KR20180084035A - 물체의 반사율을 결정하는 방법 및 관련 장치 - Google Patents

물체의 반사율을 결정하는 방법 및 관련 장치 Download PDF

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KR20180084035A KR1020187009228A KR20187009228A KR20180084035A KR 20180084035 A KR20180084035 A KR 20180084035A KR 1020187009228 A KR1020187009228 A KR 1020187009228A KR 20187009228 A KR20187009228 A KR 20187009228A KR 20180084035 A KR20180084035 A KR 20180084035A
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Abstract

본 발명은 물체의 반사율을 결정하는 방법 및 관련 장치에 관한 것으로, 상기 방법은, 수개의 미지수를 갖는 방정식을 해결하는 단계를 포함하고, 상기 방정식은 형성된 이미지로부터 획득되고, 상기 물체(4)의 반사율 그리고 외부 발광체(6)의 조명은 상기 방정식의 두 개의 미지수이다. 상기 방정식을 해결하는 단계는, 상기 방정식의 솔루션 포인트들을 계산하는 단계, 보간 함수에 의해 계산된 포인트들을 보간하는 단계, 상기 방정식을 풀기 위해 다음의 근사치들 중 적어도 하나를 사용하는 단계를 포함한다.
o 각 이미지가 개별적인 플래시 광의 방출로부터 유도됨에 따른 제1 근사치,
o 상기 보간 함수가 상기 방정식의 안정성 포인트들을 결정함에 따른 제2 근사치.

Description

물체의 반사율을 결정하는 방법 및 관련 장치
본 발명은 물체의 반사율을 결정하는 방법 및 물체의 반사율을 결정하기 위한 장치에 관한 것이다.
문헌 WO 2013/120956 A1은 광 흐름의 형태로 표현된 컬러 발광체들(color illuminants)을 방출할 수 있는 수단 및 전자 컬러 이미지 센서(electronic color image sensor)를 포함하는 장치를 사용하여 물체의 적어도 한 지점에서 균일한 확산 반사율(uniform diffuse reflectance)을 측정하는 방법, 그리고 컬러들의 광 흐름의 형태로 표현된 컬러 발광체들(color illuminants)를 방출할 수 있는 수단 및 전자 컬러 이미지 센서(electronic color image sensor)를 포함하여, 컬러들을 방출할 수 있고 상기 전자 컬러 이미지 센서의 시야에 위치하며 상수와 미지의 주변의 외부 광 흐름의 형태로 외부 발광체에 영향을 받는 상기 수단의 조명 영역에 위치하는 존에 배치된 물체의 적어도 한 지점에서 균일한 확산 반사율을 측정하는 장치를 개시한다.
물체의 반사율을 결정하기 위해, 회절 분광계(diffraction spectrometers) 또는 이중 평행 광 수용체 분광계(double parallel photoreceptor spectrometers)와 같은 전문화된 고정밀 장치를 사용하는 것이 알려져 있다.
그러나 이러한 장치들은 비 전문적인 조작자가 사용하기에는 비용이 많이 들고 사용하기 어렵다.
따라서, 신뢰성 있고 구현하기 쉬운 반사율(reflectance)을 결정하는 방법이 필요하다.
목적을 실현하기 위해서, 물체의 반사율을 측정하는 방법이 제안되었으며, 상기 방법은 미지의 가변적인 조명(illumination)을 갖는 외부 발광체(an outside illuminant)를 사용하여 상기 물체를 조명하는 단계, 상기 물체를 조명하는 적어도 하나의 플래시 광(flash of light)을 방출하는 단계로서, 각각의 플래시 광은 소스(a source)에서 방출되고 파장 범위에서 알려진 조명을 갖는 단계, 센서 상에 적어도 하나의 이미지를 형성하기 위해 상기 물체에 의해 반사된 파동를 수집하는 단계와, 여러 개의 미지수들을 갖는 방정식을 획득하는 단계로서, 상기 방정식은 상기 형성된 이미지들로부터 얻어지고, 상기 물체의 반사율 및 상기 외부 발광체의 조명은 상기 방정식의 두 개의 미지수인 단계, 그리고 방정식을 해결하는 단계를 포함한다. 상기 방정식을 해결하는 단계는 상기 방정식의 솔루션 포인트들을 계산하는 단계, 보간 함수(interpolation function)로 계산된 포인트들을 보간(interpolate) 하는 단계, 그리고 상기 방정식을 해결하기 위해 다음의 근사치들 중 적어도 하나를 사용하는 단계를 포함한다:
o 각 이미지가 개별적인 플래시 광의 방출로부터 유도됨에 따른 제1 근사치,
o 상기 보간 함수가 상기 방정식의 상기 안정성 포인트들을 결정함에 따른 제2 근사치.
특정 실시 예에 따르면, 기 물체의 반사율을 결정하는 방법은 하나 이상의 다음 특징들 중 하나 이상을 포함하고, 단독으로 또는 임의의 기술적으로 가능한 조합에 따라 고려된다:
- 상기 소스와 상기 센서는 동일한 장치에 배치된다.
- 복수의 플래시 광이 방출되고, 각각의 플래시는 최대 파장 조명을 가지며, 수집 단계는 방출된 플래시 광마다 수행되고, 그리고 적어도 2개의 플래시 광은 20 나노미터만큼 분리된 최대 조명(maximum illumination)을 갖는다.
- 상기 수집 단계는 동일한 플래시 광에 대해 수차례 수행되고, 상기 획득된 방정식은 방정식들의 과결정 시스템(over-determined system)이며, 상기 해결하는 단계는 복수의 반사 함수들(a plurality of reflectance functions)를 얻기 위해 상기 제1 근사치를 사용함으로써 복수의 결정된 방정식 시스템들에 대해 수행되고, 상기 방법은 상기 복수의 반사 함수들의 평균을 계산함으로써 상기 물체의 반사율을 계산하는 단계를 더 포함한다.
- 제2 근사치는 방정식을 해결하는 단계에서 사용되고, 그리고 보간 함수는 정 큐빅 스플라인들(cubic splines)에서 한정된 수(finite number)의 보간 포인트들에 의해 봉인된 기초 함수들(base functions)의 가중된 조합이며, 각각 보간 포인트는 상기 방정식의 안정 포인트이다.
- 복수의 플래시 광들이 방출되고, 각 플래시는 최대 파장 조명을 가지며, 상기 수집하는 단계는 방출된 각각의 플래시 광에 대해 수행된다. 상기 보간 포인트들(interpolation points)은 적어도 다음 속성을 확인한다: 보간 포인트들의 개수는 상기 플래시들의 개수와 동일하다.
- 상기 방법은 광 흐름의 형태로 표현되는 컬러 발광체를 방출할 수 있는 수단 및 전자 컬러 이미지 센서를 포함하는 장치를 사용하여 상기 물체의 적어도 한 지점에서 균일한 확산 반사율 ROBJ(λ)를 측정하는 방법이며, 다음 단계들을 포함하는 것을 특징으로 한다:
o 컬러 광 흐름의 형태로 컬러 발광체(color illuminants)들을 방출할 수 있고 상기 전자 컬러 이미지 센서의 시야 내에 위치하는 상기 수단에 거의 수직(substantially perpendicular)이며 그리고 맞은 편에 위치하는 구역에 상기 물체를 배치하는 단계로서, 상기 물체는 주변의 외부 광 흐름 Iext(λ)의 형태로 외부 발광체에 영향을 받고, 미지의 상수이고, 여기서, λ는 파장을 나타내고, 일련의 N 개의 발광체인 SSOURCE(λ)i(N은 1보다 큰 자연수, i는 1부터 N 그리고 λ은 파장)의 상기 수단에 의한 방출, SSOURCE(λ)i은 유색 광 흐름을 방출할 수 있는 상기 수단의 입력 파라미터의 함수로서 알려져 있는, 단계, 상기 전자 컬러 이미지 센서에 의해 상기 물체의 적어도 한 지점에서 반사된 광 흐름을 포착하여 상기 센서에 입력하는 단계로서, 상기 광 흐름은 Ecapteur(λ)i 이고, 2보다 큰 자연수인 N을 갖고, i는 1부터 N 그리고 λ는 파장인, 단계, 그리고 상기 물체(30)의 적어도 한 지점에서 균일한 확산 반사율 ROBJ(λ)의 정의에 의해 그리고 웨이브 광(wave light)의 부가적 특성(additive nature)으로 인해 N 개의 방정식 "Ei"를 얻는 단계: 그리고
Figure pct00001
o 상기 장치를 통해, N 개의 방정식 Ei의 시스템을 해결하는 것에 의해 2개의 지속적으로 알려지지 않은 함수 ROBJ(λ) 및 Iext(λ)를 결정;
- 소스 그리고 센서 스펙트럼의 교점에 각 방정식 Ei를 적분함으로써, 상기 선택된 비색 기반(the selected colorimetric base)의 각 감도를 나타내기 위해 기준 bj를 사용함으로써, 그리고 나서 각각의 방정식 Ei는" Ei 통합된" 방정식들의 세트를 생성:
Figure pct00002
- 상기 디지털 이미지 센서로부터의 출력 파라미터를 이용하여 상기 통합 방정식 Ei의 좌항에 대응하는 상기 수치(numerical value)를 계산함으로써; 그리고
- 상기 지속적으로 알려지지 않은 함수 ROBJ(λ) 및 Iext(λ)의 연속성(continuous nature)을 유지하기 위해 적어도 하나의 보간 함수 S(λ)로 연결된 한정된 개수의 간 포인트들(λi, yi)을 사용하여 두 개의 지속적으로 알려지지 않은 함수 ROBJ(λ) 및 Iext(λ)를 표현하는 단계, 상기 λi 은 상기 소스와 센서 스펙트럼의 교차점에서 선택된 파장들 그리고 상기 방법의 입력 파라미터이고, 주어진 정밀도(precision)로 보간 포인트들의 개수를 최소화하도록 선택되고; 그리고
- 통합 방정식 Ei의 결과인 최소 제곱근 ∥A * X - B∥2의 시스템을 최소화하는 함수 ROBJ(λ) 및 Iext(λ)의 매개 변수 yi를 찾음으로써.
