SE532553C2 - Metod och anordning för erhållande av högdynamisk, spektral-, spatial- och vinkelupplöst radiansinformation - Google Patents

Description

532 553 Exempelvis kan produktutvecklingen syfta till att minska de negativa effektema av brister i vissa produktegenskaper, till exempel oönskad glansvariation.

Karaktärisering av de objektiva orsakema till objektets utseende, inklusive den oönskade glansvariationen, skulle vara en kraftfull hjälp i sökandet av motåtgärder för att minska det oönskade beteendet. Karaktäriseringen av de objektiva orsakema till utseendet av ett objekt skulle göra produktutvecklingsarbetet effektivare.

Kända metoder att karaktärisera de objektiva orsakema till en produkts utseende är inte tillräckligt kraftfulla, eftersom de inte förmår göra en högdynamisk karaktärisering upplöst såväl spektral~, och spatial- som vinkelupplöst. Eftersom var och en av dessa karaktärsdrag hos intormationsmängden är vitala blir varje karaktäriseringsmetod som genererar en informationsmängd som saknar någon eller några av dessa karaktärsdrag en suboptimal karaktäriseringsmetod. Det finns därför ett klart och tydligt behov av andra mer kraftfulla karaktäriseringsmetoder; föreliggande uppfinning uppfyller dessa behov. Genom beskriven informationskaraktärisering kommer att utgöra lösning på problem som hittills inte varit möjliga att lösa, exempelvis i samband med produktutveckling där uppfinningen kommer att leda till effektivare arbete och slutligen till bättre och billigare slutprodukter.

Känd teknik Uppfinnarens svenska patent SE511929 beskriver en metod och en utrustning för bestämning av glanskvalitet hos en provyta genom att registrera intensiteten hos det reflekterade ljuset tillsammans med spatiell och orienteringsvinkelinformation, och inkluderas härmed som referens. Känd teknik, till del definierad av ovan nämnt patent SE511929, saknar två av varandra oberoende kritiska karaktärsdrag, för det första A) förmågan att också karaktärisera spektralupplöst radians (i ett specialfall: färginformation), och för det andra B) förmågan att på ett adekvat sätt karaktärisera det normal stora dynamiska intensitetsomfàng av radians som är relaterad till goniometrisk (vinkelupplöst) karaktärisering. Dynamiken hos den riktade radiansintensiteten kan motsvara mer än sex dekader (vården från 1 till 106 enheter) för vanliga och relevanta provytor. Problemet att karakterisera det stora dynamiska intensitetsomfånget är starkt beroende av brus och distorsion hos vanligen förekommande sensorsystem. För att behandla detta problem införs lämpligen någon form av matematisk modell av sensorsystemet, som beskriver sambanden mellan 532. 553 insignal och utsignal. l litteraturen för det mer generella området signalbehandling och det mer specifika området bildbehandling finns ett stort antal olika matematiska modeller av sensorsystem, med olika grader av ambitionsnivå. Nedan beskrivs endast några av de viktigare delproblemen i detta sammanhang. Mer avancerade och förtinade matematiska modeller av sambandet mellan utsignal och insignal hos sensorsystemet kan vara önskvärda för mycket krävande tillämpningar, sådana modeller finns då beskrivan i nämnda litteraturomräden (disciplinema signal- och bildbehandling).: 1.

Icke-linjär respons mellan insignal och utsignal. ldealt skulle responsen hos sensom uppvisa en funktion mellan insignalen x och utsignalen f(x): f(x) = mx+ b, där m är en (konstant) skalär, och b = 0. i) Sensorer ger normalt en icke försumbart utsignal, även om insignalen, radiansen, är försumbar inom det våglängdsområde av radians som sensom avkänner. Funktionen är därmed som bäst en (icke-önskvärd) affin avbildning där f(x) = mx+ b och b är nollskild. b beskrivs i vissa modeller av sensorsystem som orsakad av en kombination av så kallad ”mörkström” [engelska uttrycket: dark current] (vanligen beroende av integrationstid) och så kallad ”grundnivå” [bias] (vanligen oberoende av integrationstid). l detta dokument kommer dock för enkelhetens skull modellterrnen b att benämnas ”mörkström”, och där ”grundnivå” underförstås. ii) Sensorer kan uppvisa en respons mellan insignal x och utsignal f(x) under ett annat förhållande än en konstant lutning, så att relationen f(x) = mx + b inte kan beskrivas där m är en skalär. Dessa brister, i) och ii), kan innebära problem i samband med både visualisering, orsakandes renderingar av låg kvalitet, och andra beräkningar eftersom icke-linjäriteten kan beskrivas som distorsion som minskar signal/brusförhàllandet, och som får till följd att awikelsen från en önskvärd korrekt karaktärisering ökar. Dessa problem är normalt större vid karaktärisering av en högdynamisk signal än en signal med ett mindre dynamiskt omfång. icke-linjär relation mellan integrationstid (altemativ benämning: ”exponeringstid”) och utsignal. Under ett mâtförlopp exponeras sensom för den infallande strålningen under ett väldefinierat tidsintervall - integrationstiden - under vilken mängden infallande strålning integreras till ett värde, vilket blir sensoms utsignal. Om sensom är spatialupplöst, bestående av ett flertal sensorelement bestäms utsignalen individuellt för varje 53.2 553 sensorelement. Generellt bör integrationstiden väljas med omsorg med avseende på provet som ska mätas. En alltför lång integrationstid orsakar oönskad så kallad ”överexponering” (kallas även ”saturering”), då sensom nått sitt maximala värde och därför inte ger en korrekt utsignal. En alltför kort integrationstid gör att utsignalen till alltför stor del utgörs av dels mörkström (brus och distorsion) (se 1i ovan), som så kallad kvantiseringsbrus.

