refraction and passage of visible light. At this time, the visible light reflected or passed through the contact surface is enhanced or canceled to increase the intensity only for a specific wavelength, so that a color corresponding to the enhanced wavelength is observed at a specific reflection angle.

진주 빛 효과는 디자인 고급화 추세에 따라 산업 현장에서 널리 쓰이고 있기 때문에, 연구 필요성이 증가하고 있으며, 특히 CAD(Computer-Aided Design), 컴퓨터 그래픽스, 광학 분야에서 활발한 연구가 되고 있다. 최근 컴퓨터 그래픽스 분야에서 Addy Ngan에 의해 실험적으로 검증이 된 measure-and-fit 방법을 가장 많이 사용하고 있지만, 기존 로브(lobe) 기반 BRDF 모델(Phong, Cook-Torrance 등)들은 진주 빛 효과 중 입사각과 반사각에 따라 색깔이 변하는 효과(color shift, angle-dependent color, flip-flop, goniochromatic)를 나타낼 수 없다. Since pearlescent effect is widely used in industrial field according to the trend of advanced design, research needs are increasing, especially in computer-aided design (CAD), computer graphics, and optics. Recently, the most widely used measure-and-fit method experimentally verified by Addy Ngan in the field of computer graphics is that existing lobe-based BRDF models (Phong, Cook-Torrance, etc.) Color shift, angle-dependent color, flip-flop, and goniochromatic effects cannot be exhibited depending on the angle of reflection.

이하에서는, 본 발명의 제2 실시예로서, 진주 빛 효과를 정확하게 나타낼 수 있는, 물체의 반사율 측정 시스템 및 방법에 관하여 설명한다. 본 실시예에 따른 반사율 측정 시스템은 도 1에 도시된 구성과 동일하나, 다만 광원부(20), 수광부(30), 반사율 획득부(50)의 구체적인 구성 및 동작이 상술한 제1 실시예와 차이가 있다. 상술한 제1 실시예에 의하면, R, G, B 각 채널에 대하여 BRDF를 측정하기 때문에 파장에 민감한 진주 빛 효과를 정확하게 측정하기 어렵다. 즉, RGB 기반의 측정 시스템으로는 입사각과 반사각에 따라 광학적 성질이 변하는 진주광택안료의 간섭 효과를 졍확하게 측정하기 어렵다. 따라서 본 실시예에서는, 파장대 별로 BRDF를 측정함으로써 진주 빛 효과를 정확하게 나타낼 수 있도록 한다. Hereinafter, as a second embodiment of the present invention, a reflectance measuring system and method of an object capable of accurately exhibiting a pearlescent effect will be described. The reflectance measuring system according to the present embodiment is the same as the configuration shown in FIG. 1, except that the specific configuration and operation of the light source unit 20, the light receiving unit 30, and the reflectance obtaining unit 50 differ from those of the first embodiment described above. There is. According to the first embodiment described above, it is difficult to accurately measure the wavelength-sensitive pearlescent effect because the BRDF is measured for each of the R, G, and B channels. In other words, it is difficult to accurately measure the interference effect of pearlescent pigments whose optical properties change depending on the incident angle and the reflected angle with an RGB-based measurement system. Therefore, in this embodiment, by measuring the BRDF for each wavelength band it is possible to accurately represent the pearlescent effect.

도 7은 본 광원부(20)의 구체적인 제2 실시예를 나타낸다. 본 실시예에 따른 광원부(20)는 도 3에 도시된 제1 실시예와 비교할 때 광원(21)과 디퓨저(23) 사이에 조리개(28)와 비구면 콘덴서 렌즈(29)가 더 추가된다. 본 실시예에 의하면, 광원(21) 앞에 조리개(28)를 설치함으로써 편광에 의해 왜곡된 필요없는 빛을 제거한다. 조리개(28)를 통과한 빛은 비구면 콘덴서 렌즈(29)를 통과함으로써 집광되고, 아직 편광 성분을 가지는 이 빛은 디퓨저(23)를 통과함으로써 편광 성분이 줄어든다. 디퓨저(23)를 통과한 빛은 다시 조리개(25)를 통과함으로써 점광원으로 만들어지고 제2 렌즈(26)와 필터(27)를 더 통과하여 물체(10)로 향한다. 7 shows a second specific embodiment of the light source unit 20. In the light source unit 20 according to the present embodiment, an aperture 28 and an aspherical condenser lens 29 are further added between the light source 21 and the diffuser 23 as compared with the first embodiment shown in FIG. 3. According to this embodiment, the diaphragm 28 is provided in front of the light source 21 to remove unnecessary light distorted by polarized light. Light passing through the diaphragm 28 is collected by passing through the aspherical condenser lens 29, and this light, which still has a polarization component, passes through the diffuser 23, thereby reducing the polarization component. The light passing through the diffuser 23 is again made into a point light source by passing through the aperture 25 and further passes through the second lens 26 and the filter 27 toward the object 10.

