TWI525312B - 使用克卜勒之行星運動定律之塗佈表面之結構分析 - Google Patents

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Description

使用克卜勒之行星運動定律之塗佈表面之結構分析
本發明之實施例一般而言係關於使用克卜勒之行星運動定律來關聯自分光光度角度及/或入射光源之光譜反射率或比色資訊以識別用以匹配發生於一未知目標塗料內之結構及/或測角明顯(gonioapparent)效用兩者之適當顏料。
在一標準可攜式分光光度計中，入射光通常設定為處於與法線成四十五(45)度之一角度。可收集之所得光譜反射率通常在與入射光相同之平面中且在鏡面角(與入射光相等及相反之角度)之任一側上並且較接近於入射光源本身。
新可攜式分光光度裝置提供大量角色彩回應(光譜反射率)資料。除添加包含方位角或平面外角度之數個新角度外，諸多儀器亦提供具有與標準光源不同之幾何結構之額外光源。以實例方式，一第二照明器之入射光源可位於與法線成十五(15)度處。入射光與角回應之複數個組合可係太少及太多資訊以致無法一次處置。
因此，需要可用以評估來自一分光光度計之所有資料及資料之特定組合之系統及方法。
在一第一態樣中，本發明之實施例提供一種電腦實施之方法。 該方法包含：使用一處理器自一目標塗料獲得反射率資料；及使用該處理器，使用至少一個克卜勒之行星運動定律方程式及至少一個克卜勒之行星運動定律方程式之至少一個推導中之一者來計算虛擬色彩回應資料。該方法亦包含使用該處理器產生外觀上與該目標塗料相同或實質上類似之一塗料公式化。
在另一態樣中，本發明之實施例針對於一種系統。該系統包含一資料庫及與該資料庫通信之一處理器。該處理器經程式化以：自一目標塗料獲得反射率資料；使用至少一個克卜勒之行星運動定律方程式及至少一個克卜勒之行星運動定律方程式之至少一個推導中之一者來計算虛擬色彩回應資料；及產生外觀上與該目標塗料相同或實質上類似之一塗料公式化。
在另一態樣中，本發明之實施例提供一種設備。該設備包含用於自一目標塗料獲得反射率資料之構件及用於使用至少一個克卜勒之行星運動定律方程式及至少一個克卜勒之行星運動定律方程式之至少一個推導中之一者來計算虛擬色彩回應資料之構件。該設備亦包含用於產生外觀上與該目標塗料相同或實質上類似之一塗料公式化之構件。
在又一態樣中，本發明之實施例提供一種非暫時性電腦可讀媒體，其包含用於致使一處理器進行以下操作之軟體：自一目標塗料獲得反射率資料；使用至少一個克卜勒之行星運動定律方程式及至少一個克卜勒之行星運動定律方程式之至少一個推導中之一者來計算虛擬色彩回應資料；及產生外觀上與該目標塗料相同或實質上類似之一塗料公式化。
30‧‧‧方形
40‧‧‧方形
90‧‧‧系統
92‧‧‧使用者
94‧‧‧使用者介面
96‧‧‧分光光度計
98‧‧‧目標樣本
100‧‧‧電腦
102‧‧‧網路
104‧‧‧伺服器
106‧‧‧資料庫/伺服器
圖1圖解說明計算一目標複雜塗料之一公式之一程序之一實施例。
圖2圖解說明一商業上可獲得手持式分光光度計中之平面中角度及平面外角度之一「標準視圖」。
圖3及圖4圖解說明可如何使用橢圓軌道來設想多個角度及光源之「俯視圖」之實例。
圖5圖解說明使用一特定角度組合來預測一目標塗料是否含有一測角明顯效用之克卜勒之行星運動定律資料之使用之一實例。
圖5圖解說明圖3之控制單元之一實施例。
圖6圖解說明可用以識別一目標樣本之一塗料混合物之物理性質屬性之一系統之一實施例。
雖然本文中之說明通常係指油漆，但應理解，裝置、系統及方法適用於包含染色劑及工業塗料之其他類型之塗料。本發明之所闡述實施例不應視為限制性的。與本發明一致之一方法可在諸如服裝及時尚產品之匹配及/或協調之多個領域中實踐。