Kvantiseringsbrus uppstår när en kontinuerlig signal ska karakteriseras med en digital representation med ett (ändligt) antal diskreta nivåer.

Kvantiseringsbruset är i medeltal högre för låga signalnivåer, givet en linjär digital representation. Vidare kan insignalen representera ett större dynamiskt omfång än vad sensom har förmåga att karaktärisera, vilket leder till att valet av integrationstid blir ett optimeringsproblem för att minimera den sammanvägda effekten av mätfel beroende på överexponering, mörkström och kvantiseringsbrus. Det är därför önskvärt att ha möjlighet att välja integrationstid. Men ändras integrationstiden ändras även utsignalen. För att kunna jämföra mätningar utförda med olika integrationstider är det därför nödvändigt att veta hur valet av integrationstiden påverkan utsignalen, för att därmed kunna korrigera för olika integrationstider. Om relationen mellan integrationstid och utsignalen är icke-linjär kommer den intuitiva och vanligt förekommande relationen f(x) = x/ s, där s är integrationstid, inte vara ett korrekt samband, vilket leder till att avvikelsen från en önskvärd korrekt karaktårisering ökar. Dessa problem är normalt större vid karaktärisering av en högdynamisk signal än en signal med ett mindre dynamiskt omfång.

. Så kallad blödning på grund av överexponering [blooming due to saturationj. ldealt, när en spatialt upplöst sensor överexponeras lokalt (det vill säga sensorn når sitt maximala värde i ett delområde), ska endast sensoms överexponerade delomràde påverkas. Det överexponerade delområdet identifieras enkelt genom att utsignalen nått maximalt signalvärde för sensom, och det överexponerade delområdet kan följaktligen elimineras. Men vanligen uppvisar inte sensorer detta önskvärda beteende. Tvärtom, när ett delområde av sensom överexponeras påverkas även en omgivning till detta delområde, vilket resulterar i distorderade värden för denna omgivning. Den distorderade omgivningen identifieras inte enkelt och kan därför oönskat ingå och påverka utsignalen, vilket leder till att avvikelsen från en önskvärd korrekt 532 553 karaktärisering ökar. Dessa problem år normalt större vid karaktärisering av en högdynamisk signal än en signal med ett mindre dynamiskt omfång.

De tidigare beskrivna bristema A) och B) begränsar tillåmpbarheten av den kända tekniken och minskar den kända teknikens industriella värde.

Kort redogörelse för syftet med uppfinningstanken Ett syfte med uppfinningen är att tillhandahålla en metod att karaktärisera högdynamisk, spektral-, spatial- och vinkelupplöst radiansinforrnation, som möjliggör en rad av principiellt skilda och nya applikationer av stor betydelse för en rad olika branscher, till exempel pappersindustrin.

Ett annat syfte med uppfinningen är att möjliggöra en spektralupplöst karaktärisering av i övrigt spatial- och vinkelupplöst elektromagnetisk strålning. Karakteriseringen möjliggörs genom att använda en spektralt variabel och väldefinierad elektromagnetisk strålningskälla, och ett sensorsystem med ett antal spektralt väldefinierade kanaler. Karaktäriseringen kan bestå av en eller ett antal mätningar, där mätningama i det senare fallet särskiljer sig genom att strålningskällan antar olika spektrala fördelningar - vilket möjliggör karaktärisering av fluorescerande material. Ännu ett ändamål med uppfinningen är att välja integrationstiden individuellt för varje enskilt sensorelement i sensom, för att möjliggöra registrering av den exceptionellt stora dynamiska omfång som vanligtvis är förknippad med kombinationen av vanligtvis högintensiva spekulära reflexer, samt av vanligtvis lågintensiva reflexer från andra mâtgeometrier.

