专利名称：：使用空间欠采样双向反射分布功能测量表面的外观属性的制作方法使用空间欠采样双向反射分布功能测量表面的外》见属性相关申请的交叉参考本申请要求于2005年4月25日提交的第60/674,602号美国临时申请的优先权。
背景技术：
：已经开发出了用于测量和描述对象一见觉外观的多种方^去禾口装置。这些方法和装置在各种情况下都是4艮有用的。例如，对象外观的测量可以揭示可能存在于^f象上的^f壬^^余冲牛、颜^K专用纟余层、表面处理等的属性。此外，例如，对象外见的测量可以用于仓J建计算机模型、设置产品公差等。使用各种装置来提供对象表面的i普测量是公知的。然而，现有的装置产生细节有限的结果，或者观'J量所需的成本、尺寸、以及时间过大。例如，使用用于测量有限数量的观看和照射方向上的反射的离散多角度分光计是公知的。这种装置的一个实例是可从X-RITE得到的MA68。然而，所有的这些装置考虑了有限lt量的见看方向(例如，共面方向)，或考虑了从所有观看角度得到(例如，通过7寸所有方向进行求和或平均)的数据。因此，已知的离散多角度分光计提供不反映表面外观中的方向变化的结果。对于涂覆业，这些结果对于测量包括传统涂料、颜料、以及涂层的一些表面属性4艮有用的。然而，对于测量从不同角度观看有不同外观的具有专用涂料、肩贞泮牛、和其他专用涂层的表面(诸如，当今汽车、轮船、货币、消耗(consumer)塑料、化妆品等上的表面)的属性不是4艮有用。例如，有限采样多角度分光计对于测量诸如(例如)从一个角度呈现一种颜色(例如，白色)而从另一个角度呈现第二种颜色(例如，粉色)的珠光汽车涂料的干涉涂层的属性不是很有用。另外，例如由于涂层配方和/或应用处理因素，它们通常不能才是供足够详细的结果以佳_表面属性依赖于表面的物理属性。通过测量表面的完全双向反射分布函lt(BRDF)的装置(诸3口，可变角的分光光度i十(goniospectrophotometer),口parousiameter)解决了已知的离散多角度分光计的一些缺点。由这些装置产生的完全BRDF^是供了作为照射角、枧角、波长、和其它变量的函凄t的表面散射的丰富属性。然而，用于测量BRDF的这两种已知的装置都有显著的缺陷。可变角的分光光度计(诸如可/人MURAKAMI得到的GCMS-4Gonio-spectro-Photometric-Colorimeter)通过434苗整个半J求上的,照射角和检测角来测量完全BRDF。尽管它们能够冲是供好的结果，但是该i殳备极其大和昂贵。另外，扫描整个半J求上的照射角和4企测角(通常要花费几个小时，这使得实时应用成为不可能。Parousiameter(诸如Wademan的美国专利第6,557,397号中所描述的一个)通过将一系列照射角和检测角投影到半球形屏幕上并^f吏用照相机对该屏幕成像来测量完全BRDF。然而，这些装置的误差与该半球形屏幕的尺寸直接相关，并且这些装置不能满意i也以大于它们的屏幕区域的10%的区域来测量采样。因此，Parousiameter通常大且笨重。而且，屏幕中的缝隙、以及最高分辨率照相机的有限动态范围进一步限制了该装置。此外，由于可变角的分光光度计和parousiameter两者都测量整个半j求上的照射角和碎见角，因此p桑声问题会成为重要因素。
发明内容在一个通常方面，本发明旨在^是供一种用于测量表面的空间欠采样双向反射分布函数(BRDF)的i殳备。该i殳备可以包括第一光源，一皮定向用于/人第一照射方向照射表面；以及多个4专感器，被放置为接收由该表面反射的光。该多个传感器可以包括第一、第二、和第三传感器，被放置为接收由该表面沿第一、第二、和第三不共面方向反射的光。在不同的实施例中，该设备还可以包括与该多个传感器通信的计算机。该计算机被配置为考虑第一、第二、和第三反射方向来将由该多个传感器感测到的光转换为的该表面的第一外观属性。在另一个通常方面，本发明旨在才是供用于测量表面的空间欠采样双向反射分布函凄史(BRDF)的方法。该方法包4舌以下步-骤通过从第一照射方向入射到该表面上的第一光源照射该表面；以及感测由该表面在多个反射方向反射的多个波长的光。该多个反射方向包括第一反射方向、第二反射方向、以及第三反射方向。该方法还包括以下步骤考虑第一、第二、和第三反射方向来将由所述多个传感器感测到的光转换为该表面的第一外观属性。本发明的其它不同实施例旨在冲是供用于测量表面的空间欠采样双向反射分布函数(BRDF)并在实际中应用的系统。在不同的方面，本发明旨在提供用于匹配涂覆两个部件的涂层的外观的方法、修复装置的方法、以及查找未知对象的身份的方法。下面将以实例的方式结合下面的附图描述本发明的实施例，在附图中图1示出了说明根据本发明不同实施例的处理流程的流程图图2示出了根据本发明不同实施例的来自表面的反射的视图图3示出了根据本发明不同实施例的来自表面的反射的视图图4示出了根据本发明不同实施例的表面涂层的视图5示出了说明根据本发明不同实施例的处理流程的流程图图6示出图7示出涉的—见f口/或干图8示出了说明根据本发明不同实施例的处理流程的流程图图9示出了才艮据本发明不同实施例的系统的—见图10示出界面；图11至图14示出了根据本发明不同实施例的设备的三维视图15示出了根据本发明不同实施例的设备的三维—见图；图16示出了根据本发明不同实施例的多个传感器；以及图17至图22示出了说明根据本发明不同实施例的处理流程的流程图。具体实施例方式本发明的实施例旨在提供用于测量和/或分析表面的空间欠采样双向反射分布函tt(BRDF)的方法和i殳备。当光入射到表面上时，一部分光在不同方向上一皮反射、散射或转向偏离该表面。该表面的BRDF是关于所有波长的该反射强度的表达式，以及作为照射角和其他变量(例如，偏振)的函数的反射方向的表达式。