使用效应颜料的复杂涂层混合物的配方的制作方法

使用效应颜料的复杂涂层混合物的配方的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种计算机实施的方法、系统、设备以及非临时性计算机可读介质，该非临时性计算机可读介质包含利用基于辐射传输方程式或其修改进行计算以在数字上近似于所获得的用于未知目标涂层的有效颜色匹配的反射率数据的软件。本发明对含有金属、珠光和其他特殊效应的颜料的涂层特别有用。
【专利说明】使用效应颜料的复杂涂层混合物的配方 相关申请的交叉引用
[0001 ]本申请要求于2013年11月7日提交的序号为14/073，976的美国临时申请的优先 权。
技术领域
[0002] 本发明一般而言涉及一种用于识别固化的复杂涂层(例如，涂料)混合物中的展现 出某些物理性质特性(诸如效应颜料)的组分的方法和设备。
【背景技术】
[0003] 辐射传输处理电磁波传播，并且由于其需要复杂的计算，所以通常难以模型化。出 于色彩匹配的目的，针对复杂涂层（例如，涂料)混合物的配方的传统技术是库贝卡-芒克 (Kubelka-Munk)理论。库贝卡-芒克方法用来计算双通量近似从而对福射传输理论中的复 杂方程式进行求解。该近似法时常不足以对含有金属、珠光及其它特殊效应颜料的复杂涂 层混合物进行配方。
[0004]双通量近似的基本理念是在对全辐射传输方程进行求解时得出分散的辐射。该近 似引入了全方程式的方法，但是，由于辐射通量被视为角度平均化性质，因此假定强度变化 的细节对于这些量的预测而言并非非常重要，即色彩的参数不随观看角度而变。
[0005] 许多配方策略是通过遍历来操作的，例如，遍历十个着色剂中的四个着色剂的每 一组合，并确定与各个组合可能的最佳匹配，然后寻找群组中的最佳者来。其它配方策略依 赖于减少计算时间但根本上仍为蛮力策略的神经网络。
[0006] 因此，需要适于分析含有效的颜料，例如，金属和珠光颜料的复杂涂层混合物的系 统及方法。相应地，本发明目的在于提供一种用于能够对含有金属、珠光和其他特殊效应颜 料的复杂涂层混合物进行可靠和有效的颜色匹配的独特的方法体系。该目标通过计算机实 施的方法、系统、设备以及包含下面所描述的软件的非临时性计算机可读介质来实现。

【发明内容】

[0007] 在第一方面，本发明提供一种计算机实施的方法。该方法包含使用处理器从目标 涂层获得反射率数据;及使用该处理器根据该数据计算反射率，其中，计算包括使用辐射传 输方程执行计算。该方法还包括使用该处理器并且基于该反射率，生成外观上与目标涂层 相同或实质上类似的涂层配方。
[0008] 在另一方面，本发明涉及一种系统。该系统包含数据库。该系统还包含与该数据库 通信的处理器，该处理器被编程以：从目标涂层获得反射率数据;根据该数据计算反射率， 其中，计算包括使用辐射传输方程执行计算；以及基于该反射率生成外观上与该目标涂层 相同或实质上类似的涂层配方。
[0009] 在另一方面，本发明提供一种设备。该设备包含用于从目标涂层获得反射率数据 的装置，以及根据该数据计算反射率的装置，其中计算包括使用辐射传输方程执行计算。该 设备还包含基于该反射率生成外观上与该目标涂层相同或实质上类似的涂层配方的装置。
[0010] 在又一方面，本发明提供一种非临时性计算机可读介质，其包含用于使得处理器 进行以下操作的软件:从目标涂层获得反射率数据;根据该数据计算反射率，其中，计算包 括使用辐射传输方程执行计算；以及基于该反射率生成外观上与该目标涂层相同或实质上 类似的涂层配方。
【附图说明】
[0011] 图1示出入射电磁波路径和镜面反射电磁波路径之间的行业标准角度。
[0012] 图2示出作为散布在整个角度几何空间中的探测器阵列所收集的反射率数据。
[0013] 图3示出根据本发明的，可用于例如复杂涂层配方预测的反射率光谱分析系统。