Kortfattad beskrivning av figurerna Uppfinningen kommer att beskrivas mer detaljerat nedan, med referenser till exemplifierande utföringsforrner av densamma och med referenser till tillhörande figurbeskrivningar, i vilka: 532 553 FIG. 1 är en perspektivvy över en möjlig realiserad apparat i enlighet till uppfinningen; FIG. 2 illustrerar en fasettmodell för en provyia; FIG. 3 är en förenklad grafisk representation av en informationsvolym; FIG. 4 är en visualisering av en infomiationsvolym genererad i enlighet med uppfinningen.

Detaljerad beskrivning av den föredragna utföringsformen Referenser kommer här att ske i detalj till den föredragna utföringsformen av uppfinningen, vilken är illustrerad i de tillhörande ritningsbeskrivningama. Om inte annat uttryckligen motsäger detta avser referensnummer samma eller motsvarande del genom samtliga ritningsbeskrivningar.

Metoden att uppnå högdynamisk, spatial-, vinkel- och spektralupplöst radians från en provyta, såsom en pappersyta, kan, med referens till FlG. 1, bestämmas genom användning av en radiator (11), som kan, fastän inte explicit utritat i figuren, inbegripa optik som kollimerar strålningen, spektrala filter som förändrar strålningens spektrum och polariseringsfilter, som avger elektromagnetisk strålning av välbestämd spektral fördelning pá provytan av provet (10), och genom användning av en spatialupplöst sensorsystem (12), bestående av en spatialupplöst sensor (13) som i sig består av ett antal separata sensorelement (14). Sensorsystemet (12) kan, fastän inte explicit utritat i figuren, inkludera optik som kollimerar strålningen, spektrala filter som ändrar strålningens spektrum och polarisationsfilter, och enligt den nedan beskrivna högdynamiska metoden registrera den spektrala fördelningen hos den elektromagnetiska strålning som när sensorsystemet (12) och mer specifikt sensorelementen (14). Vinkeln V mellan den optiska axeln för radiatom (11), och den optiska axeln för sensorsystemet (12) är i givet exempel 45 grader, men andra vinklar exempelvis O grader är möjliga. För att uppnå vinkelupplöst information, måste en sekvens av registreringar göras, med en relativ rörelse av åtminstone en av komponentema radiatorn (11), provytan av provet (10), och sensorsystemet (12), relativt till de övriga eller den övriga av dessa tre (10 - 12). Dessutom måste proiektionsfelet, orsakad av den relativa vinkeln hos sensorsystemet (12) och provytan av provet (10), återtransformeras, vilket kan göras genom att använda 532 553 allmänt känd och därför lämpliga algoritmer inom bildanalys, baserade pà grundläggande trigonometri.

FIG. 2 illustrerar en modell för provytan av provet (10), där provytan av provet (10) består av ett stort antal delytor (20). I modellen bär dessa delytor (20) information om lutning samt reflektans- och emittansegenskaper.

Vid karaktärisering av ett prov av en provyta (10) kan integrationstiden vid registrering väljas individuellt för varje enskilt sensorelement (14) som analyserar en särskild delyta (20) inom provytan av provet (10). Därigenom kan en inforrnationsvolym sammanställas, som representerar den registrerade högdynamiska och spektralt upplösta elektromagnetiska strålningen som funktion av position hos delytan (20) inom provytan av provet (10) och av respektive lutning pàtvingad delytan under registreringen. Formellt bör termen ”volym” ersättas med ”hypervolynf” eftersom dimensionerna i informatlonsmängden är fler än tre, då den information som lagras är spektralupplöst. Trots detta benämns intormationsmängden av bekvämlighetsskäl även fortsättningsvis som intormationsvolym.

