专利名称：用于校准电磁测量装置的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明概括地讲涉及测量系统，具体地讲涉及用于测量与基底关联的电磁辐射响应特性并校准电磁测量装置的方法和设备。
背景技术：
世界各地有无数的人千方百计通过使用个人护理产品例如化妆品和护肤处理来改进他们的身体外观。结果是，有极多品种的可用产品可供消费者选择。个体消费者常常发现难以确定应当使用何种类型的产品以及何种颜色对他们最有效。由于个人的皮肤状况随时间变化和/或社会规范随时间变化，此问题牵涉到许多方面。
零售化妆品柜台的美容顾问承担着帮助顾客确定旨在改进顾客外观的个人护理产品的工作。然而，此类咨询是非常主观的。并非所有美容顾问都确定同一类型或同一颜色的个人护理产品。每次的咨询结果可能都不一样，即使对于同一顾问和同一顾客来讲也会这样。另外，雇用美容顾问会增加个人护理产品的成本，况且许多顾客怕麻烦而不想找美容顾问咨询。
根据对参照附图而作的某些实施例的详细描述，所公开的方法和设备的特征和优点将对于本领域的普通技术人员显而易见；下文提供附图概述。
图1为被构造用来测量与基底关联的电磁辐射响应特性的设备的方框图。
图2为图1所图示说明的设备的更详细的方框图。
图3A至3C为用于测量与基底关联的电磁辐射响应特性的过程的流程图。
具体实施例方式
概括地讲，本文所述的方法和设备使用预定排列的电磁源、电磁捕获装置以及多个滤光器，以便构造一种用于测量与基底关联的电磁辐射响应特性的设备。零售顾客可无需帮助地操作设备。具体地讲，顾客用设备自对位待测量的基底例如他的/她的身体的一部分并触发电磁测量。作为响应，设备产生电磁波，波穿过第一偏振滤光器，再从顾客反射并穿过相对于第一偏振滤光器成交叉偏振排列的第二偏振滤光器，然后产生的波的一部分被设备捕获。另外，设备捕获穿过衰减滤光器并从一个或多个校准基准反射过来的电磁波。数字数据从捕获到的电磁波确定。基于数字数据，可给予顾客某些选择和/或告知其某些推介例如个人护理产品推介。另外，数字数据用来校准和/或重新校准设备。
图1图示说明被构造用来测量电磁辐射响应特性的设备100的方框图，电磁辐射响应特性与非均匀/均匀的光滑或非光滑的基底相关联。设备100包括控制器102，控制器优选地包括一个或多个处理单元104，处理单元由地址/数据总线106电连接到一个或多个内部存储器装置108和一个或多个接口电路110。每个处理单元104均可为任何类型的熟知的微处理器、微控制器、数字信号处理器、专用数学处理器和/或任何其它类型的计算装置。存储器装置108可包括易失存储器和/或非易失存储器。优选地，存储器装置108存储控制单元功能并且与多个如下文所详述的其它装置互动的软件/固件程序。此程序可由处理单元104以熟知的方式执行。存储器装置108也可存储表示以下信息的数字数据屏幕显示、位图、用户指令、个人识别信息、人口统计数据、数字化图像、色彩数据、光强数据、直方图数据和/或被设备100使用和/或被设备100收集的其它数据。
接口电路110可使用任何类型的熟知的接口标准来实施，接口标准包括例如以太网接口、通用串行总线(USB)接口和/或一个或多个专用接口。可将一个或多个输入装置112连接到接口电路110用以向控制器102中输入数据、信号、用户识别信息、命令和/或其它信息。例如，输入装置112可为一个或多个键、一个或多个按钮、触摸屏、读卡器和/或其它输入装置。
一个或多个显示器、打印机、扬声器和/或其它输出装置114也可通过接口电路110连接到控制器102。显示器114可为阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)或任何其它类型的显示器。显示器114可生成在设备100的运行期间产生的和/或检索到的数据的视觉显示。视觉显示可包括对人工输入的提示、计算值、检测到的数据等。显示器114典型地用来向使用者显示使用说明和产品推介。例如，视觉显示可指导零售顾客如何使用一对眼定位架来自对位并通过按压按钮112来触发测量。另外，使用说明会要求提供某些消费者数据和/或个人识别信息。更进一步，显示器还可告知顾客具体的产品名称和/或颜色。