후술하는 바와 같이, 물체(10)에서 반사되는 빛은 액정 가변 필터를 통과하게 되는데, 액정 가변 필터는 일부 파장 영역에서 분광 투과율이 작기 때문에, 상기된 광원부(20)의 구성으로 보다 강한 광원을 사용할 수 있도록 한다. As will be described later, the light reflected from the object 10 passes through the liquid crystal variable filter, because the liquid crystal variable filter has a small spectral transmittance in some wavelength ranges, a stronger light source may be used in the above-described configuration of the light source unit 20. To help.

도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 수광부(30)의 구성을 나타낸다. 본 실시예에 따른 수광부(30)는 물체(10)로부터 반사된 빛을 미리 설정된 파장대 별로 필터링하여 각 파장대 별로 이미지 데이터를 획득한다. 이를 위하여 수광부(30)는 도시된 바와 같이, 렌즈(31)와, 렌즈(31)를 통과한 물체로부터 반사된 빛을 미리 설정된 파장대 별로 필터링하는 액정 가변 필터(Liquid Crystal Tunable Filter, LCTF)(32)와, 액정 가변 필터(32)를 통과한 빛을 감지하여 이미지 데이터를 획득하는 비디오 센서(33)로 구성된다. 비디오 센서(33)로는 제1 실시예와 마찬가지로 HDR(High Dynamic Range) 카메라가 채용될 수 있으며, 렌즈(31)는 고배율의 렌즈인 것이 바람직하다. 액정 가변 필터(32)는 예를 들어 20 nm 크기의 파장 통과 대역을 가지고 사용자 설정에 따라서 파장 통과 대역을 고속으로 변환할 수 있다. 8 shows a configuration of a light receiving unit 30 according to the second embodiment of the present invention. The light receiver 30 according to the present exemplary embodiment filters the light reflected from the object 10 for each predetermined wavelength band to obtain image data for each wavelength band. To this end, the light receiving unit 30, as shown, the liquid crystal tunable filter (LCTF) 32 for filtering the light reflected from the object passing through the lens 31 and the object by a predetermined wavelength band (32) ) And a video sensor 33 that detects light passing through the liquid crystal variable filter 32 to obtain image data. As the video sensor 33, a high dynamic range (HDR) camera may be employed as in the first embodiment, and the lens 31 is preferably a high magnification lens. The liquid crystal variable filter 32 has a wavelength pass band of, for example, 20 nm, and can convert the wavelength pass band at high speed according to a user setting.

본 실시예에 따른 수광부(30)는 액정 가변 필터(32)와 비디오 센서(33)를 이용하여, 각 파장대 별로 이미지 데이터를 획득한다. 예를 들어, 액정 가변 필터(32)가 400nm에서 720nm의 파장 범위에 걸쳐서 20nm 크기의 파장 통과 대역, 10nm 간격으로 빛을 순차적으로 필터링하도록 설정된다면, 비디오 센서(33)로부터 400nm~420nm, 410nm~430nm, ..., 700nm~720nm의 파장대 별로 총 31개의 이미지 데이터가 획득될 것이다. The light receiver 30 according to the present exemplary embodiment obtains image data for each wavelength band by using the liquid crystal variable filter 32 and the video sensor 33. For example, if the liquid crystal variable filter 32 is set to sequentially filter light at a wavelength pass band of 10 nm and an interval of 10 nm over a wavelength range of 400 nm to 720 nm, 400 nm to 420 nm and 410 nm to the video sensor 33. A total of 31 image data will be acquired for each wavelength range of 430 nm, ..., 700 nm to 720 nm.

