测量装置、系统、方法和程序与流程

文档序号:14943298发布日期:2018-07-13 21:39

本发明涉及测量装置、系统、方法和程序。



背景技术:

图13为用于描述回射材料的图。回射被定义为无论入射角如何的情况下入射光沿入射方向反射回来的现象。回射材料80为包含多个细颗粒(小珠)81的透明合成树脂的涂层82的构造。入射到回射材料80上的入射光83在颗粒81内部折射,然后在聚焦到一点后反射,成为再次经过颗粒81并沿原方向返回的反射光84。因此,当从光的入射方向观察时,回射材料看起来发光,但当从不同于光的入射方向的方向观察时看起来不发光。此外,回射材料80可使用例如形成为三维形状的棱镜的不同构造来实现。

虽然回射材料被广泛用于例如路标、衣服(服装)等,但必须检查其特性以确定产品寿命,因为回射性能随着使用而降低。回射材料的一个特征是回射系数(cd/m21x),回射系数由回射亮度(cd/m2)相对于入射光照度(1x)的比率来定义。回射系数值不仅用于量化特性,还可作为用于确定回射材料产品寿命的指标。例如,用于测量路标、衣服等中所用回射材料的回射性能的装置和方法在专利文献1和2中有所描述。

相关技术文献

专利文献

专利文献1:美国专利申请公布2013/0194565

专利文献2:美国专利7961328



技术实现要素:

本发明将要解决的问题

用于测量回射系数的方法在工业标准诸如ANSI 107-2010、JIS Z8714-1995等中规定。这些标准不仅规定了亮度和照度等光度值,还规定了测量诸如入射到回射材料上的照射光的入射角以及光源与检测器之间的观测角等数据的几何条件。为了测量满足此类测量条件的回射系数,需要使用大型且昂贵的仪器,例如专利文献1和2中所述的那些。

因此,本发明的目标在于提供能够使用可商购获得的具有成像单元的移动终端易于测量回射系数的装置、系统、方法和程序。

解决问题的方法

本发明提供一种装置,该装置具有:成像单元,用于捕获目标对象的图像;观测角采集单元,用于采集由成像单元、发射捕获用光的光源与目标对象之间的位置关系确定的观测角;入射角采集单元,用于采集所发射的捕获用光入射到目标对象上的入射角;转换单元,用于使用图像的捕获信息将图像的图像数据转换成目标对象的亮度值;以及计算单元,用于基于目标对象的照度值和亮度值计算目标对象的回射系数值。

优选的是上述装置还具有输出单元,用于输出观测角、入射角和回射系数的值。

优选的是上述装置还具有发光单元,其为发射捕获用光的光源。

优选的是上述装置还具有确定单元,其确定观测角和入射角是否包括在参考范围内,并且输出单元还输出根据确定单元得到的确定结果。

优选的是上述装置还具有存储单元,用于存储观测角与入射角之间的对应关系,该对应关系确定参考范围。

在上述装置中,优选的是存储单元基于目标对象的类型记录多种对应关系,并且确定单元根据待捕获目标对象的类型参考对应关系,然后确定观测角和入射角是否包括在所获得的参考范围内。

在上述装置中,优选的是存储单元还记录光源类型、观测角、入射角和目标对象照度值之间的第二对应关系。

在上述装置中,优选的是成像单元除了使用所发射的捕获用光捕获目标对象的第一图像,还在不使用所发射的捕获用光的情况下捕获目标对象的第二图像,并且转换单元除了将第一图像的图像数据转换为第一亮度值,还将第二图像的图像数据转换为第二亮度值,然后通过计算第一亮度值与第二亮度值之间的差值来采集目标对象的亮度值。

在上述装置中,优选的是成像单元捕获包括除目标对象以外的部分的图像,并且转换单元基于除由图像的图像数据获得的目标对象以外的部分来校正目标对象的亮度值。

优选的是上述装置还具有照度值计算单元,该照度值计算单元用于在光从光源照射到回射系数已知的回射材料上时,基于回射材料的亮度值计算目标对象的照度值。

在上述装置中,优选的是无论用户操作如何,当已经确定观测角和入射角包括在参考范围内时,成像单元捕获目标对象的图像。

在上述装置中,优选的是输出单元为显示单元,用于显示由成像单元捕获的区域、确定单元的确定结果以及由计算单元计算的回射系数值。

优选的是上述装置还具有曝光校正单元,用于在成像单元进行捕获的过程中调整曝光量。

优选的是上述装置还具有滤光器,用于降低来自光源的光的强度。

优选的是上述装置还具有棱镜,用于偏转来自光源的光的光路以调整观测角。

优选的是上述装置还具有参考目标对象,该参考目标对象包括一个或多个回射系数已知的回射区域,并且计算单元使用一个或多个回射区域的特征值执行计算。

在上述装置中,优选的是参考目标对象包括回射系数值已知的多个回射区域,并且多个回射区域的回射系数彼此都不相同。

在上述装置中,优选的是多个回射区域以预先确定的图案布置在参考目标对象上。

本发明提供一种系统,该系统包括能够通信的终端装置和服务器装置,其中终端装置具有成像单元、观测角采集单元、入射角采集单元、终端通信单元、以及显示单元,成像单元用于捕获目标对象的图像,观测角采集单元用于采集由成像单元、发射捕获用光的光源与目标对象之间的位置关系确定的观测角,入射角采集单元用于采集所发射的捕获用光入射到目标对象上的入射角,终端通信单元用于将图像的图像数据发送到服务器装置并且接收来自服务器装置的目标对象的回射系数值,显示单元用于显示观测角、入射角和回射系数的值;并且其中服务器装置具有转换单元、计算单元、以及服务器通信单元,转换单元用于使用图像数据的捕获信息将图像数据转换为目标对象的亮度值,计算单元用于基于目标对象的照度值和亮度值计算目标对象的回射系数,服务器通信单元用于接收来自终端装置的图像数据并且将回射系数值发送到终端装置。