本發明之實施例可與一電腦系統一起使用或併入於一電腦系統中，該電腦系統可係一獨立單元或包含經由一網路(舉例而言，諸如網際網路或一內部網路)與一中央電腦通信之一或多個遠端終端機或裝置。如此，電腦或「處理器」及本文中所闡述之相關組件可係一本端電腦系統或一遠端電腦或一線上系統或其組合之一部分。本文中所闡述之資料庫及軟體可儲存於電腦內部記憶體中或一非暫時性電腦可讀媒體中。
本發明之實施例一般而言針對於塗料之光譜及/或比色分析，且更特定而言(但並非以限制方式)，針對於用於預測及公式化含有金屬顏料、珠光顏料及/或特殊效用顏料之一複雜塗料混合物之裝置、方法及系統。
在各種實施例中，本發明一般而言係關於用於使用克卜勒之行 星運動定律資料來識別經固化複雜塗料(例如，油漆)混合物之物理性質屬性之一方法及設備，該克卜勒之行星運動定律資料係使用一處理器基於來自一分光光度計之光譜反射率及比色回應而計算。
在各種實施例中，使用克卜勒之行星運動定律方法之目的係多重的。首先，為使用一既定系統內之所有可用角度，克卜勒之行星運動定律可用以形成一替代雙向反射率分佈函數(「BRDF」)類型分析。此類型之分析不排除任何角度，而是無論測角明顯與否皆使用所有角度來形成一特定結構或顏料類型之一半球形「地圖」或「指紋」。此方法可用以偽內插並非由手頭儀器實體擷取之角回應。第二，克卜勒之行星運動定律可用以僅評估特定角度組合以便達成有目的之操縱。類似地，此包含在正尋求如包含或不包含於一目標塗料後之一特定結構或效用時特定單個角度或角度組合之排除。第三，克卜勒之行星運動定律可用以適應及校正所接收光譜反射率值在某種程度上不正確之可能假設。光譜反射率資料之不規則性或異常性之某些可能原因(即使不重要的)可包含入射光角度位置、入射光波動、孔徑大小、目標塗料表面不均勻性等。
圖1圖解說明計算一目標複雜塗料之一公式之一程序之一實施例。在步驟10處，自(舉例而言)一分光光度計收集資料，且在步驟12處，基於相關聯資訊之一第二陣列而將資料分類。在步驟14處，計算克卜勒之行星運動定律資料。在各種實施例中，可展示特定實體角埠或角度(連同入射光角度)處之個別反射率或比色資訊將基於(舉例而言)一可攜式分光光度計之實體佈局而充當一橢圓中之焦點之方式。圖2圖解說明一商業上可獲得分光光度計中之平面中角度及平面外角度之一「標準視圖」。圖3及圖4圖解說明可如何使用其中所量測角回應在橢圓之焦點處作用之橢圓軌道來設想多個角度及光源之「俯視圖」之實例。在圖3及圖4中，方形30及40指示路徑交叉之一點之一實 例，該點可係一「虛擬」色彩回應，意指在特定位置處未擷取實體資料，然而虛擬回應可基於克卜勒之行星運動定律而進行模擬或計算，如本文中所闡述。色彩資料之橢圓路徑未必交叉以便形成一虛擬色彩回應。另外，色彩資料之橢圓軌道可概念化為真實所量測角色彩資料相對於分光光度回應內之其他資料點(真實及虛擬兩者)之影響。雖然圖3及圖4圖解說明實例，但在各種實施例中，眾多組合能夠使用本文中所闡述之系統及方法。
克卜勒之第一行星運動定律陳述「每個行星之軌道係其中太陽位於兩個焦點中之一者處之一橢圓。」在各種實施例中，藉由針對數個角回應(其中一個焦點處係照明光源且另一焦點處係一角色彩回應或其中兩個不同角回應用於相關橢圓之焦點)之關係而形成一「軌道」而將一類似原理應用於基於一分光光度計之光譜反射率及/或比色資料。在將照明燈用作焦點中之一者之情形中，可假定其處於一單個(輸出)值以及其在分光光度計內之固有位置。可使用極座標定義分光光度計內之角回應。可使用以下方程式來計算值：