根据不同的实施例，通过仅在离散数量的反射方向测量反射强度来对该表面的BRDF进4亍空间欠采才羊。在不同的实施例中，该离散反射方向可以是不共面的。于是可以对测量出的反射进行处理以得到被观测表面的外观属性。在外观属性通过测量出的反射一皮获得时，该外观属性可以反映该表面外^见中的方向变4t。图1示出了说明根据不同实施例的用于测量和处理表面的空间欠采样BRDF的处理流程100的流程图。在步骤102，将光定向为朝向表面。该光线可以形成为一条光束、或准直或非准直的多条光束。该光线可以源自一个或多个宽光i普照射源，并且可以/人一个或多个照射方向入射到该表面上。照射源和照射方向的凄t量可以4艮才居具体应用而改变。然而，应当理解，增加照射源和/或照射方向的tt量可以才是高得到的BRDF的质量。应当理解，照射方向或多个照射方向可以与该表面法线形成4壬意角度。然而，在不同实施例中，照射方向或多个照射方向可以与该表面法线形成零到65度之间的角(例如，0度、45度等)。在步骤104,可以测量沿多个离散反射方向从该表面反射出去的反射强度。应当理解，这些测量到的反射与相应的反射方向一起表示该表面的空间欠采4羊BRDF。在不同的实施例中，整个组的反射方向可以是不共面的。此外，在不同的实施例中，在每个反射方向上都可以得到多个测量结果，且每个测量结果都记录特定波长或波长范围处的反射强度。在不同的实施例中，可以从固定的传感器得到测量结果，且在多个离散反射方向中的每一个上都固定一个传感器。应当理解，由于只在离散方向上而不是在每个方向上测量反射，因此测量反射比所需的时间可以少于整个BRDF(可变角的分光光度计和parousiameter)装置所用的时间。在不同的实施例中，在5秒之内就可以得到测量结果。空间欠采样BRDF可以表达为表示每个反射方向处所7见察到的强度的一系列反射矢量。例如，每个所观测到的反射方向老卩可以具有指向反射方向且大小等于在反射方向中观测到的反射强度的矢量。应当理解，如果在反射方向中》见测多个波长或波长范围，则反射方向可以具有对应于每个波长或波长范围的矢量。作为一个实例，图2示出了示例性表面202,且光/人照射方向204入射到表面202上。观察到了三个离散不共面的反射方向206、208、和210。图3示出了根据不同实施例的另一个示例性表面302,该实施例具有来自一个照射方向304的入射光以及观察到的十一个反射方向306、308、310、312、314、316、318、320、322、324、和326。将会理解反射方向的lt量和标识可以变4匕。例如，在不同的实施例中，可以存在五个与十五个之间的反射方向。it匕夕卜，在不同的实施例中，反射方向可以包4舌工业标准反射方向(例3。，具有15、25、45、75禾口100度的4竟面角(aspecularangle))。t匕夕卜，在不同的实施例中，可以选4^相对于表面的表面法线与照射方向正交的反射方向中的至少一个。在不同的实施例中，可以基于所需要的结果的分辨率和/或要被测量的表面复杂性来选择观测到的反射方向的数量。例如，包含在表面的多个层中的每层和/或材坤牛都可以具有多个物理属性(例如，粗糙度、局部斜率、曲率、反射指数的实部和虚部等)。在不同的实施例中，可以只需测量最小凄t量的反射方向以获得足够的3虫立关系来求解所有想要的变量。例如，可以根据下式来选择观测的反射方向的最小凄t量(1)最小数量的反射方向=2L+M其中，L是表面的物理层的数量，光线会经由该层会潜在散射，并且M是包含在多个层(例如，颜料、金属薄片等)中的不同材料的数量。例如，图4示出了才艮据不同实施例的可以^皮观测的示例性表面400。"i亥表面400具有专用〖余层，i者3口(侈寸^口)上述的干涉或珠光涂层。该表面400包括三个层，透明涂层402、颜料层404、和衬底406，以及包含在这些层(例如，金属薄片408)中的一种材料。因此，对于表面400的观测的反射方向的最小数量应为七。应当理解，使用少于4艮据等式1的反射方向最小凄t量可以获得有用的读数，然而，在该情况下，被观测的反射可能不会捕获到对来自每个表面属'性的BRDF的#》响。当所观测的离散反射方向增加时，所获得的结果的质量也会提高。例如，在不同的实施例中，可以测量附加的物理属性。然而，应当理解，增加观测的离散反射方向的数量还将增加复杂性、在全部反射方向进行观测所需的时间、以及噪声。因此，在不同的实施例中，可以不必7见测多于下述的反射方向(2)反射方向的最大lt量=6L+6M其中，L和M如上定义。等式2可以定义测量每个物理性质的独立关系所需的方向的#t量。返回参照图1，在步艰《106，可以只于在步-骤104测量的反射进行处理，以产生外观属性或表面的多个属性。空间欠采样BRDF本身可以被认为是表面的外观属性，然而，应当理解，还可以通过例如操控BRDF来产生其它的外见属性。至少一个外7见属性可以反映测量的反射强度和方向所固有的表面外观中的方向差。在不同的实施例中，通过对BRDF净丸行才喿控可以获得附加的外观属性。例如，图5示出了下述处理流程500,该处理流程用于通过将测量的反射插入到表面的BRDF的凄t学才莫型中并4丸一亍特定lt学处理来处理测量的反射。作为另一个实例，图8示出了用于分析BRDF数据的不同头巨的U里i乾禾呈800。在步骤106产生的外爿见属性可以产生关于一皮测表面的组成和特征的信息(例如，物理属性)。例如，在》余层业中，可以获得存在于表面上的任何涂层的配方和应用处理的属性。对于一些物理属性，会存在闭合式解决方案以使得从测量的反射或BRDF直接得到属性的值。例如，如下所述，可以从BRDF获得光一册结构周期，并可以与表面的头见则的空间特征之间的距离直接相关。此夕卜，可以使用试-睑方法得到一些物理属性。