此外,提供一种方法,该方法包括以下步骤:采集由用于捕获目标对象的图像的成像单元、发射捕获用光的光源与目标对象之间的位置关系确定的观测角;采集所发射的捕获用光入射到目标对象上的入射角;将来自光源的光照射到目标对象上;捕获目标对象的图像;使用图像的捕获信息将图像的图像数据转换为目标对象的亮度值;以及基于目标对象的照度值和亮度值计算目标对象的回射系数值。

此外,提供一种计算机中的程序,该程序:采集由用于捕获目标对象的图像的成像单元、发射捕获用光的光源与目标对象之间的位置关系确定的观测角;采集所发射的捕获用光入射到目标对象上的入射角;使用由成像单元捕获的目标对象的图像的捕获信息将图像的图像数据转换为目标对象的亮度值;以及基于目标对象的照度值和亮度值计算目标对象的回射系数值。

本发明的效果

根据上述装置、系统、方法和程序,可使用可商购获得的具有成像单元的移动终端轻松测量回射系数。

附图说明

图1为终端装置1的示意性配置图。

图2A为描述入射角θ和观测角的图。

图2B为描述入射角θ和观测角的图。

图3为控制单元14的功能框图。

图4为转换单元141使用的所有数据的关系图。

图5A为描述差值处理单元142的视图。

图5B为描述差值处理单元142的视图。

图5C为描述差值处理单元142的视图。

图6A为示出用于确定参考范围的观测角和入射角θ的示例的表格。

图6B为示出光源类型、观测角入射角θ和目标对象照度值I之间的对应关系的表格。

图7为示出终端装置1的操作示例的流程图。

图8A为示出在捕获过程中显示于显示单元16上的屏幕示例的图。

图8B为图8A的局部放大视图。

图8C为示出计算的回射系数值的显示示例的图。

图8D为示出计算的回射系数值的显示示例的图。

图9为描述参考目标对象的图。

图10A为示出捕获过程中显示在显示单元16上的屏幕示例的视图。

图10B为示出捕获过程中显示在显示单元16上的屏幕示例的视图。

图10C为示出捕获过程中显示在显示单元16上的屏幕示例的视图。

图11为示出滤光器30和棱镜40的示例的透视图。

图12为通信系统2的示意性配置图。

图13为描述回射材料的图。

具体实施方式

下面将参考附图详细描述测量装置、系统、方法和程序。然而,本发明的技术范围并非旨在限于这些实施方案,应当指出的是,本发明延伸至根据专利权利要求的范围所述的发明及其等同物。

图1为终端装置1的示意性配置图。终端装置1具有成像单元11、发光单元12、存储单元13、控制单元14、操作单元15、显示单元16、检测单元17和终端通信单元18。终端装置1使用内置传感器采集显示终端装置自身与待测量目标之间的位置关系的入射角和观测角。终端装置1为例如移动终端,诸如配备内置相机的智能电话等。

成像单元11对应于终端装置1中的内置相机,使用例如RAW(DNG)数据、JPEG(JFIF)数据、sRGB数据等格式捕获目标对象的图像,并且采集待测量目标的图像数据。虽然这些数据格式中的任一种均可接受,但下文所述的大多数示例是成像单元11采集JPEG(JFIF)数据的情况。例如,基于用户的操作,成像单元11使用发射的捕获用光捕获目标对象的第一图像,同时还在不使用发射的捕获用光的情况下捕获目标对象的第二图像。

曝光校正单元11A在通过成像单元11进行捕获的过程中调整曝光量,以对应于光圈、快门速度调整单元或成像单元11的ISO灵敏度调整单元中的至少一者。例如,如果根据捕获的图像计算的亮度值过高,则使用曝光校正单元11A将亮度值调整为合适范围内的值。使用曝光校正单元11A的曝光量校正可由用户手动完成或由成像单元11自动完成。

发光单元12为LED(手电筒或闪光灯),其为发射光的光源,在成像单元11进行捕获的过程中根据需要发射光。发光单元12优选地布置在成像单元11的透镜旁。通过这种方式,所发射的捕获用光入射到目标对象上并且由回射材料反射的方向与成像单元11捕获的方向变成几乎相同的方向,因此可捕获由回射引起的大量反射光。

存储单元13为例如存储由成像单元11捕获的图像数据、终端装置1的操作所需的数据等的半导体存储器。控制单元14由CPU、RAM、ROM等构成,用于控制终端装置1的操作。操作单元15由例如触控面板、按键等构成,用于接收用户的操作。

显示单元16为例如液晶显示器并且可作为触控面板显示器与操作单元15集成。显示单元16为输出单元的示例,用于显示由成像单元11捕获的区域。此外,显示单元16显示待测量目标的亮度值和回射系数中的至少一者,和/或与入射角和观测角相关的至少一个确定结果、通过下文所述方法获得的入射角和观测角。

检测单元17由在终端装置1中内置的全球定位系统(GPS)传感器、陀螺仪传感器、磁罗盘、加速度传感器、运动传感器、重力传感器等中的至少一者构成。在成像单元11捕获图像时,检测单元17测量检测单元本身相对于目标对象的位置和姿态的信息(几何信息)。终端通信单元18为用于执行终端装置1与外部装置之间数据的发送和接收的接口。

图2A和图2B为描述入射角θ和观测角的图。观测角由成像单元11、发光单元12和目标对象之间的位置关系确定,其中目标对象为回射材料20。观测角基于从终端装置1到目标对象的距离r以及成像单元11的透镜与发光单元12的LED之间的距离d计算得出,其中目标对象为回射材料20。成像单元11与发光单元12之间的距离d可使用尺子等轻松测量。成像单元11的透镜或发光单元12的LED到回射材料20的距离r使用来自成像单元11的自动聚焦信息导出。发光单元12与回射材料20之间的距离以及成像单元11的透镜与回射材料20之间的距离均与光源和透镜被布置为彼此极其接近的移动终端几乎相同,因此两者在近似意义上均指示距离r。准确地讲,使用由成像单元11的自动聚焦信息导出的距离值与实际值之间的回归曲线(校准曲线)导出距离r。此外,用如下公式计算观测角