이제, 수광부(30)에서 획득된 각 파장대 별 이미지 데이터로부터 물체(10)의 반사율을 얻기 위해 미리 수행되는 수광부(30)의 비디오 센서(33)이 캘리브레이션 과정을 설명한다. Now, the calibration process is performed by the video sensor 33 of the light receiver 30 which is performed in advance to obtain the reflectance of the object 10 from the image data for each wavelength band obtained by the light receiver 30.

도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따라 수광부(30)의 비디오 센서(33)의 캘리브레이션을 수행하는 과정을 나타낸 흐름도이다.9 is a flowchart illustrating a process of performing calibration of the video sensor 33 of the light receiver 30 according to the second embodiment of the present invention.

우선 광원(21)을 특정 위치에 위치시키고 물체(10)의 위치에 물체(10) 대신에 소정의 컬러 패턴을 가지는 컬러차트를 세팅한다(910단계). 본 실시예에서 역시 도 5에 도시된 Gretag Macbeth 컬러 차트를 사용할 수 있다. First, the light source 21 is positioned at a specific position and a color chart having a predetermined color pattern is set at the position of the object 10 instead of the object 10 (step 910). In this embodiment, the Gretag Macbeth color chart shown in FIG. 5 may also be used.

그리고 수광부(30)의 액정 가변 필터(32)와 비디오 센서(33)를 이용하여 컬러 차트로부터 반사되는 빛을 감지하여 각 파장대 별로 컬러차트의 이미지 데이터를 획득한다(920단계). 도 10은 비디오 센서(33)에서 각 파장대 별로 얻어진 컬러차트의 이미지들의 예를 나타낸다. 도 10에서, 각 이미지마다 표시된 파장 값은 해당 파장대의 중심 파장을 의미한다. Then, the light reflected from the color chart is sensed using the liquid crystal variable filter 32 and the video sensor 33 of the light receiver 30 to obtain image data of the color chart for each wavelength band (step 920). FIG. 10 shows an example of images of a color chart obtained for each wavelength band in the video sensor 33. As shown in FIG. In FIG. 10, a wavelength value displayed for each image means a center wavelength of a corresponding wavelength band.

그다음, 수광부(30)의 위치에 분광방사휘도계를 설치하고, 분광방사휘도계를 이용하여 컬러차트로부터 반사되는 빛을 감지하여 컬러차트의 휘도와 색도 값을 획득한다(930단계). 이때 분광방사휘도계로 컬러차트에서 제공하는 각 컬러 샘플마다 휘도와 색도 값을 얻는다. Next, a spectroradiometer is installed at the position of the light receiver 30, and the luminance and chromaticity values of the color chart are acquired by detecting light reflected from the color chart using the spectroradiometer. In this case, the luminance and chromaticity values are obtained for each color sample provided by the color chart with a spectroradiometer.

그리고 수광부(30)의 비디오 센서(33)에서 획득된 각 파장대 별 이미지 데이터와 분광방사휘도계에서 획득된 휘도값을 비교하여 각 파장대 별로 비디오 센서(33)와 분광방사휘도계의 상관관계를 구한다(940단계). 940단계를 보다 자세히 설명하면 다음과 같다.The correlation between the video sensor 33 and the spectroradiometer is obtained by comparing the image data for each wavelength band obtained by the video sensor 33 of the light receiving unit 30 and the luminance value obtained by the spectroradiometer. (Step 940). More detailed description of the step 940 is as follows.

본 실시예에 의하면, 액정 가변 필터(32)를 이용하여 각 파장대 별로 필터링된 빛을 비디오 센서(33)에서 감지하기 때문에 각 파장대 별로 픽셀값이 얻어진다. 그리고 분광방사휘도계에서는 빛의 스펙트럼 분포가 얻어지게 된다. 따라서 상기된 제1 실시예와 달리 본 실시예에서는, 분광방사휘도계에서 얻어진 빛의 스펙트럼 분포를 R, G, B 값으로 변환할 필요가 없고, 비디오 센서(33)에서 얻어진 픽셀값과 분광방사휘도계에서 얻어진 휘도를 가지고 직접 상관관계를 얻을 수 있다. 이때 상기된 제1 실시예와 마찬가지로, 여러 번 측정한 후 최소 자승 피팅 기법을 이용하여 비디오 센서(33)와 분광방사휘도계의 상관관계를 얻을 수 있다. According to the present embodiment, since the video sensor 33 detects light filtered for each wavelength band by using the liquid crystal variable filter 32, pixel values are obtained for each wavelength band. In the spectroradiometer, the spectral distribution of light is obtained. Therefore, unlike the first embodiment described above, in the present embodiment, it is not necessary to convert the spectral distribution of light obtained by the spectral radiance meter to R, G, and B values, and the pixel value and the spectral radiation obtained by the video sensor 33. Direct correlation can be obtained with the luminance obtained in the luminance meter. At this time, as in the first embodiment described above, the correlation between the video sensor 33 and the spectroradiometer may be obtained by using the least square fitting technique after several times of measurement.