Tillvägagängssättet att välja integrationstiden individuellt är beroende av ett antal kritiska förutsättningar för att vara framgångsrikt, inkluderandes (enligt följande detaljerade beskrivning): 1. Beskrivning av sensoms responskaraktäristik, vilket kan approximeras genom karaktärisering av: i) mörkström, vilket innebär karaktärisering av bi relationen f(x) e mx + b; och ii) ”lutning” (eller ”taktor”) [”s|ope”], vilket innebär en optimering av m i relationen f(x) == mx+ b, så att zi relationen z(x) = abs(f(x) - (mx + b)) där abs() är absolutvärde, minimeras vid integrering över x. 2. Beskrivning av sensoms respons som funktion av integrationstid. 3. Beskrivning av sensoms blödningskaraktäristik - hur påverkar ett överexponerat sensorelement omgivande sensorelement? En metod att erhålla beskrivningama 1 - 3 är att utföra karaktäriseringar enligt nedan: 1i. Karaktäriseringen av sensoms mörkström kan genomföras genom att mäta sensoms respons under det att sensom avskärrnas, så att den utsätts för en 1ii. 532 553 försumbar elektromagnetisk strålningsintensitet, inom det våglängdsomräde som sensom avkänner. ldealt skulle då sensom ge utsignalen noll, men detta är normalt inte fallet för fysiska (icketeoretiska) sensorer. Den beskrivna karaktäriseringen bör idealt göras individuellt för varje enskild sensorelement vilket resulterar en spatialupplöst mörkströmsbild, men kan altematiw approximeras med ett medelvärde av alla sensorelement resulterande i en mörkströmsskalär. Karaktåriseringen av mörkström bör genomföras individuellt för varje enskild relevant integrationstid för sensom, eller approximeras genom att karakterisera mörkström för ett antal olika integrationstider och interpolera värdena för övriga relevanta mörkströmsvärden. Karaktâriseringen av mörkströmmen används därefter för att kompensera sensoms respons - sensoms respons minskas med motsvarande mörkströmsvärde, och eventuella resulterande negativa värden sätts till noll.

Karaktäriseringen av den återstående (efter ovan beskriven reduktion av mörkström) överiöringsfunktionen kan göras till exempel genom att exponera sensorn för en serie av olika stràlningsintensiteter, och samtidigt hälla spektralfördelningen hos radiatorn (11) konstant för att därmed erhålla ett förhållande mellan på sensom infallande strålningsnivå och respons från sensom. Karaktäriseringen görs för varje enskild spektralkanal hos sensom.

Karaktärisering av responsen från sensorn som funktion av integrationstid kan göras genom följande procedur: a. Välj den kortast möjliga integrationstiden, justera intensiteten hos strålningskällan så att respons från sensom, efter reduktion av mörkström, ger ett lågt värde, säg tre till fem procent av maximal respons fràn sensom. b. Håll intensitet från radiatom (i 1) konstant under de följande stegen. c. Öka integrationstiden i små steg och registrera responsen från sensom. d. Stoppa när sensom överexponerats (når maximalt värde), och eliminera detta ”sensor respons - integrationstids”-par.

Den beskrivna proceduren genererar den önskvärda karaktäriseringen av relationen metlan sensorrespons och integrationstid.

Karaktärisering av sensoms blödningskaraktäristik. Karaktäriseringen underlättas genom att dela upp uppgiften baserat på två principiellt olika orsaker till blödningen: hàrdvaru/krets-orsakad [circuit induced] blödning, och 532 553 stràlningsspridningsorsakad [scattering induced] blödning. Tillvägagängssättet för karaktäriseringen påverkas vidare av vilken typ av sensor som används. A) Om sensorsystemet har en enskild sensor för varje spektralkanal (eller pä liknande sätt använder spektrala (kromatiska) och spatiellt globala (ett filter täcker hela sensorns alla sensorelement (14)) filter i optiken, för att realisera den spektralupplösta karaktäriseringen) kan karaktäriseringen genomföras med hjälp av följande tillvägagångssätt: generera en approximation till en punktkälla på oändligt avstånd till exempel genom att använda en radiator (11) med kollimerande optik samt skärma av radiatom (11) med hjälp av en täckande skiva men som dessutom har ett minimalt strálningsgenomsläppande hål. Punktkällan (hålet i skivan) ska vara mindre än motsvarande dimension hos den yta som ett enskilt sensorelement täcker hos en provyta. Genom att karaktärisera punktkâllan vid en rad olika intensiteter högre än den intensitet som orsakar sensorelementet som täcker punktkällan i detektorfältet, att överexponeras, kan blödningen karaktäriseras. B) Om sensom har en integrerad spektralselektiv mosaik för att uppnå spektralupplösningen, kan karaktäriseringen utföras genom följande tillvägagångssätt: Välj ett objekt som reflekterar ett energispektrum som har, för varje given spatialposition, samma intensitet i samtliga de spektralkanaler som sensom karaktäriserar (motsvarande neutralgrått för en RGB-sensor och strålning i det synliga våglängdsområdet). Fteflektansen hos objektet ska vidare variera från låg intensitet till hög intensitet (motsvarande en variation i gråskala från nära vitt, via mellangrått till nära svart, i specialfallet synlig elektromagnetisk strålning, det vill säga ”ljus”) inom den yta som karaktäriseras av detektom som helhet. Med de beskrivna förutsättningama, med detektering av objektet med en icke-överexponerad detektor kommer utsignalen för varje enskild position att vara lika för varje spektralkanal. Men när överexponering sker så kommer blödning att orsaka att fel propageras till intilliggande detektorelement och eftersom intilliggande detektorelement motsvarar olika spektralkanaler introduceras distorsion i den spektralupplösta karaktâriseringen (i specialfallet med synlig elektromagnetisk strålning motsvaras detta av en distorsion i den neutrala gråtonen, resulterande felaktiga färgskift). Eftersom överexponeringen resulterar i en underskattning av det korrekta värdet i en spektralkanal och blödningen resulterar i en 532 553 10 överskattning av det korrekta värdet i intilliggande andra spektralkanaler förstärks felet, karaktäriseringen blir önskvärt känslig vilket leder till att karaktäriseringen underlättas. Storleken pà distorsionen kan karaktäriseras, till exempel med ett avståndsmàtt baserat spektralfelet, där spektralawikelsen fràn ett sensorelement (14) anger den iokala spektralawikelsen och där ett medelvärde för spektralfelet för hela sensorsystemet kan beräknas som roten ur kvadratsumman av medelfelet för varje sensorelement (14) i senscrsystemet.

