专利名称：用于测量涂膜的粗糙度的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及通过测量装置分析包含效应颜料的涂膜的视觉粗糙度的方法和装置，其中测量装置包括具有反射内壁和样品开口的腔，该装置还包括照明装置，用于照明该腔；和数字成像装置，其从该腔朝向样品开口，并且布置在离样品开口的中心法线的一定距离处，其中，启动该成像装置以记录通过样品开口放置的涂膜的样品的数字图像文件。
背景技术：
尤其当使用诸如铝粉颜料之类的效应颜料时，涂膜的外观不是均匀的颜色，而是显示出纹理。这可以包括诸如粗糙、闪耀、微耀、浑浊、杂色、斑纹、光泽或者闪光之类的现象。在下文中，纹理定义为在涂膜平面上的可见的表面结构，这取决于表面材料的各小组成部分的尺寸和组织。粗糙是没有闪耀和闪光效应的纹理。因此，粗糙可以定义为在漫射光的条件下在涂膜平面上的可见的表面结构，这取决于表面材料的各小组成部分的尺寸和组织。当光以相同的程度从每一个方向入射时，认为其是漫射光。因为闪耀和闪光是光泽度的变化，其中光泽度取决于观察方向和照明方向之间的角度，所以在漫射光的条件下不会出现闪耀和闪光。
在本上下文中，纹理和粗糙不会包括涂膜的不平度，而仅仅包括涂膜平面上的可见的不规则体。其中，“颜色”是指被小于人眼所能分辨的尺寸的结构体反射的光，被较大的结构体反射的光呈现为纹理。
汽车涂漆包括效应颜料，例如提供金属效果的铝粉颜料。此外，还使用珠光粉颜料。使用这种颜料，导致一定程度的纹理和粗糙，这取决于多个参数，例如，效应颜料的粒径分布和与其它颜料的色对比度。当需要修补被损坏的汽车时，必须使用修补用涂漆，该涂漆不仅具有匹配的颜色，而且在其它视觉特性例如纹理和粗糙的方面也是匹配的。
迄今为止，一直用眼睛判断尤其是涂膜的表面的纹理和粗糙，例如，通过将它们和样品在样品扇中比较。这种方法的结果高度取决于操作员的技术，并且通常是令人不满意的。
美国专利申请US 2001/0036309公开一种测量微耀度并使用它来使修补用涂漆与例如汽车上的原始涂漆匹配的方法。用CCD相机使涂膜的一部分成像并使用图像处理软件来计算微耀度参数，来测量微耀度。没有消除诸如闪耀和闪光之类的与角度相关的效应。
WO 03/029766公开一种颜色测量装置，例如，用于涂漆的颜色测量装置，该颜色测量装置包括用于接收待测量的物体的外壳、灯和数字相机。外壳的内表面可以涂有无泽涂漆，以获得漫射的均匀的光。WO 03/029766还描述一种测量这种外壳中的纹理并计算纹理值的方法。灯、相机和待测量的物体被置于外壳中。由于这种布置，闪耀和闪光仍会出现，因此，以这种方式不能优化光的漫射，也不能有效地测量粗糙度。
WO 99/042900公开一种使用数字相机使放置在内部照明的白色壁的积分球中的物体成像的方法和装置。通过计算机分析图像，以产生色彩数据。将相机的光轴与待测量的物体对准。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在没有闪耀和闪光的效应的情况下可以分析和表征视觉粗糙度的装置和方法。
用下述方法来实现本发明的目的通过包括具有反射内壁和样品开口的腔的测量装置分析包含效应颜料的涂膜的视觉粗糙度，该装置还包括照明装置，用于照明所述腔；和数字成像装置，其从所述腔朝向所述样品开口，并且布置在离所述样品开口的中心法线的一定距离处，该方法包括以下步骤通过所述样品开口将所述涂膜的样品置于所述腔中；
照明所述腔；启动所述成像装置，以记录所述样品的图像；将所述记录的图像数据传输到编程有图像分析软件程序的数据处理单元，以分析所记录的图像，并基于每个像素的反射数据之间的差计算粗糙度值。
样品开口的中心法线是经过样品开口的中心点的与样品开口成直角的虚线。如果成像装置的光轴设定成与样品开口的中心法线成至少3度的角度、优选成至少6度的角度，可以有效地防止相机的自反射。如果该角度太大，则可能会出现这样的问题，即，相机不在离样品的每一点十分相等的位置处。这可以导致记录失真。为了防止这点，与经过样品开口的中心法线的角度可以例如保持低于约13度，例如，低于10度。然而，如果需要这样的话，也可以使用该角度的较大的上限。在这种情况下，在对记录的数据进行处理的过程中，例如可以校正记录的失真。