其中，r及θ係橢圓之極座標，p係半正焦弦，且ε係橢圓之偏心率。藉由求解變數中之任一者，可基於不同輸入資料來計算不同之克卜勒之第一行星運動定律值。在波長相依光譜反射率值之情形中，計算可針對每一波長個別地發生且在資料之最終使用點處求積分。在各種實施例中，若使用直接來自分光光度計單元之極座標，則此等極座標可係以下各項中之至少一者之函數：(1)所反射光之角度之一版本，其可取決於入射光角度；(2)平面中或平面外以及彼平面內之位置之一指示；及(3)一特定波長處之光譜反射率值或比色值。
克卜勒之第二行星運動定律陳述為「連接一行星與太陽之一線 在相等時間間隔內掃過相等面積。」在各種實施例中，一行星及太陽可作為一角回應及照明光源或其任何組合(包含具有及不具有照明光源)與配色資料作類比。使用克卜勒之第二定律，可使用色彩資料完成計算。第一方程式係針對掠面速度之方程式，該掠面速度考量色彩基於其與照明光源或其他所選擇焦點之接近度之改變速率。掠面速度被定義為： 其中A係具有一底長r及高度rdθ之一個三角形面積，其可作為角度θ處之反射率或比色資料(r)與色彩資料有關，且t係時間要素，其可作為與其他色彩回應點(真實及虛擬兩者)之實體關係之一要素而用於色彩資料。依據克卜勒之第二行星運動定律之一第二方程式係相對於掠面速度而應用之角速度方程式。角速度被定義為： 其中θ ang 係角速度，且θ及t可用以闡述掠面速度。在克卜勒之第二定律內將論述之最後方程式係平均運動之方程式，平均運動係行星圍繞太陽之平均運動。在色彩之情形中，此可類比為圍繞分光光度色彩回應之半球之平均色彩或色彩之平均改變速率。平均運動被定義為： 其中n係平均運動且P係橢圓軌道之週期，如所闡述：
其中a及b與橢圓軌道之面積(A=πab)有關，且r及θ ang 可如先前所闡述而採用。在各種實施例中，藉由求解變數中之任一者，可基於不同輸入資料來計算不同之克卜勒之第二行星運動定律值。可關於色彩而使用克卜勒之第二行星運動定律以在觀察一塗料時以數學方式判定整個視覺回應光譜內之色彩之改變速率。在波長相依光譜反射率值之 情形中，計算可針對每一波長個別地發生且在資料之最終使用點處求積分。在各種實施例中，若使用直接來自一分光光度計單元之極座標，則此等極座標可係以下各項中之至少一者之函數：(1)所反射光之角度之一版本，其可或不可取決於入射光角度；(2)平面中或平面外以及彼平面內之位置之一指示；及(3)一特定波長處之光譜反射率值或比色值。
克卜勒之第三行星運動定律陳述為「一行星之軌道週期之平方與其軌道之半長軸之立方成正比。」在各種實施例中，針對色彩資料，行星可與來自一分光光度計之色彩回應之一真實點作類比，且其相關軌道可與所達成之虛擬色彩回應作類比，其中真實實體資料不在分光光度計內擷取。克卜勒之第三定律表達為： 其中P係行星之軌道週期且a係軌道之半長軸，其中「軌道」可由基於一個或多個真實分光光度回應擷取及/或照明光源而繪製之特定相關橢圓針對色彩而定義。相關比例可針對個別情景而定義且光譜反射率與/或比色資料之組合可針對所有色彩情形或針對結構子群組之特定識別(諸如鋁)而定義。在各種實施例中，藉由求解任何變數，可基於不同輸入資料來計算不同之克卜勒之第三行星運動定律值。在波長相依光譜反射率值之情形中，計算可針對每一波長個別地發生且在資料之最終使用點處求積分。在各種實施例中，若直接以分光光度計單元為基礎而使用極座標，則此等極座標可係以下各項中之至少一者之函數：(1)所反射光之角度之一版本，其可或不可取決於入射光角度；(2)平面中或平面外以及彼平面內之位置之一指示；及(3)一特定波長處之光譜反射率值或比色值。
雖然圖3及圖4圖解說明針對關於克卜勒之行星運動定律之考量 之角度及/或照明光源之特定組合之實例，但在各種實施例中，角資料(真實及虛擬兩者)之任何單個或多個組合可與各種形式之克卜勒之定律一起使用。另外，克卜勒之行星運動定律內之其他變數或其總體計算或變換可代替或連同如本文中所闡述之第一、第二及第三定律一起而使用。單個比較、成對比較等可提供可用以理解結構之相當大量之資訊。在各種實施例中，自法線或自平行線之入射光角度可在其他角資料之座標定義內使用。此在使用來自多個入射光角度之資料時或在包含自一分光光度計上之相同實體接收器接收之資料之一比較時(然而入射光來自多個角度)可係有用的。