例如，可以测量具有已知物理属性的表面的外7见属性。然后可以创建^t纟居库以显示外7见属性和物理属性之间的相关性。当测量具有未知物理属性的表面时，可以将外观属性(例如，BRDF和/或从其得到的值)与数据库进行比较以获得未知的物理属性。图5示出了用于处理测量的反射(例如，BRDF)以及基于该BRDF使用数学模型得到表面的附加外观属性的处理流程500。参照图5,在步骤502，BRDF可以净皮转换为双向散射分布函数(BSDF)。该BSDF表示由于入射光的散射而造成的部分BRDF。为了计算BSDF,从BRDF减去BRDF的镇:像分量。该经面反射分量是由于入射光的菲涅耳(Fresnel)反射所引起的部分BRDF。该4竟4象分量一皮集中在与照射方向相关的反射方向上，以4吏照射方向的入射角度等于镜像反射方向的反射角度。例如，参照图3,照射方向304与表面成45度，且与表面法线成45度。因此，4竟像分量可以定向为同样与表面和表面法线成45度的反射方向306。应当理解，如果存在多于一个照射方向，则可以将镜像分量集中在多于一个角度。可以以多种方式/人BRDF中减去镇像分量。例如，〗現测的反射方向之一可以是4竟4象反射方向。在这种情况下，通过/人整个BRDF中减去该反射方向的影响可以获得BSDF。在4竟^f象反射方向不是所观测的反射方向之一的实施例中，则可以基于镇7f象反射方向附近的^见测的反射方向处的响应来近似该镇^象反射。然后可以乂人BRDF中减去该镜像反射分量的近似。再次参照图5，在步骤504可以获得BSDF的地形散射项。应当理解，BSDF可以表示为(3)SmP:(167r2/义4)cos2,6D^a(l9i)&(/)其中，&(/)为表面的4壬何高度波动(z)的二维功率语分布(PSD)。因此，以(167r2"4)cos2e,除以BSDF会产生与表面上的高度波动成比例的;也形散射项。在步骤506,可以获得材冲+散射项。该材冲+散射项可以指示表面材^f的成分或密度(例如，均匀性、气泡、夹杂物、小于约30微米的随机散布或分布的颜料)的波动。应当理解，该BSDF可以表示为(4)MDF=(1"2)0^O眞,w(/)其中，K/)是对于散射的材料响应的干扰的PSD。该PSD可以与材料具体模型的不均匀性有关，诸如成分中的变化的数量和空间分布。然后可以通过以1/f除BSDF来获得材^牛散射项。可以使用试验方法使材料散射项的值(例如，外观属性)依赖于表面的成分和/或密度中的波动的具体类型、尺寸等(例力口，物理属性)。在步骤508,可以获得BSDF的缺陷散射项。在表面特征或大量属性千护L一皮空间定位和/或隔离(例3。，表面中的凹陷或凸起，其它均匀散装材料中的各个夹杂物)时，会发生缺陷散射。应当理解，如果缺陷是随机分布的，贝'JBSDF可以表示为(5)湖7M1/A2)Ote，其中，6X0是表面中缺陷集合的PSD。因此，可以通过以(l/义2)除BSDF来计算缺陷散射项。可以使用试验方法使缺陷散射项的特定值依赖于特定的缺陷类型和位置。通过比4交等式4和5应当理解，.SX0和6U/)可以具有相同的值。因此，可以将等式4应用于被测量或,皮<叚设为相对无缺陷的表面。另一方面，可以将等式5应用于具有已知缺陷的表面。在步骤S510,可以获得表面的折射指数。图6示出了有红光束602、纟录光束604、禾口蓝光束606入射至'J其上的表面600。图6i兌明了4斤射是^口<可引起不同光束602、604、606的不同表i见的。可以^口下使用斯涅耳法则以获得表面的折射指数(6)"/sin^尸W2sir^2其中，"/是表面的折射指数，是表面与观测点之间介质的折射指数，A是照射方向的角，以及&是给定波长处的折射角。然而，折射指数可以-故看作是表面的物理属性，应当理解，基于折射指数可以^f寻到附加的物理属性(例如，下面的光一册结构周期)。在步骤512,可以获得表面的光4册结构周期。光4册结构周期可以提供关于存在于具有规则结构的表面中的表面特征、界面特征、大块材料结构、颜料、微粒、薄片等的信息。基于特征的光栅结构周期，这种规则的特征可以引起反射光的衍射和/或干涉。例如，图7示出了具有以规则或半规则间隔和定向的一系列薄片708嵌入其中的示例性表面700。表面700的光斥册结构周期可以反映薄片708之间的距离和/或其定向。可以如下获得光栅结构周期(7)义=2wJsin(6>)其中，"是表面的反射指数，c/是光栅线结构的周期，6>是光波长垂直于光栅线结构衍射的角度。图8示出了用于使用BRDF的一个矩或多个矩来得到表示表面属性的值的处理流程800。在步骤802，可以获得第一矩或加权的方向响应。该加权的方向响应可以是所有矢量的矢量和，其中，每个矢量都表示乡合定波长或波长范围上的见测强度和反射方向。应当理解，在考虑到了多个波长或波长范围之处可以对每个所考虑的波长iU皮长响应i十算力口斥又的方向响应。在不同的实施例中，加权系数可以应用至观测反射方向中的一个或多个。例如，可以选4奪加4又系凄欠以4吏得到的加^又BRDF更4妄近地近似于反射方向的几何均匀分布。在不同的实施例中，可以选冲奪加权系凄t以增强具有对特定表面类型增力口的4又4直(significance)的反射方向。例如，当表面包括干涉颜料时，具有_15。的《竟面角的反射方向可以—皮不只于称、的加斥又，当表面包4舌回射才才并+时，可以不只于称、地加—又具有75°和110。的4竟面角的反射方向。此夕卜，在不同的实施例中，可以选4,加4又系凄史以符合不同的标准。例如，DIN6175-2标准通过耳又决于标准测量角度(例力o，上述15/25/45/75/110角度)的加冲又函数来定义色差配方。在不同的实施例中，可以基于人的感性研究(例如，对人们最强烈地感知的反射方向给予给定的较高加权系数)来选择加权系数。