设备100也可通过连接到网络116而与其它装置交换数据。网络连接可为任何类型的网络连接。例如，网络连接可为，但不限于，以太网连接、数字用户线(DSL)、电话线或同轴电缆。当然，本领域的普通技术人员将容易理解，可使用任何类型的数据连接，例如直接连接。可要求设备100的使用者注册。在这样的情形中，每位使用者可选择在激活服务时会要求提供的用户标识符和密码。用户标识符和/或密码可通过读卡器和/或其它输入装置112输入进设备100中。
设备100也可包括一个或多个外部存储器装置118。例如，设备100可包括一个或多个闪卡读出器、硬盘驱动器、光盘(CD)驱动器、数字通用盘驱动器(DVD)和/或其它计算机媒体输入/输出(I/O)装置。
设备100也包括电磁(EM)源120。电磁源120产生电磁波例如光波、红外波和/或紫外波。为了产生某个类型的电磁波，电磁源120可包括一个或多个滤光器，例如红外滤光器、紫外滤光器、可见光滤光器、消波滤光器和/或带通滤光器。在一个实施例中，电磁源120使用闪光，例如氙闪光灯、线形闪光和/或环形闪光产生电磁能量脉冲。在另一个实例中，电磁源120为连续源。
设备100也可包括消波电路122例如晶闸管消波电路。当检测到预定量的电磁辐射时，消波电路122切断电磁源120。消波电路122可直接(如所示出)或通过控制器102间接连接到电磁源120。
设备100也包括电磁(EM)捕获装置124，电磁捕获装置也可包括快门机构用以控制电磁捕获装置接触电磁信号的时间。电磁捕获装置124响应电磁信号而产生电信号。电磁捕获装置124“捕获”电磁波，例如光波、红外波和/或紫外波。优选地，捕获到的波用表示光强的数字值表示。例如，三个数字值可用来分别表示红色色谱、绿色色谱和蓝色色谱中的光强。在这样的情形中，电磁捕获装置124可包括对应于被表示的波长范围的滤色器。当然，本领域的普通技术人员将容易理解，可表示任何波段例如黄色波段、红外波段和/或紫外波段。电磁捕获装置124可为任何类型的熟知的电磁捕获装置。例如，电磁捕获装置124可为电荷耦合装置(CCD)、CMOS装置和/或线性光电二极管阵列。
显示了补充细节的设备100的方框示说明于图2中。具体地讲，显示了第一偏振滤光器202、第二偏振滤光器204、衰减滤光器206、一个或多个校准基准208以及透镜237。第一偏振滤光器202可设置在电磁源120和基底210之间。第二偏振滤光器204可设置在基底210和电磁捕获装置124之间。透镜237可设置在第二偏振滤光器204和电磁捕获装置124之间。
透镜237可为允许特定波长的电磁辐射穿过的任何材料(玻璃、石英、塑料、熔融二氧化硅)，并且也可包括可调节的或固定的孔径用以衰减电磁辐射。第一偏振滤光器202可为只允许具有特定偏振面的光透过的任何类型的材料。经过偏振滤光器的涨落方向常常称为“易”轴或“光”轴。布置第一偏振滤光器202使得与第一偏振滤光器202关联的光轴212对准预定方向。例如，可布置第一偏振滤光器202使得与第一偏振滤光器202关联的光轴212相对于安装地点或零售点的地板水平地对准。因此，从电磁源120发射的一些电磁波214可被第一偏振滤光器202吸收和/或反射。换句话讲，穿过第一偏振滤光器202的电磁波216、218的全部(或几乎全部)将在由第一偏振滤光器202的光轴212决定的第一方向上被线性偏振化。
基底210可为任何材料。优选地，基底210为人体的一部分。例如，基底210可为人的面部、人的牙齿、人的毛发、人的胸部、人的颈部、人的手臂、人的手和/或人的腿的一部分。基底表面220反射由电磁源120产生的电磁波的一些222。典型地，这些反射电磁波222的显著的一小部分在与入射电磁波216相同的平面内被线性偏振化(即，对于从某个表面镜面反射的波，偏振保持不变)。换句话讲，反射波222中有许多在由第一偏振滤光器202的光轴212决定的方向上被线性偏振化。