在使用光譜反射率資料時，計算可針對每一波長個別地進行。在各種實施例中，可使用諸如平均值、中位數及總和之統計量來形成多個波長計算之克卜勒之行星運動定律值中之一單個值。在各種實施例中，可使用克卜勒之行星運動定律分析來比較一或若干個別特定波長。此等實施例准許對最大反射率及可能次最大反射率之一或若干波長之研究，其中大部分色彩及/或結構係以可見方式感知的。在各種實施例中，對按波長移位最大反射率之一分析亦可使用克卜勒之行星運動定律分析來完成。
在各種實施例中，在圖1之步驟16處，依據比色或光譜反射率資料之所計算克卜勒之行星運動定律值可進一步憑經驗關聯至已知特性以便識別複雜塗料混合物中之結構、主要薄片類型或其他外觀資訊。為採用一經驗方法，克卜勒之行星運動定律資料點(偏心率、半正焦弦、角速度、平均運動、掠面速度、軌道週期、半長軸等)係針對一經驗資料集及所有所期望角度組合而計算，該經驗資料集及所有所期望角度組合代表需要或期望在日常情況中處置之所預期混合物及色彩。經驗資料集可用以形成一預測相關性：y=f(x)，其中y表示關於目標塗料之識別或一定性問題之所期望特性，且f(x)係x之某一函數，其 中x係使用依據角考量之一特定集合或多個集合而計算之克卜勒之行星運動定律值之一個或多個變數。在各種實施例、某些情況中，可期望將角比較集合限制於為針對正識別之特定特性之大部分特徵定義之特定集合。所得函數可係線性或非線性的，如由經驗資料集所定義。
圖5圖解說明使用一特定角度組合來預測一目標塗料是否含有一測角明顯效用之克卜勒之行星運動定律資料之使用之一實例。存在一清晰劃分，其中使用克卜勒之行星運動定律資料之相關性約處於零或高於零，此指示測角明顯效用之一缺少，而低於零之值指示一測角明顯效用之使用。
一旦已判定一經驗相關性，在圖1之步驟18處，便可使用其來導出目標塗料之所預測值。在各種實施例中，此係藉由使用x(偏心率、半正焦弦、角速度、平均運動、掠面速度、軌道週期、半長軸等)之目標塗料之值並計算y(結構效用)之結果而達成。雖然此處已針對一測角明顯顏料之內容給出若干實例，但在各種實施例中，方法可藉由針對克卜勒之行星運動定律計算及經驗相關性迭代地選擇最重要單角度或角度組合而根據該測角明顯顏料係以彼顏料之何種薄片大小存在而定。角比較及角比較組合至之程度之選擇可用以形成最佳可能經驗相關性。在各種實施例中，亦可藉由包含其他「非克卜勒」資訊(舉例而言，單個角度比色資料)而稍微改良經驗相關性。
在各種實施例中，總體「地圖」或「指紋」方法之品質及經驗相關性方法之品質可取決於輸入資料之品質。輸入資料之品質可取決於儀器之品質及用以形成總體地圖或經驗相關性之一組已知資料之資料集之品質。雖然來自一儀器或一經驗資料集之資料之任一品質將產生一答案，但該答案可藉助一高品質儀器及一廣泛多樣之高品質經驗資料集之使用而得以改良。
本文中所闡述之整組計算可連同一處理器一起使用以便促進特 定角度組合之選擇並且適應所需之計算量以便使用克卜勒之行星運動定律資料來導出且然後使用一經驗相關性。
圖6圖解說明可用以識別一目標樣本之一塗料混合物之物理性質屬性之一系統90之一實施例。一使用者92可利用諸如一圖形使用者介面之一使用者介面94來操作一分光光度計96以量測一目標樣本98之性質。來自分光光度計96之資料可傳送至一電腦100，諸如一個人電腦、一行動裝置或任何類型之處理器。電腦100可經由一網路102與一伺服器104通信。網路102可係任何類型之網路，諸如網際網路、一區域網路、一內部網路或一無線網路。伺服器104與一資料庫106通信，該資料庫可儲存本發明之實施例之方法出於比較目的而使用之資料及資訊。在各種實施例中，資料庫106可用於(舉例而言)一客戶伺服器環境中或(舉例而言)一基於web之環境中，諸如一雲端計算環境。電腦100及/或伺服器106可執行本發明之實施例之方法之各種步驟。