- 상기 방법은 광 흐름의 형태로 표현된 컬러 발광체를 방출할 수 있는 수단 및 전자 컬러 이미지 센서를 포함하는 장치를 사용하여 물체의 적어도 한 지점에서 균일한 확산 반사율 ROBJ(λ)을 측정하는 방법이며, 다음 단계들을 포함하는 것을 특징으로 한다.
o 컬러 광 흐름의 형태로 컬러 발광체를 방출할 수 있고 상기 전자 컬러 이미지 센서의 시야 내에 위치하는 상기 수단의 조명 영역에 위치하는 구역에 상기 물체를 배치하는 단계로서, 상기 물체는 주변의 외부 광 흐름 Iext(λ)의 형태로 외부 발광체의 영향을 받고, 미지의 상수이고, 여기서, λ는 파장을 나타내고, 일련의 N 개의 발광체인 SSOURCE(λ)i(N은 1 보다 큰 자연수, i는 1부터 N 그리고 λ은 파장)의 상기 수단에 의한 방출, SSOURCE(λ)i은 컬러 광 흐름을 방출할 수 있는 상기 수단의 입력 파라미터의 함수로서 알려져 있는 단계, 상기 전자 컬러 이미지 센서에 의해 상기 물체의 적어도 한 지점에서 반사된 광 흐름을 포착하여 상기 센서에 입력하는 단계로서, 상기 광 흐름은 Ecapteur(λ)i 이고, 2보다 큰 자연수인 N을 갖고, i는 1부터 N 그리고 λ은 파장인 단계, 그리고 상기 물체(30)의 적어도 한 지점에서 균일한 확산 반사율 ROBJ(λ)의 정의에 의해 그리고 웨이브 광(wave light)의 부가적 특성(additive nature)으로 인해 N 개의 방정식 "Ei"를 얻는 단계: 그리고
Figure pct00003
o 상기 장치를 통해, N 개의 방정식 Ei의 시스템을 해결하는 것에 의해 2개의 지속적으로 알려지지 않은 함수 ROBJ(λ) 및 Iext(λ)를 결정;
- 상기 소스 그리고 상기 센서 스펙트럼의 교점에서 각 방정식 Ei를 적분함으로써, 선택된 비색 기반(the selected colorimetric base)의 각 감도를 나타내기 위해 기준 bj를 사용함으로써, 그리고 나서 각각의 방정식 Ei는" Ei 통합된" 방정식들의 세트를 생성:
Figure pct00004
- 상기 디지털 이미지 센서로부터의 출력 파라미터를 이용하여 상기 통합 방정식 Ei의 좌항에 대응하는 수치(numerical value)를 계산함으로써; 그리고
- 상기 지속적으로 알려지지 않은 함수 ROBJ(λ) 및 Iext(λ)의 연속성(continuous nature)을 유지하기 위해 적어도 하나의 보간 함수 S(λ)로 연결된 한정된 개수의 보간 포인트들(λi, yi)을 사용하여 두 개의 지속적으로 알려지지 않은 함수 ROBJ(λ) 및 Iext(λ)를 표현하는 단계, 상기 λi 은 상기 소스 그리고 상기 센서 스펙트럼의 교차점에서 선택된 파장들 그리고 상기 방법의 입력 파라미터이고, 주어진 정밀도로 보간 포인트들의 수를 최소화하도록 선택되고; 그리고
- 통합 방정식 Ei의 결과인 최소 제곱근 ∥A * X - B∥2의 시스템을 최소화하는 함수 ROBJ(λ) 및 Iext(λ)의 매개 변수 yi를 찾음으로써.
- 상기 방법은 외부 발광체 Iext(λ)의 값을 결정하는 단계를 더 포함한다.
- 상기 방법은 주어진 발광체에 대한 CIE XYZ 좌표에서 물체의 적어도 한 점에서 균일한 확산 반사 함수 ROBJ(λ)를 기록(transcribing)하는 단계를 더 포함한다.
- 플래시의 개수는 상기 물체 그리고 외부 발광체 Iext(λ)의 적어도 한 지점에서 균일한 확산 반사율 ROBJ(λ)의 값을 결정하기 위한 보간 포인트들 개수와 동일한 계산차수(order of magnitude)이다.
- 상기 방법은 물체의 적어도 한 점에서 균일한 확산 반사율 ROBJ(λ)의 값 그리고 여러 스펙트럼 대역에서 외부 발광체 Iext(λ)의 값을 결정하는 단계를 포함한다.
- 상기 장치는 컬러 플래시를 방출하기 위한 스크린 그리고 상기 대상 물체에 의해 반사된 광을 포착하기 위한 전자 이미지 센서를 구현한다.
- 상기 장치는 일체형 또는 분리형 플래시를 갖는 광학장치(a photo apparatus) 또는 카메라이다.
- 상기 장치는 컬러 플래시의 방출 및 지각을 통과시키는 도파관( waveguides)을 구현한다.
- 상기 장치는 원하는 대로 물체의 분광 사진을 촬영하고 색채 적응(chromatic adaptations)(화이트 밸런싱)을 수행하도록 구현된다.
- 상기 장치는 다음 그룹에 포함된 요소의 컬러를 측정하도록 구현된다: 자재(materials), 고체, 액체, 가스, 페인트, 벽지, 그래픽, 섬유, 플라스틱, 목재, 금속, 토양, 광물, 식물, 그리고 식품.
- 상기 장치는 인간 및 다음 그룹에 포함된 적어도 하나의 요소의 생물체에 대한 의료 또는 화장 목적의 컬러를 측정하도록 구현된다: 피부, 여드름(pimples), 미용 표시(beauty marks), 두피, 모발, 화장 및 치아.
- 상기 장치는 하나 이상의 차원(dimensions)를 갖는 컬러 바코드의 사용을 위해 구현된다, 그리고
- 상기 장치는 색맹 및/또는 시각 장애인을 보조하기 위한 목적으로 구현된다.
본 설명은 또한 물체의 반사율을 결정하기 위한 장치에 관한 것으로, 상기 물체는 미지의 가변 조명을 갖는 외부 발광체에 의해 조명되고, 상기 장치는 상기 물체를 조명하는 적어도 하나의 플래시 광을 방출할 수 있는 소스를 포함하고, 상기 소스에 의해 방출된 각각의 플래시 광은 파장 범위에서 알려진 조명을 가지며, 상기 물체에 의해 반사된 파를 수집하여 적어도 하나의 이미지를 형성할 수 있는 센서를 포함한다. 프로세싱 유닛은 다음 단계들을 수행할 수 있다: 여러 개의 미지수가 있는 방정식을 얻는 단계로서, 상기 방정식은 형성된 이미지들로부터 얻어지며, 상기 물체의 반사율 그리고 외부 발광체의 조명은 방정식의 2개의 미지수인 단계, 그리고 방정식을 해결하는 단계.
상기 방정식을 해결하는 단계는 상기 방정식의 솔루션 포인트들을 계산하는 단계, 보간 함수에 계산된 포인트들을 보간하는 단계, 그리고 상기 방정식을 풀기 위해 다음 근사치들(approximations) 중 적어도 하나를 사용하는 단계: 각각의 이미지가 개별적인 플래시 광의 방출로부터 유도되는 제1 근사치, 보간 함수가 방정식의 안정성 포인트를 결정하는 제2 근사치.
특정 실시 예에 따르면, 물체의 반사율을 결정하기 위한 장치는 다음 특징들 중 하나 이상을 포함하고, 단독으로 또는 기술적으로 가능한 조합에 따라 고려되어야 함:
- 상기 센서 그리고 상기 소스는 동일한 장치에 배치된다.
- 상기 소스는 채광막(light screen) 또는 한 세트의 발광 다이오드이다.
- 상기 센서는 사진 카메라(a photographic camera), 카메라, 다중 채널 이미저(a multichannel imager) 및 하이퍼 스펙트럴 이미저(a hyperspectral imager)로 구성된 그룹에서 선택된다.
- 상기 장치는 컬러의 광 흐름 형태인 컬러 발광체를 방출할 수 있는 수단 그리고 전자 컬러 이미지 센서를 더 포함하며, 컬러를 방출할 수 있고 상기 전자 컬러 이미지 센서의 시야의 영역에 위치하며 Iext(λ)로 표시된 일정하고 알려지지 않은 주변의 외부 광 흐름의 형태인 외부 발광체에 영향을 받는 상기 수단에 거의 수직으로 그리고 맞은 편에 위치하는 구역에 배치되는 물체의 적어도 한 지점에서 균일한 확산 반사율 ROBJ(λ)을 측정한다. 상기 장치는 또한 하기 수단들을 포함한다:
o 일련의 N 개의 발광체인 SSOURCE(λ)i(N은 1보다 큰 자연수, i는 1부터 N 그리고 λ은 파장)를 방출. SSOURCE(λ)i은 컬러 광 흐름을 방출할 수 있는 상기 수단의 입력 파라미터의 함수로서 알려져 있음. 상기 전자 컬러 이미지 센서에 의해 상기 물체의 적어도 한 지점에서 반사된 광 흐름을 포착하여 상기 센서에 입력. 상기 광 흐름은 Ecapteur(λ)i 이고, 2보다 큰 자연수인 N을 갖고, i는 1부터 N 그리고 λ는 파장. 그리고 상기 물체의 적어도 한 지점에서 균일한 확산 반사율 ROBJ(λ)의 정의에 의해 그리고 웨이브 광(wave light)의 부가적 특성(additive nature)으로 인해 N 개의 방정식 "Ei"를 얻음: 그리고
Figure pct00005
o N 개의 방정식 Ei의 시스템을 해결하는 것에 의해 2개의 지속적으로 알려지지 않은 함수 ROBJ(λ) 및 Iext(λ)를 결정;
- 상기 소스 그리고 상기 센서 스펙트럼의 교점에 각 방정식 Ei를 적분함으로써, 선택된 비색 기반의 각 감도를 나타내기 위해 기준 bj를 사용함으로써, 각각의 방정식 Ei는" Ei 통합된" 방정식들의 세트를 생성:
Figure pct00006
- 상기 디지털 이미지 센서로부터의 출력 파라미터를 이용하여 상기 통합 방정식 Ei의 좌항에 대응하는 수치를 계산함으로써; 그리고
- 상기 지속적으로 알려지지 않은 함수 ROBJ(λ) 및 Iext(λ)의 연속성(continuous nature)을 유지하기 위해 적어도 하나의 보간 함수 S(λ)로 연결된 한정된 개수의 보간 포인트들(λi, yi)을 사용하여 두 개의 지속적으로 알려지지 않은 함수 ROBJ(λ) 및 Iext(λ)를 표현하는 단계, 상기 λi 은 상기 소스 그리고 상기 센서 스펙트럼의 교차점에서 선택된 파장들 그리고 상기 방법의 입력 파라미터이고, 주어진 정밀도로 보간 포인트들의 개수를 최소화하도록 선택되고; 그리고
- 통합 방정식 Ei의 결과인 최소 제곱근 ∥A * X - B∥2의 시스템을 최소화하는 함수 ROBJ(λ) 및 Iext(λ)의 매개 변수 yi를 찾음으로써.