第二偏振滤光器204也可为只允许具有特定偏振面的光透过的任何类型的材料。优选地布置第二偏振滤光器204，使得与第二偏振滤光器204关联的光轴224相对于与第一偏振滤光器202关联的光轴212为非平行的(即，形成非零的角度)。例如，可布置第二偏振滤光器204使得与第二偏振滤光器204关联的光轴224几乎垂直(例如，形成介于70度和110度之间的角度)或基本垂直(例如，形成介于85度和95度之间的角度)于与第一偏振滤光器202关联的光轴212。因此，在由第一偏振滤光器202的光轴212决定的方向上被线性偏振化的反射波222可被第二偏振滤光器204进一步吸收和/或反射226。换句话讲，由电磁源120产生并被基底表面212反射的电磁波的很大百分比被第二偏振滤光器204阻挡而不能到达电磁捕获装置124。
同时，由电磁源120产生并穿过第一偏振滤光器202的电磁波的一些218起初在由第一偏振滤光器202的光轴212决定的第一方向上被线性偏振化。然而，这些电磁波218的一小部分透过基底表面220并经历一个或多个对内部基底块228的散射事件。在这样的情形中，入射电磁波218的一小部分可从基底210出射而成为具有不同偏振的波230。出射波230的一小部分可在与第二偏振滤光器204的光轴224一致的第二方向上被线性偏振化(全部地或部分地)。因此，这样的电磁波230以最小的衰减穿过第二偏振滤光器204、穿过透镜237并到达电磁捕获装置124。以此方式，当转射的电磁波(即，经历了一个或多个与内部基底块的散射事件的波)的显著部分用于电磁测量时，“表面反射”中有许多被从电磁测量中排除。以此方式，系统有效地忽略从基底表面反射开来的电磁波(偏振保持不变)而择优地测量在与内部基底块的一个或多个碰撞后从基底转射出来的(消偏振的)电磁波。
此外，背景电磁辐射(存在于环境中而非由设备100产生的电磁辐射)也可对基底的测量产生不利的影响。因此，需要选择影响系统对背景电磁辐射的响应的变量包括透镜、透镜孔径、偏振滤光器的透射比、允许电磁辐射闪击电磁捕获装置的时长以及电磁捕获装置的固有感光度/整合时间，使得电磁捕获装置不因背景电磁辐射而产生可感知的信号。例如，在一个优选的实施方案中，F8的透镜孔径、加上38％的透射偏振滤光器、2毫秒的曝光时间和相当于ISO 100的CMOS固有感光度/整合时间对背景电磁辐射不产生可感知的信号。
每次作基底测量时，一个或多个衰减滤光器206和校准基准208可用来校准设备。校准基准可为任何类型的材料，例如固定在聚合物基质和/或蛋白质基质中的颜料的共混物。优选地，校准基准208以与基底210反射由电磁源120产生的电磁波的方式类似的方式反射由电磁源120产生的电磁波。例如，一个校准基准208可反射一种典型地与被测试基底210对应的颜色(例如，浅肤色、黄肤色等)，并且另一个校准基准208可反射另一种典型地与被测试基底210对应的颜色(例如，深肤色、红肤色等)。这些颜色的每一种都与已知的数字值相关联。结果是，每次进行测量时，由测量未知基底210而获得的数字值可与这些已知值相对比，以便以高性价比的方式确保校准。
然而，在一个实施方案中，校准基准208设置在与基底210不同的平面中。优选地，基准208和基底210由一个或多个外壳保护而不受环境的损害。例如，校准基准208可与电磁源120相距第一距离定位，而基底210可与电磁源120相距第二距离定位，其中第一距离比第二距离短(即，校准基准208可比基底210更靠近电磁源120)。结果是，校准基准208比距离较远的基底210每单位面积接收更多的电磁能量。在这样的情形中，衰减滤光器206可放置在电磁源120和校准基准208之间，以便衰减到达校准基准208的电磁能量的量。优选地，与衰减滤光器206关联的衰减百分比基于第一距离(即，从电磁源120到校准基准208的距离)和第二距离(即，从电磁源120到基底210的距离)的比率的函数。