[0014] 图4示出根据本发明的，可用于例如复杂涂层配方预测的另一个反射率光谱分析 系统。
[0015] 图5示出图3的控制单元。
[0016] 图6是使用图3的系统所获得的数据的视觉表示。
[0017]图7A示出45度入射角处的电磁波与复杂涂料混合物之间的相互作用。
[0018]图7B示出15度入射角处的电磁波与复杂涂料混合物之间的相互作用。
[0019] 图8示出根据本发明的，为校准面板计算辐射传输参数的过程。
[0020] 图9示出根据本发明的，为目标复杂涂层计算配方的过程。
[0021] 图10示出可使用根据本发明的过程的系统。
[0022]图1 1示出具有五个有限角度的一系列角分光光度器件 (goniospectrophotometric device)〇
【具体实施方式】
[0023]在各种方面，本发明涉及可用于识别存在于目标样本上的涂层组合物中的效应的 若干方法，这些方法优选地利用分光光度计。本发明还涉及一种设备，该设备具有用于为目 标样本捕获信息的器件以及用于识别体效应的处理器，该体效应可用于产生具有至少外观 上与目标样本相同或实质上类似的纹理的涂层混合物。词语"外观上相同"的意思是视觉上 (用肉眼）不可区分，以及"外观上实质上相似"的意思是在外观上非常相似。外观上的相似 性是基于工业可接受的标准确定的，并且取决于目标样本和光照而在不同用户之间发生变 化。输出设备可用于将体效应信息传送至用户。
[0024]虽然本说明书中一般涉及涂料或涂层，但应理解，器件、系统及方法适用于包含染 色剂及工业涂层的其它类型的涂层。所描述的本发明的实施例不应视为限制性的。与本发 明一致的方法可在诸如服装及时尚产品的匹配和/或协调的多个领域中实践。
[0025] 本发明可与计算机系统一起使用或并入于计算机系统中，该计算机系统可以是独 立单元或者是包含经由诸如因特网或者内联网的网络与中央计算机通信的一个或多个远 程终端机或器件。如此，计算机或"处理器"及本文中所描述的相关组件可以是本地计算机 系统或远程计算机或在线系统或其组合的一部分。这里所描述的数据库及软件可存储于计 算机内部存储器中或非临时性计算机可读介质中。
[0026] 本发明一般而言涉及涂层的光谱分析，更特别地，但并非以限制方式，涉及对含有 金属、珠光和/或特殊效应颜料的复杂涂层混合物进行预测和配色的器件、方法及系统。
[0027] 本发明涉及用于电磁波传播的系统和方法，其包含使得沿穿过多层颜料的电磁波 路径的波传播模型化;使得多层颜料处的涂层模型化;且可选地用一个多层颜料计算来替 换另一个多层颜料处的计算。在例子中，用一个多层颜料计算来替换另一个多层颜料处的 计算包含在替换多层颜料时在波路径中使电磁传播持续以使电磁波与多层颜料之间的较 复杂的相互作用模型化的模型。
[0028] 辐射传输问题通常涉及散射，这意味着源函数本身依赖于电磁辐射场。其数学运 算是积分微分传输方程，其针对具有复杂的多次散射效应的实际介质使用数值方法。对于 这些散射的情形，形式解答不提供明确的解，尽管其可用于使问题重新公式化为如下积分 方程：
[0029] 相位函数p〇Mp; 描述从方向(JMP)到的散射。y及屮分别是天顶角及 方位角的描述符。方程（1)表示散射的影响，其中在一个方向上的强度取决于在所有其它方 向上的强度。由于这样的散射效应，因此通常使用近似来绕过辐射传输计算。
[0030] 用于块体中的散射的近似理论是，当考虑与主要由普通颜料散射产生的角度平均 化的分散强度的相互作用时，对将自年镜面角的强单次散射视作准确的。
[0031] 根据本发明，辐射传输方程的形式可使其更适合于涂层和数值解算器。根据本发 明，辐射传输方程的形式可用于人工地将包含来自角分光光度器件灯的入射准直光的总强 度与分散的多次散射项分开。
[0032] 各向同性因子g的使用可用于指定相位函数，这样，对y的期望值的计算确切地返 回相同值g。所考虑的几何结构是半无限的(光学深度自t = 0延伸至1 = 或者，是有限的 (自T = 〇延伸至1 = 1^)，这取决于涂层和基底。