应当理解，还可以选择加权系数以更精确地表示反射出表面的能量的分布。例如，如果反射出表面的总能量是20mW，并且期望20mW的不对称的大部分净皮反射到反射方向的一定范围中，然后可以相比于其它方向对反射方向范围中取得的强度测量结果给予相对高的权重。在该方式中，空间欠采样BRDF会更4妾近地匹配由完全BRDF建才莫的实际能量分布。加—又方向响应可以依赖于表面的不同属性。例如，在表面具有涂层的情况下，加冲又方向响应可以用于识别两个表面之间的应用处理变化。例如，当两个表面仅是其上的涂层应用处理不同时，通常能够将第一表面的加权方向响应转换为第二表面的加一又方向响应。所需的变化、旋转、和缩i文在试-验上依赖于特定的应用处理改变。在步骤804，可以得到表面的平均光i普第一矩。该平均光i普第一矩可以是其方向表示平均光语第一矩的矢量。在步骤806可以获得加权光i普空间分布函数。加权光谱空间分布可以是描述由加权方向响应的方向端点限定的大致线形(generalline)的函凄t。这两种外观属性(例如，平均光谱第一矩和加冲又光i普空间分布)都可以在试一验上依赖于表面的不同物理属性。图9示出了根据不同实施例的可以用于实现上述测量和/或分析表面的空间欠采才羊BRDF的方法的系统901的#见图。该系统901包括测量装置900，并且还可以包括各种其它信息存储、处理和/或接口装置，诸如服务器922、用户机926、和/或凄t据库924。系统901的不同装置900、922、924、926可以纟至由网纟备920片目互关耳关，该网络可以是任意适当类型的有线或无线网纟各。在不同的实施例中，测量装置900可以包括光学单元902和电子单元904。光学单元902可以包4舌^皮配置为将光908导向^皮4佥查表面906的照射光学器件912,以及用于接收和感测离开表面卯6的光卯8的反射910的接收器光学器件914。例如，照射光学器件912和^妻收器光学器〗牛914可以3口上所述来感测表面906的空间欠采样BRDF。电子单元904可以处理由光学单元902产生的反射结果。在不同的实施例中，电子单元904可以包括用于得到表面的外观属性和/或与物理属性相关的外7见属性的计算逻辑电^各916。用户接口模块918可以将结果(例如，原始反射数据、外观属性、物理属性等)呈现《会装置900的用户。在不同的实施例中，可以由用于处理的系统的其它部件(例如，服务器922、数据库924、用户机926)来冲丸4亍一些或全部的处理和结果呈现。例如，月l务器922和/或用户4几926可以才丸行处理以得到外7见和/或物理属性；可以通过用户机926将处理的结果呈现给用户；以及数据库924可以存4诸所测量的反射与表面属性之间的实验相关性。返回参照光学单元902，照射光学器件912可以包括一皮西己置用于将光908从一个或多个照射方向导向表面906的一个或多个照射源913。照射源913可以包括任何类型的适当照射源(包4舌例如白炽光源、白光LED等)。在不同的实施例中，每个照射源913都可以包4舌不同光i普丰lr出的多个(例如9个)LED。这些LED可以^f立于无铅芯片载体或任何其它类型的安装技术上。应当理解，照射源(或照射源组)913可以产生跨越如下文中所述的将由接收器光学器件914测量的波长的光。在不同的实施例中，照射源913可以—皮配置为产生例i。，如上所述的准直(collimate)或非准直光束。接收器光学器件914可以包括沿离散反射方向放置的一个或多个传感器915。在不同的实施例中，可以;故置多个传感器915以感测不共面的反射方向，诸如，例如图2中所示的反射方向206、208、和210。多个传感器915可以是任意类型的成^f象或非成像传感器或适于测量反射(例如，跨越多个离散波长范围)的传感器组件。例如，多个传感器915可以包括一个或多个光敏二极管。任意适当类型的波长识别设备(例如，任意类型的带通滤波器、衍射光栅摄谱仪等)都可以被》文置在光每文二极管前面以感测离散的波长范围。例如，可以图16中的4专感器1602所示来4吏用MAZetJencolour产品系列。在不同的实施例中，可以选冲奪性地将包4舌多个带通滤波器的轮子或其它可移动装置方文置在光壽文二4及管的前面，以〗吏一个光壽文二才及管可测量多个离散波长范围。在不同的实施例中，可以沿每个反射方向放置多个光敏二极管，其中，多个光敏二极管中的每一个都具有独立的带通滤波器。应当理解，多个传感器915可以包括能够同时离散地测量多个波长范围的宽带检测器，例如，RGB传感器(诸如具有对凄t响应或小的^象素阵列的照相才几(例如，可,人Taos，Inc.得到的TCS230系列产品)。图10示出了可以用于在数据库924和/或电子单元904存储测量数据的示例性数据库图示1000。框1002可以包括关于进行测量的仪器(例如，仪器900)的信息。这种信息可以包括名称、序列号等。框1004可以包括关于特定测量的信息，包括例如，日期、时间、位置号、仪器定向等。框1006和1008可以包括关于3皮测面板或表面的信息。例如，框1006可以包括关于面板或表面本身的信息，而框1008可以包括将在表面上进行的优选测量的模板(例如，数量、高度、宽度、离边缘的距离等)。框1010可以包括关于每个将一皮观测的角度或反射方向的信息，以及框1012可以包括实际测量的数据。例如，如果在31个波长范围测量11个反射方向，则用于每个测量的数据点的总数量可以是341。图ll至图14示出了才艮据不同实施例的示例性光学单元902的—见图。示例性光学单元902包括一个照射源1104和用于容纳传感器1106、1108、1110、1112、1114、1116、1118、1120、1122、1124、1126的11个孑L(aperture)或小孑L(pupil)。