Genom att anta en slumpvis vald blödningsomgivning, och genom att låta den definiera den omgivning av antaget inkorrekta sensorelementsvärden i avbildningsprocessen som exkluderas, kan en delmängd av en resultatbild genereras baserad på den antagna blödningsomgivningen. Ett antal olika deimångder av resultatbilder baserade på ett lika stort antal olika antagna blödningsomgivningar kan vidare genereras. Om det kan antas att blödningsomgivningen år begränsad till ett fåtal intilliggande sensorelement, säg ett avstånd motsvarande 10 gånger sidlângden av ett sensorelement (14), är antalet sannolika (baserat på de två tidigare nämnda principiella crsakema till blödning) blödningsomgivningar att utvärdera relativt få, i storleksordningen tiotals och kan enkelt utvärderas i termer of distorsion genom att använda det nämnda avståndsmättet. Kommentar: I sökandet efter den mest lämpliga exkluderingsomgivningen för blödning - om omgivningen väljs alltför liten så kommer inkorrekta blödningspäverkade sensorvärden inkluderas i resultatbilden, vilket orsakar ökad distorsion. Om omgivningen väljs alltför stor så kommer ett omotiverat stort antal sensonrärden, inkluderandes korrekta värden, att exkluderas vilket begränsar potentialen i den högdynamiska bildbehandlingsalgorltmen, vilket leder till att signal-till-brus-förhàllandet för bilden att minska och distorslonen att öka. Följaktligen, om en alltför liten eller en alltför stor exkluderingsomgivning för blödning väljs, så kommer distorsionen att öka. Därför är det sannolikt att finna ett optimum, vid en minimalt distorsionsnivä, i sökandet av storlek och form hos en exkluderingsomgivning.

Med de tre beskrivna förutsättningama uppfyllda, kan föreliggande uppfinning realiseras med följande tillvägagångssätt: För en given objektsvy och genom att använda vanlig avbildande optik, låt varje individuell sensorelement exponeras för 532 553 11 strålningen från objektsvyn så att ett resulterande intensitetsvärde I1 erhålls, under en integrationstid motsvarande antingen a) tidsintervallet Ti, då det enskilda sensorelementet uppnått ett förutbestämt (högt) värde Ii = IH eller b) när den förutbestämda maximala integrationstiden TW uppnåtts; väljs gör det kortaste av dessa två tidsintervall. Detta resulterar, i det generella fallet, i att sensorelementen använder olika integrationstider, där valet sker på en sensorindividuell basis.