- 상기 장치는 컬러의 광 흐름 그리고 전자 컬러 이미지 센서의 형태로 컬러 발광체를 방출할 수 있는 수단을 더 포함하며, 컬러를 방출할 수 있고 상기 전자 컬러 이미지 센서의 시야의 영역에 위치하며 Iext(λ)로 표시된 일정하고 알려지지 않은 주변의 외부 광 흐름의 형태로 외부 발광체의 영향을 받는 상기 수단의 조명 영역에 위치하는 구역에 배치되는 물체의 적어도 한 지점에서 균일한 확산 반사율 ROBJ(λ)을 측정한다. 그리고. 상기 장치는 또한 하기 수단들을 포함한다:
o 일련의 N 개의 발광체인 SSOURCE(λ)i(N은 1보다 큰 자연수, i는 1부터 N 그리고 λ은 파장)를 방출. SSOURCE(λ)i은 컬러 광 흐름을 방출할 수 있는 상기 수단의 입력 파라미터의 함수로서 알려져 있음. 상기 전자 컬러 이미지 센서에 의해 상기 물체의 적어도 한 지점에서 반사된 광 흐름을 포착하여 상기 센서에 입력. 상기 광 흐름은 Ecapteur(λ)i 이고, 2보다 큰 자연수인 N을 갖고, i는 1부터 N 그리고 λ은 파장. 그리고 상기 물체의 적어도 한 지점에서 균일한 확산 반사율 ROBJ(λ)의 정의에 의해 그리고 웨이브 광(wave light)의 부가적 특성(additive nature)으로 인해 N 개의 방정식 "Ei"를 얻음: 그리고
Figure pct00007
o N 개의 방정식 Ei의 시스템을 해결하는 것에 의해 2개의 지속적으로 알려지지 않은 함수 ROBJ(λ) 및 Iext(λ)를 결정;
- 상기 소스 그리고 상기 센서 스펙트럼의 교점에 각 방정식 Ei를 적분함으로써, 선택된 비색 기반의 각 감도를 나타내기 위해 기준 bj를 사용함으로써, 그 다음 각각의 방정식 Ei는" Ei 통합된" 방정식들의 세트를 생성하고:
Figure pct00008
- 상기 디지털 이미지 센서로부터의 출력 파라미터를 이용하여 상기 통합 방정식 Ei의 좌항에 대응하는 수치를 계산함으로써; 그리고
- 상기 지속적으로 알려지지 않은 함수 ROBJ(λ) 및 Iext(λ)의 연속성(continuous nature)을 유지하기 위해 적어도 하나의 보간 함수 S(λ)로 연결된 한정된 개수의 보간 포인트들(λi, yi)을 사용하여 두 개의 지속적으로 알려지지 않은 함수 ROBJ(λ) 및 Iext(λ)를 표현됨으로써, 상기 λi 은 상기 소스 그리고 상기 센서 스펙트럼의 교차점에서 선택된 파장들 그리고 상기 방법의 입력 파라미터이고, 주어진 정밀도로 보간 포인트들의 개수를 최소화하도록 선택되고; 그리고
- 통합 방정식 Ei의 결과인 최소 제곱근 ∥A * X - B∥2의 시스템을 최소화하는 함수 ROBJ(λ) 및 Iext(λ)의 매개 변수 yi를 찾음으로써.
또한, 물체의 반사율을 결정하는 방법이 제안되며, 상기 방법은 다음 단계들을 포함한다:
- 미지의 가변 조명을 갖는 외부 발광체를 이용하여 물체를 조명하는 단계,
- 상기 물체를 조명하는 적어도 하나의 플래시 광을 방출하는 단계, 각각의 플래시 광은 상기 소스에 의해 방출되고 파장 범위에서 알려진 조명을 갖고,
- 센서 상에 적어도 하나의 이미지를 형성하기 위해 상기 물체에 의해 반사된 파를 수집하는 단계,
- 여러 개의 미지수가 있는 방정식을 얻는 단계, 상기 방정식은 형성된 이미지들로부터 얻어지고, 외부 발광체의 조명 그리고 상기 물체의 반사율은 상기 방정식의 2개의 미지수이고,
- 방정식을 해결하는 단계.
상기 방정식을 해결하는 단계는,
- 상기 방정식의 솔루션 포인트들을 계산하는 단계,
- 보간 함수로 계산된 포인트들을 보간하는 단계, 그리고
- 상기 방정식을 풀기 위해, 플래시 광의 방출 순간에 외부 발광체의 조명이 이전 순간에 외부 발광체의 조명과 일치하는 근사치를 사용하는 단계를 포함한다.
이와 같은 물체의 반사율 ρ를 결정하는 방법은 수행하기 쉽고 그리고 가변적인 외부 발광체가 있는 경우에도 물체의 실제 반사율 ρ의 신뢰성 있는 모델을 얻는 것을 가능하게 한다. 이러한 구현은 방법의 정밀도를 유지하면서 계산 시간을 줄일 수 있다.
특정 실시예에 따르면, 물체의 반사율을 결정하는 방법은 단독으로 또는 임의의 기술적으로 가능한 조합에 따라 고려되는 다음 특징들 중 하나 이상을 포함한다:
- 상기 소스와 상기 센서는 동일한 장치에 위치한다;
- 복수의 플래시 광이 방출되고, 각각의 플래시 광은 최대 파장 조명을 갖고, 상기 수집 단계는 방출된 각 플래시 광마다 수행되고 그리고 적어도 2개의 플래시 광은 100 나노미터만큼 분리된 최대 조명을 갖는다;
- 상기 방법은 상기 소스에 의해 방출된 플래시가 없는 경우 센서 상에 적어도 하나의 이미지를 형성하기 위해 상기 물체에 의해 반사된 파를 수집함으로써 기준 이미지를 얻는 단계를 포함하고, 상기 획득 단계는 상기 방출 및 수집 단계 이후에 수행된다;
- 상기 방법은 상기 소스에 의해 방출된 플래시가 없는 경우 센서 상에 적어도 하나의 이미지를 형성하기 위해 상기 물체에 의해 반사된 파를 수집함으로써 기준 이미지를 얻는 단계를 포함한다;
- 상기 방정식을 해결하는 단계는 단순 방정식을 얻기 위해 기준 방정식(reference equation)을 뺄셈 연산을 포함하며, 상기 기준 방정식은 상기 기준 이미지로부터 얻어진다.
- 상기 방법은 다음 단계들을 더 포함한다;
o 외부 발광체의 조명에 대한 변동시간 간격을 추정하는 단계,
o 상기 추정된 변동시간 간격으로부터, 상기 제1 근사치가 유효하게 유지되도록 하기 위해 상기 기준 이미지를 얻는 단계가 반복되는 주파수를 결정하는 단계;
- 상기 방법은 광 흐름의 형태로 표현된 컬러 발광체를 방출할 수 있는 수단 그리고 전자 컬러 이미지 센서를 포함하는 장치를 사용하여 물체의 적어도 한 지점에서 균일한 확산 반사율 ROBJ(λ)를 측정하는 방법이다.
- 상기 방법은 다음 단계들을 포함한다:
o 컬러 광 흐름의 형태로 컬러 발광체를 방출할 수 있고 상기 전자 컬러 이미지 센서의 시야의 영역에 위치하는 상기 수단에 거의 수직으로 그리고 맞은 편에 위치하는 구역에 상기 물체를 배치하는 단계로서, 상기 물체는 주변의 외부 광 흐름 Iext(λ) 형태로 외부 발광체에 영향을 받고, 미지의 그리고 일정한, 여기서, λ은 파장이고, 일련의 N 개의 발광체인 SSOURCE(λ)i(N은 1보다 큰 자연수, i는 1부터 N 그리고 λ은 파장)를 방출, SSOURCE(λ)i은 컬러 광 흐름을 방출할 수 있는 상기 수단의 입력 파라미터의 함수로서 알려져 있는, 단계, 상기 전자 컬러 이미지 센서에 의해 상기 물체의 적어도 한 지점에서 반사된 광 흐름을 포착하여 상기 센서에 입력하는 단계로서, 상기 광 흐름은 Ecapteur(λ)i 이고, 2보다 큰 자연수인 N을 갖고, i는 1부터 N 그리고 λ은 파장인 단계, 그리고 상기 물체의 적어도 한 지점에서 균일한 확산 반사율 ROBJ(λ)의 정의에 의해 그리고 웨이브 광(wave light)의 부가적 특성(additive nature)으로 인해 N 개의 방정식 "Ei"를 얻는 단계: 그리고
Figure pct00009
o 상기 장치를 통해, N 개의 방정식 Ei의 시스템을 해결하는 것에 의해 2개의 지속적으로 알려지지 않은 함수 ROBJ(λ) 및 Iext(λ)를 결정;
- 상기 소스 그리고 상기 센서 스펙트럼의 교점에 각 방정식 Ei를 적분함으로써, 선택된 비색 기반의 각 감도를 나타내기 위해 기준 bj를 사용함으로써, 그리고 나서 각각의 방정식 Ei는" Ei 통합된" 방정식들의 세트를 생성하고:
Figure pct00010
- 상기 디지털 이미지 센서로부터의 출력 파라미터를 이용하여 상기 통합 방정식 Ei의 좌항에 대응하는 수치를 계산함으로써; 그리고
- 상기 지속적으로 알려지지 않은 함수 ROBJ(λ) 및 Iext(λ)의 연속성(continuous nature)을 유지하기 위해 적어도 하나의 보간 함수 S(λ)로 연결된 한정된 개수의 보간 포인트들을 사용하여 두 개의 지속적으로 알려지지 않은 함수 ROBJ(λ) 및 Iext(λ)를 표현하는 단계, 상기 λi 은 상기 소스 그리고 상기 센서 스펙트럼의 교차점에서 선택된 파장들 그리고 상기 방법의 입력 파라미터이고, 주어진 정밀도로 보간 포인트들의 개수를 최소화하도록 선택되고; 그리고
- 통합 방정식 Ei의 결과인 최소 제곱근 ∥A * X - B∥2의 시스템을 최소화하는 함수 ROBJ(λ) 및 Iext(λ)의 파라미터 yi를 찾음으로써.