도 11은 상기된 본 발명의 제2 실시예에 따라 수광부(30)의 비디오 센서(33)의 캘리브레이션을 수행한 결과, 각 파장대 별로 비디오 센서(33)와 분광방사휘도계가 피팅된 결과의 예를 나타낸다. 도 11에서 파장대의 중심 파장이 450nm, 550nm, 650nm인 세 경우를 예로 들고 있다. 도시된 바와 같이, 각 파장대 별로 최소 자승 피팅(least square fitting) 기법을 이용하여 대수(logarithmic) 함수 y=a ＊log 10 (x)+b의 파라미터 a, b를 결정한다. 이러한 대수 함수를 이용하여 각 파장대 별로 절대 응답 커브가 결정될 수 있다. FIG. 11 shows an example of a result of fitting the video sensor 33 and the spectroradiometer to each wavelength band as a result of performing the calibration of the video sensor 33 of the light receiver 30 according to the second embodiment of the present invention. Indicates. In FIG. 11, three cases in which the center wavelengths of the wavelength bands are 450 nm, 550 nm, and 650 nm are illustrated. As shown, parameters a and b of the logarithmic function y = a * log 10 (x) + b are determined for each wavelength band using a least square fitting technique. Using this algebraic function, an absolute response curve can be determined for each wavelength band.

본 발명의 제2 실시예에서, 반사율 획득부(50)는, 물체(10)로부터 반사된 빛을 감지하여 수광부(30)에서 얻어진 각 파장대별 이미지 데이터를 가지고 상기와 같이 얻어진 각 파장대 별 비디오 센서(33)와 분광방사휘도계 간의 상관관계를 이용하여 BRDF를 구한다. 액정 가변 필터(32)와 비디오 센서(33)를 이용하여 획득된 각 파장대 별 이미지 데이터로부터 각 파장대 별로 픽셀 값이 얻어지고, 이 픽셀 값들로부터, 비디오 센서(33)와 분광방사휘도계 간의 상관관계로부터 나오는 관계식을 이용하여, 각 파장대 별 BRDF 값을 구할 수 있다.In the second embodiment of the present invention, the reflectance obtaining unit 50 senses the light reflected from the object 10 and has the image data for each wavelength band obtained by the light receiving unit 30 as described above. Using the correlation between (33) and the spectroradiometer, BRDF is obtained. Pixel values are obtained for each wavelength band from image data for each wavelength band obtained by using the liquid crystal variable filter 32 and the video sensor 33, and from these pixel values, the correlation between the video sensor 33 and the spectroradiometer Using the relations from, we can find the BRDF value for each wavelength band.

상기된 제2 실시예에 따른 수광부(30)의 비디오 센서(33)의 캘리브레이션의 변형된 실시예로서, 비디오 센서(33) 및 분광방사휘도계가, 광원으로부터 나와 컬러차트로부터 반사되는 빛을 획득하지 않고, 광원으로부터 나와 컬러차트를 투과하는 빛을 획득하도록 할 수도 있다. 이 경우 컬러차트로는 Gretag Macbeth 컬러 차트 대신에 도 12에 도시된 바와 같은 투과형 컬러 차트(ESSER Imaging engineering)를 사용할 수 있다. As a modified embodiment of the calibration of the video sensor 33 of the light receiver 30 according to the second embodiment described above, the video sensor 33 and the spectroradiometer do not acquire light reflected from the color chart from the light source. Instead, it may be possible to obtain light that passes through the color chart from the light source. In this case, instead of the Gretag Macbeth color chart, the color chart may use a transmissive color chart (ESSER Imaging engineering) as shown in FIG. 12.