用于测量与基底关联的电磁辐射响应特性的过程300的流程示说明于图3中。优选地，过程300的一部分实施于某个软件程序中，软件程序存储在控制器存储器108、118中，并由控制器处理单元104以熟知的方式执行。然而，过程300的一些步骤可手动执行和/或由另一个装置执行。虽然根据图示说明于图3中的流程图描述了过程300，但本领域的普通技术人员将容易理解，也可使用执行与过程300关联的动作的许多其它方法。例如，可改变许多步骤的次序。另外，步骤中有许多为任选的。
通常，过程300以预定排列定位电磁源120、电磁捕获装置124以及多个滤光器202、204、206，以便构造一种用于测量与基底210关联的电磁辐射响应特性的设备100。零售顾客可无需帮助地操作设备。具体地讲，顾客用设备100自对位他的/她的身体的一部分并触发电磁测量。作为响应，设备100产生电磁波，波穿过第一偏振滤光器202，再从顾客(即，基底210和/或基底表面220)反射并穿过相对于第一偏振滤光器202成交叉偏振排列的第二偏振滤光器204并穿过透镜237，然后产生的波的一部分被设备捕获。另外，设备100捕获穿过任选的衰减滤光器206并从校准基准208反射过来的电磁波。数字数据从捕获到的电磁波确定。基于数字数据，可给予顾客某些选择和/或告知其某些个人护理产品推介。另外，数字数据可用来校准/重新校准设备。
过程300开始于当电磁源120被放置进预定位置时(方框302)。例如，氙闪光灯可固定到外壳上和/或外壳可固定到零售点处的某个结构上。类似地，电磁捕获装置124可放置进与电磁源120相关的预定位置(方框304)。例如，电荷耦合装置、CMOS装置和/或线性光电二极管阵列可放置进与电磁捕获装置124大致相同的位置。另外，一个或多个校准基准208可与电磁源120相距第一预定距离而固定(方框306)。例如，数个不同的比色基准可放置在设备100的外壳之内。类似地，人体对位装置236与电磁源120相距第二距离而固定(方框308)。
一旦这两个距离确定，就可根据由两个距离形成的比率的函数来选择衰减滤光器206(方框310)。例如，根据比率可选择以某个百分比(例如，介于0.1和3.0之间的吸光率)衰减光或其它电磁波的中性密度滤光器。第二距离对第一距离的更大比率指示应当使用更大衰减量，以便模拟校准基准208与基底210处于大致相同的平面的排列。一旦选定衰减滤光器206，就可挡住校准基准208而固定衰减滤光器206(方框312)。
另外，第一偏振滤光器设置在电磁源120和由人体对位装置236限定的目标区域之间(方框314)。人体对位装置236在由设备100作测量期间限定基底210将大致设置在何处。人体对位装置236可为任何类型的对位装置，例如一对眼定位架。眼定位架可用来定位人的头部以测量人的头部的任何部分例如头发、牙齿、面部、颈部等。
类似地，第二偏振滤光器设置在目标区域(如由体对位装置236所限定的)和电磁捕获装置124之间(方框316)。两个偏振滤光器以交叉偏振排列方式放置。换句话讲，第一偏振滤光器的光轴212不平行于第二偏振滤光器的光轴224。优选地，两个光轴212、224以大约九十度分开。
透镜237任选地放置在第二偏振滤光器204和电磁捕获装置124之间。一旦测量设备100构造完毕，设备优选地在输出装置114上显示使用说明(方框318)。优选地，使用说明表示一种规程，规程的至少一部分旨在让零售顾客在没有零售职员帮助的情况下执行。规程有利于零售顾客使用人体对位装置236与设备100对位。另外，使用说明优选地包括旨在让零售顾客执行的为了触发由设备100所作的电磁测量的动作。例如，使用说明可告诉零售顾客如何使用一对眼定位架来自对位并通过按压按钮112来触发测量。另外，使用说明会要求提供某些消费者数据和/或个人识别信息。在这样的情形中，设备100通过一个或多个输入装置112接收消费者数据和/或个人识别信息并且在存储器108、118中存储消费者数据和/或个人识别信息(方框320)。例如，设备100可通过个人识别装置例如读卡器和/或触摸屏装置接收个人识别信息。随后，使用人体对位装置236定位基底210(方框322)。例如，可用一对眼定位架来定位人的面部以用于测量。