- 상기 방법은 다음 단계들을 포함한다:
o 컬러 광 흐름의 형태로 컬러 발광체(color illuminants)들을 방출할 수 있고 상기 전자 컬러 이미지 센서의 시야 내에 위치하는 상기 수단의 조명 영역 내에 위치하는 구역에 상기 물체를 배치하고, 상기 물체는 주변의 외부 광 흐름 Iext(λ)의 형태로 외부 발광체의 영향을 받고, 알려지지 않고 일정한, 여기서, λ는 파장을 나타내고, 일련의 N 개의 발광체인 SSOURCE(λ)i(N은 1보다 큰 자연수, i는 1부터 N 그리고 λ는 파장)의 상기 수단에 의한 방출, SSOURCE(λ)i은 컬러 광 흐름을 방출할 수 있는 상기 수단의 입력 파라미터의 함수로서 알려져 있고, 상기 전자 컬러 이미지 센서에 의해 상기 물체의 적어도 한 지점에서 반사된 광 흐름을 포착하여 상기 센서에 입력하고, 상기 광 흐름은 Ecapteur(λ)i 이고, 2보다 큰 자연수인 N을 갖고, i는 1부터 N 그리고 λ은 파장, 그리고 상기 물체의 적어도 한 지점에서 균일한 확산 반사율 ROBJ(λ)의 정의에 의해 그리고 웨이브 광(wave light)의 부가적 특성(additive nature)으로 인해 N 개의 방정식 "Ei"를 얻는 단계: 그리고
Figure pct00011
o 상기 장치를 통해, N 개의 방정식 Ei의 시스템을 해결하는 것에 의해 2개의 지속적으로 알려지지 않은 함수 ROBJ(λ) 및 Iext(λ)를 결정;
- 상기 소스 그리고 상기 센서 스펙트럼의 교점에 각각의 방정식 Ei를 적분함으로써, 선택된 비색 기반의 각 감도를 나타내기 위해 기준 bj를 사용함으로써, 각각의 방정식 Ei는" Ei 통합된" 방정식들의 세트를 생성하고:
Figure pct00012
- 상기 디지털 이미지 센서로부터의 출력 파라미터를 이용하여 상기 통합 방정식 Ei의 좌항에 대응하는 수치를 계산함으로써; 그리고
- 상기 지속적으로 알려지지 않은 함수 ROBJ(λ) 및 Iext(λ)의 연속성(continuous nature)을 유지하기 위해 적어도 하나의 보간 함수 S(λ)로 연결된 한정된 보간 포인트들을 사용하여 두 개의 지속적으로 알려지지 않은 함수 ROBJ(λ) 및 Iext(λ)를 표현하는 단계, 상기 λi 은 상기 소스 그리고 상기 센서 스펙트럼의 교차점에서 선택된 파장들 그리고 상기 방법의 입력 파라미터이고, 주어진 정밀도로 보간 포인트들의 개수를 최소화하도록 선택되고; 그리고
- 통합 방정식 Ei의 결과인 최소 제곱근 ∥A * X - B∥2의 시스템을 최소화하는 함수 ROBJ(λ) 및 Iext(λ)의 파라미터 yi를 찾음으로써.
- 상기 방법은 외부 발광체 Iext(λ)의 값을 결정하는 단계를 포함한다.
- 상기 방법은 주어진 발광체에 대한 CIE XYZ 좌표에서 물체의 적어도 한 점에서 균일한 확산 반사 함수 ROBJ(λ)를 기록(transcribing)하는 단계를 포함한다.
- 플래시의 수는 상기 물체 및 외부 발광체 Iext(λ)의 적어도 한 지점에서 균일한 확산 반사율 ROBJ(λ)의 값을 결정하기 위한 보간 포인트들 개수와 동일한 계산차수(order of magnitude)이다.
- 상기 방법은 물체의 적어도 한 점에서 균일한 확산 반사 함수 ROBJ(λ)의 값 그리고 여러 스펙트럼 대역에서 외부 발광체 Iext(λ)의 값을 결정하는 단계를 포함한다.
- 상기 장치는 컬러 플래시를 방출하기 위한 스크린 그리고 상기 대상 물체에 의해 반사된 광을 포착하기 위한 전자 이미지 센서를 구현한다.
- 상기 장치는 컬러 플래시를 방출하는 광원(light sources) 한 세트 및 상기 대상 물체에 의해 반사된 광을 포착하기 위한 전자 이미지 센서를 구현한다. 상기 장치는 일체형 또는 분리형 플래시를 갖는 광학 장치(photo apparatus) 또는 카메라이다.
- 상기 장치는 컬러 플래시의 방출 및 지각(perception)을 통과시키는 도파관(waveguides)을 구현한다.
- 상기 방법은 원하는 대로 물체의 분광 사진을 촬영하고 색채 적응(chromatic adaptations)(화이트 밸런싱)을 수행하도록 구현된다.
- 상기 방법은 다음 그룹에 포함된 요소의 컬러를 측정하도록 구현된다: 자재(materials), 고체, 액체, 가스, 페인트, 벽지, 그래픽, 섬유, 플라스틱, 목재, 금속, 토양, 광물, 식물, 그리고 식품.
- 상기 방법은 인간 및 다음 그룹에 포함된 적어도 하나의 요소의 생물체에 대한 의료 또는 화장 목적의 컬러를 측정하도록 구현된다: 피부, 여드름(pimples), 미용 표시(beauty marks), 두피, 모발, 화장 및 치아.
- 상기 방법은 하나 이상의 치수(dimensions)를 갖는 컬러 바코드의 사용을 위해 구현되고, 그리고
- 상기 방법은 색맹 및/또는 시각 장애인을 보조하기 위한 목적으로 구현된다.
본 설명은 또한 물체의 반사율을 결정하기 위한 장치에 관한 것으로, 상기 물체는 미지의 가변 조명을 갖는 외부 발광체에 의해 조명되고, 상기 장치는 다음을 포함한다:
- 소스, 상기 물체를 조명하는 적어도 하나의 플래시 광을 방출할 수 있고, 상기 소스에 의해 방출된 각각의 플래시 광은 파장 범위에서 알려진 조명을 가지며,
- 센서, 적어도 하나의 이미지를 형성하기 위해 물체에 의해 반사된 파를 수집할 수 있는,
- 프로세싱 유닛, 다음 단계들을 수행할 수 있는:
o 여러 개의 미지수가 있는 방정식을 획득하는 단계, 상기 방정식은 형성된 이미지들로부터 얻어지며, 상기 물체의 반사율 그리고 외부 발광체의 조명은 상기 방정식의 2개의 미지수이고,
o 상기 방정식을 해결하는 단계,
상기 방정식을 해결하는 단계는 다음 단계들을 포함한다:
- 상기 방정식의 솔루션 포인트들을 계산하는 단계,
- 보간 함수에 계산된 포인트들을 보간하는 단계, 그리고
- 상기 방정식을 풀기 위해, 플래시 광 방출의 순간에 외부 발광체의 조명이 선행 순간의 외부 발광체의 조명과 동일하다는 것에 따르는 근사치를 사용하는 단계,
특정 실시 예에 따르면, 물체의 반사율을 결정하기 위한 장치는 단독으로 또는 임의의 기술적으로 가능한 조합에 따라 고려되는 다음 특징들 중 하나 이상을 포함한다:
- 상기 센서와 상기 소스는 동일한 장치에 위치한다.
- 상기 장치는 스마트폰이다.
- 상기 소스는 채광막(light screen)이다.
- 상기 센서는 카메라이다.
- 상기 소스는 채광막 또는 한 세트의 발광 다이오드이다.
- 상기 센서는 사진 카메라, 카메라, 다중 채널 이미저(a multichannel imager) 및 하이퍼 스펙트럴 이미저(a hyperspectral imager)로 구성된 그룹에서 선택된다.
- 상기 장치는 또한 컬러의 광 흐름의 형태로 컬러 발광체를 방출할 수 있는 수단과 전자 컬러 이미지 센서를 포함하고, 컬러를 방출할 수 있고 상기 전자 컬러 이미지 센서의 시야의 영역에 위치하며 Iext(λ)로 표시된 일정하고 알려지지 않은 주변의 외부 광 흐름의 형태로 외부 발광체의 영향을 받는 상기 수단에 거의 수직으로 그리고 맞은 편에 위치하는 구역에 배치되는 물체의 적어도 한 지점에서 균일한 확산 반사율 ROBJ(λ)을 측정한다. 그리고 다음의 수단들을 포함하는 것을 특징으로 한다:
o 일련의 N 개의 발광체인 SSOURCE(λ)i(N은 1보다 큰 자연수, i는 1부터 N 그리고 λ은 파장)를 방출. SSOURCE(λ)i은 컬러 광을 방출할 수 있는 상기 수단의 입력 파라미터의 함수로서 알려져 있고, 상기 전자 컬러 이미지 센서에 의해 상기 물체의 적어도 한 지점에서 반사된 광 흐름을 포착하여 상기 센서에 입력. 상기 광 흐름은 Ecapteur(λ)i 이고, 2보다 큰 자연수인 N을 갖고, i는 1부터 N 그리고 λ은 파장. 그리고 상기 물체의 적어도 한 지점에서 균일한 확산 반사율 ROBJ(λ)의 정의에 의해 그리고 웨이브 광(wave light)의 부가적 특성(additive nature)으로 인해 N 개의 방정식 "Ei"를 얻음: 그리고
Figure pct00013
o N 개의 방정식 Ei의 시스템을 해결하는 것에 의해 2개의 지속적으로 알려지지 않은 함수 ROBJ(λ) 및 Iext(λ)를 결정;
- 상기 소스 그리고 상기 센서 스펙트럼의 교점에 각 방정식 Ei를 적분함으로써, 선택된 비색 기반의 각 감도를 나타내기 위해 기준 bj를 사용함으로써, 각각의 방정식 Ei는" Ei 통합된" 방정식들의 세트를 생성:
Figure pct00014
- 상기 디지털 이미지 센서로부터의 출력 파라미터를 이용하여 상기 통합 방정식 Ei의 좌항에 대응하는 수치를 계산함으로써; 그리고
- 상기 지속적으로 알려지지 않은 함수 ROBJ(λ) 및 Iext(λ)의 연속성(continuous nature)을 유지하기 위해 적어도 하나의 보간 함수 S(λ)로 연결된한정된 개수의 보간 포인트들(λi, yi)을 사용하여 두 개의 지속적으로 알려지지 않은 함수 ROBJ(λ) 및 Iext(λ)를 표현함으로써, 상기 λi 은 상기 소스 그리고 상기 센서 스펙트럼의 교차점에서 선택된 파장들 그리고 상기 방법의 입력 파라미터이고, 주어진 정밀도로 보간 포인트들의 개수를 최소화하도록 선택되고; 그리고
- 통합 방정식 Ei의 결과인 최소 제곱근 ∥A * X - B∥2의 시스템을 최소화하는 함수 ROBJ(λ) 및 Iext(λ)의 매개 변수 yi를 찾음으로써.