Individuella resultat från sensorelement kan därefter, givet de redan beskrivna förutsättningarna, transformeras genom: 1) reduktion av mörkström, och 2a) kompenseríng för vald integrationstid för fallet 11 = IH, eller 2b) kompenseríng för vald integrationstid, för fallet TMAX (det vill säga I, < IH); alla dessa utförs för sensorelement individuellt. Genom att dessa transforrnationer genomförs för samtliga sensorelement erhålls ett högdynamiskt sensorresultat. Föriarandet upprepas för varje spektralkanal i systemet. Den beskrivna algoritmen möjliggör en spektralupplöst högdynamisk sensor som i kombination med spatial- och vinkelupplöst karaktäriseringsmetodik är kapabel att utföra en högdynamisk, spektral-, spatial-, och vinkelupplöst karaktärisering av radiansinforrnation. Ett mindre ambitiöst tillvägagångssätt är att begränsa antalet möjliga individuella integrationstider till ett fåtal, säg fyra olika. Ett möjligt sätt att implementera detta är att, i det givna exemplet ta fyra bilder med olika integrationstider. Tillvägagängssättet kan resultera i att ett eller ett antal separata sensorelement (14) i sensorsystemet (12) överexponeras, företrädesvis då för de bilder som genererats med de längre integrationstidema. Den tidigare beskrivna blödningskaraktäriseringen ger grund för vilka områden, de överexponerade områdena samt ytterligare ”blödningsomgivningar” kring dessa, som» ska exkluderas. Hur sekvensen av olika integrationstider för de individuella sensorelementen realiseras är av mindre vikt - här har presenterats två altemativ, 1) genom individuell registrering lämpligt för en nära kontinuerlig frihetsgrad av integrationstider, samt 2) sekvensinläsning av samtidig registrering av samtliga sensorelement, där integrationstiden skiljer de olika registreringama i sekvensen, det senare kan vara lämpligt då algoritmen begränsas till endast ett fåtal integrationstider eller om sensorsystemet (12) inte möjliggör individuellt styming av integrationstiden för enskilda sensorelement (14).

FIG. 3 visualiserar information lagrad i formen av en intomwationsvolym för att användas som en representation av de elektromagnetiska reflektans- och 532 553 12 emissionsegenskapema hos provytan av provet (10), mer specifikt en funktion I = f(x,y,z), där l representerar den uppmätta spektraluppiösta elektromagnetiska radiansen från koordinat (x,y,z). x- och y~värdena representerar positionen inom provytan av provet (10) och z-vârdet representerar den lutning som pàtvingats provytan av provet (10) under mätningen, och z-värdena varierar från -BMAX till BW, där en pàtvingad lutning om 0 grader motsvarar att provytan av provet (10) är orienterat sä att det globalt uppvisar spekulär reflexion. Vid den globalt spekulära reflexionen bildar den optiska axeln för radiatom (11) och medelnorrnalen till provytan av provet (10), för den här givna reaiiseringen, en vinkel -22.5 grader", och på liknande sätt bildar den optiska axeln för sensorsystemets (12) och medelnorrnalen till provytan av provet (10) en vinkel 22.5 grader. Även z-värdena, i det givna exemplet, givits ett symmetriskt omfång kring 0 grader, kan en annan fördelning vara att föredra för vissa tillämpningar. i det givna exemplet i FIG. 3 motsvarar [BW ungefärligen 55 grader. Varje given triplett definierar följaktligen ett volymselement, eller en så kallad ”voxel” (jämför pixeb. Reflektions- och emissionsegenskapema kan även registreras med en spektralbas med låg dimensionalitet, till exempel tre dimensioner där en instans är den i bildinläsnings- och datorsammanhang vanligt förekommande RGB-basen, där en annan instans av en sådan tredimensionell bas är den för tillämpningar inom visuelt perception mer lämpliga ClE XYX~basen, eller annan lämplig representation med tre eller annat antal dimensioner. En annan och i viss män mer sofistikerad strategi att uppnå en välbeskrivande men ändå kompakt informationsrepresentation är att göra en spektralupplöst karaktärisering av provytan av provet (10) och därefter modellera informationen med förstörande eller ickeförstörande komprimering med lämpiiga basfunktioner. Dessa kan exempelvis utgöras av en Fourierbas, Waveletbas eller genererade genom att nyttja de inom disciplinen signalbehandling vanligen förekommande och för ändamålet kända koncepten egenvektorer och vektorkvantisering. Ytterligare en variant av sofistikerad karaktärisering är att göra upprepade spektraluppiösta mätningar, där en smalbandig radianskälla används och där de olika mätningama görs vid olika mittpunktsvàglängder hos radianskällan.