熟習此項技術者將易於瞭解，可在不背離上述說明中所揭示之概念之情況下對本發明做出修改。此等修改將視為包含於以下申請專利範圍內，除非申請專利範圍藉由其語言以其他方式明確陳述。因此，本文中詳細闡述之特定實施例僅係說明性的且並非對本發明之範疇之限制，本發明之範疇係隨附申請專利範圍所給出之全廣度及其任何及所有等效形式。
在另一態樣中，本發明可實施為一種含有用於致使一電腦或電腦系統執行上文所闡述之方法之軟體之非暫時性電腦可讀媒體。該軟體可包含用以使得一處理器及一使用者介面能夠執行本文中所闡述之方法之各種模組。
熟習此項技術者將易於瞭解，可在不背離上述說明中所揭示之概念之情況下對本發明做出修改。因此，本文中詳細闡述之特定實施例僅係說明性的且並非對本發明之範疇之限制。

Claims (11)

  1. 一種電腦實施之方法，其包括：使用一處理器自一目標塗料獲得反射率資料；使用該處理器，使用至少一個克卜勒之行星運動定律方程式及至少一個克卜勒之行星運動定律方程式之至少一個推導中之一者來計算虛擬色彩回應資料；及使用該處理器產生外觀上與該目標塗料相同或實質上類似之一塗料公式化。
  2. 如請求項1之方法，其中產生一塗料公式化包括使該虛擬色彩回應資料與複數個已知資料相關且基於該相關而預測該目標塗料之至少一個結構特徵。
  3. 如請求項2之方法，其中使該虛擬色彩回應資料與複數個已知資料相關包括憑經驗使該虛擬色彩回應資料與複數個已知資料相關。
  4. 如請求項2之方法，其中基於該相關而預測該目標塗料之至少一個結構特徵包括基於該相關使用至少一個經驗計算來預測該目標塗料之至少一個結構特徵。
  5. 一種系統，其包括：一資料庫；及一處理器，其與該資料庫通信且經程式化以：自一目標塗料獲得反射率資料；使用至少一個克卜勒之行星運動定律方程式及至少一個克卜勒之行星運動定律方程式之至少一個推導中之一者來計算虛擬色彩回應資料；及產生外觀上與該目標塗料相同或實質上類似之一塗料公式化。
  6. 如請求項5之系統，其進一步包括與該處理器通信之一分光光度計。
  7. 一種設備，其包括：用於自一目標塗料獲得反射率資料之構件；用於使用至少一個克卜勒之行星運動定律方程式及至少一個克卜勒之行星運動定律方程式之至少一個推導中之一者來計算虛擬色彩回應資料之構件；及用於產生外觀上與該目標塗料相同或實質上類似之一塗料公式化之構件。
  8. 如請求項7之設備，其中該用於產生一塗料公式化之構件包括用於使該虛擬色彩回應資料與複數個已知資料相關之構件及用於基於該相關而預測該目標塗料之至少一個結構特徵之構件。
  9. 如請求項8之設備，其中該用於使該虛擬色彩回應資料與複數個已知資料相關之構件包括用於憑經驗使該虛擬色彩回應資料與複數個已知資料相關之構件。
  10. 如請求項8之設備，其中該用於基於該相關而預測該目標塗料之至少一個結構特徵之構件包括用於基於該相關使用至少一個經驗計算來預測該目標塗料之至少一個結構特徵之構件。
  11. 一種非暫時性電腦可讀媒體，其包含用於致使一處理器進行以下操作之軟體：自一目標塗料獲得反射率資料；使用至少一個克卜勒之行星運動定律方程式及至少一個克卜勒之行星運動定律方程式之至少一個推導中之一者來計算虛擬色彩回應資料；及產生外觀上與該目標塗料相同或實質上類似之一塗料公式化。
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