通过照明装置直接照明样品，将扰乱漫射光条件，并且可以例如通过将照明装置的开口定位在离样品开口的腔的轮廓的约四分之一或者更小的距离处来防止。
为了在成像装置启动期间闭合样品开口，可以使用比样品开口大的样品。或者，例如，可以将样品放置在闭合样品开口的板上。
根据本发明用于分析产品表面的光学性质的装置具有带反射内壁和样品开口的腔，并且还包括照明装置，用于照明该腔；和数字成像装置，其从腔朝向样品开口，并且布置在离样品开口的中心法线的一定距离处。如果开口总共不占腔的内表面的9％以上、优选5％或者更小，则优化来自照明光源的光的扩散。此外，腔的形状影响光扩散的程度。在这方面上，球形腔提供最好的结果。通过将内壁涂成白色，可以使内壁具有反射性。
例如，数字成像装置可以是摄像机或者相机，例如，CCD相机。
使用图像处理技术分析图像，就漫射粗糙度而言，使用诸如图案和背景之间的对比度的参数以及图案结构，然后用根据标度的标度数表征，该标度的每一增量步对应于观看者所经历的漫射粗糙度的同等的增量步。
例如，使用统计方法、滤波器组(filter-bank)方法、结构方法和/或基于模型的方法，可以从数字记录中分离出粗糙度数据。
计算粗糙度的合适方法如下。CCD图像由大阵列的像素构成。为了计算粗糙度，确定在若干标度上的灰度值标准偏差。在最小的标度，在所有的单个像素上计算灰度值标准偏差。在第二最小的标度，在4个像素的方形的平均灰度值上计算灰度值标准偏差。在第三最小的标度，使用16个像素的方形。这按比例增加，直到该标度达到覆盖所有的CCD像素为止。
灰度值标准偏差可以描述为标度的函数，使用如下公式GVSTD=A+BXC]]>其中，A、B和C表示拟合参数，X表示标度，GVSTD表示灰度值标准偏差。其可以通过下述公式与视觉粗糙度值相关联粗糙度＝α1+α2A+α3B+α4C通过使用一组代表性汽车颜色使∑所有面板(平均视觉判断面板i-粗糙度面板i)2最小来获得参数α1、α2、α3和α4。当α1、α2、α3和α4已知时，可以确定任何颜色的粗糙度。
在计算粗糙度的另一可选方法中，对图像的所有像素确定平均灰度值(m)和标准偏差(σ)。然后，粗糙度表示为如下 通过使用一组代表性汽车颜色使∑所有面板(平均视觉判断面板i-粗糙度面板i)2最小来找到参数α1和α2。当α1和α2是已知的时，可以确定任何颜色的粗糙度。代替灰度值，也可以使用R、G和/或B值。
在计算粗糙度的结构方法中，将图像分割成显著的相邻像素的子集。将阈值定义为图像的平均值(m)的10倍，以将分割部分与背景区分开。分割部分的最大尺寸可以为图像中的所有像素量的2.5％，并应该是8邻接的。此外，可以使用其它的分割法。计算分割部分的数目(n)和分割部分的平均值(ms)。然后，粗糙度可以计算为如下
粗糙度＝α1+α2In n+α3In ms+α4In m如上所述，通过使用一组代表性汽车颜色使∑所有面板(平均视觉判断面板i-粗糙度面板i)2最小来找到参数α1、α2、α3和α4。当α1、α2、α3和α4是已知的时，可以确定任何颜色的粗糙度。
粗糙度的效应主要由较大的光学不均匀性引起。较小的不均匀性几乎不会对粗糙度有贡献。可以使用滤波器组方法将较小的不均匀性过滤出。为此，将图像首先变换成傅立叶域。然后，利用滤波器选择和过滤出某些频率区。随后，变换回图像，并且求出平均值(m)和标准偏差(σ)。如上所述，粗糙度表示为如下 通过使用一组代表性汽车颜色使∑所有面板(平均视觉判断面板i-粗糙度面板i)2最小来找到参数α1和α2。当α1和α2是已知的时，可以确定任何颜色的粗糙度。
本发明尤其可用于检查汽车涂漆和寻找匹配的修补用涂漆，例如，对于要修补的汽车或其它产品。汽车涂漆通常包含效应颜料，例如，铝粉颜料，以提供金属效果。还使用珠光粉颜料。使用这种颜料，导致一定程度的纹理和粗糙，这取决于多个参数，例如，效应颜料的粒径分布和与其它颜料的色对比度。当需要修补被损坏的汽车时，必须使用修补用涂漆，该涂漆不仅具有匹配的颜色，而且在其它视觉特性例如纹理和粗糙的方面也是匹配的。