应当5里解，4专感器可以包括用于接收光和容纳用于感测光强度的元件的孔。在示例性单元卯2中，照射源1104蜂皮定向为以相对于表面法线45度角朝向位于该单元之下的表面(未示出)。因此，镜像反射方向同样为相对于表面法线的45度角。可以设置小孔1106以在镜像反射方向处感测反射。在不同的实施例中，可以相对于镜像反射方向来表示其它小孔的位置，但是应当理解，可以在任意适当的坐标系统中表示这些小孔的位置。例如，小孔1122可以位于相对于4竟4象的-15°。相对于镜像，小孔1118可以位于15。处、小孔1116位于25。处、小孔1U2位于45。处、小孔lllO位于75°处、以及小孑L1108位于110°处。此外，可以相对于镇Z象反射方向来表示小孔离开小孑L1106、1108、1110、1112、1116,和1118的平面的位置。例如，小孔1124位于距离4竟像反射方向25。且在平面之外逆时针旋转90。的位置处。类似地，小孑L1120位于距离镇H象反射方向25。且在平面之外顺时针^走转90°的位置处。小孑L1114和1126两者位于距离镜像反射方向60。且分别在平面之外顺时针和逆时针方向旋转54.7。的位置处。应当理解，尽管示出了用于传感器的11个小孔，^旦是可以^吏用任意适当数量的传感器。此外，可以将传感器》文置为接收任意适当反射方向，例力口，不共面的反射方向。ot匕夕卜，在不同的实施例中，传感器可以位于光学单元902的不同小孔中。在其它不同实施例中，可以远离小孔来i文置一些或全部传感器。例如，图15示出了具有起源于不同小孔的光纤1505的另一个示例性光学单元1502。光纤1505可以将入射到小孔的光传豸餘到可容纳一个或多个4妄收元件的远程位置(未示出)。图17示出了使用上述方法和/或设备识别未知表面的属性的示例性处理流程1700。在步骤1702、1704、1706、和1708，可以从表面的观测的反射或BRDF得到不同的外观属性。例如，在步骤1702，可以获得加权的光谱空间分布大小。例如，在步l聚1704,可以获得表面的完整BRDF。在步骤1706可以获得完整的BSDF。在不同的实施例中，在步骤1708可以获得表面的光斥册线结构。在步骤1710,将这些外观属性与查询表(诸如下面的用于识别未知表面和/或其物理属性的查询表1)进行比4交。应当理解，例如，可以通过装置900的数据库924和/或电子单元904来存4诸查询表。表1:<table>tableseeoriginaldocumentpage28</column></row><table>图18示出了根据不同实施例的用于使用上述处理和/或设备获得两个表面之间方向色差的处理流禾呈1800。在处理流禾呈1800中，尽管方向色差是才艮据CIELAB方程计算的DeltaE值，^旦是应当理解，可以使用任何意适当的颜色测量方法。在步骤1802,基于特定照射和)见测器可以计算XYZ加玲又矩阵。XYZ力口4又矩阵可以是3乘X大小的矩阵，其中，X是被测的离散波长或波长范围的数量。如上文所述，加^又方向响应可以由一《且矢量表示，其中一个矢量用于每个波长范围。因此，加一又方向响应可以表示为X乘d大小的矢量，其中，d是表示空间坐标轴(例如，在三维中，d等于3)所需的项数。在步骤1804可将这两个矩阵相乘得到3乘d的矩阵。在步骤1806可以应用CIELAB函凄t。在不同的实施例中，可以分别^)寻CIELAB函数应用于3乘d矩阵的每一列。可选地，可以将CIELAB函凄t应用于3乘d矩阵的每一列的幅j直。在步-骤1808，可以计算DeltaE值。图19示出了可以由例如汽车零4牛整5里工用于〉余层工业的处理流程1900,以使不同时间和不同设备制造和涂覆的两个部件(例如，门4巴手可以在工厂A制造，而保险杠可以在工厂B制造)的涂层的外观相匹配。该处理流程1900可以用于基于对第一部件的观测来确定第二部4牛的f余层配方和/或处玉里因素。在步艰《1902，可以测量和/或计算第一涂覆部件的外观属性。该外见属性可以是例如加权方向响应、BRDF等。在步各聚1904,可以通过与第一涂覆部件相同的方式来测量第二涂覆部件的外7见属性。在步冬聚1906,可以比4交这两个涂覆部件的外观属性。如果发现了差异(例如，由于第二涂覆部4牛不与第一f余;霞部4牛匹配)，则在步4t1908,例如如上所述，可以使表现出该差异的外观属性依赖于特定配方或应用系数。然后可以更改第二涂覆部件的配方或应用系#t以涂覆_额外的部件来匹配第一涂覆部件，使得在这些部件之间存在更高质量的外观匹配。图20示出了用于确定在涂覆备件时所使用的处理和/或配方系数的处理流程2000。在步骤2002,可以获得第一涂覆部件的外观属性(例如，力口一又方向响应、BRDF等)。第一涂覆部件可以是例如汽车部件。在步專聚2004，可以获得用于再J见第一部件上的涂层的外)(见的配方或应用系凄t(例如，通过4吏外7见属性依赖于配方或应用系数)。考虑到在步骤2004获得的配方或应用系数，在步骤2006，可以将涂层涂覆至第二部件。例如，对于汽车车身车间，该处理流程2000会非常有用。以该方式中，第二部件的涂层可以与第一部件的涂层匹配。4吏用处理流程2000,汽车车身车间可以匹配涂津+配方和用于对部件进行重新上漆或对备件进行上漆的处理，以匹配汽车上已有的部件的外观。这可以提供较好的外观匹配，从而在备件的外观随着侵蚀和磨损而变化时，再现原始配方和处理系数。理流程2100。例如，该安全部件可以是安全油墨(例如，具有耳又决于观看角度的外观的安全油墨)。该油墨可以存在于产品的标签或其它指示物上。在不同的实施例中，例3口，在具有截然不同外见的4匕妆品或类似产品的情况下，安全部4牛可以是产品本身。参照处理流程2100，在步骤2102,可以测量第一未知部件的外^L属性。