[0033] 该情况对于铝颜料而言可能更复杂，这是因为来自这种颜料的散射是从其表面的 类镜面反射。几何光学可用于描述其性质，且由于铝的定向并不是完全的，因此可引入定向 分布函数，其中在各个实施例中该定向分布函数是沿方向9的立体角d Q中的片的部分 (fraction of flakes)。
[0034] 根据本发明，可从呈现给入射光束的所投影的剖面区域发现衰减。相位函数可由 定向分布函数确定。散射的概率取决于与位于入射和片法线之间的角度有关的所投影的区 域。在各个实施例中，单独的相位函数可用于铝及珠光片。对于珠光片而言，可使用，例如在 "Classical Electrodynamics"，J.D.Jackson，ISBN-10:047130932X(其以引用方式并入本 文中）中所介绍的菲涅耳方程精确地导出相位函数。
[0035] 根据本发明，辐射传输方程的解可反馈至对未知的复杂涂层混合物（即，配方或处 方)的反射率的计算中。确定使用来自着色剂的备选者中的哪些着色剂及每一着色剂使用 多少的识别。根据本发明，针对着色剂的既定调色板使匹配被优化，而非遍历有限调色剂组 的每个组合以找到可能的最佳匹配。
[0036] 根据本发明，所预测的反射率与所测量的反射率之间的差可以被最小化。该差可 通过使用加权因子来修改。这样的计算可比需要贯穿整个调色剂列表的阶乘迭代的组合方 法更高效。在各个实施例中，该计算与比色方案，诸如LabCH相比，可减少同色异谱。
[0037] 可使用修剪方法来获得涂层处方中的调色剂的最小数目。根据本发明，修剪方法 为最小调色剂浓度设定极限，或者从，例如泰勒级数向量展开中找到和移除着色剂。
[0038] 在各种方面，本发明包含测量在包含但不限于入射电磁波路径与镜面反射电磁波 路径之间（如图1中所示)的行业标准角度的角度处的光谱数据的角分光光度设备，
[0039] 本发明包含具有用于从样本的反射捕获光谱电磁波信息的器件，诸如角分光光度 器件，以及执行辐射传输计算的处理器(例如，个人计算机或任何类型的计算器件）的任何 器件。
[0040] 本发明的系统及方法可找到调色板上的最优角分光光度匹配，若需要，则其可是 整个混合方案。电磁光谱的代表性的部分可从角分光光度器件获得。角分光光度器件可收 集反射率数据作为散布在整个角度几何空间中的侦测器阵列（例如，图2中所示)或作为散 布在聚焦到一组侦测器的整个角度几何空间中的光源阵列。
[0041] 本发明可以使用光散射理论来提供用于金属、珠光及特殊效应的颜料的色彩匹 配，该光散射理论将颜料光学性质与随浓度变化的光谱及角度反射率特性联系起来。在可 被实施用于金属颜料色彩匹配的例子中，可使用针对块体中的散射的近似的理论，该近似 的理论准确地处理来自颜料的强单次散射，但其也考虑与主要从非效应调色剂散射产生的 角度平均分散强度的相互作用。在另一例子中，光散射的多通量理论可转向衰减，从而避开 在涂层配方的任何阶段处做出显著近似的需求。
[0042] 图3示出根据本发明的，可用于，例如，复杂涂层配方预测的反射率光谱分析系统 300的例子。系统300可包含可与控制单元340通信的角分光光度器件320,诸如X-Rite Incorporated公司出售的X-Rite MA98可携式多角度分光光度计。系统300可包含含有供由 计算单元370使用的参数的数据库360,该数据库360可通过网络330与控制单元340通信。控 制单元340可由远程用户310经由网络330访问。网络330可以是，例如，因特网、内联网或任 何其它类型的适合的网络。系统300可适于测量涂有涂层的样本在多个角度处的反射率，该 多个角度包含，但不限于，如图1中所示的入射电磁波之间的三个角度。
[0043] 所测量的光谱反射率可包含来自如图2中所示的"平面外"角度的数据。