광원부(20)에서 강한 광원을 사용하더라도, 일부 파장 영역에서 액정 가변 필터(32)의 분광 투과율이 작은 관계로, 비디오 센서(33)에서 감지되는 빛의 세기가 작을 수 있다. 반사형 컬러 차트의 경우, 반사로 인해 빛이 분산되어 액정 가변 필터(32)로 일부의 빛만 들어오기 때문이다. 따라서 본 실시예에서는 반사형 컬러 차트 대신에 투과형 컬러 차트를 사용함으로써 광원으로부터의 빛이 컬러 차트를 투과하여 직접 액정 가변 필터(32)로 조사되도록 한다. 이와 같이 투과형 컬러 차트를 사용함으로써 비디오 센서(33)에서 감지되는 빛의 세기를 크게 할 수 있다. 다만, 투과형 컬러 차트를 사용하기 위해서는 도 1에서 광원부(20)의 위치를 물체(10)를 기준으로 수광부(30)의 반대편으로 하여야 할 것이다. Even when a strong light source is used in the light source unit 20, since the spectral transmittance of the liquid crystal variable filter 32 is small in some wavelength regions, the intensity of light detected by the video sensor 33 may be small. In the case of the reflective color chart, light is scattered due to reflection, so that only a part of light enters the liquid crystal variable filter 32. Therefore, in the present embodiment, by using the transmissive color chart instead of the reflective color chart, light from the light source passes through the color chart and is directly irradiated to the liquid crystal variable filter 32. By using the transmissive color chart as described above, the intensity of light detected by the video sensor 33 can be increased. However, in order to use the transmissive color chart, the position of the light source 20 in FIG. 1 should be opposite to the light receiver 30 based on the object 10.

비디오 센서(33)에서 얻어진 각 파장대 별 이미지 데이터를 표현하기 위해서는, 광원의 분광 복사 IR(λ), 물체(10)의 분광 반사도 r(λ), 렌즈(31)의 분광 투과율 o(λ), 액정 가변 필터(32)의 분광 투과율 φk(λ), 그리고 비디오 센서(33)의 분광 민감도 a(λ)를 고려하여야 한다. 이들 중 중요하게 고려해야 할 요소는 광원의 분광 복사와, 액정 가변 필터(32)의 분광 투과율, 그리고 비디오 센서(33)의 분광 민감도이다. 이들 파라미터에 따라서 얻어지는 CIE XYZ 값은 다음과 같다.In order to represent the image data for each wavelength band obtained by the video sensor 33, the spectral radiation I R (λ) of the light source, the spectral reflectance r (λ) of the object 10, and the spectral transmittance o (λ) of the lens 31. , The spectral transmittance φ k (λ) of the liquid crystal variable filter 32, and the spectral sensitivity a (λ) of the video sensor 33 should be considered. Important factors to consider among these are the spectral radiation of the light source, the spectral transmittance of the liquid crystal variable filter 32, and the spectral sensitivity of the video sensor 33. The CIE XYZ values obtained according to these parameters are as follows.

Figure 112009045510413-pat00003
Figure 112009045510413-pat00003

여기서, x(λ), y(λ), z(λ)는 컬러 매칭 함수이고 k는 정규화 상수이다.Where x (λ), y (λ), z (λ) are color matching functions and k is a normalization constant.

도 13은 위로부터 순서대로 광원의 분광 복사, 액정 가변 필터(32)의 분광 투과율, 그리고 비디오 센서(33)의 분광 민감도를 나타낸 그래프이다. 도 13을 참 조하면, 이들이 파장에 따라서 균일한 특성을 보이지 않는 것을 알 수 있다. 예컨대, 액정 가변 필터(32)의 분광 투과율은 파장이 커질수록 올라가는 특성을 보이며, 따라서 파장 별로 보상을 해줄 필요가 있다. 비디오 센서(33)의 분광 민감도는 약 600nm 근처까지는 증가하지만 700nm부터는 감소하는 특성을 보이는 등 파장대 별로 균일하지 않는 특성을 나타낸다. 따라서 본 실시예에서는 광원의 분광 복사, 액정 가변 필터(32)의 분광 투과율, 그리고 비디오 센서(33)의 분광 민감도를 보상하여 CIE XYZ 값을 구한다. 13 is a graph showing the spectral radiation of the light source, the spectral transmittance of the liquid crystal variable filter 32, and the spectral sensitivity of the video sensor 33 in order from the top. Referring to FIG. 13, it can be seen that they do not exhibit uniform characteristics depending on the wavelength. For example, the spectral transmittance of the liquid crystal variable filter 32 increases as the wavelength increases, and thus, it is necessary to compensate for each wavelength. The spectral sensitivity of the video sensor 33 increases up to about 600 nm but decreases from 700 nm. Therefore, in this embodiment, the CIE XYZ value is obtained by compensating the spectral radiation of the light source, the spectral transmittance of the liquid crystal variable filter 32, and the spectral sensitivity of the video sensor 33.