该外观属性可以是加权方向响应、BRDF等。在步-骤2104，可以爿夸测量的外观属性与真实安全部件的已知外观属性进行比较。在步骤2106可以获纟寻:帔测-逸产品的真实性。例如，如果未知安全部件的外)(见属性与已知产品的外^L属性匹配，则该未知产品4艮可能是可靠的。如果被测试的安全部件的属性与已知属性不匹配，则该产品可能是伪造的。应当理解，通过考虑多个独立的外^见属性可以增加匹配的可靠性。图22示出了才艮据不同实施例的用于识别部件源的处理流程2200。例如对于法务调查，处理流程2200会非常有用。在步骤2212，可以分析部件的外观属性。例如，该部件可以是撞击或行驶事故情况下的汽车车身零件、在犯罪现场留下的衣物石争片、或法务调查对象的其它部件。在步骤2214,可以将部件的外观属性于已知起源的部件的类似属性进行比较。在步骤2216,可以基于所测量的外观属性和已知外^见属性之间的匹配来识别部件。例如，汽车车身零件可以依赖于特定制造、型号、产品运行等。应当理解，已经简化了本发明的附图和描述以说明与清楚理解本发明相关的元ff,而出于清晰的目的，删除了^者:^(例如)上述非才丸行业务一是供商单元的一些特定任务的其它元件。本领域的纟支术人员将会认识到这些或其它原件可能是需要的。然而，由于这样的元件是本领域公知的，并且由于它们并不能有助于更好的理解本发明，所以本文中没有提供对这些元件的讨-i仑。如本文中所使用的，"计算机"或"计算机系统"可以是但不限于单独的或组合的个人计算机(PC)、基于服务器的计算机、主机、服务器、微型计算机、小型计算机、个人数据助手(PDA)、蜂窝电话、寻呼机、处理器，包括它们的无线和/或有线的改变、和/或能够配置用于处理独立应用和/或通过网络连接的介质或々某介的凄t据的任何其它计算4几化的装置。本文中4皮露的计算才几和计算才几系统可以包括用于存储一些软件应用程序的可才喿作连4妄的存卩诸器，这些4欠件应用程序^皮用于获得、处理、存4诸和/或通信凄丈据。应当理解，这种存储器相对于其可操作连接的计算机或计算才几系统可以是内部的、外部的、远程的或本地的。存储器还可以包括用于存储软件或其它指令的任意装置，例如，包括但不限于硬盘、光盘、软盘、ROM(只读存储器)、RAM(随机存取存4渚器)、PROM(可编程ROM)、EEPROM(扩展可纟察除PROM)、和/或其它类似的计算枳』可读介质。系统901的各个才莫:夹916、918可以实玉见为由^f吏用《壬意类型的适当计算才几指令类型的系统901或4壬意其它计算才几系统的处理器(组)执行的代码。该软件代码可以在计算才几可读介质中存储为一系列指令或命令。本文中所-使用的术i吾"计算4几可读介质"可以包括，例如诸如》兹盘的》兹和光存储装置、不^旦只读而且可写变体的压缩盘、光盘驱动器、以及硬盘驱动器。计算机可读介质还可以、包括物理、虚拟、永久、临时、半永久和/或半临时的记忆存储器。^十算才几可读介质可以进一步包4舌在一个或多个载波上4专|#的一个或多个数据信号。尽管已经描述了本发明的几个实施例，但是很显然，对亍本领域的技术人员可以对本发明进行各种改进、替换和改装，同日于获得本发明的一些或全部优点。因此，本发明旨在覆盖这些改进、替换和改装而不背离由附加的权利要求所限定的本发明的范围和4青;#。权利要求1.一种用于测量表面的空间欠采样双向反射分布函数(BRDF)的设备，所述设备包括第一光源，被定向用于从第一照射方向照射所述表面；多个传感器，被放置为接收由所述表面反射的光，其中，所述多个传感器包括第一传感器，被放置为接收由所述表面沿第一反射方向反射的光；第二传感器，被放置为接收由所述表面沿第二反射方向反射的光；以及第三传感器，被放置为接收由所述表面沿第三反射方向反射的光，其中，所述第一反射方向、所述第二反射方向、和所述第三反射方向不共面；以及计算机，与所述多个传感器进行通信，其中，所述计算机被配置为考虑到所述第一反射方向、所述第二反射方向、和所述第三反射方向，将由所述多个传感器感测的光转换为所述表面的第一外观属性。2.根据权利要求1所述的设备，进一步包括以第二照射角入射到所述表面上的第二光源。3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述多个传感器进一步包括第四传感器，被放置为接收由所述表面以第四反射角反射的光。4.根据权利要求1所述的设备，介于5和15之间的传感器。5.根据权利要求1所述的设备,散的波长范围敏感。权利要求书第2/ll页其中，所述多个传感器包括数量其中，所述第一传感器对多个离6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一传感器包括光敏二才及管和位于所述反射光与所述光壽丈二才及管之间的至少一个i普带通滤波器。7.根据权利要求6所述的设备，其中，所述i普带通滤波器是位于所述反射光与所述光敏二极管之间的色4仑的一部分。8.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一传感器包括宽带语检测器。9.根据权利要求8所述的设备，其中，所述宽带谱检测器是RGB传感器。10.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一传感器包括被定向用于接收沿所述第一反射方向反射的光的接收元件和第一小孔，其中，所述小孔位于所述表面和所述接收元件之间。11.根据权利要求10所述的设备，其中，所述小孔通过至少一条光纤光学电缆光学地连接至所述接收元件。12.根据权利要求10所述的设备，进一步包括位于所述孔和所述接收元件之间的至少一个透镜。13.