[0044] 基于反射率，可在光谱的不同部分处可确定电磁波的吸收和散射参数。系统300可 用于在色彩匹配设定中以确定比较的度量。系统300可适合于如配方实验室的这种设定，在 该配方实验室中，色彩匹配系统有时是不精确的、难以控制变化，或者通过尝试-和_错误方 式的色彩匹配而造成材料浪费的可能。
[0045]控制单元340可包含用以控制角分光光度器件320的操作的规则集合。用户350可 利用诸如触控屏幕、键盘、鼠标、任何类型的指向器件等的输入器件与控制单元340直接交 互。一个或若干个远程用户310可经由网络330连接至控制单元340。控制单元340可包含数 据库或数据库服务器360,诸如具有数据储存装置的远程服务器。控制单元340可配置为分 析来自器件320的数据。控制单元340可包含以原始形式或分析了的形式显示数据的显示器 件。此外，控制单元340可形成自动配置的无线网络，在特定距离内（例如，建筑物/实验室 内）的用户350可经由，例如，蓝牙使能器件(诸如笔记型计算机或平板计算机、个人数据助 理等)而连接至该自动配置的无线网络。典型地，控制单元340包含个人计算机，其包括处理 器、存储器及使能够与角分光光度器件320进行通信的通信端口。
[0046] 计算单元370可配置为执行如本文中所阐述的各种辐射传输计算。计算单元370可 以是，例如，包含操作系统以及执行本文中所阐述的方法的适当的软件的任何类型的计算 机。计算单元370可包含硬件，诸如算术逻辑单元、并行处理器等。计算单元370可包含允许 单元370经由网络330与控制单元340和/或远程用户310通信的计算机网络器件。计算单元 370可以是控制单元340的子系统。计算单元370可使用数值方法来模拟和预测在模型条件 下的各种反射率。这样的模型条件可包校准喷出面板的多色调(masstone)和各种浓度。
[0047] 典型地，计算单元370接收有关角分光光度器件320中的电磁波路径的边界条件。 边界条件可从，例如，服务器或用户310或350接收。边界条件可与目标复杂涂层混合物内的 电磁波路径的总内部反射有关。计算单元370可产生针对在角分光光度器件320中待处理的 给定的波模型的网格数据，以及可基于来自角分光光度器件320的先前数据来计算电磁传 播条件。
[0048]在操作期间，角分光光度器件320可基于来自控制单元340的控制信号而获取涂有 涂层的表面在多个角度处的光谱反射率数据，该多个角度可包含但不限于在入射电磁波与 入射电磁波的镜面反射之间可用的角度。反射率可经由直接链路，例如，通用串行总线电 缆，或者经由网络330发送至控制单元340。控制单元340可分析光谱反射率数据以提供电磁 波传播数据。该数据可表示为可包含数值数据的视觉表示或原始数据。用户310和/或350可 通过控制单元340来改变来自角分光光度器件320的数据的特定光学参数。
[0049]图4所示的系统300的一个变型例中，系统300可包含通过远程控制单元450与角分 光光度器件320通信的网络330。无论远程用户310的位置如何，远程用户310都可以使用角 分光光度装置320。
[0050]图5示出位于远离角分光光度装置320的控制单元340的实施例。控制单元340接收 来自角分光光度装置320的数据以及来自用户310和/或350的指令。数据可以无线地或经由 有线网络传送。控制单元340可将控制信号发送至角分光光度装置320。控制单元340可以是 具有适当储存装置及规则集合的服务器。
[0051]图4和5中所示的控制单元340可包含输入/输出模块410,该输入/输出模块提供单 元340中的模块与其它器件之间的通信，诸如经由网络与角分光光度器件320进行通信。输 入/输出模块410可适于接收来自角分光光度器件320的多角度光谱反射率数据。输入/输出 模块410可包含数据传送器件，诸如通用串行总线、串行总线、磁盘驱动器、或者诸如至因特 网的全局计算机连接。输入/输出模块410可包含用于提供控制单元340与使用任何适当的 通信协议的网络之间的连接性的网络接口器件。输入/输出模块410可连接至一种类型的网 络或相同或不同类型的任何数目的网络。