- 또한, 상기 장치는 컬러의 광 흐름 형태로 컬러 발광체를 방출할 수 있는 수단 그리고 전자 컬러 이미지 센서를 포함하며, 컬러를 방출할 수 있고 상기 전자 컬러 이미지 센서의 시야의 영역에 위치하며 Iext(λ)로 표시된 일정하고 알려지지 않은 주변의 외부 광 흐름의 형태로 외부 발광체에 영향받는 상기 수단의 조명 영역에 위치하는 구역에 배치되는 물체의 적어도 한 지점에서 균일한 확산 반사율 ROBJ(λ)을 측정한다. 상기 장치는 또한 하기 수단들을 포함하는 것을 특징으로 한다:
o 일련의 N 개의 발광체인 SSOURCE(λ)i(N은 1보다 큰 자연수, i는 1부터 N 그리고 λ은 파장)를 방출함. SSOURCE(λ)i은 컬러 광 흐름을 방출할 수 있는 상기 수단의 입력 파라미터의 함수로서 알려져 있고, 상기 전자 컬러 이미지 센서에 의해 상기 물체의 적어도 한 지점에서 반사된 광 흐름을 포착하여 상기 센서에 입력함. 상기 광 흐름은 Ecapteur(λ)i 이고, 2보다 큰 자연수인 N을 갖고, i는 1부터 N 그리고 λ은 파장. 그리고 상기 물체의 적어도 한 지점에서 균일한 확산 반사율 ROBJ(λ)의 정의에 의해 그리고 웨이브 광(wave light)의 부가적 특성(additive nature)으로 인해 N 개의 방정식 "Ei"를 얻음; 그리고
Figure pct00015
o N 개의 방정식 Ei의 시스템을 해결하는 것에 의해 2개의 지속적으로 알려지지 않은 함수 ROBJ(λ) 및 Iext(λ)를 결정;
- 상기 소스 그리고 상기 센서 스펙트럼의 교점에 각 방정식 Ei를 적분함으로써, 선택된 비색 기반의 각 감도를 나타내기 위해 기준 bj를 사용함으로써, 그 다음 각각의 방정식 Ei는" Ei 통합된" 방정식들의 세트를 생성하고:
Figure pct00016
- 상기 디지털 이미지 센서로부터의 출력 파라미터를 이용하여 상기 통합 방정식 Ei의 좌항에 대응하는 수치를 계산함으로써; 그리고
- 상기 지속적으로 알려지지 않은 함수 ROBJ(λ) 및 Iext(λ)의 연속성(continuous nature)을 유지하기 위해 적어도 하나의 보간 함수 S(λ)로 연결된 한정된 개수의 보간 포인트들(λi, yi)을 사용하여 두 개의 지속적으로 알려지지 않은 함수 ROBJ(λ) 및 Iext(λ)를 표현됨으로써, 상기 λi 은 상기 소스 그리고 상기 센서 스펙트럼의 교차점에서 선택된 파장들 그리고 상기 방법의 입력 파라미터이고, 주어진 정밀도로 보간 포인트들의 개수를 최소화하도록 선택되고; 그리고
- 통합 방정식 Ei의 결과인 최소 제곱근 ∥A * X - B∥2의 시스템을 최소화하는 함수 ROBJ(λ) 및 Iext(λ)의 매개 변수 yi를 찾음으로써.
일 실시예에 따르면, 물체의 반사율을 결정하는 방법은 수행하기 쉽고 가변적인 외부 발광체가 있는 경우에도 물체의 실제 반사율의 신뢰성 있는 모델을 얻는 것을 가능하게 한다.
일 실시예에 따르면, 이러한 구현은 방법의 정밀도를 유지하면서 계산 시간을 줄일 수 있다.
본 발명의 다른 특징 및 이점은 단지 예시로서 도면을 참조하여 제공된 본 발명의 실시예의 다음 설명을 읽을 때 나타날 것이다:
도 1은 물체의 반사율을 결정하기 위한 장치의 다이어그램이며,
도 2는 물체의 반사율을 결정하기 위한 방법의 구현의 제1 예시에 대한 흐름도이며,
도 3은 여러(several) 플래시 광에 대한 스펙트럼의 그래픽 표현이며,
도 4는 물체의 반사율을 결정하기 위한 방법의 구현의 제2 예시에 대한 흐름도이며,
도 5는 여러 결정을 목적으로 실제 반사율에 관하여 결정된 반사율의 오차의 그래픽 표현이며,
도 6은 실제 반사율에 관하여 결정된 반사율의 오차의 그래픽 표현이며,
도 7은 여러 결정된 반사율 및 실제 반사율의 그래픽 표현이며,
도 8은 최신 기술의 방법을 수행함으로써 결정된 반사율과 실제 반사율의 그래픽 표현이며,
도 9는 결정 방법의 구현 예에 대한 결정된 반사율과 실제 반사율의 그래픽 표현이며, 그리고
도 10은 물체의 반사율을 결정하기 위한 방법의 구현의 제3 예시에 대한 흐름도이다.
물체(4), 외부 발광체(6) 그리고 물체(4)의 반사율을 결정하기 위한 장치(1)가 도 1에 도시되어 있다.
물체(4)의 반사율을 결정하는 장치(1)는 소스(10), 센서(12) 그리고 처리유닛(14)을 포함한다.
상기 결정장치(1)는 물체(4)의 반사율을 결정하는 방법을 수행할 수 있으며, 이의 일 실시예가 도 2에 도시되어 있다.
Figure pct00017
로 표시되는 상기 물체의 실제 반사율은 λ로 표시된 파장의 함수
Figure pct00018
이다.
상기 반사율은 크로매틱 센스(chromatic sense)에서 물체(4)의 컬러에 대한 정보를 제공한다. 상기 물체(4)의 반사율은 상기 물체(4)의 반사 면의 재질에 의존한다.
상기 물체(4)의 반사율은 상기 물체(4)에 의해 흡수된(received) 휘도와 상기 물체(4)에 의해 반사된 휘도 사이의 비율로서 정의된다.
휘도(luminance)는 표면의 밝기의 시각적 감각에 해당하는 속성(property)이다. 상기 물체(4)에 의해 흡수된 휘도는 상기 물체(4)의 가시 표면 영역에 의해 상기 물체(4)에 의해 흡수된 광 세기의 몫(quotient)으로서 정의된다. 상기 물체(4)에 의해 반사된 휘도는 상기 물체(4)의 가시 표면 영역에 의해 상기 물체(4)에 의해 반사된 광 세기의 몫으로서 정의된다. 상기 가시 표면은 관측 방향에 수직인 상기 물체(4)의 영역의 투영(projection)이다.
상기 물체(4)의 조명은 상기 물체(4)에 의해 흡수된 휘도 그리고 관측 구조(observation geometry)로부터 알려져 있다.
상기 결정 방법에서, 상기 물체(4)의 표면은 램버트 표면(Lambertian surface)으로 간주 된다. 램버트 표면은 휘도(luminance)가 관찰 방향과 독립적인 표면이다. 상기 물체(4)의 표면의 스페큘러(specular, 완전 반사) 성분, 즉 광나는 외관은 상기 광원(10), 상기 물체(4) 및 상기 센서(12) 사이의 적절한 기하학적 배열 때문에 무시할 수 있거나 장치(1)에 의해 수집되지 않는 것으로 가정된다.
상기 물체(4)의 조명은 표면 유닛에 의해 흡수된 광 흐름에 대응한다.
반사율의 결정은, 가능한 한 표준에 근접하여, 일련의 파장의 범위에 걸쳐 물체(4)의 실제 반사율
Figure pct00019
에 가까운 ρ로 표시된 결정된 반사율을 찾는 것으로 구성된다. 상기 파장의 범위는 상기 결정장치(1)의 상기 광원(10) 그리고 상기 센서(12)에 의존한다. 예를 들어, 반사율은 가시 영역에서 일련의 파장의 범위에 걸쳐 결정된다.
상기 결정된 반사율은 나머지 설명에서 ρ로 표시된다.
결정 방법에 의해 결정된 반사율 ρ는 후술하는 바와 같이 일련의 파장의 범위에 걸쳐 실제 반사율
Figure pct00020
에 가깝다.
실제 반사율
Figure pct00021
에 관련된 결정된 반사율 ρ의 오차 F(error F)는 실제 반사율
Figure pct00022
과 결정된 반사율 ρ 사이의 표준 편차(standard deviation)로부터 정의된 파장의 함수이다.
만약, 모든 파장에 대해 결정된 반사율 ρ이 실제 반사율
Figure pct00023
과 동일한 경우, 오차 F는 영 함수(null function)이다. 상기 오차 F가 클수록, 결정된 반사율 ρ와 실제 반사율
Figure pct00024
사이의 편차가 크다는 것을 나타낸다.
반사율 ρ을 결정하는 방법 그리고 상기 물체(4)의 반사율 ρ를 결정하기 위한 장치(1)는 임의의 물체(4)의 반사율 ρ를 결정하는데 적용 가능하다는 것으로 이해된다.
예를 들어, 상기 물체(4)는 환자의 피부, 컬러 바코드, 페인트, 파운데이션과 같은 미용 제품 등의 일부이다.
상기 물체(4)는 물체(4)의 미지의 개수의 조명 소스(illumination source)를 포함하는 환경에 위치된다. 상기 물체(4)를 제거하는 소스들의 세트는 물체(4)의 반사율을 결정하는 방법 동안 변할 수 있다. 또한, 물체(4)를 조명하는 다른 소스로부터 오고 결정장치(1)의 소스(10)로부터 떨어져 있는 조명은, 상기 물체(4)의 반사율을 결정하는 방법 동안에 동요할 수 있다.
예를 들어, 조명된 창에 배치된 상기 물체(4)는 창문을 통과하는 일광과 미지의 가변적인 광의 흐름을 갖는 상점 내부의 전구에 의해 조명된다.
상기 물체(4)를 조명하고 결정장치(1)의 소스(10)로부터 떨어져 있는 소스 세트는 I로 표시된 시간의 함수로서 미지의 가변 조명을 갖는 외부 발광체(6)로 나타내어(represented) 진다.
상기 외부 발광체(6)의 조명(I)은 물체(4)를 조명하는 장치(10)의 소스와는 별도로 물체(4)의 조명 소스의 변동 집합에 의존한다.
특정 조건하에서, 외부 발광체(6)의 조명(I)은 고정된다.
매 순간, 상기 물체(4)는 외부 발광체(6)에 의해 조명되고, 선택적으로 소스(10)에 의해 조명된다. 상기 물체(4)에 의해 흡수된 조명은 외부 발광체(6)로부터의 조명과 결정장치(1)의 소스(10)으로 부터 오는 조명의 합이다.
매 순간(t), 외부 발광체(6)에 의해 그리고 선택적으로 소스(10)에 의해 조명되는 상기 물체(4)는 상기 물체(4)의 실제 반사율
Figure pct00025
에 따라 파동(20)을 반사한다.
도 1에 도시된 결정장치(1)의 실시예에서, 상기 센서(12) 그리고 상기 소스(10)는 동일한 장치(16) 상에 배치된다.
예를 들어, 상기 장치(16)는 터치-감지 태블릿, 이동 전화, 스마트폰 등이다.
상기 소스(10)는 상기 물체(4)를 조명하는 적어도 하나의 플래시 광(18)을 방출할 수 있다.
예를 들어, 상기 소스(10)는 채광막(light screen) 또는 전구 세트이다. 예를 들어, 상기 전구 세트는 발광 다이오드(light-emitting diodes; LEDs) 한 세트이다.
플래시 광(18)은 짧은 시간 간격 동안 방출되는 광 흐름이다. 예를 들어, 방출 시간 간격은 1ms(millisecond)와 2s(second) 사이로 포함된다. 상기 방출 시간 간격은 상기 소스(10) 그리고 상기 센서(12)의 특성에 의존한다.
상기 플래시 광(18)의 광 흐름은 소스(10)에 의존하는 파장의 함수로서 방출 강도를 갖는다.
상기 소스(10)는 가시 영역에서 각각의 플래시(18)를 방출할 수 있다. 이는 각각의 플래시 광(18)에 대해 방출 강도가 380nm(nanometer) 내지 800nm 사이를 포함하는 적어도 하나의 파장에 대해 인간의 눈에 의한 지각에 대한 임계 값(threshold) 이상이라는 것을 의미한다. 선택적으로 또는 부가적으로, 상기 소스(10)는 적외선 영역, 특히 800nm와 1000nm 사이의 포함하는 파장에서 방출할 수 있다.
