使用静电计算的涂层表面纹理分析的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种计算机执行的方法、系统、设备和非临时性计算机可读介质，包括在分光光度分析中的利用根据反射率数据计算静电数据以用于在未知目标涂层中进行有效颜料识别的软件。本发明对于可靠地匹配发生在未知的目标涂层中的纹理和/或随角异色效应特别有用。
【专利说明】使用静电计算的涂层表面纹理分析 相关申请的交叉引用
[0001 ]本申请要求于2013年11月8日提交的序号为61/901,493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使用静电方法来关联来自分光光度角度 (spectropho tome trie angle)和/或入射光源的光谱反射率信息或比色信息以识别适当的 颜料，从而匹配发生在未知的目标涂层内的纹理和/或随角异色效应（gonioapparent effect)〇
【背景技术】
[0003] 为了通过配制或者搜索引擎(或者可视过程)来提供适当的颜色匹配，理想的是确 定样本的正确着色。很清楚的是，利用与原始样本相同的颜料或者与原始样本的那些颜料 适当偏移的颜料，将会允许配制或搜索过程获得明显的最优解决方案。同样清楚的是，有意 或无意地从可用的颜料中排除那些颜料，将会导致低于最优的配色。
[0004] 几种配制引擎和方法学试图通过不同的算法同时完成颜料选择和配制。现有技术 中，颜料识别包和配制引擎广泛采取"强制"力，猜测和检查类型的方法以向其用户提供配 方和颜料信息。组合的途径或强制力方法是频繁使用的方法，在该方法中在给定最终匹配 中想要的颜料的最终数目的情况下，几乎所有可用的颜料被以所有各种可用的组合来组合 起来。组合的途径可以利用Kubelka-Munk公式或其衍生物来产生各个配方。尽管已经存在 一些方法，其中在给定的某些条件下这些方法限制一些颜料的使用以优化引擎的速度，最 终结果是针对样本来验证配方组合并且向用户提供最接近匹配样本的配方的选择(或一个 配方）。存在各种形式的A E或其它比色评定算法，用于与样本相比较确定匹配的准确性。
[0005] 更好的解决方案要求用户向配制引擎提交调色剂的样本集合，而不太好的方法则 经常选择使用调色剂的预定的子集。这些方法都没有利用逐步的方法，从而经常导致非最 优的解决方法。通常这些方法对于用户是有负担的，并且缺乏适当的"直觉"来为用户提供 的良好解决方案的简化的方法。另外，由于这种方法学的性质，可能会排除匹配样品所必要 的适当的颜料。
[0006] 在标准可携带分光光度计中，入射光通常设定为处于与法线成四十五(45)度角。 因而可以被收集到的光谱反射率通常在与入射光相同的平面上，并且位于镜面反射角的任 一侧(与入射光相等以及相反的角度)上并且较接近于入射光源本身。新的可携带分光光度 装置提供大量的角度色彩响应(光谱反射率)数据。除添加包含方位角或平面外角度的一些 新角度外，诸多仪器还提供具有与标准光源不同的几何纹理的额外光源。例如，第二照明源 的入射光源可位于与法线成十五（15)度角的位置。入射光与角度响应的多个组合可以同时 是既太少又太多的待处理的信息，从而会产生大量的分光光度数据。但是，缺少有针对性地 对所有这些数据进行有效处理和分析的方法。另一方面，新的分光光度装置还仅仅捕捉针 对所选择的照明条件的所分析样本的部分光谱响应。最近已经提出了利用代表各种纹理的 涂色的或者虚拟的样本以及将这些样本与未知的样本进行比较的策略。这些技术需要大量 的用户介入，并且非常主观，这些技术取决于个人的技术而产生不一致的结果。
[0007] 对于颜色特性描述和样本性质能够产生改进的和简化的结果的利用有限的多角 度、当可得时的多平面、有或没有照相机的光谱数据、颜色或其他方面的简化途径对于速度 和易用性上是更可取的。提供一种简化的系统，该系统能够精确地确定待供给到配制引擎 或者可视配色过程的样本的着色，极大地改善速度和精度。在相同的灵活系统中包括配制 引擎可进一步改善性能、精度和简易性。
[0008] 因而，需要一种可用于对来自分光光度计的所有的数据和数据的特定组合进行有 效地估算的系统和方法，特别地允许针对所分析的未知的目标涂层的纹理和/或随角异色 效应进行有意义的推断。因此，本发明的目的在于提供克服或者至少改进上面所提及的现 有技术的所有的或者至少一些缺陷的方法，以及特别地使得能够有效使用和估算从现有的 分光光度计的状态获得的数据，用于具有纹理和/或随角异色效应的目标涂层的可靠的，更 准确的配色。这些目标通过计算机实现的方法、系统、设备以及包括如以下描述的软件的非 临时性计算机可读介质来实现。
【发明内容】
[0009] 在第一方面，本发明提供一种计算机实施的方法。本方法包括使用处理器从目标 涂层获得反射率数据，及使用该处理器，根据该反射率数据和/或比色数据来计算静电数 据。该方法还包含基于静电数据，使用处理器产生外观上与该目标涂层相同或实质上类似 的涂层着色。
[0010] 在另一方面，本发明涉及一种系统。该系统包括数据库及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和/或比色数据，根据该反射率数据计算 静电数据，以及该基于静电数据，产生外观上与该目标涂层相同或实质上类似的涂层着色。