[0052]输入/输出模块410可将数字秘钥提供至角分光光度器件320以允许角分光光度器 件320的操作。输入/输出模块410可适于提供与多个用户的通信，这样，例如，用户组可使用 相同的角分光光度器件320或者用户组中的各个用户各自使用与相同控制单元340通信的 分离的角分光光度器件320。
[0053]控制单元340可包括数据储存装置420，该数据储存装置储存来自角分光光度器件 320的原始数据、测量原始数据时的光学参数及已根据本文中所描述的方法经处理的所分 析的数据。分析模块430可将分析规则集合应用于储存于数据储存装置420中的数据，从而， 例如，分析数据储存装置420中的电磁波传播数据。分析模块430可执行反射率光谱分析。分 析模块430可将色彩分析添加至由角分光光度器件320所测量的光谱反射率中。
[0054] 控制单元340可包含显示模块440，该显示模块，例如，实时或接近实时地呈现来自 角分光光度器件320的光谱反射率数据以及来自分析模块430的初步分析，以使得数据收集 周期可在用户观察到系统300正在工作且可获取良好数据之后开始。显示模块440可提供在 系统300的硬件与软件之间的用户友好且熟悉的界面，以使得用户350可从系统300获取有 意义的数据。
[0055]以上所描述的模块可驻存于单个计算机中，或可跨越经由网络或总线而连接的多 个计算机而分布。多个用户界面或前端服务器可接收请求且与合适的模块通信，并返回回 复。前端服务器可连接至多个控制器，该多个控制器然后可连接至多个器件。也可使用多个 分析服务器或储存服务器。
[0056]图6是使用本文中所描述的系统300获得的数据600的视觉表示。数据600可显示于 诸如计算机监视器或其它显示器的显示器件上。如在图6中所示的视觉表示是覆盖在数据 框架上的向量场。该向量场是通过由X-Rite MA98可携带的多角度角分光光度器件320所获 取的原始影像数据计算得出的数据的一个展示。如图6中所示，数据600对应于多个观看角 度和多个波长处的相对反射率。特定地，图6绘制出在19个不同的观看角度处的相对反射 率，每个观看角度具有31个波长(400到700nm的范围内）。在各个实施例中，其它数据可从根 据由计算单元370及控制单元340所获取的实验数据来被计算。
[0057]图7A及图7B示出可用于为本文中所描述的辐射传输方法提供视觉工具的图3的系 统300的应用的示意图。图7A及图7B中的每个图都示意性地展示电磁路径705的一部分。电 磁波路径部分705可以是本文中所描述的角分光光度器件320中的电磁路径的任何部分。在 各个实施例中，图7A及图7B中所示的电磁波路径部分705定位于角分光光度器件320可获取 光谱反射率数据的位置处。图7A示出其中电磁波路径在距法线45度处入射的应用。图7B示 出其中电磁波路径在距法线15度处入射的应用。图7A及图7B中的每个图都包含电磁波路径 705内的复杂涂层混合物715。
[0058]电磁波路径如反射720中所示被反射。电磁波路径还如折射725中所示被折射。电 磁波分别沿箭头711A及711B的方向传播。电磁波照射于面向电磁波的注入(inf lux)的复杂 涂层715的表面上。因此，表面715使电磁波向上远离入射波偏转以使得电磁波可仍以相同 方式但以减小的强度向右行进。剩余强度向内朝向法线偏转以使得电磁波现在以受阻碍的 方式向右行进。
[0059]电磁波传播可由通量描述，且存在一些类型的通量。例如，参见"Classical Electrodynamics"，J.D. Jackson，ISBN_10:047130932X，以及"Radiative Transfer"， S? Chandrasekhar，ISBN 0486605906，其以引用方式并入本文中。