一旦检测到触发动作(方框324)，设备100就产生电磁辐射(方框326)。例如，被测量的零售顾客可使用眼定位架自对位并按压按钮来触发测量。作为响应，设备100可触发闪光例如氙闪光。当然，本领域的普通技术人员将容易理解，可使用连续光源或任何电磁源。例如，可使用红外源和/或紫外源。然后由电磁源120产生的电磁波的一些216、218在波到达基底210之前穿过第一偏振滤光器202。由电磁源120产生的其它电磁波214不穿过第一偏振滤光器202。取而代之的是，这些波214被第一偏振滤光器202吸收和/或反射。结果是，穿过第一偏振滤光器202的电磁波216、218在由第一偏振滤光器202的光轴212决定的第一方向上被线性偏振化。
穿过第一偏振滤光器202的电磁波的一些232从基底210反射并闪击光电检测器234，光电检测器为消波电路122的一部分。如果预定量的电磁辐射到达检测器234，则消波电路122优选地切断电磁源120(方框328)。以此方式可避免光照不足和/或电磁捕获装置124的饱和。例如，“浅色”基底优选地比“深色”基底使得消波电路122更早触发。与校准基准协同工作，此技术允许精确地测量更大动态范围内的基底色泽(例如，从非常浅至非常深)。
穿过第一偏振滤光器202的电磁波的一些216、222、226从基底表面220反射并被第二偏振滤光器204吸收和/或反射。然而，穿过第一偏振滤光器202的电磁波的一些218、230从内部基底块228反射、穿过第二偏振滤光器204和透镜237。这些波218、230被电磁捕获装置124捕获(方框330)。由电磁捕获装置124在电磁捕获装置124的不同的X-Y坐标处捕获的不同的波可独立地存储在二维数据矩阵中(方框334)。此二维矩阵可连同消费者数据和/或与此零售顾客关联的个人识别数据一起存储(方框334)。
光强值可在创建直方图之前或之后从原色带间隔转换为任何其它色带间隔(方框338)。例如，光强值可RGB(红-绿-蓝)体系转换为LAB(浅-黄-红)体系和/或LCH(浅-色度-色调)体系。在电磁捕获装置124的不同X-Y坐标处捕获到的不同波的数字表示或其转换形式可这样被组合成直方图通过确定与不同X-Y坐标的每一个相关联的光强值并计数每一个光强值(或某个范围的光强值的每一个)的发生次数(方框336)。以上数据组合的一个或多个被存储进设备存储器108、118(方框340)。
如上所讨论，校准基准208以与基底210和/或基底表面220反射由电磁源120产生的电磁波的方式类似的方式反射由电磁源120产生的电磁波。每个校准基准208都与已知数字值相关联。因此，表示由电磁捕获装置124在已知一个或多个校准基准208要定位的区域捕获到的电磁辐射强度的数字数据可存储在设备存储器108、118中并用来校准设备100以用于当前和/或后续测量(方框342)。
在一例设备100的使用中，零售顾客可能需要作颜色选择决定。例如，如果设备100正与发色产品推介系统联合使用，而顾客的发色分析导致双峰分布(即，主要有两种颜色存在)，则设备100会要求顾客选定两种颜色之一作为优选色。因此，设备100可在输出装置114上显示两种选择(方框344)并接收顾客作出的挑选(方框346)。例如，设备100可在触敏显示器114上显示两个颜色多边形区域，可触摸触敏显示器以指定一种选择。
不管是否要求顾客作出选择，设备100都可将表示测量的数据传送给个人护理产品推介系统(方框348)。个人护理产品推介系统可在软件中实施并由控制器102执行。当个人护理产品推介系统确定一个或多个推介产品和/或服务时，那些产品和/或服务可通过输出装置114显示给零售顾客(方框350)。例如，设备可显示产品名称和/或颜色。