광원, 액정 가변 필터(32), 비디오 센서(33)의 파장대별 특성은 도 12에 도시된 바와 같이 미리 알 수 있으므로, 이를 기반으로 파장대별 특성을 보상하기 위한 보정 계수를 구할 수 있다. 이렇게 구해진 광원의 보정 계수, 액정 가변 필터(32)의 보정 계수, 비디오 센서(33)의 보정 계수를 각각 α(λ), β(λ), γ(λ)라 하면, 상기 수학식 3은 다음과 같이 변형된다. Since the wavelength band characteristics of the light source, the liquid crystal variable filter 32, and the video sensor 33 are known in advance as illustrated in FIG. 12, a correction coefficient for compensating the wavelength band characteristics may be obtained based on the wavelength band characteristics. When the correction coefficient of the light source, the correction coefficient of the liquid crystal variable filter 32, and the correction coefficient of the video sensor 33 are obtained as α (λ), β (λ), and γ (λ), respectively, It is transformed as follows.

Figure 112009045510413-pat00004
Figure 112009045510413-pat00004

다만, 상기 수학식 4는 스펙트럼이 연속적인 경우에 해당하는 식이다. 본 실시예에서 액정 가변 필터(32)는 이산적인 파장대를 가지는 장비이므로 실제로 사용하는 수학식은 다음과 같다.However, Equation 4 corresponds to the case where the spectrum is continuous. In the present exemplary embodiment, since the liquid crystal variable filter 32 is a device having a discrete wavelength band, the following equation is actually used.

Figure 112009045510413-pat00005
Figure 112009045510413-pat00005

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.So far I looked at the center of the preferred embodiment for the present invention. Those skilled in the art will appreciate that the present invention can be implemented in a modified form without departing from the essential features of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in an illustrative rather than a restrictive sense. The scope of the present invention is shown in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the scope will be construed as being included in the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 물체의 반사율을 측정하는 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.1 is a view showing the configuration of a system for measuring the reflectance of an object according to an embodiment of the present invention.

도 2는 물체의 반사율에 관한 반사 관계를 표현하는 도면이다.2 is a diagram representing a reflection relationship regarding a reflectance of an object.

도 3은 광원부(20)의 구체적인 제1 실시예를 나타낸다.3 shows a specific first embodiment of the light source unit 20.

도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따라 수광부(30)의 비디오 센서의 캘리브레이션을 수행하는 과정을 나타낸 흐름도이다.4 is a flowchart illustrating a process of performing calibration of a video sensor of the light receiver 30 according to the first embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 제1 실시예에서 사용되는 컬러차트의 예로서, Gretag Macbeth 컬러 차트를 나타낸다.5 shows a Gretag Macbeth color chart as an example of the color chart used in the first embodiment of the present invention.

도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따라 수광부(30)의 비디오 센서의 캘리브레이션을 수행한 결과, 비디오 센서와 분광방사휘도계가 피팅된 결과의 예를 나타내는 그래프이다.FIG. 6 is a graph illustrating an example of a result of fitting a video sensor and a spectroradiometer to a calibration result of the video sensor of the light receiver 30 according to the first embodiment of the present invention.

도 7은 본 광원부(20)의 구체적인 제2 실시예를 나타낸다.7 shows a second specific embodiment of the light source unit 20.

도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 수광부(30)의 구성을 나타낸다.8 shows a configuration of a light receiving unit 30 according to the second embodiment of the present invention.

도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따라 수광부(30)의 비디오 센서(33)의 캘리브레이션을 수행하는 과정을 나타낸 흐름도이다.9 is a flowchart illustrating a process of performing calibration of the video sensor 33 of the light receiver 30 according to the second embodiment of the present invention.

도 10은 비디오 센서(33)에서 각 파장대 별로 얻어진 컬러차트의 이미지들의 예를 나타낸다.FIG. 10 shows an example of images of a color chart obtained for each wavelength band in the video sensor 33. As shown in FIG.