观测角基于从终端装置1到目标对象的距离r改变,因此为对应于距离的量。

入射角θ为目标对象的法向与光入射到目标对象上的入射方向之间的角度,其中目标对象为回射材料20。当回射材料20水平置于桌上时,入射角θ为终端装置1相对于水平方向的倾斜角度。另一方面,当回射材料20附接到垂直壁表面时,入射角θ为终端装置1相对于该表面的垂直方向的倾斜角度。例如,通过使用来自检测单元17的信息测量终端装置1相对于垂直表面的倾斜角度导出入射角θ。或者,可使用单独的尺子和/或量角器来测量入射角θ。

回射系数RA(cd/m2lx)如下所示使用发光单元12以特定观测角和入射角θ照射在回射材料20上的照度值I(lx)以及此时来自回射材料20的回射的亮度值L(cd/m2或nit)导出。

RA=L/I…(2)

其中,亮度值L通过下文所述方法使用成像单元11捕获的图像的图像数据导出。

另一方面,假定发光单元12为点光源,照度值I的表达式如下,其中Ls为(cd/m2或nit)并且有效面积A为(m2)。

I=((Ls×A)/r2))cosθ…(3)

只要发光单元12的LED光源的特性已知并且观测角和入射角θ已确定,则可导出照度值I。因此,不必每次都测量照度值I,因为所用光源(发光单元12)的类型、观测角入射角θ和照度值I之间的对应关系可预先存储在存储单元13中并且可通过参考来采集照度值I。当然,照度值I和/或亮度值Ls可使用独立的照度计和/或亮度计导出。

图3为控制单元14的功能框图。控制单元14具有转换单元141、差值处理单元142、计算单元143、角度采集单元144和确定单元145。

转换141单元具有第一转换单元141A、参考亮度值采集单元141B和第二转换单元141C。转换单元141采集由成像单元11捕获的图像的图像数据,然后将该图像数据转换为数据(亮度值),该数据包括使用图像数据的捕获信息处于观测角的目标对象的光度信息。转换单元141将在存在发射的捕获用光的情况下捕获的第一图像的图像数据转换为第一亮度值,同时将在不存在发射的捕获用光的情况下捕获的第二图像的图像数据转换为第二亮度值。第一亮度值L1是由发光单元12发射的捕获用光以及周围光所引起的回射的亮度,而第二亮度值L2是仅由周围光引起的回射的亮度。这两个亮度值之间的差值L=L1-L2指示仅由发光单元12发射的捕获用光所引起的实际回射的亮度。

转换单元141分别将成像单元11使用发射的捕获用光采集的第一图像数据以及成像单元11不使用发射的捕获用光采集的第二图像数据转变为线性标度亮度值,然后生成两个亮度图像。因此,转换单元141使用成像单元11的捕获信息分别导出第一图像数据和第二图像数据的相对亮度值,分别导出图像中的每个的摄影对象的参考亮度值,然后使用该参考亮度值将图像中的每个的相对亮度值转换为绝对亮度值。绝对亮度值是用nit、cd/m2或ftL等表示的量。例如,此时,转换单元141从伴随成像单元11采集的图像数据的Exif数据中提取图像数据的图像捕获信息,诸如有效光圈值(F值)、快门速度、ISO灵敏度、焦距和成像单元11的捕获距离。此外,转换单元141使用提取的捕获信息将第一图像数据和第二图像数据转换为包括绝对亮度值的数据。

图4为由转换单元141使用的所有数据的关系图。

第一转换单元141A将成像单元11采集的图像的JPEG数据转换为包括相对亮度值的YCrCb数据(箭头4a)。亮度信号Y的值为相对亮度值。此时,第一转换单元141A可根据使用已知标准IEC 61966-2-1建立的转换表将JPEG数据转换为YCrCb数据。需注意,即使在图像数据为sRGB数据时,第一转换单元141A仍可根据使用已知标准建立的转换表进行转换(箭头4b)。此外,第一转换单元141A可使用由成像单元11的制造商提供的转换表来转换RAW数据(箭头4c)。

参考亮度值采集单元141B使用图像数据的捕获信息导出包括在由成像单元11采集的图像中的摄影对象的参考亮度值β。参考亮度值β(cd/m2或nit)用下列公式表示,其中假定整个屏幕的平均反射率为18%,并且对于成像单元11,有效光圈值(F值)为F,快门速度为T(秒),ISO灵敏度为S。

β=10×F2/(k×S×T)…(4)

其中k为常数并且使用诸如0.65等值。参考亮度值采集单元141B使用该公式由有效光圈值(F值)F、快门速度T(秒)和ISO灵敏度S的值计算参考亮度值β(箭头4d)。

在大多数情况下,F、S和T捕获信息记录于伴随RAW数据、JPEG数据等的Exif数据中。因此,参考亮度值采集单元141B从Exif数据中提取F、S和T以计算参考亮度值β。由此提高了用户便利性,因为无需用户手动输入捕获信息。另一方面,当Exif数据无法使用时,用户通过操作单元15输入F、S和T的值,然后参考亮度值采集单元141B采集该输入值。

第二转换单元141C使用参考亮度值β将相对亮度值Y转换为绝对亮度值。此时,第二转换单元141C首先通过将相对亮度值Y转换为线性标度而导出线性相对亮度值线性Y(箭头4e)。此外,第二转换单元141C使用由参考亮度值采集单元141B计算的参考亮度值β将待测量目标的每个像素的线性相对亮度值线性Y目标转换为绝对亮度值β目标(箭头4f和箭头4g)。

一般来讲,使用γ校正将显示器上显示的像素的RGB值转换为非线性标度,以补偿显示器的非线性。因此,在使用RGB值代替线性标度的情况下,第二转换单元141C通过下列公式将由第一转换单元141A计算的亮度信号Y的像素(非线性值)转换为线性标度的线性Y,其中公式使用例如2.2的代表性γ校正值。

线性Y=Y2.2…(5)

通过这种方式进行γ校正具有以多种水平轻松实现多点高速处理的优点。当然,不限于公式(5),第二转换单元141C可使用针对每个色彩空间的独特方法将相对亮度值Y转换为线性标度。

如果在反射率为18%的情况下导出参考亮度值β,则第二转换单元141C使用下列公式由目标像素的线性相对亮度值线性Y目标计算绝对亮度值β目标。

β目标=β×线性Y目标/线性Ym…(6)