总之，本领域的普通技术人员将容易理解，已经提供了用于测量与基底关联的电磁辐射响应特性的方法和设备。上述说明书是为了举例说明和描述的目的而呈现。它不旨在是详尽的或将本发明限制为所公开的示例性实施方案。按照上文的教授而作的许多修改和变型都是可能的。意图在于本发明的范围不被此处对示例性实施方案的详述所限制，而是被此处所附加的权利要求书所限制。
所有在发明详述中引用的文献均在相关部分引入本文以供参考；任何文献的引用均不可理解为对其作为本发明的现有技术的认可。
尽管已用具体实施方案来说明和描述了本发明，但对于本领域的技术人员显而易见的是，在不背离本发明的精神和保护范围的情况下可作出许多其它的变化和修改。因此，有意识地在附加的权利要求书中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。
权利要求
1.一种被构造用来测量与基底关联的电磁辐射响应特性的自校准设备，所述设备包括电磁源；电磁捕获装置；与电磁源相距第一距离而被机械固定的一个或多个校准基准；与电磁源相距第二距离而被机械固定的人体对位装置，所述第一距离不同于第二距离；挡住校准基准而被机械固定的衰减滤光器；和可操作地连接到电磁源和电磁捕获装置的计算装置，所述计算装置被构造用来使得电磁源产生电磁波，所述计算装置被构造用来从电磁捕获装置接收电子信息。
2.如权利要求1所述的设备，其中所述第一距离和第二距离限定某个比率，并且与衰减滤光器关联的衰减百分比与所述比率相关。
3.如权利要求1或2所述的设备，所述设备还包括设置在电磁源和基底之间的第一偏振滤光器，所述第一偏振滤光器具有第一光轴。
4.如权利要求1至3中任一项所述的设备，所述设备还包括设置在基底和电磁捕获装置之间的第二偏振滤光器，所述第二偏振滤光器具有第二光轴，所述第一光轴非平行于第二光轴。
5.如权利要求1至4中任一项所述的设备，其中所述第一光轴与第二光轴形成角度，所述角度介于80度和100度之间。
6.如权利要求1至5中任一项所述的设备，其中所述电磁源包括至少一个氙闪光灯、至少一个环形闪光，或选自由下列源组成的组中的源红外源、紫外源、以及它们的组合。
7.如权利要求1至6中任一项所述的设备，所述设备还包括电连接到电磁源的消波电路。
8.如权利要求1至7中任一项所述的设备，其中所述电磁捕获装置包括电荷耦合装置、CMOS装置和线性光电二极管阵列中的至少一个。
9.如权利要求1至8中任一项所述的设备，其中所述人体对位装置有利于人的面部的一部分相对于电磁捕获装置的定位。
10.如权利要求1至9中任一项所述的设备，其中所述衰减滤光器包括中性密度滤光器。
11.一种在电磁测量系统中关联一个或多个校准基准和基底的方法，所述方法包括以下步骤提供电磁源；提供电磁捕获装置；与电磁源相距第一距离而机械固定校准基准；与电磁源相距第二距离而机械固定人体对位装置，所述第一距离不同于第二距离，所述第一距离和第二距离限定某个比率；根据比率选择衰减滤光器百分比；和挡住校准基准而机械固定衰减滤光器。
全文摘要
公开了用于测量与基底(210)关联的电磁辐射响应特性并校准电磁测量装置(100)的方法和设备。方法和设备产生电磁波，波穿过第一偏振滤光器，再从基底反射并穿过相对于第一偏振滤光器成交叉偏振排列的第二偏振滤光器，然后产生的波的一部分被方法和设备捕获。另外，设备捕获穿过衰减滤光器并从一个或多个校准基准反射过来的电磁波。数字数据从捕获到的电磁波确定。数字数据用来重新校准设备。
文档编号G01N21/27GK101076719SQ200580034998
公开日2007年11月21日 申请日期2005年10月12日 优先权日2004年10月14日
发明者约翰·P.·索特利, 乔格·H.·贾拉米洛, 帕特丽夏·A.·拉·弗勒尔 申请人:宝洁公司, 创新测量解决公司