도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따라 수광부(30)의 비디오 센서(33)의 캘리브레이션을 수행한 결과, 각 파장대 별로 비디오 센서(33)와 분광방사휘도계가 피 팅된 결과의 예를 나타낸다.FIG. 11 shows an example of a result of fitting the video sensor 33 and the spectroradiometer for each wavelength band as a result of performing the calibration of the video sensor 33 of the light receiver 30 according to the second embodiment of the present invention.

도 12는 본 발명의 제2 실시예의 변형된 실시예에서 사용되는 투과형 컬러 차트를 나타낸다.12 shows a transmissive color chart used in a modified embodiment of a second embodiment of the present invention.

도 13은 광원의 분광 복사, 액정 가변 필터(32)의 분광 투과율, 그리고 비디오 센서(33)의 분광 민감도를 나타낸 그래프이다.13 is a graph showing the spectral radiation of the light source, the spectral transmittance of the liquid crystal variable filter 32, and the spectral sensitivity of the video sensor 33.

Claims (12)

이미지 기반으로 물체의 반사율을 측정하는 시스템에 있어서,In a system for measuring the reflectance of an object on an image basis, 상기 물체에 빛을 조사하는 광원을 포함하는 광원부;A light source unit including a light source for irradiating light to the object; 상기 광원부의 위치와 방향을 조절하는 광원 위치 조절부;A light source position adjusting unit for adjusting a position and a direction of the light source unit; 상기 물체로부터 반사된 빛을 감지하여 이미지 데이터를 획득하되, 상기 물체로부터 반사된 빛을 파장 가변 필터를 이용하여 미리 설정된 파장대 별로 필터링하여 각 파장대 별로 이미지 데이터를 획득하는 수광부; 및A light receiver configured to acquire image data by sensing light reflected from the object, and filter the light reflected from the object by a predetermined wavelength band using a wavelength tunable filter to obtain image data for each wavelength band; And 상기 각 파장대 별로 획득된 이미지 데이터로부터 상기 각 파장대 별로 미리 얻어진 비디오 센서와 상기 비디오 센서의 위치에서의 분광방사휘도계 간의 상관관계를 이용하여 상기 물체의 각 파장대 별 반사율을 구하는 반사율 획득부를 포함하는 것을 특징으로 하는 반사율 측정 시스템.And a reflectance obtaining unit that obtains a reflectance for each wavelength band of the object by using a correlation between a video sensor previously obtained for each wavelength band and a spectroradiometer at the position of the video sensor from the image data acquired for each wavelength band. A reflectometry system characterized by the above. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 물체는 구형이며 등방성 성질을 갖는 것을 특징으로 하는 반사율 측정 시스템.And the object is spherical and has isotropic properties. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 광원 위치 조절부는 상기 광원부의 위치를 연속적으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 반사율 측정 시스템.And the light source position adjusting unit continuously moves the position of the light source unit. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 수광부는 상기 광원부의 위치가 연속적으로 변화하는 동안에 소정 간격으로 상기 이미지 데이터를 획득하는 것을 특징으로 하는 반사율 측정 시스템.And the light receiving unit acquires the image data at predetermined intervals while the position of the light source unit is continuously changed. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 수광부는,The light receiving unit, 상기 파장 가변 필터로서 상기 물체로부터 반사된 빛을 상기 미리 설정된 파장대 별로 필터링하는 액정 가변 필터; 및A liquid crystal variable filter for filtering the light reflected from the object as the variable wavelength filter for each of the preset wavelength bands; And 상기 액정 가변 필터를 통과한 빛을 감지하여 이미지 데이터를 획득하는 비디오 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 반사율 측정 시스템.And a video sensor which senses light passing through the liquid crystal variable filter to obtain image data. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 광원부는 상기 광원으로부터 상기 물체의 반대측에 마련되는 반사경과, 상기 광원으로부터 상기 물체 측에 마련되는 제1 조리개, 제1 렌즈, 디퓨져, 제2 렌즈, 제2 조리개를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반사율 측정 시스템.The light source unit may further include a reflector provided on an opposite side of the object from the light source, and a first aperture, a first lens, a diffuser, a second lens, and a second aperture provided on the object side from the light source. Reflectance Measurement System. 