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一反射方向、所述第二反射方向、和所述第三反射方向相对于所述表面的表面法线与所述第一照射方向正交。14.根据权利要求1所述的设备，其中，所述多个传感器包括以15度、25度、45度、75度、禾口110度的4竟面角》文置的多个4专感器。15.根据权利要求1所述的设备，其中，所述多个传感器包括以-15度的镜面角方文置的传感器。16.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一光源是准直光束源。17.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一光源包4舌白色发光二才及管(LED)。18.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一光源包4舌具有不同谱输出的多个LED。19.根据权利要求18所述的设备，其中，所述多个LED包括9个LED,并且，其中所述9个LED中的每一个都具有不同的语输出。20.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一光源包4舌白炽灯泡。21.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一照射方向与所述表面法线形成零度角。22.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一照射方向与所述表面法线形成大于45度的角。23.根据权利要求1所述的设备，其中，所述多个传感器包括非成像传感器。24.—种用于测量表面的空间欠采样双向反射分布函凄t(BRDF)的方法，所述方法包4舌用从第一照射方向入射到所述表面上的第一光源照射所述表面；感测由所述表面在多个反射方向上反射的多个波长的光，其中，所述多个反射方向包括第一反射方向、第二反射方向、和第三反射方向；以及考虑到所述第一反射方向、所述第二反射方向、和所述第三反射方向，将所述光转换为所述表面的第一外7见属性。25.根据权利要求24所述的方法，进一步包括用从第二照射方向入射到所述表面上的第二光源照射所述表面。26.根据权利要求24所述的方法，其中，所述多个反射方向进一步包4舌第四反射方向。27.根据权利要求24所述的方法，其中，所述多个反射方向包括数量介于5和15之间的反射方向。28.根据权利要求24所述的方法，其中，所述多个反射方向的数量与所述表面的物理属性相关。29.根据权利要求28所述的方法，其中，所述多个反射方向的数量等于2L+m,其中，L等于存在于所述表面上的层的婆t量，以及m等于包括在所述表面中的不同材料的数量。30.才艮据^又利要求28所述的方法，其中，所述多个反射方向的教二量等于6L+6m,其中，L等于存在于所述表面上的层的凄丈量，且m等于包括在所述表面中的不同材料的凄丈量。31.根据权利要求24所述的方法，其中，所述第一外观属生是所述表面的力口升又方向响应，其中，所述力。—又方向响应包才舌——纟且矢量，并且，其中所述矢量组中的每一个都表示以乡合定的-皮长或波长范围对全部所述多个反射方向所测量的光的矢量禾口。32.根据权利要求31所述的方法，进一步包括计算平均i普空间矩，其中，所述平均谱空间矩是所述加权方向响应的平均方向。33.根据权利要求31所述的方法，进一步包括计算加—又i普空间分布，其中，所述加权谱空间分布是表示包括在所述加^又方向响应中的所述矢量iE的端点的线形的函凄史d34.根据权利要求31所述的方法，进一步包括将所述表面的所述力。一又方向响应專争4奐为木亍准表面的力口—又方向响应。35.根据权利要求31所述的方法，进一步包括计算所述表面和第二表面之间的DeltaE4直。36.根据权利要求34所述的方法，其中，所述计算包括对_声斤述加权方向响应应用CIELAB方程。37.根据权利要求30所述的方法，进一步包括对包括在戶斤述矢量组中的矢量应用加权系数。38.根据权利要求37所述的方法，其中，基于所述矢量的方向确定所述加权系数，以反映由所述表面反射的能量的期望分布。39.根据权利要求24所述的方法，其中，所述第一外观属性是所述表面的空间欠采样BRDF。40.根据权利要求39所述的方法，进一步包括通过从所述BRDF的近似值中减去反射分量来计算双向散射分布函数(BSDF)的近似、。41.根据权利要求40所述的方法，进一步包括通过用地形散射系凄t除所述BSDF的近似值来计算与所述表面的地形散射成t匕侈'J的工页。42.根据权利要求40所述的方法，进一步包括通过用材料散射系数除所述BSDF的近似值来计算与所述表面的材料散射成比例的项。43.根据权利要求40所述的方法，进一步包括通过用缺陷散射系凄t除所述BSDF的近似值来计算与所述表面的缺陷散射成比例的项。44.根据权利要求24所述的方法，其中，所述第一外观属性是光才册结构周期。45.根据权利要求24所述的方法，其中，所述第一外观属性是折射指数。46.根据权利要求24所述的方法，其中，所述表面的所述属性包一括存在于所述表面上的涂层的配方的属性。47.根据权利要求24所述的方法，其中，所述表面的属性包括用于涂覆存在于所述表面上的涂层的处理的属性。48.根据权利要求24所述的方法，其中，所述感测光包括利用固定位置处的至少一个传感器来感测光。49.根据权利要求24所述的方法，其中，所述感测光包括通过至少一个非成像传感器来感测光。50.根据权利要求24所述的方法，其中，所述第一反射方向、所述第二反射方向、和所述第三反射方向不共面。51.