通过图1进一步说明本发明，图1以截面图的形式示出根据本发明的装置。
具体实施例方式
图1示出根据本发明的测量装置1，其具有带反射内壁3和样品开口4的腔2。光源5通过光源开口6照明腔2。通过第三开口7，数字相机8朝向样品开口4。数字相机8布置在离样品开口4的中心法线9的一定距离处。相机8的光轴设定成与样品开口的中心法线成8度的角度。在图1中，例如通过样品开口4将涂有包含效应颜料的涂膜的衬底的样品10置于腔2中。该样品放置在闭合样品开口4的板11上。光源开口6定位于在相机开口7和样品开口4之间的大约中间的腔壁3中。
照明腔2并且启动相机8，以记录样品10的图像。通过数据传输缆线，将记录结果传输到编程有图像分析软件程序的计算机中，以分析记录的图像。作为一种可选的方式或者作为一种补充方式，也可以在相机内的数据处理单元中对数据进行处理。
权利要求
1.一种用于通过测量装置分析包含效应颜料的涂膜的视觉粗糙度的方法，该测量装置包含具有反射内壁和样品开口的腔，所述装置还包括照明装置，用于照明所述腔；和数字成像装置，其从所述腔朝向所述样品开口、并且被设置为离所述样品开口的中心法线有一个距离，其中，启动所述成像装置，以记录经所述样品开口提供的涂膜的样品的数字图像文件，该图像文件包括每个像素的反射数据，其特征在于，将所述数字图像传输到编程的数据处理单元，以基于所述每个像素的反射数据之间的差计算粗糙度值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使用将计算得到的值与通过视觉判断确定的值相互关联的模型，利用最小二乘法法计算所述粗糙度值。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，将所述成像装置的光轴设置为与所述样品开口的中心法线成3至12度的角度，优选成6至10度的角度。
4.根据上述权利要求中的任意一项权利要求所述的方法，其特征在于，使用比所述样品开口大的样品，并且，在所述成像装置启动期间，所述样品闭合所述样品开口。
5.一种根据权利要求1至4中的任意一项的方法的分析产品表面的光学特性的装置，所述产品表面例如是包含效应颜料的涂膜，其特征在于，所述装置包括编程的数据处理单元，以基于每个像素的反射数据之间的差计算粗糙度值。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述开口共占小于9％的所述腔的内表面。
7.根据权利要求5或6所述的装置，其特征在于，所述成像装置的光轴被设置成与所述样品开口的中心法线成3至12度的角度。
8.根据权利要求5至7中的任意一项权利要求所述的装置，其特征在于，所述腔是球形的。
9.根据权利要求5至8中的任意一项权利要求所述的装置，其特征在于，所述腔的壁是白色的。
10.根据权利要求5至9中的任意一项权利要求所述的装置，其特征在于，所述成像装置是CCD相机。
全文摘要
一种用于通过测量装置分析包含效应颜料的涂膜的视觉粗糙度的方法，该测量装置包含具有反射内壁和样品开口的腔，该装置还包括照明装置，用于照明所述腔；和数字成像装置，其从所述腔朝向所述样品开口，并且布置在离所述样品开口的中心法线的一定距离处，该方法包括以下步骤通过所述样品开口将所述涂膜的样品置于所述腔中；照明所述腔；启动所述成像装置，以记录所述样品的图像；将所述记录的图像数据传输到编程有图像分析软件程序的计算机，以分析所记录的图像。所述成像装置的光轴设定成与所述样品开口的中心法线成3至12度的角度。
文档编号G01J3/46GK101076833SQ200580042756
公开日2007年11月21日 申请日期2005年12月13日 优先权日2004年12月14日
发明者S·L·恩乔 申请人:阿克佐诺贝尔国际涂料股份有限公司