摄影法， 其中，从不同的角度照射目标样品，并且估计每个图像像素的表面法线。另外，反向应用兰 贝特定律化ambert'Slaw)来通过估计的表面法线重构所述反射图像。最后，比较重构的 反射图像与原始反射图像之间的差值，并且通过差值图像来检测阴影。在本申请中提出的 方法可W容易地在线实施。获得的柔软度结果可与通过人类柔软度板测试所获得的结果媳 美。已经注意到，该方法检测阴影并且该行为与参考测量系统测量的结果相似。在成像方 法中，纤维数量的标准差小表示测量的可靠性高。
[0056] 根据本发明的一个实施例，目标样品是移动的纸幅，优选地为纸巾纸幅等，并且该 方法被在线执行。根据本发明的成像方法不需要对纸张的任何额外折叠，并且图像可W从 移动的纸张的顶部捕获。因此，通过应用高速照相机和快速脉冲光源，该测量装置可W被用 于在线应用中，例如，在运行的造纸机中。在线应用优选地应用短曝光时间、短光脉冲和图 像的高精确对准。根据本发明的一个实施例，对阴影对象的数量进行计数，并且根据获得的 结果来改变工艺参数。
[0057] 根据本发明的一个优选实施例，通过估计的表面法线来重构多个重构反射图像， 每个重构的反射图像与相应的原始反射图像分别比较，并构建差值图像，在差值图像中，差 值表示纸张表面中的游离纤维端部的阴影对象。然后，计算差值图像中的阴影对象的数量 的平均值。在重构两个差值图像的过程中，使用了照明的水平角（0度和180度），其垂直于 纸巾纸幅的起皱图案的延伸方向。使用两个反射图像通过减少错误计算的阴影对象的数量 而提高了方法的精确度。在计算平均值时，在两个差值图像中的阴影对象的数量彼此相加 并除W2,W得到平均值。由于可能不是所有的阴影对象都是真正的阴影对象，而是一些在 样品表面上的其它较暗对象，所W该平均值还降低了不确定性。
[0058] 根据本发明的测量装置包括成像设备、光源和数据处理单元。测量装置可W是例 如包括数字照相机系统、多个L邸和具有存储器的计算机的工艺设备或实验室设备。
[0059] 成像设备可W是任何合适的高分辨率数字照相机，例如高分辨率CCD照相机，例 如，具有ISMpixaps-c(18兆像素全画幅）传感器的数字照相机系统。对于在线应用，任何 合适的高分辨率、高速数字照相机（例如，高分辨率CCD照相机）都是优选的。成像设备布 置在例如移动的纸巾纸幅的目标样品上方，并且被布置为拍摄纸幅的快照。由成像设备的 物镜导致的几何失真和渐晕（vignetting)通常非常小，从而不需要成像装置的校准。
[0060] 光源可W是任何合适的光源。优选的光源为LED(发光二极管），运是因为它是快 速且经济的光源，尤其对于工业在线应用而言。例如，在在线应用中，可W将多个光源（为 LED闪光灯）围绕成像设备（即，照相机）布置。光源的数量可W是至少为4个，优选地为 6个，更优选地为12个。光源W每次一个的方式闪光，并且每次闪光就利用成像设备捕获目 标样品的一个原始反射图像。运表明图像的数量与光源的数量相同。
[0061] 根据本发明的一个实施例，光源为白色LED。白光包括全部可能波长的光子颗粒。 成像设备的传感器包括分别对各个颜色敏感的绿色、蓝色和红色像素。运意味着传感器的 绿色像素收集波长对应于绿色的光子，传感器的蓝色像素收集波长对应于蓝色的光子，传 感器的红色像素收集波长对应于红色的光子。在大多数彩色数字成像设备（例如彩色数字 照相机）中，彩色像素被布置为拜耳矩阵的形状度ayermatrixshape)。成像设备的传感 器包括成组的2X2拜耳矩阵。因此，使用白光能够应用成像设备中W及拜耳矩阵中的全部 颜色的像素。在一些实施例中，还可能使用有色的光源，例如蓝色LED。
[006引合适的成像设备的一个示例是配有适马（Sigma)微距105mm物镜的佳能 (Canon) 550D照相机。在该情况下，成像传感器的尺寸为5184X3456像素，并且由于LED 的颜色为白色，所W在该方法中应用了 2X2拜耳矩阵（红、绿、绿和蓝）中的每个颜色像 素。像素值由14位（比特）表示。成像区域的尺寸为21mmX14mm，对应的像素尺寸为 4. 1ymX4. 1ym。
[0063] 成像装置的原点（origin)被设置在在目标样品的表面上的图像的中屯、点处。光 源与原点之间的距离W及成像设备与成像装置的原点之间的距离优选地保持恒定。根据应 用和工艺需要，可W自由地选择该距离。