상기 소스(10)에 의해 방출된 광(18)의 각 플래시(i)는 Ei로 표시되고 파장에 의존하는 상기 물체(4)의 조명을 갖는다. 각 플래시(i)에 대해, 파장의 범위에서의 조명(Ei)은 상기 소스(10)의 알려진 특성이다. 상기 소스(10)의 특성은 메모리에 유지된다.
상기 소스(10)의 특성은 결정 방법을 수행하기 전에 결정된다.
파장 범위는 최소 파장 값 λmin과 최대 파장 값 λmax에 의해 범위가 정해진다. 파장 범위의 각 파장은 최소 파장 값 λmin과 최대 파장 값 λmax 사이에 포함된다. 상기 파장의 범위는 플래시(18)를 방출하고 흡수하는데 사용되는 상기 소스(10) 및 상기 센서(12)에 의존한다.
상기 소스(10)는 플래시 광(18)을 방출할 수 있다. 플래시(i)의 조명(Ei)은 파장 범위에서 최대 조명을 갖는다. 상기 최대 조명은 파장의 함수로서 조명(Ei)의 전체 최대값이다. 플래시(i)의 최대 조명은 λi로 표시된 파장이다.
상기 소스(10)가 플래시를 방출하는 순간을 방출 순간(emission moment)이라고 부른다. 플래시(i)의 각 방출 순간은 ti로 표시된다. 각 플래시(i)의 상기 방출 순간(ti)은 메모리에 보관되는 데이텀(datum)이다.
상기 소스(10)는 여러 개의 플래시(18)를 연속적으로 방출할 수 있다. 예를 들면 연속적인 플래시 i, j의 2개의 방출 순간 ti, tj 사이의 시간 간격은 1ms와 2s 사이에 포함된다.
상기 소스(10)는 상이한 컬러, 즉 상이한 스펙트럼을 갖는 여러 개의 플래시(18)를 방출할 수 있다. 상기 소스(10)는 적어도 20 나노 미터(nm)만큼 떨어진 파장 λi 및 λj 에서 최대 조명을 갖는 광(18)의 적어도 2개의 방출된 플래시(i), (j)를 방출할 수 있다.
일 예에서, 상기 소스(10)는 청색 플래시, 적색 플래시, 녹색 플래시 및 백색 플래시의 네 가지 플래시들을 방출할 수 있다. 도 3에서, 각각의 곡선(110,112,114,116)은 각각의 플래시에 대해, 외부 발광체(6) 없이, 파장의 함수로서 상기 소스(10)에 의해 상기 물체(4)의 조명을 나타낸다. 도 3에서, 제1 곡선(110)에 대응하는 청색 플래시 "플래시 1"은 값 λflash1 에서 최대 조명을 가지며, 반면 112로 표시된 제2 곡선에 대응하는 적색 플래시 "플래시 2"는 값 λflash2에서 최대 조명을 갖는다.
상기 센서(12)는 상기 물체(4)에 의해 반사된 파동(20)을 수집하여 적어도 하나의 이미지를 형성할 수 있다.
예를 들어, 상기 센서(12)는 사진 카메라 또는 카메라이다.
상기 센서(12)는 상기 소스(10)의 방출 파장 범위에서 광 강도를 검출할 수 있다.
상기 파장 범위에서의 상기 센서(12)의 감도(sensitivity)는 메모리에 저장된 센서(12)의 특성이다. 상기 센서(12)의 특성은 결정 방법을 수행하기 전에 결정된다.
또한, 상기 센서(12)의 민감한 부분은 소스(10)를 향해 배향되지 않는다. 이는 반사 파동(20)의 수집이 상기 소스(10)에 의해 방출된 플래시 광(18)으로부터 직접 광에 의해 방해받지 않도록 한다.
상기 형성된 이미지는 칼라러메트릭 데이터(colorimetric data)를 포함한다. 각각의 형성된 이미지(k)에 대해, 이미지로부터의 데이터는 Bk로 표시된다.
상기 센서(12)가 이미지를 제공하는 순간은 수집 순간(collection moment)라 불린다. 이미지(k)의 각 수집 순간은 tk로 표시된다. 마찬가지로, 각각의 이미지(k) 상기 수집 순간(tk)은 메모리에 보관되는 데이텀(datum)이다.
상기 센서(12)는 여러 개의 이미지를 연속적으로 수집할 수 있다. 상기 센서(12)는 빠르다. 즉, 상기 센서(12)는 거의 수집 순간에서 이미지를 형성할 수 있다. 연속적인 플래시 이미지(k), (l)의 두 수집 순간(tk), (t1) 사이의 시간 간격은 예를 들어 1ms와 2s 사이에 포함된다.
도 1에 도시된 장치(1)의 실시예에서, 프로세싱 유닛(14)은 상기 소스 (10) 그리고 상기 센서(12)가 배치되는 상기 장치(16) 상에 배치된다.
상기 프로세싱 유닛(14)은 예를 들어 프로세서 및 메모리를 포함한다.
상기 프로세싱 유닛(14)은 데이터를 처리할 수 있다. 상기 프로세싱 유닛(14)은 각 형성된 이미지(k) 및 각 수집 순간(tk)에 관련된 상기 센서(12)로부터의 데이터 그리고 방출된 각 플래시(i)의 조명(Ei) 및 방출 순간(ti)에 관련된 상기 소스(10)로부터의 데이터를 추가로 수신할 수 있다.
상기 프로세싱 유닛(14)은 형성된 이미지들로부터 여러 개의 미지수들을 갖는 방정식을 얻을 수 있다. 이하, 상기 획득된 방정식은 풀 수 있는 방정식(1)이라고 부른다.
상기 물체(4)의 반사율 ρ 및 외부 발광체(6)의 조명(I)은 모두 풀 수 있는 방정식(1)의 미지수이다.
또한, 프로세싱 유닛(14)은 풀 수 있는 방정식(1)이 해결되는 것을 보장할 수 있다.
상기 프로세싱 유닛(14)에 의해 풀 수 있는 방정식(1)의 획득 및 해결은 설명의 계속에서 설명된다.
상기 장치(1)의 동작은 이제 물체(4)의 반사율 ρ를 결정하기 위한 방법의 제1 구현 예에 대한 흐름도인 도 2를 참조하여 설명된다.
상기 반사율 ρ를 결정하는 방법은 다음 5단계를 포함한다: 조명 단계(100), 방출 단계(102), 수집 단계(104), 획득 단계(106) 및 해결 단계(108).
상기 조명 단계(100) 동안, t로 표시된 각각의 순간에, 상기 물체(4)는 조명I(t)를 갖는 외부 발광체(6)에 의해 조명된다.
상기 방출 단계(102)는 상기 장치(1)의 소스(10)에 의해 수행된다.
상기 방출 단계(102) 동안, 상기 소스(10)는, 방출 순간 (t1)에, 상기 물체(4)를 비추는 플래시 광(i)을 방출한다.
하나의 바람직한 실시예에서, 상기 방출 단계 동안, 상기 소스(10)는 복수의 플래시 광(18)들을 방출하고, 각 플래시(i)는 상이한 방출 순간(ti)에 방출된다.
광(18)의 각 방출된 플래시(i)의 방출 순간(ti) 및 조명(Ei)은 프로세싱 유닛(14)으로 보내진다.
상기 수집 단계(104)는 장치(1)의 센서(12)에 의해 수행된다.
상기 수집 단계(104) 동안, 상기 물체(4)에 의해 반사된 파동(20)이 센서(12) 상에 수집 순간에 적어도 하나의 이미지를 형성하기 위해 수집된다.
바람직한 일 실시예에서, 상기 수집 단계(104)는 광(18)의 각 방출된 플래시에 대해 수행된다.
상기 수집 순간 그리고 형성된 이미지에 관련된 데이터는 프로세싱 유닛(14)으로 보내진다.
상기 프로세싱 유닛(14)은 발광 순간(t1)에, 수집 순간(tk)에, 그리고 상기 소스(10) 및 상기 센서(12)로부터 각각 형성된 이미지에 상기 플래시들로부터의 조명과 관련된 데이터를 수신한다.
상기 획득 단계(106) 동안, 풀 수 있는 방정식(1)이 획득된다.
상기 획득 단계(106)는 프로세싱 유닛(14)에 의해 수행된다.
상기 프로세싱 유닛(14)은 각각의 형성된 이미지를 방정식으로 변환한다.
예를 들어, 각각의 이미지(k)에 대해, 상기 프로세싱 유닛(14)은 이미지(k)의 수집 순간(tk)이 플래시의 방출 순간에 발생하는지를 결정한다.
그러면 두 가지 경우가 가능하다.
첫 번째 경우, 이미지(i)의 수집 순간(ti)이 플래시의 방출 순간라면, 플래시는 i로 표시되고, 그리고 상기 프로세싱 유닛(14)은, 이미지(k)로부터, 형성된 이미지(i)부터 물체(4)의 반사율 ρ까지 데이터 Bi를 연결하는 제1 방정식(2)을 얻는다.
상기 제1 방정식(2)은 랑베르 표면(Lambertian surface)의 경우 다음과 같은 형식으로 작성된다.
Figure pct00026
여기서,
o K1은 제1 상수이고,
o '*'는 곱셈 연산을 나타내며,
o
Figure pct00027
은 간격 [λmin, λmax]에서 변수 λ에 대해 함수 f를 적분하는 수학적 연산을 지정한다.
두 번째 경우, 이미지(k)의 수집 순간(tk)이 플래시의 방출 순간이 아닌 경우, 상기 프로세싱 유닛(14)은, 이미지(k)로부터, 형성된 이미지(k)부터 물체(4)의 반사율 ρ까지 데이터 Bk를 연결하는 제2 방정식(3)을 얻는다.
상기 제2 방정식(3)은 다음 형식으로 작성된다.
Figure pct00028
그 다음, 프로세싱 유닛(14)은 적어도 제1 방정식(2) 또는 제2 방정식(3)을 추출하여 풀 수 있는 방정식(1)을 형성한다.
바람직하게는, 풀 수 있는 방정식(1)은 여러 개의 형성된 이미지들에 대해 얻어진 제1 방정식(2) 및/또는 제2 방정식(3)으로부터 형성된 방정식들의 시스템이다.
방정식(1)은 N1 개의 제1 방정식(2) 및 N2 개의 제2 방정식(3)을 포함하며, 여기서 N1은 방출 순간인 수집 순간에 형성된 0이 아닌 자연수의 이미지이고, N2는 플래시 방출 없이 수집 순간에 형성된 정수의 이미지이다.
상기 물체(4)의 반사율 ρ 및 외부 발광체(6)의 조명(I)은 모두 풀 수 있는 방정식(1)의 미지수이다.
아래에서, 풀 수 있는 방정식(1)은 랑베르 표면(Lambertian surface)에 대한 수학 방정식의 형태로 쉽게 나타낼 수 있다는 점에 유의해야 한다.