这里,当假定整个屏幕的平均反射率为18%时,线性Ym为线性相对亮度值(参考水平)。就0至255的8位系统而言,由于显示器采用2.27标准和18%平均反射率的定义,参考水平变成为46(最大值255×0.18),因此

线性Ym=46/255。

无论Exif数据的捕捉信息可用还是用户手动输入与其对应的信息,均可使用上述由sRGB、JPEG数据的RGB或RAW数据的RGB中的任一个所述的过程来导出图像上每个坐标的像素的绝对亮度值β目标。只要使用绝对亮度值,在不同照明条件下采集的图像就可彼此比较以提高准确度。例如,能够将使用垂直光捕获的图像与使用辅助光诸如闪光等捕获的图像进行比较,从而确定辅助光的强度是否足够。

需注意,第二转换单元141C可使用已知方法(诸如所谓的余弦四次方定律等),使用从成像单元11的图像传感器的焦距和尺寸获得的视角信息相对于最终绝对亮度值β目标的周围光强的损失(渐晕)进行校正。通过这种方式,可提高绝对亮度值的准确度。

此外,转换单元141可分别基于各自的相对亮度值来生成第一图像数据和第二图像数据的亮度图像,而非始终计算绝对亮度值。在这种情况下,转换单元141仅需包括第一转换单元141A。在相对亮度值比绝对亮度值更易于计算并且无需准确度的情况下,相对亮度值是足够的。

差值处理单元142通过计算第一亮度值与第二亮度值之间的差值来采集目标对象的亮度值。即,差值处理单元142计算第一亮度值与第二亮度值之间的差值,其中使用在存在发射的捕获用光的状态下捕获的图像数据得到第一亮度值,使用在不存在发射的捕获用光的状态下捕获的图像数据得到第二亮度值。该差值可为逐像素差值、所有像素的平均值差、一部分捕获区域的像素平均值差等。通过这种方式消除周围光的效应。

图5A至图5C为描述差值处理单元142的视图。

图5A为成像单元11使用由发光单元12发射的捕获用光所捕获的图像51的示例。此外,图5B为成像单元11在不使用由发光单元12发射的捕获用光的情况下所捕获的图像52的示例。在该示例中,将回射材料施加于由实线围绕的区域53内部的七个点。虽然这些点在不存在发射的捕获用光的第二图像52中几乎不可见,但在存在发射的捕获用光的第一图像51中可以清楚地识别这七个点,因为发射的捕获用光被回射材料朝成像单元11反射。

图5C是通过计算第一图像51和第二图像52的每个像素的亮度值以及随后计算每个像素的亮度值之间的差值而生成的差值图像54。在差值图像54中,可以清楚看到其中回射材料已主要施加于区域53内部的点。通过这种方式,差值处理单元142分别生成第一图像数据和第二图像数据的亮度图像,然后生成两个亮度图像的差值图像。

需注意,由于必须精确对准两个图像以便生成其差值图像,因此,成像单元11使用所谓的“包围曝光”技术几乎同时捕获使用了发射的捕获用光的图像和不使用发射的捕获用光的图像。需注意,通过使用例如三脚架或固定支架将终端装置1固定到适当位置,用户可在不使用包围曝光的情况下捕获对准的第一图像51和第二图像52。

差值处理单元142计算基于第一图像数据的第一亮度值与基于由转换单元141例如以逐个像素为基础转换的第二图像数据的第二亮度值之间的差值,以生成如图5C所示的差值图像。第一亮度值和第二亮度值可为绝对亮度值或相对亮度值。对于在存在或不存在发射的捕获用光的情况下亮度值变化极小的区域,甚至在与回射材料不相关的亮区包括在图像内的情况下,这可通过捕获差值图像在很大程度上消除。

计算单元143具有亮度值计算单元143A、系数计算单元143B和照度值计算单元143C。

亮度值计算单元143A计算目标区域像素的相对亮度值或由转换单元141转换的绝对亮度值的平均值。

需注意,亮度值计算单元143A可通过基于由图像的图像数据获得的目标对象之外的部分的亮度值校正目标对象的亮度值来消除周围光的效应,所述图像包括目标对象以及目标对象之外的部分诸如墙表面等。例如,当目标对象之外的部分的亮度值超出预先确定的范围时,即在亮度值的数据饱和以使得整个图像过亮或过暗的情况下,亮度值计算单元143A可进行校正,以便通过使用固定放大倍数使整个图像的亮度值减小或增大而使整个图像的亮度值处于预先确定的范围内。

当观测角和入射角θ均包括在预先确定的参考范围内时,系数计算单元143B基于目标对象的照度值I和亮度值L计算目标对象的回射系数值。系数计算单元143B将计算的回射系数的值显示在显示单元16上。

照度值计算单元143C基于例如当来自光源的光照射到回射材料(其回射系数是已知的)时的回射材料的亮度值来计算目标对象的照度值,以便校准照度值。在可使用作为参考的回射材料的情况下,其中回射系数值为RA0,按照如下公式使用由亮度值计算单元143A计算的用作参考的回射材料的亮度值L0反算发光单元12的照度值I。

I=L0/RA0(lx)...(7)

一旦获得照度值I,就使用由亮度值计算单元143A计算的回射材料的亮度值L按照以下公式计算目标对象的回射系数RA,其中回射材料为待测量的目标。

RA=L/I(cd/m2lx或nit/lx)...(8)

只要可使用作为参考的回射材料,通过使用将用作参考的已知回射系数值,在不使用照度计的情况下即可轻松确定和/或校准照度值。在计算的照度值与存储于存储单元13中的照度值不同的情况下,照度值计算单元143C使用计算的照度值更新存储于存储单元13中的照度值。

对于从成像单元11或发光单元12到回射材料20的距离r以及成像单元11与发光单元12之间的距离d,角度采集单元144采集观测角所述距离使用成像单元11的自动聚焦信息导出。角度采集单元144与成像单元11的自动聚焦功能相结合用作观测角采集单元。此外,角度采集单元144基于由检测单元17计算的终端装置1的倾斜角度信息来采集入射角θ的值,所发射的捕获用光以该角度入射到目标对象上。角度采集单元144与检测单元17相结合用作入射角采集单元。角度采集单元144在显示单元16上显示所采集的观测角和入射角θ的值。