Resultatet blir därmed en högdynamisk, spatial- och vinkelupplöst radiansfaktorrnatris - en matrisrepresentation för varje given voxel i informationsvolymen - en exceptionellt kraftfull optisk informationsmängd som är kapabel att pä ett meningsfullt sätt karaktärisera exempel där provytan av provet (10) 532 553 13 uppvisar optiskt avancerade egenskaper som inkluderar såväl fluorescenseffekter som ”diffraktionsbaserade optiskt variabla bildelement” [diffractive optically variabla image device, DOVlD], optiska funktioner som är vanligt förekommande i industribranschen säkerhetsdokument. Analogt med tidigare notering bör termen ”volym” formellt ersättas med ”hypervolyrri” eftersom dlmensionaliteten i informationsmângden är fler än tre och ytterligare en mer än tidigare representation, då den information som lagras i detta fall dessutom är exciteringsvåglängdsupplöst.

Trots detta benämns informationsmängden av bekvämlighetsskäl även fortsättningsvis som inforrnationsvolym.

FlG. 4 är en visualisering av en informationsvolym genererad i enlighet med uppfinningen. Notera: trots att informationsvolymen innehåller färginforrnation år visualiseringen àtergiven i endast svartvitt eftersom patentmyndigheten kräver illustrationer i endast svartvitt. Karaktäriseringen år gjord med endast en spektralfördelning hos radiatom (11) (inte en sekvens av olika spektralfördelningar), därför kan karaktäriseringen beskrivas som en mer begränsad informationsvolym med reflektanskaraktäristik. Den karaktåriserade ytan är den _ så kallade ”säkerhetsfollen” eller det optiskt variabla elementet (eng. Optical Variable Device, OVD) hos en 500 eurosedel. Figuren syftar till att illustrera de principiella förtiänstema med informationsvolymen, där upplösningen är en sådan förtjänst.

Notera att samtliga delillustrationer i figuren är resultat från en och samma karaktärlserad informatlonsvolym (det vill säga de är inte resultat från flera olika anpassade karaktäriseringar baserat pä till exempel reflektansnivå etcetera). l illustrationens bakgrund visas tvä ortogonala plan, ett bildplan orienterat i informationsvolymens horisontalplan och ett vinkelplan orienterat i informationsvolymens vertikalplan. Delillustration A: förstoring av vinkelplanet, illustration av karaktäriseringens höga vinkelupplösning. Delillustration B: förstoring av bildplanet, illustration av karaktäriseringens höga spatiala upplösning.

Delillustration C: förstoring av vinkelplanet i ett lägreflektansomràde i volymen där den förstorade delillustrationen (men inte originalillustrationen i bakgrunden) har kraftigt förstärkta tonvärden, för att underlätta studier av lágreflektansomrädet. Notera den låga nivån av distorsion och brus i förstoringen, trots den kraftiga förstärkningen.

Delillustration D: förstoring av vinkelplanet i ett högreflektansomräde i volymen där den förstorade delillustrationen (men inte originalillustrationen i bakgrunden) har 532 553 14 kraftigt dämpade tonvärden, för att underlätta studier av högreflektansomràdet.

Notera de gradvisa, nära kontinuerliga, övergången i tonvârden trots den höga reflektansen, vilket indikerar att karaktäriseringen inte lider av överexponerade signaler. Om ett (stort) antal positioner antagit ett likvärdigt och i illustrationen högsta tonvärde hade det varit en indikation på (men ej bevis för) att karaktäriseringen lidit i av överexponering.

Figurema illustrerar den information som kan härledas genom att nyttiggöra föreliggande uppfinning. informationen kan användas I en rad olika sammanhang som till exempel vid kvalitetsförbättrande åtgärder hos den studerade produkten. Det kan röra vitt skilda industriella branscher, som kan illustreras med följande tvâ exempel: o Applikationer inom pappersindustrin. En detaljerad (spatialupplöst) och integrerad karaktärisering av såväl glans som färg skulle vara ett kraftfullt verktyg för verksamma inom området produktutveckling, eftersom många tryckkvalitetsrelaterade problemställningar relaterar till både glans- och färgkaraktäristiken hos papper. v Applikationer inom säkerhetsdokumentsindustrin. Den mest kraftfulla optiskt baserade säkerhetsfunktionen är för närvarande de sä kallade optiskt variabla element (eng. Optically Variable Device), OVD, som distinkt ändrar sitt utseende när den lutas i olika riktningar, relativt ljuskällan och betraktaren.

OVD:er inkluderas till exempel i sedlar av högre valörer, i personliga identifikationshandlingar och i kreditkort. Fönnàgan att utföra detaljerad instrumentbaserad karaktärisering av relevanta funktioner hos dessa OVD:er är av högt industriellt värde.

Dessa är bara tvâ av en myriad av områden i vilka känd teknik inte i tillräcklig grad möter industrins behov, och i vilka föreliggande uppfinning ger ett signifikant bidrag för att bättre möta dessa behov från industrin.