상기 획득 단계(106)의 끝에서, 풀 수 있는 방정식(1)은 프로세싱 유닛(14)을 사용하여 얻어진다.
상기 해결 단계(108)는 프로세싱 유닛(14)에 의해 수행된다.
상기 해결 단계(108)는 풀 수 있는 방정식(1)을 해결하는 것을 목표로 한다.
보다 구체적으로, 상기 해결 단계(108) 동안, 목적은 풀 수 있는 방정식(1)에 대한 솔루션인 반사율 ρ를 찾는 것이다.
일반적인 경우, 풀 수 있는 방정식(1)에 관한 솔루션은 관찰 및/또는 모델링 오류에 매우 민감하다.
상기 솔루션 ρ에 대한 오류의 영향을 제한하기 위해, 해결 단계(108) 동안 세 가지 서브 단계를 결합하는 것이 좋다.
결과적으로, 도 2의 예시적인 실시 예에 따르면, 상기 해결 단계(108)는 3개의 서브 단계를 포함한다.
상기 해결 단계(108)의 3개의 서브 단계들(150, 152, 154)은 프로세싱 유닛(14)에 의해 연속적으로 또는 병렬로 수행된다.
제1 서브 단계(150) 동안, 풀 수 있는 방정식(1)의 솔루션 포인트들이 계산된다.
상기 프로세싱 유닛(14)은 계산될 솔루션 포인트들(P)의 숫자 N을 결정한다. 상기 계산된 솔루션 포인트들(P)의 숫자 N은 0이 아닌 자연수이다.
계산된 각 솔루션 포인트(P)는 x 좌표와 y 좌표의 두 좌표를 포함한다.
제안된 예제에 따르면, x 좌표가 먼저 결정된 다음 관련된 y 좌표가 계산된다.
상기 프로세싱 유닛(14)은 N 개 계산 파장(λP)을 결정하고, 각 계산 파장은 하나의 솔루션 포인트의 x 좌표이다.
전형적으로, 예를 들어, 계산된 솔루션 포인트들(P)의 숫자 N은 4와 10 사이에 포함된다.
예를 들어, 상기 계산 파장(λP)은 파장 범위에 걸쳐 균일하게 분포된다.
각 솔루션 포인트(P)에 대해, 프로세싱 유닛(14)은 풀 수 있는 방정식(1)을 검증하는 상기 계산 파장(λP)과 연관된 반사율 값(ρP)을 계산한다.
각 솔루션 포인트 계산 서브 단계(150)의 끝에서, 상기 프로세싱 유닛(14)은 복수의 솔루션 포인트들(P)를 얻는다. 각 솔루션 포인트(P)는 풀 수 있는 방정식(1)을 검증하는 상기 계산 파장(λP)과 연관된 반사율 값(ρP)을 포함한다.
상기 제2 서브 단계(152) 동안, 솔루션 포인트들(P)의 보간(interpolation)은 보간 함수(interpolation criteria)를 사용하여 프로세싱 유닛(14)에 의해 수행된다.
상기 제2 서브 단계(152)를 수행하기 위해, 제1 서브 단계 동안 찾아지는 솔루션 포인트들(P), 풀 수 있는 방정식(1) 그리고 보간 함수가 사용된다.
상기 보간 기준(interpolation criteria)은 검사될 보간 함수들의 유형을 정의한다.
일 예에 따르면, 상기 보간 기준은 보간 함수의 포인트가 통과해야 하는 풀 수 있는 방정식(1) 주위의 공간의 한계(범위)를 정한다.
다른 예에 따르면, 상기 보간 기준은 사용될 보간 함수를 제한한다.
따라서, 하나의 특정 경우에서, 상기 보간 함수는 기초 함수 φk의 유한수 np의 가중된 조합의 형태로 작성된다.
예를 들어, 반사율 ρ의 보간 함수는 다음과 같은 형식으로 작성된다:
Figure pct00029
여기서 계수 ak는 기초 함수 φk와 연관된 가중치이다.
상기 제2 서브 단계(152) 동안, 상기 프로세싱 유닛(14)은 가중치의 값(a k ) 그리고 기초 함수 φk의 형태를 결정한다.
예를 들어, 보간 기준에 따라, 상기 프로세싱 유닛(14)은 각 솔루션 포인트(P)를 보간 포인트로 정의한다.
대안적으로, 다른 보간 기준이 상기 제2 서브 단계(152) 동안 사용된다.
예를 들어, 하나의 보간 기준에 따라, 기초 함수 φk는 봉인된(sealed) 큐빅 스플라인들(cubic splines)이다. 큐빅 스플라인은 부분(pieces)으로 정의된 3차 다항식이다. 함수의 각 부분은 두 개의 보간 포인트들로 범위가 정해진 파장들의 각 간격에 대한 3차 다항식 함수(an order three polynomial function)이다.
계산된 포인트들에 대한 제2 서브 단계(152)의 끝에서, 상기 프로세싱 유닛(14)은 보간 기준을 검증하는 보간 함수를 획득한다.
출원인은 풀 수 있는 방정식(1)을 풀기 위한 이러한 접근 방법은 때로는 비 최적 해(nonoptimal solutions)를 유도한다는 것을 지적했다.
이 문제를 상쇄하기 위해, 제3 서브 단계(154)는 제1 서브 단계(150) 또는 제2 서브 단계(152)와 동시에 수행된다.
상기 제3 서브 단계(154) 동안, 제1 근사치 및 제2 근사치 중 적어도 하나의 근사치가 사용된다. 선택적으로 또는 부가적으로, 상기 제3 서브 단계(154) 동안, 제3 근사치가 프로세싱 유닛(14)에 의해 사용된다.
상기 제1 근사치에 따르면, 각 이미지는 개별 플래시 광(18)의 방출로부터 유래된다.
상기 제2 근사치에 따르면, 보간 함수는 풀 수 있는 방정식(1)의 안정성 포인트들을 결정한다.
상기 제3 근사치에 따르면, 플래시 광(18)의 방출 순간에 외부 발광체(6)의 조명은 이전 순간의 외부 발광체(6)의 조명과 동일하다.
상기 해결 단계(108)의 끝에서, 상기 프로세싱 유닛(14)은 결정된 반사율 ρ를 얻는다.
근사치들의 선택은 복수의 가능한 근사치를 출원인이 테스트한 결과로서, 이러한 근사치들은 신뢰성 있고 쉽게 수행할 수 있는 반사율을 결정하는 것에 대한 방법을 제공하는 장점이 있다.
각각의 경우에, 이것은 동일한 계산 시간에 대해 더 좋은 결정된 반사율 ρ를 야기한다.
각 근사치에 대한 특정 구현 모드들은 아래에 요약되어 있다.
도 4는 제1 근사치가 수행될 때 반사율 ρ를 결정하기 위한 방법의 하나의 특정 구현 예를 도시하는 흐름도이다.
도 2에 따른 방법의 구현과 동일한 단계가 수행된다.
상기 수집 단계(104)는 하나의 동일한 플래시 광 동안 수차례 수행된다.
상기 제2 근사치를 사용함으로써, 각 이미지가 다른 플래시에서 비롯된 것으로 간주된다.
결과적으로, 상기 획득 단계(106)에서, 풀 수 있는 방정식(1)은 미지수보다 더 많은 방정식들을 포함한다. 따라서 상기 풀 수 있는 방정식(1)은 과도하게 결정된다.
이어서 복수의 풀 수 있는 서브 방정식들은 풀 수 있는 방정식(1)으로부터 추출된다. 각 풀 수 있는 서브 방정식은 과결정 시스템(over-determined system)을 형성한다.
상기 해결 단계(108)에서, 각 서브 방정식이 풀린다.
이것은 풀 수 있는 방정식(1)을 검증하는 복수의 솔루션 반사율 ρsolution을 야기한다.
상기 반사율 ρ를 결정하기 위해, 복수의 솔루션 반사율 ρsolution의 평균은 해결 단계(108)의 제4 서브 단계(180) 동안 계산된다.
예를 들어, 상기 평균의 계산은 산술 평균 계산(an arithmetic mean calculation)에 의해 수행된다.
또 다른 예에 따르면, 상기 평균의 계산은 2차 평균 계산(a quadratic mean calculation)에 의해 수행된다.
이러한 실시예는 추가 플래시가 포함되지 않기 때문에 수행하기 쉽다. 특히, 정밀도를 향상시키면서, 그러한 방법은 동일한 속도로 수행된다.
반사율 ρ를 결정하기 위한 방법의 하나의 특정 구현이 제2 근사치가 수행될 때 설명될 것이다.
이 예에서 상기 방정식의 안정성 포인트에서 보간 포인트의 수를 줄이는 것이 제안된다.
상기 제2 근사치에 따르면 상기 방정식의 안정성 포인트들은 보간 함수들에 의해 결정된다.
바람직하게는, 보간 포인트들은 파장들의 간격에 걸쳐 분포되며, 예를 들어, 스마트폰의 경우 상기 파장들의 간격은 380 나노 미터와 780 나노 미터 사이에 포함된다.
상기 제2 근사치는 도 5 내지 도 7에 의해 설명된 출원인의 작업 결과이다.
상기 오차 F의 디지털 시뮬레이션은 반사율 ρ를 결정하기 위한 여러 시뮬레이션에 대해 수행되었다.
각 시뮬레이션에서, 다른 노이즈 값들이 각 이미지 데이텀 및 각 플래시 조명에 추가되었다. 예를 들어, 추가된 노이즈는 가우시안 백색 잡음(a Gaussian white noise)이다. 상기 노이즈는 상기 소스(10) 또는 상기 센서(12)에서 상이한 결함의 모델이다.
도 5는 ρ (λ)의 보간 함수에 대해 선택된 보간 포인트들의 개수에 따른 파장 λ의 함수로서 오차 함수 F를 도시한다. 각각의 곡선(200, 202, 204, 206, 208)은 각각 9, 8, 7, 6 또는 5개의 보간 포인트들에 대해 얻어진다.
도 5의 분석은 특정 파장들이 다른 파장보다 노이즈에 더 민감하고 그리고 보간 포인트들 개수가 많을수록, 즉, 보간 함수들이 기초 함수들을 더 많이 포함할 수록, 풀 수 있는 방정식(1)이 불안정성에 더 민감하다는 것을 보여준다.
도 6은 5개의 보간 포인트들에 관한 파장의 함수로서 오차 함수 F를 보여준다. 상기 오차 함수 F의 세부 사항을 보여주기 위해 도 5의 눈금(scale)과 비교하여 눈금이 수정되었다. 상기 오차 함수 F는 풀 수 있는 방정식(1)의 안정성 포인트들인 4개의 최저들(220)을 갖는다. 함수 F를 최소화하는 파장에 대해 발견된 반사율 ρ는 잡음에 덜 민감하다.
따라서, 이 예에서 보간 포인트들의 개수는 4와 같다.
바람직하게는, 보간 포인트들의 개수는 플래시(18)들의 개수와 동일하다.