确定单元145参考存储于存储单元13中的观测角和入射角θ的参考信息范围,并且确定由角度采集单元144采集的观测角和入射角θ的值是否均包括在参考范围内。由于根据标准确定的观测角和入射角θ的尺寸将基于所捕获目标对象的类型而不同,因此确定单元145确定由角度采集单元144采集的观测角和入射角θ的值是否包括在待测量目标对象的参考范围内。

确定单元145通过例如在显示单元16上显示结果来通知用户确定结果。在这种情况下,确定单元145可基于例如当确定单元确定观测角和入射角θ的值处于参考范围内时相对于当该单元确定观测角和/或入射角θ的值不处于参考范围内时的关系来改变显示单元16的显示模式。或者,确定单元145可通过以下方法通知用户确定结果,诸如使与发光单元12分开提供的LED闪烁、改变LED的颜色、驱动内置振动功能、使用内置扬声器产生声音等。

为了测量回射系数,测量单元和发射捕获用光的光源必须根据随意或通过使用标准确定的观测角和入射角θ进行布置。然而,在捕获过程中手动精确地保持终端装置1对用户而言是显著的负担。因此,每当确定单元145确定观测角和入射角θ的值均包括在参考范围内时,成像单元11都可自动释放快门以捕获目标对象的图像,而与用户的操作无关。由于该自动快门功能,用户所需的操作仅仅是将终端装置1移至目标范围内,而无需用手精确对准终端装置1的角度,从而可轻松完成测量。

图6A为示出用于确定参考范围的观测角和入射角θ的示例的表格。存储单元13存储观测角和入射角θ之间的对应关系,例如图6A中所示的那些,需要用于确定对应于目标对象类型的参考范围。图6A中所示的观测角和入射角θ为ANSI/ISEA 107-2010建议的用于测量回射系数的值。由于实际上难以精确地将角度与指定值对准,因此将参考范围设置在以指定值为中心的固定范围内。例如,如果入射角θ为5度,则将5度±1度设置为参考范围。图6A中用符号和“±Δθ”示出角度值具有边界的事实。例如,在成像单元11和发光单元12之间的距离d为约1cm的情况下,观测角为12分(=0.2度)的条件对应于从约3m远处捕获目标对象。

在距离s为约1cm并且距离r为例如极短值诸如1m或更小等,照射到目标对象放置在其上的表面上的漫射光的效应变得显著。然而,只要位置足够远,诸如在发生漫射光衰减的1m或更远距离处,由回射材料引起的镜面反射就变为占优势并且反射光变为平行光,从而亮度值L将大致保持不变,即使观测角(与目标对象的距离r)有所变化也是如此。通过实际测量已经确认,只要位置距离目标对象至少1m,测量值在约1m至5m的范围内就变化很小。因此,通过保持观测角的固定边界,目标对象与终端装置1之间的距离r的公差变为大约1m至3m。

图6B为示出光源类型与观测角入射角θ和目标对象照度值I之间的对应关系的表格。存储单元13还存储光源类型与观测角入射角θ和目标对象照度值I之间的对应关系,如图6B所示的那些。系数计算单元143B参考存储单元13中的这些对应关系,然后使用获得的照度值I以及由亮度值计算单元143A计算的亮度值L计算目标对象的回射系数RA。

需注意,发射捕获用光的光源可为与成像单元11物理分开的装置。只要对应于捕获过程中所用光源的照度值预先存储在存储单元13中,如图6B所示,就可从甚至使用发光单元12之外的光源捕获的图像计算回射系数。

图7为示出终端装置1的操作示例的流程图。图7中的过程步骤由控制单元14基于存储单元13中存储的程序并配合终端装置1的每个元件来执行。

首先,控制单元14的角度采集单元144采集由发射捕获用光的光源与目标对象之间的位置关系确定的观测角(步骤S1)。此时,角度采集单元144采集针对成像单元11或发光单元12到回射材料20的距离r的观测角该距离使用成像单元11的自动聚焦信息以及成像单元11与发光单元12之间的距离d导出。此外,角度采集单元144基于由检测单元17计算的终端装置1的倾斜角度信息来采集入射角θ的值,所发射的捕获用光以该角度入射到目标对象上(步骤S2)。

此外,控制单元14的确定单元145参考存储于存储单元13中的观测角和入射角θ的参考信息范围,并且确定在步骤S1和步骤S2中由角度采集单元144采集的观测角和入射角θ的值是否均包括在参考范围内(步骤S3)。由于场合需要,角度采集单元144和确定单元145将在例如显示单元16上显示观测角和入射角θ连同针对每个角的确定结果。角度采集单元144和确定单元145重复步骤S1至步骤S3中的处理,直至观测角和入射角θ包括在参考范围内。

此外,如果确定观测角和入射角θ包括在参考范围内(在步骤S3中为“是”),成像单元11和发光单元12中的控制单元14使用发射的捕获用光捕获目标对象的第一图像(步骤S4),然后几乎同时在不使用发射的捕获用光的情况下捕获目标对象的第二图像(步骤S5)。

接下来,控制单元14的转换单元141将在步骤S4中捕获的第一图像的图像数据转换为第一亮度值,并且同时将在步骤S5中捕获的第二图像的图像数据转换为第二亮度值(步骤S6)。此时,转换单元141将每段图像数据转换为线性标度亮度值以生成两个亮度图像。这些亮度值可为由第一转换单元141A获得的相对亮度值,或者它们可为由第二转换单元141C获得的绝对亮度值。此外,控制单元14的差值处理单元142通过计算在步骤S6中转换的第一亮度值与第二亮度值之间的差值来采集目标对象的亮度值(步骤S7)。

此外,控制单元14的计算单元143从存储单元13采集对应于在步骤S4和S5中捕获时间处的观测角和入射角θ的照度值(步骤S8)。接下来,计算单元143基于在步骤S7中采集的目标对象的亮度值以及在步骤S8中采集的照度值计算目标对象的回射系数值(步骤S9)。最后,计算单元143在显示单元16上显示在步骤S9中计算的回射系数值(步骤S10)。这样图7中的过程结束。