Claims (3)

1. 5132 553 15 Patentkrav En metod för att erhålla en högdynamisk, spektral-, spatial- och vinkelupplöst radians från en provyta av ett prov, exempelvis ett papper, uppnått genom att en elektromagnetisk radiator bestrålar elektromagnetisk strålning av kontrollerad spektral fördelning på en provyta av ett prov och, nyttjandes en sensor för elektromagnetisk strålning för att registrera återsånd spektralfördelning; kânnetecknad av nämnd elektromagnetisk strålning reflekteras av ett mångfald spatlellt väldefinierade delytor av provytan av provet och beskriven integrationstid år vald individuellt för varje enskild sensorelement för att därigenom generera en informationsvolym som representerar den registrerade högdynamiska spektralupplösta elektromagnetiska radiansen som en funktion av positionen hos delytan inom provytan av provet och av den på provet påtvingade vinkeln under mätningen.

2. En metod enligt patentkrav i kännetecknad av att sensoms funktionella samband mellan infallande strålning och utgående signal uppnås genom tre kalibreringar: i) karaktårisering av responskurvan för varje individuellt sensorelement, vilket kan uppnås genom karaktärisering av: a) mörkströmmen, det vill såga karaktårisering av bi relationen f(x) e mx+ b; och b) det funktionella sambandets lutning, det vill säga optimera m för relationen f(x) e mx + b, så att funktionen z(x) = abs(f(x) - (mx + b)) där abs() är absolutvårde, minimeras när den integreras över x, ii) karakterisering av responsen från de enskilda sensorelementen som funktion av integrationstid för de enskilda sensorelementen, iii) karaktärisering av den spatiella blödningen från individuella överexponerade sensorelement.

3. En metod enligt patentkrav 2 kånnetecknad av att karaktåriseringen av mörkströmmen realiseras genom att mäta sensoms utgående signal under det att sensorn avskärrnas från strålning av våglånder som sensom år känslig för. Den karaktäriserade mörkströmmen används därefter vid kompensering av 53.2 553 16 individuella sensorelements utgående signal, sensorelementens utsignaler reduceras med motsvarande individuella sensorelements mörkströmsvården. En metod enlig något av patentkraven 2 eller 3 kännetecknad av att karaktäriseringen av responsen från de individuella sensorelementen som funktion av integrationstid för de individuella sensorelementen genomförs med hjälp av följande procedur: a) välj den kortast möjliga integrationstiden, justera radiatorns intensitet så att den infallande strålning på sensom ger en efter mörkströmsreducering låg utsignal, säg i storleksordningen tre till fem procent av sensorns maximala utsignal, b) häll radiatcms intensitet nära konstant under följande procedursteg, c) öka integrationstiden i små inkrement och registrera den mörkströmsreducerade utsignalen från sensom, d) avbryl när sensoms icke-mörkströmsreducerade utsignal är överexponerad, och eliminera denna mâtpunkt i sambandet mellan integrationstid och utsignal från sensom. En metod enligt något av patentkraven 2 till 4 kännetecknad av att karaktäriseringen av den spatiella blödningen möjliggörs genom att dela upp uppgiften baserad på två principiellt skilda orsaker till blödningen; hårdvaruorsakad (kretsorsakad) blödning, och strålningsspridningsorsakad blödning. En metod enligt ett eller flera av föregående patentkrav kânnetecknad av upprepad mätning, särskiljandes i det att den elektromagnetiska källans spektralt väldefinierade smalbandiga vàglängdscmrådes medelvàglängd varierar mellan mätningarna, resulterandes i en radiansfaktorrnatris för varje individuell delyta för varje pàtvingad lutning i karaktäriseringen. En metod enligt ett eller flera av föregående patentkrav kännetecknad av att den elektromagnetiska strålningen utstràlad av källan år polariserad genom att låta strålningen passera polarisationsfilter. 533 äšâ 17 En metod enligt ett eller flera av föregående patentkrav kânnetecknad av att de áterstrålande reflexema iràn provytan av provet passeras genom polarisationsfilter före registrering av sensom. En metod enligt ett eller flera av föregående patentkrav kânnetecknad av upprepad mätning, särskiliandes i det att den elektromagnetiska källans spektralt väldefinierade smalbandiga vàglångdsomràdes medelvàglängd varierar mellan rnätningama med mindre än 10 nm, resulterandes i en radiansfaktonnatris för varje individuell delyta för varje påtvingad lutning i karaktäriseringen.