[0060]根据本发明，构成吸收的发色团（chromophore)可被视为具有特别几何尺寸的复 杂涂层混合物的性质。该说明是真实情况的图表法。然而，角分光光度器件320的分辨率允 许模型充分工作，且其提供吸收系数的实质，其中吸收系数是可用于描述吸收的有效性的 参数。吸收系数描述包含处于描述为体积密度的浓度的诸多发色团的任何介质。在各个方 面中，吸收的尺寸可小于或大于发色团的几何尺寸，助色团模型可应用于吸收参数。
[0061]不管电磁波路径是直线还是由于在光学混浊介质中的多次散射所致的高度曲折 路径，根据本发明的方法均是有用的。
[0062] 根据本发明，散射粒子可视为具有特别几何尺寸的目标复杂涂层混合物的性质， 例如，此性质将入射电磁波重新引导至新方向中且因此防止电磁波的前向轴向传输。角分 光光度器件320的分辨率提供散射系数的实质:类似于本文中所论述的吸收系数的参数。
[0063] 散射的尺寸可小于或大于散射粒子的几何尺寸。散射系数描述包含处于描述为体 积密度的浓度的诸多散射粒子的任何介质。
[0064] 各向异性是在单次散射事件之后所保留的前向方向的量的测量。电磁波被粒子散 射以使得其轨迹按偏转角度偏转。新轨迹的分量沿前向方向对准。散射事件导致与原始前 向轨迹成角度的偏转。还存在散射的方位角。
[0065]本发明采取辐射传输理论途径作为用于不具有涉及库贝卡-芒克理论的效应颜料 的复杂涂层混合物的方法的扩展。在含有诸如铝和珠光颜料的效应颜料的复杂涂层混合物 中的电磁波散射的方向本质可被考虑，并且连同角分光光度器件320-起被考虑并用以导 出用于未知复杂涂层混合物的配方。
[0066] 由于效应薄片，例如，铝薄片，和用于复杂涂料混合物中的传统固态颜料的不同散 射特性，因此，金属和珠光涂层中的电磁散射通常是复杂问题。固态颜料分散电磁波，并产 生近似的朗伯型外观，亦即，反射率与观看角度无关。出于此原因，经简化的库贝卡-芒克近 似对于固态调色剂可以是合适的，但通常不足以对含有金属、珠光及其它特殊效应颜料的 复杂涂层混合物进行配方。
[0067] 相反地，金属及珠光颜料产生强的依赖于角度的外观，举例而言，来自铝薄片的类 镜面反射。薄片并非全部平行对准于涂有涂层的基底，但存在确定围绕镜面角的反射率中 的峰值的形状和高度的对准的分布。由于包含效应颜料的复杂涂层混合物的变化的角度反 射，因此，即使例如多色调铝，也将具有不可忽略的多次散射，并且因此经简化的方法通常 失败，例如，如在米氏理论中所见。
[0068] 在复杂涂层混合物中，来自传统颜料的多次散射会加宽和降低由效应颜料所形成 的镜面峰值。传统颜料的吸收倾向于降低由效应颜料产生的反射率曲线。
[0069]光是电磁现象且遵循场的向量波方程。一旦已知材料的介电常数的空间分布，便 可确定散射行为。然而，如果介电材料是含有其中存在大量散射中心的效应颜料的复杂涂 层混合物，那么，场中所含有的相位信息可与强度分开地处理。类似地，众多散射允许以与 相位分量相同的方式处理电磁波的极化相关性。可使用针对包含特殊效应颜料的复杂涂层 混合物的复杂计算处置极化分量的处理，该特殊效应颜料在单次散射中具有极化相关性曲 线，例如，微细Ti0 2及珠光颜料。
[0070] 辐射传输方程可由基本电磁散射方程导出。可使用现象观点且设置方程以描述在 小体积的散射介质中的辐射通量的平衡。
[0071] 可以与散射事件的相位信息类似的方式分离和处理介质的粒度以及散射粒子的 位置之间的关系。
[0072] 本发明的各种方面都考虑了入射在极小厚度715的小盒(pillbox)上的辐射强度 的情况，如图7A及图7B中所示。
[0073] 如本文中所使用的，可将强度定义为每单位面积每单位立体角的电磁功率，以使 得可处置由多次散射的电磁辐射引起的通量。小盒中的强度由小盒外的吸收和散射的过程 被减小，但是，也由从垂直于电磁波的方向散射至小盒中而被增加。