图8A为示出在捕获过程中显示于显示单元16上的屏幕示例的图。此外,图8B为图8A的放大视图。在捕获过程中,由成像单元11捕获的目标对象以及为目标对象背景的目标对象之外的区域均显示在显示单元16上。此外,除显示成像单元11的视野之外,还在屏幕中间显示圆形符号60,在屏幕的右上方显示测量按钮61,并且在显示单元16的屏幕底部显示通知区域62。

圆形符号60用于通知用户待测量的目标区域具有回射系数。测量按钮61是用于启动测量的按钮,当用户按压该按钮时,在使用和不使用发射的捕获用光的情况下捕获两个图像,然后计算回射系数并且显示在通知区域62中。此外,当上述自动快门功能被设置成运行时,如果用户按压测量按钮61,每当观测角和入射角θ满足指定要求时,成像单元11的快门将自动释放,然后根据此时捕获的图像数据计算回射系数。通知区域62是用于显示观测角入射角θ、回射系数等的值的区域。

通知区域62的显示内容如下所述。附图标号63指示发光单元12(手电筒)点亮(打开)还是不点亮(关闭)。通过按压附图标号63,用户可打开和关闭发光单元12。

左上方的附图标号64的亮度值是成像单元11的视野中间部分邻近符号60所围绕区域的位置处的平均亮度。在图中所示的示例中,由于作为目标对象的回射材料20以及除该材料之外的部分包括在符号60的圆形内,因此附图标号64的亮度值基本上对应于环境光的水平。另一方面,右上方的附图标号65的亮度值是符号60的圆形内中心区域中若干像素的平均亮度。如果由于这些亮度值饱和等原因而无法正确计算,则可通知用户存在数字异常,例如显示颜色从绿色变为红色等。

附图标号66是角度采集单元144采集的观测角的值。附图标号67是终端装置1与回射材料20之间的距离r,该距离使用控制单元14中的回归曲线(校准曲线)根据成像单元11的自动聚焦信息计算得到。附图标号68指示基于来自检测单元17的信息计算的入射角和螺旋角的值。入射角与螺旋角之和为90度,并且两个角的关系是互为余角。此外,附图标号69是系数计算单元143B使用上述方法计算的最终回射系数RA的值。

图8C和图8D为示出计算的回射系数值的显示示例的图。控制单元14确定计算的回射系数值是否包括在预先确定的参考范围内,并且可基于所得的确定结果以不同方式显示计算的值,如图8C和图8D所示。例如,当计算的值处于参考范围内时,值可以此处给出的突出方式显示,相反,当计算的值超出参考范围时,值可同样地突出显示。在图中所示的示例中,图8C中附图标号69所示的回射系数(RA)的计算的值“894.8”处于参考范围内,而图8D中附图标号69所示的计算的值“94.8”超出参考范围,并且处于参考范围内的计算的值以此处给出的突出方式显示。为方便起见,这些不同的显示模式在图8C和图8D中通过是否存在虚线构成的框来指示。或者,当值处于参考范围内时,控制单元14可以绿色显示计算的值,当值不在参考范围内时,以红色显示计算的值。这样,用户便能够轻松确定待测量目标对象的产品寿命。

为确定计算的回射系数值,控制单元14预先设置回射系数的阈值,从而例如只要由系数计算单元143B计算的值满足或超出阈值,就将该值确定为处于参考范围内,当计算的值低于阈值时,就将该值确定为超出参考范围。例如,以cd/m21x作为单位时,当回射系数的阈值被设置为200时,等于或大于200的值处于参考范围内,而例如180、160、140、120、100、80、60或40或更小的值超出参考范围。此外,例如,当回射系数的阈值被设置为100时,等于或大于200、180、160、140、120或100的值处于参考范围内,而例如80、60或40或更小的值超出参考范围。

或者,控制单元14可设置两个阈值作为回射系数的阈值,即第一阈值和小于第一阈值的第二阈值。在这种情况下,控制单元14确定由系数计算单元143B计算的等于或大于第一阈值的值处于参考范围内,小于第一阈值但等于或大于第二阈值的计算的值处于中间范围内,小于第二阈值的计算的值超出参考范围。例如,以cd/m2lx作为单位时,当第一阈值被设置为180并且第二阈值被设置为60时,等于或大于180的值处于参考范围内,小于180但大于或等于60的值处于中间范围内,小于60的值超出参考范围。回射系数的计算的值处于参考范围内指示目标对象的回射性能足够,计算的值处于中间范围内指示目标对象的回射性能下降并且差不多是时候更换产品了,计算的值超出参考范围指示目标对象的回射性能不足并且产品需要更换。

此外,即使在观测角和入射角θ的确满足指标条件(或任意设置的条件)时,系数计算单元143B也可计算并且显示回射系数。在这种情况下,附图标号69显示的值为临时值,然而,由于回射系数值可被视为远远超出参考范围,即使不严格地满足测量条件,当材料明显超过其产品寿命时,也允许通知用户简单的测量结果。

此外,终端装置1可具有一个或多个参考目标对象作为附件,对于这些参考目标对象,用作参考的回射材料的回射系数值是已知的。在这种情况下,终端装置1可将待测量目标对象和参考目标对象一起成像。由于这样做,操作者可使用发射的捕获用光来检测目标区域的回射强度的差异,这对于仅希望了解回射系数之间的量值关系的用户来说是方便的。

图9为描述参考目标对象的图。在图9中,附图标号20示出回射材料为待测量的目标对象,附图标号70示出参考目标对象。参考目标对象70包括三个回射区域71至73,这三个回射区域的回射系数是已知的。例如,回射系数值处于参考范围内、中间范围内、超出参考范围的回射材料分别布置在回射区域71至73中。

例如,在这种情况下,计算单元143可根据一起捕获回射材料20和参考目标对象70的图像计算作为待测量目标对象的回射材料20的回射系数值,然后确定计算的值最接近的回射区域71至73的回射系数的值是哪个。或者,计算单元143可例如根据图像计算回射材料20的区域以及回射区域71至73的亮度值,对于该图像,在计算回射材料20的回射系数之前,已经一起捕获回射材料20和参考目标对象70。在这种情况下,计算单元143可通过亮度值之间的量值关系确定回射材料20的回射系数值最接近的回射区域71至73的回射系数值是哪个。通过这种方式,计算单元143可使用回射系数值的特征值和回射区域71至73的亮度值执行计算。