—种用于测量表面的空间欠采样双向反射分布函数(BRDF)的系统，所述系乡充包4舌照射光学器件，被配置为用至少一个光源照射所述表面；4妻收光学器件，纟皮配置为感测由所述表面在多个反射方向反射的多个波长的光，其中，所述多个反射方向包括第一反射方向、第二反射方向、禾。第三反射方向；以及处理;溪块，被配置为考虑所述第一反射方向、所迷第二反射方向、和所述第三反射方向，^夺由所述4妄收光学器件感测到的光转换为所述表面的第一外7见属性。52.根据权利要求51所述的系统，其中，所述照射光学器件、所述接收光学器件、和所述处理才莫块包含在单个外壳中。53.根据权利要求51所述的系统，其中，所述处理才莫块远离所述照射光学器件和所述接收光学器件。54.根据权利要求51所述的系统，其中，所述接收光学器件包括固定位置处的至少两个传感器。55.根据权利要求51所述的系统，其中，所述接收光学器件包括至少一个非成像传感器。56.根据权利要求55所述的系统，其中，所述第一反射方向、所述第二反射方向、和所述第三反射方向不共面。57.—种用于匹配涂覆于第一部件和第二部件的涂层外^见的方法，所述方法包4舌获得所述第一部件的第一外观属性，其中，获得所述第一外7见属性包4舌用乂人第一照射方向入射到所述表面上的第一光源照射所述第一部件的表面；感测由所述表面在多个反射方向中反射的多个波长的光，其中，所述多个反射方向包括第一反射方向、第二反射方向、和第三反射方向，并且其中，戶斤述第一外观属性考虑了所述第一反射方向、所述第二反射方向、和所述第三反射方向；获得所述第二部件的第二外7见属性；比较所述第一外观属性和所述第二外观属性；将所述第一外观属性与所述第二外观属性之间的差别与涂层系数相关联。58.根据权利要求57所述的方法，其中，所述涂层系凄t包括配方和应用系凄t中的至少一个。59.根据权利要求57所述的方法，其中，所述第一外7见属性包括所述第一部4牛类型的实例的加纟又方向响应以及所述第一部4牛类型的所述实例的BRDF中的至少一个。60.根据权利要求57所述的方法，进一步包4舌考虑所述涂层系数来涂覆第三部件类型。61.根据权利要求57所述的方法，其中，所述感测光包括利用固定位置处的至少一个传感器来感测光。62.根据权利要求57所述的方法，其中，所述感测光包括用至少一个非成〗象传感器来感测光。63.根据权利要求57所述的方法，其中，所述第一反射方向、所述第二反射方向、和所述第三反射方向不共面。64.—种〗务理装置的方法，所述方法包4舌获得所述装置的第一部件的第一外^L属性，其中，获得所述第一外，见属性包4舌用从第一照射方向入射到所述表面上的第一光源照射所述第一部件的表面；感测由所述表面在多个反射方向反射的多个波长的光，其中，所述多个反射方向包括第一反射方向、第二反射方向、和第三反射方向，并且其中，所述第一外只见属性考虑了所述第一反射方向、所述第二反射方向、和所述第三反射方向；将所述第一外观属性和所述第一部件的涂层系数相关联；考虑所述涂层系数来涂覆所述装置的备件。65.才艮据权利要求64所述的方法，其中，所述涂层系数包括配方和应用系凄史中的至少一个。66.根据权利要求64所述的方法，其中，所述第一外观属性包括所述第一部件类型的实例的加冲又方向响应以及所述第一部件类型的所述实例的BRDF中的至少一个。67.#4居权利要求64所述的方法，其中，所述装置是汽车。68.才艮据权利要求64所述的方法，其中，所述感测多个反射方向多个波长的光包括利用固定位置处的至少一个传感器来感测光。69.才艮据权利要求64所述的方法，其中，所述感测光包4舌利用至少一个非成像传感器来感测光。70.4艮据—又利要求64所述的方法，其中，所述第一反射方向、所述第二反射方向、和所述第三反射方向不共面。71.—种获得未知对象的身份的方法，所述方法包括获得所述对象的第一外观属性，其中，获得所述第一外观属性包括用/人第一照射方向入射到所述表面上的第一光源照射所述对象的表面；感测由所述表面在多个反射方向反射的多个波长的光，其中，所述多个反射方向包括第一反射方向、第二反射方向、和第三反射方向，并且其中，所述第一外，见属性考虑了所述第一反射方向、所述第二反射方向、和所述第三反射方向；比库交所述第一外7见属性和未知对象的外^见属性。72.根据权利要求71所述的方法，其中，所述第一外观属性包括所述第一部件类型的实例的加—又方向响应和所述第一部件类型的所述实例的BRDF中的至少一个。73.根据权利要求71所述的方法，进一步包括基于所述比较来确定所述7寸象的真实性。74.根据权利要求71所述的方法，进一步包括基于所述比较来识别所述^"象的源。75.4艮据4又利要求71所述的方法，其中，所述感测多个反射方向多个波长的光包4舌利用固定位置处的至少一个传感器来感测光。76.根据权利要求71所述的方法，其中，所述感测光包括用至少一个非成像传感器来感测光。77.根据权利要求71所述的方法，其中，所述第一反射方向、所述第二反射方向、和所述第三反射方向不共面。全文摘要一种用于测量表面的空间欠采样双向反射分布函数(BRDF)的设备。该设备可以包括第一光源，用于从第一照射方向照射表面；以及多个传感器，被放置为接收由该表面反射的光。该多个传感器可以包括第一、第二、和第三传感器，被放置来接收由该表面沿第一、第二、和第三不共面方向反射的光。在不同的实施例中，该设备还可以包括与该多个传感器通信的计算机。该计算机被配置为考虑第一、第二、和第三反射方向来将由所述多个传感器感测到的光转换为该表面的第一外观属性。文档编号G01N21/47GK101184986SQ200680018778公开日2008年5月21日申请日期2006年4月25日优先权日2005年4月25日发明者乔恩·K·尼斯佩尔,布里安·特尼斯,布雷特·A·帕夫拉塔,帕特里克·S·鲁德,托马斯·M·理查森申请人:爱色丽公司