[0064] 所述装置的示例在图1中示出。光源1与成像装置的原点2之间的距离可W是例 如18. 5畑1，成像设备4的CCD传感器3与原点2之间的距离可W是12畑1。光源1与表面法 线之间的垂直角a为30度。光源1与X轴之间的水平角在图1中用0表示。
[0065] 所述装置的另一示例在图2中示出。光源1附着到支撑臂5,支撑臂5围绕目标样 品6旋转。因此，可W从不同的角度照射位于样品架7上的目标样品6。例如，可W从12个 不同的水平角来照射样品6,运些水平角表示光源位置之间的水平角为30度（0 = 0、30、 60、90、……、330)。从每个位置捕获反射图像。图2示出了根据本发明的一个实施例的测 量设备和测量过程的示意图。
[0066] 根据本发明的一个实施例，第一线性偏振器被布置在成像设备前部，第二线性偏 振器被布置在光源的前部，第一线性偏振器和第二线性偏振器相对于彼此处于90度角，并 且偏振器之间的方位在测量过程中保持恒定。通常，根据目标的反射，表面可W大体分为镜 面表面和漫射表面。立体摄影法（photometricstereomethod)假设目标的反射是漫反射。 纸张的表面接近漫反射。然而，纸张中的木纤维和矿物质染料可W产生镜面反射并使表面 法线的估计失真。因此，通过使位于光源（例如LED)前部W及成像设备的物镜前部的两个 线性偏振器W90度交叉，可W减少不期望的镜面反射效应。如果光被镜面反射，则穿过第 一偏振器的光被第二偏振器阻挡。两个偏振器可W被附着到支撑臂，从而在成像设备的物 镜前部的第一偏振器被旋转，因此在测量过程中偏振器之间的方位恒定。在图3中示出了 包括偏振器的成像装置的一个示例。第一偏振器8被布置在成像设备4的前部，第二偏振 器9被布置在光源1的前部。偏振器8、9相对于彼此成90度角。偏振器8、9阻挡从目标 样品6的表面镜面反射的光。箭头示出了光的偏振。
[0067] 根据本发明的一个实施例，通过使用拟合反射图像的2D二阶多项式来补偿目标 样品表面上的光源的光束图案。光源（例如LED)在目标样品表面上的光束图案的形状主 要取决于光源的位置和光束方向化earning)。在根据本发明的装置中，光源的位置是已知 的。然而，照射方向包括不确定性，因此光源（例如LED)的中屯、光束不必然位于目标纸张样 品的中屯、。当离光源的中屯、光束的距离增大时，从目标样品反射的光的强度呈二次方减小。 因此，通过拟合反射图像的2D二阶多项式来补偿光源在目标样品的表面上的光束图案。该 2D拟合问题可W按照下述矩阵形式来定义。
[0068] [1Xyxy又2y2][abCdef]T=i(1)
[0069] 其中，X和y是包含图像中的每个像素的X坐标和y坐标的向量。向量i包含原 始图像的图像像素的强度。标号a至标号f是按照最小二乘来解的多项式项的系数。该多 项式被分别拟合至每个拜耳矩阵颜色层。
[0070] 根据本发明的一个实施例，像素强度值通过计算每个图像像素与光源之间的距离 来补偿，W获得像素强度补偿结果的矩阵，并使原始反射图像与像素强度补偿结果的矩阵 逐点相乘，并使原始反射图像与2D多项式逐点相除。
[0071] 本发明利用所谓的立体光度理论，在下面更详细地描述该理论。利用立体光度学 的表面法线的计算是基于目标样品表面的亮度变化进行的。立体光度理论假设到达目标样 品表面的光是准直的。然而，在本发明中，由于通常光源与目标样品之间的距离小并且光源 的物理尺寸小，所W不必然是准直的情况。因此，从光源到达的光束的方位在目标样品的表 面上变化。根据本发明的一个优选的实施例，通过计算每个原始图像像素与光源之间的距 离来补偿像素强度值，W获得补偿结果的矩阵。光源的Z位置被分解为如下的距离。
[0072]
[0073] 其中，Z%是光源的Z位置。X%是包含光源的坐标的（X，y,Z)向量。：％。。是包含目 标样品的坐标的（x，y，l)向量。补偿结果被称作cosSigma，是向量的余弦。在获得补偿结 果的矩阵之后，原始图像与cosSigma矩阵（即，补偿结果的矩阵）逐点相乘，并且原始图像 与2D多项式逐点相除。运种修正的效果的一个示例可W从图4a和图4b中示出的3D表面 清楚地看出，其中图4a示出了进行了多项式修正和cosSigma修正的纸巾的3D表面，图4b 示出了未进行多项式修正和cosSigma修正的纸巾