优选的是回射区域71至73以预先确定的图案布置在参考目标对象70上。这样,控制单元14可使用已知的图像处理技术通过参考目标对象70的总体形状以及回射区域71至73的形状来识别回射区域71至73的位置,从而可使用其特征值轻松执行计算。

虽然图中所示的示例使用三个回射区域,但参考目标对象中包括的回射区域数量可为1个、2个、4个或更多个。例如,当一个回射区域包括在参考目标对象中时,优选的是该区域的回射系数为示出回射系数参考范围的边界的阈值。此外,当两个回射区域包括在参考目标对象中,优选的是这些区域的回射系数为示出处于上述回射系数的参考范围和中间范围内的边界的第一阈值,以及示出超出回射系数的参考范围但处于中间范围内的边界的第二阈值。通过这种方式,优选的是多个回射区域中的回射系数值彼此不同。

图10A至图10C为示出捕获过程中显示在显示单元16上的屏幕示例的视图。这些视图示出,在发光单元12点亮的状态下,当终端装置1的位置和角度相对于为目标对象的回射材料20改变时,通知区域62的显示内容改变。

在图10A示出的状态中,观测角(5.1分)和入射角(82度)均超出预先确定的参考范围。在图10B示出的状态中,终端装置1已从图10A中的状态移动以使附图标号66的观测角(15.9分)处于参考范围内。此时,观察角的值的显示模式改变,通过例如文本颜色从红色变为绿色等的颜色变化,以通知用户该状态。为方便起见,这些显示模式的变化在图10B和图10C中通过虚线构成的框来指示。

在图10C示出的状态中,终端装置1已进一步从图10B中的状态移动以使附图标号66的观测角(11.3分)和附图标号68的螺旋角(5.0度)均处于参考范围内。此时,观测角和螺旋角的值的显示模式同样发生变化,使得其文本颜色变为绿色等。图中所示的示例水平布置回射材料20,并且当85.0度的入射角超出参考范围时,图中示出5.0度的螺旋角处于参考范围内。需注意,在图10C中,通知区域62右上方显示的附图标号66的测量区域的亮度值数据的显示模式也已改变,其指示在图10C中首次获得数据中未饱和的亮度值(34.67nit)。

用户从图10C中可以看出,观测角和螺旋角(入射角)均包括在和的参考范围内。因此,如果用户此时按压测量按钮61,可通过终端装置1捕获回射材料20的图像并且由其导出回射系数。如果上述自动快速功能被设置为运行,则在达到图10C中所示的状态时,将自动捕获回射材料20的图像并且由其导出回射系数。如果用户利用自动快门功能,无需考虑当前观测角和入射角,只需通过移动终端装置1即可测量回射系数。

如果成像单元11的透镜与发光单元12的LED之间的距离d为10.0mm,则在例如观测角被设置为12分时,从终端装置1到目标对象的距离r应为2866mm。然而,事实上更易于从更靠近目标对象的位置处进行测量。在这种情况下,如果使光源与透镜之间的距离d更短,则可以使从终端装置1到目标对象的距离r更短,且无需改变观测角的大小。例如,可使用光学元件诸如棱镜等缩短光源与透镜之间的距离d。

图11为示出滤光器30和棱镜40的示例的透视图。棱镜40偏转来自光源的光的光路,从而调整观测角的大小。在图中所示的示例中,来自发光单元12的光从棱镜40底部表面上的区域41入射。黑色膜43附接到棱镜40的侧表面,并且入射光的光束42被棱镜40的两个侧表面折射两次,从而从棱镜40的顶部表面射出。这两次折射使得光轴的位置在入射前和发射后在水平方向上精确移动因此,将此类棱镜40附接到终端装置1的发光单元12能够缩短光源与透镜之间的距离d。

此外,在图11中,调光(ND)滤光器30附连到棱镜40的顶部表面。由于来自为终端装置1的LED光源的发光单元12的光特别明亮,因此这类滤光器30也可用于在近距离测量回射系数时降低发射的捕获用光的强度。

如上文所述,终端装置1使用内置传感器采集显示终端装置自身与待测量目标之间的位置关系的入射角和观测角。这样便可使用可商购获得的具有成像单元的移动终端测量回射系数。只要使用已结合所有必需硬件的手持式仪器,只需安装实现控制单元14的功能的程序就可实现终端装置1。

图12为通信系统2的示意性配置图。通信系统2包括能够彼此通信的终端装置1′和服务器装置3。这些装置通过有线或无线通信网络4连接在一起。

终端装置1′与上述终端装置1具有相同的配置。与终端装置1的不同之处在于这样的事实,即终端装置1′将成像单元11捕获的图像的图像数据发送到服务器装置3而不转换亮度值或根据图像数据计算回射系数,并且接收来自服务器装置3的回射系数值。终端装置1′的终端通信单元将成像单元使用发射的捕获用光捕获的第一图像、成像单元不使用发射的捕获用光捕获的第二图像以及捕获时的观测角和入射角发送到服务器装置3,并且接收来自服务器装置3的回射系数值。终端装置1′的显示单元采用与终端装置1相同的方式显示所接收的回射系数值、终端装置1′内采集的观测角和入射角以及由此得到的确定结果。

服务器装置3具有服务器通信单元31、存储单元32和控制单元33。服务器通信单元31接收来自终端装置1′的第一图像数据、第二图像数据以及观测角和入射角,并且将回射系数值发送到终端装置1′。存储单元32存储接收自终端装置1′的图像数据、捕获信息、图6A和图6B中所示的对应关系数据、以及操作服务器装置3需要的所有其它数据。控制单元33由CPU、RAM、ROM等构成,并且与终端装置1的控制单元14具有相同的功能性。即,控制单元33将所接收的图像数据的捕获信息转换为目标对象的亮度值,然后在观测角和入射角均包括在预先确定的参考范围内时,基于目标对象的照度值和亮度值计算目标对象的回射系数值。