[0074] 根据本发明，通常所使用的辐射传输方程描述了这样的平衡： (2) --Iv+Cl-VIv+{<7v+av)l v =- -av j/ydQ c ot Atk j
[0075] 衰减项〇v及av分别是散射剖面及吸收。吸收及散射两者皆依赖于相对于基底法线 的行进方向。这将其本身表现为含有效应颜料的复杂涂层混合物与不具有这样的颜料的复 杂涂层混合物之间的区别。垂直于基底行进的电磁射线通常因为由效应薄片呈现至电磁射 线的大剖面而极大地衰减。另一方面，平行于基底行进的射线滑过薄片且衰减较低。根据本 发明，可使用这样的区别，并且可从具有照明源的角分光光度器件320获取反射率数据，以 使得入射辐射近似平行于基底行进。
[0076] 衰减系数可被分解成天顶分量及方位分量，且被分离地处理，以观察重力对薄片 对准的影响，诸如在喷射及干燥过程中的薄片的沉淀。
[0077] 图8示出计算来自校准面板的辐射传输参数的过程。在步骤810处，从面板获得反 射率数据，以及在步骤820处，使用定向分布函数来计算相位函数的傅立叶系数。可使用散 射函数，其是入射散射角度的概率分布。这样的分布是由米氏理论或由任何适当的概括给 出的复杂函数。多次散射的效应可清除步骤820处的相位函数的大部分细微细节。
[0078] 在步骤830处，计算衰减以及定向参数以及各向异性因子。对于不具有效应颜料的 复杂涂层的混合物，衰减参数等于1，这是因为衰减、散射及吸收独立于入射散射角度。可使 用几何光学来描述效应颜料的性质。在步骤830处可使用定向分布函数来计算效应薄片的 定向。
[0079]在步骤840处，对全辐射传输方程(上文中的方程1)进行求解。该函数平稳地内插 于散射行为的各种极值之间且包含固态颜料的散射图。
[0080]当存在干扰粒子时，使用菲涅耳方程准确地给出光学性质。在针对衰减的公式中， 对珠光颜料的概括可包含以与反射性类似的方式计算的颜料粒子的透射率参数。
[0081 ]在步骤850处，导出辅助积分方程，对于该辅助积分方程，用于反射率的方程是可 以可读地求解的。可将标准数值技术应用于这些方程，例如，在对于给定阶，该给定阶中被 积函数是多项式的情况中，使用高斯求积法。可使用来自已知面板的反射率数据至数学模 型的方程的非线性最小平方拟合。
[0082] 在步骤860处，针对每个所测量的波长重复步骤820、830、840及850,且在步骤870 处，针对每个面板重复整个过程。
[0083] 图9示出根据本发明，确定目标复杂涂层的配方的过程。在步骤910处，从目标涂层 获得反射率数据，且在步骤920处，选择可能的调色剂的列表。在步骤930处，输入在图8中的 步骤830处计算的衰减参数，且在步骤940处，使用经修改的辐射传输方程来计算反射率。这 样的方程式可使用，特定地应用于，例如，汽车涂层的衰减近似。
[0084] 在步骤950处，生成处方（即，目标涂层的配方或者近似配方）。在步骤960处，可使 用组合方法来修剪掉小的调色剂量。在步骤970处，执行优化以确保配方至少是可接受的。 [0085]图10示出其中可使用本发明的过程的系统1000。处理单元1010,诸如便携式计算 机、笔记型计算机或平板计算机，接收来自角分光光度器件1 0 2 0，诸如，X - R i t e Incorporated公司出售的X-Rite MA98可携式多角度分光光度计的输入数据。系统1000可 包含电子切换输入器件1030,诸如计算机键盘，以及指向器件1040,诸如计算机鼠标。
[0086] 来自角分光光度器件1020的主要数据可限于行业标准"面内"角度探测器，如在图 11中所示出的。图11示出具有五个有限角度的一系列角分光光度器件。这些角度是在155度 (1110)、120度（1120)、90度（1130)、70度（1140)及60度（1150)处从复杂涂层混合物的表面 测量的。