도 7에서, 실선인 각 곡선(230)은 상이한 노이즈 시뮬레이션으로 계산된 100개의 반사율 ρ에 관한 파장의 함수로서의 반사율 ρ를 나타낸다. 점선인 곡선(234)은 다른 수단에 의해 알려진 실제 반사율을 나타낸다. 안정성 포인트(220)들은 실제 반사율 ρ과 계산된 반사율 ρ 사이의 편차가 안정성 포인트(220)로부터의 편차보다 덜 중요한 포인트이다.
이 시뮬레이션은 제2 근사치의 흥미를 보인다.
모든 실시 예에서, 상기 물체의 반사율 ρ를 결정하는 방법은 가변적인 외부 발광체가 있는 경우에도 상기 물체의 실제 반사율 ρ의 신뢰성 있는 모델을 얻는 것을 가능하게 한다. 신뢰도는 보간에 의해 결정된 반사율 ρ이 상기 소스(10) 그리고 상기 센서(12)로부터의 노이즈와 연관된 에러(errors)에 거의 의존하지 않는다는 것을 의미한다.
도 8 및 도 9는 출원인에 의한 결정 방법을 수행하는 이점을 도시한다. 도 8 및 도 9에서, 점선인 곡선(240)은 다른 수단에 의해 알려진 실제 반사율
Figure pct00030
을 나타낸다.
도 8에서, 실선인 곡선(242)은 제1 근사치 또는 제2 근사치를 사용하지 않는 방법의 구현으로 결정된 반사율을 나타낸다. 도 9에서, 실선인 곡선(244)은 본 발명에 따른 결정 방법의 구현으로 결정된 반사율을 나타낸다. 도 8 및 9의 분석은 결정 방법으로부터 결정된 반사율이 제1 근사치 또는 제2 근사치를 사용하지 않는 방법으로부터 결정된 반사율보다 실제 반사율
Figure pct00031
에 더 가깝다는 것을 나타낸다.
상기 제3 근사치는 풀 수 있는 방정식(1)에서 미지수의 개수를 줄이는 것을 가능하게 한다.
이것은 동일한 계산 시간으로 더 좋은 결정된 반사율 ρ를 야기한다. 출원인의 어려움은 결정된 반사율 ρ의 정밀도에 불이익을 주지 않고 계산 시간을 줄이는 근사치를 선택하는 데 있었다.
제3 근사치의 특정 구현은 아래에 요약되어 있다.
도 10은 반사율 ρ를 결정하기 위한 방법의 하나의 특정 구현을 예시하는 흐름도이다.
도 2에 따른 방법의 구현과 동일한 단계가 수행된다.
또한, 상기 방법은 3개의 추가 단계를 포함한다.
상기 제1 추가 단계(160)에 따르면, 기준 이미지는 상기 소스(10)에 의해 방출된 플래시 없이 상기 센서(12)에 의해 취해진다.
이전에 설명된 것과 유사하게, 기준 이미지의 데이터를 물체(4)의 스펙트럼 거동에 연결시키는 방정식을 추론하는 것이 가능하다. 이러한 식을 기준 방정식(4)이라 한다.
플래시 광(18)의 방출 순간에 외부 발광체(6)의 조명이 이전 순간의 외부 발광체(6)의 조명과 동일하다는 것에 따라, 제3 근사치가 다음과 같이 사용될 수 있다.
기준 방정식(4)은 외부 발광체(6)로부터의 조명에 관한 액세스를 제공한다. 다음으로, 풀 수 있는 방정식(1)의 풀이는 기준 방정식(4)의 감산에 관한 연산으로 더 쉽게 해결된다.
상기 연산은 풀 수 있는 방정식(1)의 하나의 미지수, 즉 외부 발광체(6)의 조명을 제거하여 방정식을 단순화한다.
이어서, 제1 서브 단계(150) 및 제2 서브 단계(152)가 단순화된 방정식에 대해 수행된다.
도 10에 도시된 실시예에서, 제2 추가 단계(170) 및 제3 추가 단계(172)가 또한 수행된다.
상기 제2 추가 단계(170) 동안, 변동 시간 간격이 외부 발광체(6)의 조명에 대해 추정된다.
이러한 추정은 예를 들어 상기 센서(12)에 의해 취해진 일련의 이미지를 비교함으로써 획득된다.
상기 제3의 추가 단계(172) 동안, 기준 이미지 획득 주파수(a reference image acquisition frequency)는 기준 이미지가 추정된 변동 시간 구간에서 취득되는 것을 보장하도록 결정된다.
예를 들어, 상기 이미지 획득 주파수는 상기 결정된 변동 시간 간격의 수치 관계에 의해 추론된다.
이러한 관계는 예를 들어 비례 관계이다.
다른 예에 따르면, 이러한 관계는 안전 마진(safety margin)의 설정을 유도하는 선형 관계(a linear relation)이다.
이러한 실시 예는 추가 이미지를 취하는 것으로 충분하므로 수행되기 쉽다. 특히, 추가 장비가 사용되지 않는다.
모든 실시 예에서, 물체의 반사율 ρ를 결정하는 방법은 가변 외부 발광체가 있는 경우에도 물체의 실제 반사율 ρ의 신뢰성 있는 모델을 얻는 것을 가능하게 한다. 신뢰도는 보간에 의해 결정된 반사율 ρ이 상기 소스(10) 및 상기 센서(12)로부터의 노이즈와 관련된 에러에 거의 의존하지 않는다는 것을 의미한다.
하나의 대안에서, 상기 센서(12) 및 상기 소스(10)는 다른 장치(16) 상에 배치된다.
하나의 대안에서, 상기 센서(12) 및 상기 소스(10)는 동일한 장치(16) 상에 배치되고 그리고 프로세싱 유닛(14)은 상기 장치(16)로부터 떨어져 위치된다.
또한, 상기 방법은 상기 센서(12)의 각 이미지 포인트에 관한 관찰된 표면의 반사율을 결정하는 것을 가능하게 한다는 것을 알아야 한다.

Claims (10)

  1. 물체(4)의 반사율을 결정하기 위한 방법으로서,
    미지의 가변적인 조명을 갖는 외부 발광체(6)를 사용하여 상기 물체(4)를 조명하는 단계;
    상기 물체(4)를 조명하는 적어도 하나의 플래시 광(18)을 방출하는 단계로서, 각 플래시 광(18)은 소스(10)에 의해 방출되고 파장의 범위에서 공지된 조명을 갖는, 방출하는 단계;
    상기 센서(11) 상에 적어도 하나의 이미지를 형성하기 위해 상기 물체(4)에 의해 반사된 파동(20)를 수집하는 단계;
    여러 개의 미지수를 갖는 방정식을 획득하는 단계로서, 상기 방정식은 형성된 이미지로부터 얻어지고, 상기 물체(4)의 반사율 및 상기 외부 발광체(6)의 조명이 상기 방정식의 2개의 미지수인, 획득하는 단계;
    상기 방정식을 해결하는 단계;를 포함하고,
    상기 방정식을 해결하는 단계는,
    상기 방정식의 솔루션 포인트들을 계산하는 단계;
    보간 함수에 의해 계산된 포인트들을 보간하는 단계; 그리고
    상기 방정식을 해결하기 위해 다음의 근사치들 중 적어도 하나를 사용하는 단계;
    o 각 이미지가 개별적인 플래시 광의 방출로부터 유도됨에 따른 제1 근사치,
    o 상기 보간 함수가 상기 방정식의 안정성 포인트들을 결정함에 따른 제2 근사치.
    를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 소스(10)와 상기 센서(12)는 동일한 장치(16) 상에 배치되는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    복수의 플래시 광(18)이 방출되고, 각 플래시(18)는 최대 파장 조명을 가지며, 상기 수집 단계는 방출된 각 플래시 광(18)에 대해 수행되고 그리고 적어도 두 개의 플래시 광(18)은 적어도 20 나노미터 만큼 분리된 최대 조명을 갖는 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수집 단계는 하나의 동일한 플래시 광(18)에 대해 수차례 수행되고, 상기 획득된 방정식은 방정식들의 과결정 시스템(over-determined system), 상기 해결 단계는 복수의 반사 함수들을 획득하기 위해 상기 제1 근사치를 사용함으로써 복수의 결정된 방정식 시스템들에 대해 수행되고,
    상기 방법은, 상기 복수의 반사 함수들의 평균을 계산함으로써 상기 물체(4)의 반사율을 계산하는 단계를 더 포함하는 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 근사치는 상기 방정식을 해결하는 단계에서 사용되며, 상기 보간 함수는 특정 큐빅 스플라인(cubic splines)에서 한정된 개수의 보간 포인트들에 의해 봉인된 기준 함수들의 가중된 조합이고, 각 보간 포인트는 상기 방정식의 안정성 포인트인 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    복수의 플래시 광(18)들이 방출되고, 각 플래시(18)는 최대 파장 조명을 갖고, 상기 수집 단계는 방출된 각 플래시 광(18)에 대해 수행되고, 그리고 보간 포인트들은 적어도 다음 속성을 검증하는 방법.
    - 보간 포인트들의 개수는 플래시(18) 개수와 동일하다.
  7. 미지의 가변적인 조명을 갖는 외부 발광체(6)에 의해 조명되는 물체(4)의 반사율을 결정하는 장치(1)에 있어서,
    - 파장 범위에서 알려진 조명을 갖고, 상기 물체(4)를 조명하는 적어도 하나의 플래시 광(18)을 방출할 수 있는 소스(10),
    - 상기 물체(4)에 의해 반사된 상기 파동(20)를 수집하여 적어도 하나의 이미지를 형성할 수 있는 센서(12),
    - 다음의 단계들을 수행할 수 있는 프로세싱 유닛(14)을 포함하고,
    o 여러 개의 미지수를 갖는 방정식을 획득하는 단계로서, 상기 방정식은 형성된 이미지로부터 얻어지고, 상기 물체(4)의 반사율 및 상기 외부 발광체(6)의 조명이 상기 방정식의 2개의 미지수인, 획득하는 단계;
    o 상기 방정식을 해결하는 단계;
    상기 방정식을 해결하는 단계는,
    - 상기 방정식의 솔루션 포인트들을 계산하는 단계,
    - 보간 함수에 의해 계산된 포인트들을 보간하는 단계, 그리고
    - 상기 방정식을 해결하기 위해 다음의 근사치들 중 적어도 하나를 사용하는 단계,
    o 각 이미지가 개별적인 플래시 광(18)의 방출로부터 유도됨에 따른 제1 근사치,
    o 상기 보간 함수가 상기 방정식의 안정성 포인트들을 결정함에 따른 제2 근사치.
    를 포함하는 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 센서(12)와 상기 소스(10)는 동일한 장치(16) 상에 배치되는 장치.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 소스(10)는 채광막(light screen) 또는 한 세트의 발광 다이오드인 장치.
  10. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 센서(12)는 광학 장치(photo apparatus), 카메라, 다중 채널 이미저(multichannel imager) 및 하이퍼 스펙트럴 이미저(hyperspectral imager)로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 장치.
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