通过这种方式,图像的显示和捕获、转换图像数据的过程以及计算所需值的过程均可以由不同的装置来执行。如果图像处理由具有高速处理能力的大容量服务器装置来执行,则能够更快更准确地完成处理。

一种用于在计算机上实现终端装置1的控制单元14和服务器装置3的控制单元33的功能的计算机程序能够以这样的形式提供,其中程序被记录到可使用计算机读取的记录介质,诸如磁记录介质、光学记录介质等。

示例性实施方案

项目1:一种装置,所述装置包括:

成像单元,所述成像单元用于捕获目标对象的图像;

观测角采集单元,所述观测角采集单元用于采集由成像单元、用于发射捕获用光的光源与目标对象之间的位置关系确定的观测角;

入射角采集单元,所述入射角采集单元用于采集所发射的捕获用光入射到目标对象上的入射角;

转换单元,所述转换单元用于使用图像的捕获信息将图像的图像数据转换为目标对象的亮度值;以及

计算单元,所述计算单元用于基于目标对象的照度值和亮度值计算目标对象的回射系数的值。

项目2:根据项目1所述的装置,还包括:

输出单元,所述输出单元用于输出观测角、入射角和回射系数的值。

项目3:根据项目2所述的装置,还包括:

发光单元,所述发光单元为发射捕获用光的光源。

项目4:根据项目2或3所述的装置,还包括:

确定单元,所述确定单元用于确定观测角和入射角是否包括在参考范围内,其中

输出单元还输出来自确定单元的确定结果。

项目5:根据项目4所述的装置,还包括:

存储单元,所述存储单元用于存储观测角与入射角之间的对应关系,该对应关系确定参考范围。

项目6:根据项目5所述的装置,其中存储单元基于目标对象的类型存储多种

对应关系,并且确定单元根据待捕获目标对象的类型参考对应关

系,然后确定观测角和入射角是否包括在所获得的参考范围内。

项目7:根据项目5或6所述的装置,其中存储单元还存储光源类型、观测角、入射角和目标对象照度值之间的第二对应关系。

项目8:根据项目4至7中任一项所述的装置,其中成像单元除了使用所发射的捕获用光捕获目标对象的第一图像,还在不使用所发射的捕获用光的情况下捕获目标对象的第二图像,并且转换单元除了将第一图像的图像数据转换为第一亮度值,还将第二图像的图像数据转换为第二亮度值,然后通过计算第一亮度值与第二亮度值之间的差值来采集目标对象的亮度值。

项目9:根据项目4至8中任一项所述的装置,其中成像单元捕获包括除目标对象以外的部分的图像,并且转换单元基于除目标对象以外的部分来校正由图像的图像数据获得的目标对象的亮度值。

项目10:根据项目4至9中任一项所述的装置,还包括:

照度值计算单元,所述照度值计算单元用于在光从光源照射到回射系数已知的回射材料上时,基于回射材料的亮度值计算目标对象的照度值。

项目11:根据项目4至10中任一项所述的装置,其中当确定观测角和入射角都在参考范围内时,无论用户是否进行操作,成像单元捕获目标对象的图像。

项目12:根据项目4至11中任一项所述的装置,其中输出单元为显示单元,用于显示由成像单元捕获的区域、确定单元的确定结果以及由计算单元计算的回射系数的值。

项目13:根据项目1至12中任一项所述的装置,还包括:

曝光校正单元,所述曝光校正单元用于在成像单元进行捕获的过程中调整曝光量。

项目14:根据项目1至13中任一项所述的装置,还包括:

滤光器,所述滤光器用于降低来自光源的光的强度。

项目15:根据项目1至14中任一项所述的装置,还包括:

棱镜,所述棱镜用于偏转来自光源的光的光路,然后调整观测角。

项目16:根据项目1至15中任一项所述的装置,还包括:

参考目标对象,所述参考目标对象包括回射系数已知的一个或多个回射区域,其中

计算单元使用一个或多个回射区域的特征值执行计算。

项目17:根据项目16所述的装置,其中参考目标对象包括回射系数的值已知的多个回射区域,并且多个回射区域的回射系数彼此都不相同。

项目18:根据项目17所述的装置,其中多个回射区域以预先确定的图案排列在参考目标对象上。

项目19:一种系统,所述系统包括能够彼此通信的终端装置和服务器装置,其中终端装置具有:

成像单元,所述成像单元用于捕获目标对象的图像;

观测角采集单元,所述观测角采集单元用于采集由成像单元、发射捕获用光的光源与目标对象之间的位置关系确定的观测角;

入射角采集单元,所述入射角采集单元用于采集所发射的捕获用光入射到目标对象上的入射角;

终端通信单元,所述终端通信单元用于将图像的图像数据发送到服务器装置并且接收来自服务器装置的目标对象的回射系数值;以及

显示单元,所述显示单元用于显示观测角、入射角和回射系数的值,

并且其中服务器装置具有:

转换单元,所述转换单元用于使用图像数据的捕获信息将图像数据转换为目标对象的亮度值;

计算单元,所述计算单元用于基于目标对象的照度值和亮度值计算目标对象的回射系数;以及

服务器通信单元,所述服务器通信单元用于接收来自终端装置的图像数据并且将回射系数值发送到终端装置。

项目20:一种方法,所述方法包括以下步骤:

采集由用于捕获目标对象图像的成像单元、发射捕获用光的光源与目标对象之间的位置关系确定的观测角;

采集所发射的捕获用光入射到目标对象上的入射角;

将来自光源的光照射到目标对象上;

捕获目标对象的图像;

使用图像的捕获信息将图像的图像数据转换为目标对象的亮度值;以及

基于目标对象的照度值和亮度值计算目标对象的回射系数值。

项目21:一种计算机中的程序,所述程序:

采集由用于捕获目标对象图像的成像单元、发射捕获用光的光源与目标对象之间的位置关系确定的观测角;

采集所发射的捕获用光入射到目标对象上的入射角;

使用由成像单元捕获的目标对象的图像的捕获信息将图像的图像数据转换为目标对象的亮度值;以及

基于目标对象的照度值和亮度值计算目标对象的回射系数的值。

再多了解一些
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