[0087] 在另一方面，本发明可实施为一种含有用于使得计算机或计算机系统执行上文所 阐述的方法的软件的非临时性计算机可读介质。该软件可包含用以使得处理器以及用户界 面能够执行本文中所阐述的方法的各种模块。
[0088] 对于本领域技术人员来说容易理解的是，可在不背离前述说明中所公开的概念的 情况下对本发明做出修改。相应地，这里所描述的特殊的实施例仅仅是示例，并不是对本发 明的范围的限制。
【主权项】
1. 一种计算机实施的方法，包括： 使用处理器从目标涂层获得反射率数据； 使用所述处理器，根据所述数据计算反射率，其中计算包括使用辐射传输方程执行计 算；以及 使用所述处理器并且基于所计算的反射率数据，生成外观上与所述目标涂层相同或实 质上类似的涂层配方。2. 根据权利要求1所述的方法，所述辐射传输方程包括：3. 根据权利要求1所述的方法，所述辐射传输方程包括经修改的辐射传输方程。4. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，进一步包括优化所述涂层配方。5. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，进一步包括根据从至少一个校准面板获得 的反射率数据来计算多个辐射传输参数。6. 根据权利要求5所述的方法，进一步包括从所述至少一个校准面板获得所述反射率 数据。7. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，进一步包括通过从所述涂层配方移除至少 一个调色剂来改变所述涂层配方。8. 一种系统，包括： 数据库；以及 处理器，所述处理器与所述数据库通信并被编程为： 从目标涂层获得反射率数据； 计算进似于所获得的数据的反射率数据，其中计算包括使用辐射传输方程执行计算； 以及 基于所计算的反射率数据生成外观上与所述目标涂层相同或实质上类似的涂层配方。9. 根据权利要求8所述的系统，进一步包括与所述处理器通信的分光光度计。10. 根据权利要求8或9所述的系统，其中所述处理器包括分析模块、显示模块、以及输 入/输出模块。11. 根据权利要求8-10中任一项所述的系统，其中所述处理器进一步被编程以优化所 述涂层配方。12. 根据权利要求7-11中任一项所述的系统，其中所述处理器进一步被编程以根据从 至少一个校准面板获得的反射率数据来计算多个辐射传输参数。13. -种设备，包括： 用于从目标涂层获得反射率数据的装置； 用于计算近似于所获得的数据的反射率数据的装置，其中计算包括使用辐射传输方程 执行计算；以及 用于基于所计算的反射率数据生成外观上与所述目标涂层相同或实质上类似的涂层 配方的装置。14. 根据权利要求13所述的设备，进一步包括用于优化所述涂层配方的装置。15. 根据权利要求13或14所述的设备，进一步包括用于根据从至少一个校准面板获得 的反射率数据来计算多个辐射传输参数的装置。16. -种非临时性计算机可读介质，包含用于使得处理器进行以下操作的软件： 从目标涂层获得反射率数据； 根据所述数据计算反射率，其中计算包括使用辐射传输方程执行计算；以及 基于所述反射率生成外观上与所述目标涂层相同或实质上类似的涂层配方。17. 根据权利要求16所述的介质，进一步包括用于使得所述处理器优化所述涂层配方 的软件。18. 根据权利要求16或17所述的介质，进一步包括用于根据从至少一个校准面板获得 的反射率数据来计算多个辐射传输参数的软件。19. 一种由权利要求1-7中任一项所述的方法所生成的涂层配方。20. -种由权利要求13-15中任一项所述的设备所生成的涂层配方。
【文档编号】G01J3/46GK105934658SQ201480070099
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2014年11月7日
【发明人】S·贝尔, P·哈金斯
【申请人】Ppg工业俄亥俄公司