삭제delete 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 상관관계는, The correlation is 상기 물체의 위치에 컬러차트를 세팅하고 상기 각 파장대 별로 상기 비디오 센서에서 상기 컬러차트로부터 반사된 빛을 감지하여 이미지 데이터를 획득하고, 상기 분광방사휘도계에서 상기 컬러차트로부터 반사된 빛을 감지하여 휘도값을 획득한 후 상기 각 파장대 별로 상기 이미지 데이터와 상기 휘도값을 비교함으로써 얻는 것을 특징으로 하는 반사율 측정 시스템.By setting a color chart at the position of the object, the image sensor detects the light reflected from the color chart for each wavelength band to obtain image data, and detects the light reflected from the color chart by the spectroradiometer And obtaining a luminance value by comparing the image data and the luminance value for each wavelength band. 이미지 기반으로 물체의 반사율을 측정하는 방법에 있어서,In the method for measuring the reflectance of an object on an image basis, 미리 설정된 파장대 별로, 동일한 위치에서의 비디오 센서와 분광방사휘도계 간의 상관관계를 얻는 단계;Obtaining a correlation between the video sensor and the spectroradiometer at the same position for each preset wavelength band; 상기 물체에 빛을 조사하는 단계;Irradiating light on the object; 상기 물체로부터 반사된 빛을 상기 비디오 센서를 이용하여 감지하여 이미지 데이터를 획득하되, 상기 물체로부터 반사된 빛을 파장 가변 필터를 이용하여 상기 미리 설정된 파장대 별로 필터링하여 각 파장대 별로 이미지 데이터를 획득하는 단계; 및Acquiring image data by detecting light reflected from the object by using the video sensor, and filtering image light reflected from the object by the predetermined wavelength band using a tunable filter to obtain image data for each wavelength band. ; And 상기 미리 설정된 파장대 별로 얻어진 상관관계를 이용하여 상기 이미지 데이터로부터 상기 물체의 각 파장대 별 반사율을 구하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반사율 측정 방법.And calculating a reflectance for each wavelength band of the object from the image data by using the correlation obtained for each of the preset wavelength bands. 제9항에 있어서,10. The method of claim 9, 상기 상관관계를 얻는 단계는,Obtaining the correlation, 광원의 위치에 컬러차트를 세팅하는 단계;Setting a color chart at the position of the light source; 상기 미리 설정된 파장대 별로 상기 비디오 센서에서 상기 컬러차트로부터 반사된 빛을 감지하여 이미지 데이터를 획득하는 단계;Acquiring image data by sensing light reflected from the color chart by the video sensor for each preset wavelength band; 상기 분광방사휘도계에서 상기 컬러차트로부터 반사된 빛을 감지하여 휘도값을 획득하는 단계; 및Acquiring a luminance value by detecting light reflected from the color chart in the spectroradiometer; And 각 파장대 별로 상기 이미지 데이터와 상기 휘도값을 비교하여 상기 상관관계를 구하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반사율 측정 방법.And measuring the correlation by comparing the image data and the luminance value for each wavelength band. 제9항에 있어서,10. The method of claim 9, 상기 상관관계를 얻는 단계는,Obtaining the correlation, 광원의 위치에 투과형 컬러차트를 세팅하는 단계;Setting a transmissive color chart at the position of the light source; 상기 미리 설정된 파장대 별로 상기 비디오 센서에서 상기 컬러차트를 투과한 빛을 감지하여 이미지 데이터를 획득하는 단계;Acquiring image data by detecting light transmitted through the color chart by the video sensor for each of the preset wavelength bands; 상기 분광방사휘도계에서 상기 컬러차트를 투과한 빛을 감지하여 휘도값을 획득하는 단계; 및Acquiring a luminance value by detecting light passing through the color chart in the spectroradiometer; And 각 파장대 별로 상기 이미지 데이터와 상기 휘도값을 비교하여 상기 상관관계를 구하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반사율 측정 방법.And measuring the correlation by comparing the image data and the luminance value for each wavelength band. 제9항에 있어서,10. The method of claim 9, 상기 이미지 데이터를 획득하는 단계는, 상기 빛을 조사하는 광원의 위치를 연속적으로 이동시키면서 소정 간격으로 상기 이미지 데이터를 획득하는 것을 특징으로 하는 반사율 측정 방법.The acquiring of the image data may include acquiring the image data at predetermined intervals while continuously moving the position of the light source for irradiating the light.
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