[0011] 在另一方面，本发明提供一种设备。该设备包括用于从目标涂层获得反射率数据 和/或比色数据的装置，以及用于根据该反射率数据来计算静电数据的装置。该设备还包括 用于基于该静电数据产生外观上与该目标涂层相同或实质上类似的涂层着色的装置。在又 一方面，本发明提供一种非临时性计算机可读介质，包括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;根据该反射率数据和/或比色数据计算静电数据；以及 基于静电数据产生外观上与该目标涂层相同或实质上类似的涂层着色。
【附图说明】
[0012] 图1示出利用本发明计算目标复杂涂层的着色的过程。
[0013] 图2和3示出伪电场。
[0014] 图4示出使用角度的特定组合来预测目标涂层是否将包含随角异色效应的静电场 的使用的例子。
[0015] 图5示出以成对方式比较的两个不同角度静电数据与目标涂层是否包含特定的随 角异色颜料的经验相关性的例子。
[0016] 图6示出另一种形式的经验相关性的不同类型的例子。
[0017] 图7示出根据本发明可用于识别目标样本的涂层混合物的物理性质属性的系统， 该物理性质属性诸如在不同或相同的照明条件下的反射特性，该反射特性是从一种颜料到 另一种颜料视觉上和/或分光光度法测定的独特的或者可区分的。
【具体实施方式】
[0018] 虽然本说明书中通常涉及涂料和/或涂层，但应理解，装置、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。所述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。
[0019] 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例如因特网或者局域网的网络与中央计算机通信的一个或多 个远程终端机或装置。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储存 于计算机内部存储器中或非临时性计算机可读介质中。
[0020] 本发明一般而言针对涂层的光谱分析，且更具体地，但并非以限制方式，针对对含 有金属、珠光和/或特殊效用颜料的复杂涂层混合物进行预测和着色的装置、方法及系统。
[0021] 本发明一般而言针对一种方法和装置，该方法和装置基于来自分光光度计的比色 响应和光谱反射率，使用处理器，使用如这里所解释的所计算的静电数据来识别固化的复 杂涂层(例如，涂料)混合物的物理性质属性。如下面将要详细解释的，根据本发明，在空间 中的所选择的点处(对应于单个反射角度)正在被获得的反射率数据的单个光谱反射率，其 依赖于用于获得反射率数据的装置的配置，被视为点电荷对待。相应地，本发明的上下文中 的静电数据表示从所获得的反射率数据，应用所述点电荷模拟并结合已建立的静电的定律 和概念来计算的任何种类的数据。这样计算的静电数据的例子包括，例如，静电力数据、电 场数据和电势等。
[0022] 使用静电方法学的目的是多重的。首先，为了使用给定系统内的所有可用角度，静 电可用于创建替代的双向反射率分布函数（"BRDF"）类型分析。该分析类型不排除任何角 度，而是无论随角异色效应存在与否，都使用所有角度来创建特别的涂层、纹理或颜料类型 的半球形"地图"或"指纹"。第二，静电可用以仅评估角度的特定组合以达到有目的操纵。类 似地，当正在寻求包含或不包含于目标涂层的特贴纹理或效应时，这包括排除特定单个角 度或角度组合。第三，静电可用于适应及校正所接收光谱反射率值在某种方面上不正确的 可能假设。光谱反射率数据的不规则性或异常性的某些可能的原因，即使不重要，可包括入 射光角度位置、入射光波动、孔径尺寸、目标涂层表面不均匀性等。
[0023] 图1示出利用本发明计算目标复杂涂层的颜料的过程。在步骤10处，从例如分光光 度计收集数据，在步骤12处，基于相关信息的次要阵列(array)将数据分类。主要阵列来自 于分光光度计。次要阵列是分类的信息。在步骤14处，计算静电数据。这里，在特定物理角度 端处的单个反射率比色信息，或者连同入射光角度的角度将充当点电荷。存在一个或多个 入射光，利用一个或多个入射光，其被连同入射角度使用以使得用户能够检查和确认所产 生的数据均对准并来自于正确的源（因而多个阵列）。每个如此概念化的点电荷跨各自的测 量安排的物理布局在其他反射率上施加影响静电"力"的效应，例如，图2和3中示意性示出 的可携带的分光光度计。可创建伪电场，如图2("标准"视图）以及图3("俯视"图）中所示出 的。基于在单一时间内期望进行比较的点电荷(反射率和/或比色信息）的数目，可使用库仑 定律来定义由单个点电荷创建的点电荷之间或多个点电荷之间的电场或力。在简单化形式 中，对于两个点电荷，库仑定律如：
公式（1) 其中Ql及Q2是点电荷，或在纹理分析的情形中，在特定角度以及波长处的反射率或比 色数据，r是球体的表面上的两个点电荷之间的距离，且ε〇 = 8.854187817 X 10-12。如果反 射率的值被用作点电荷值，则其是依赖于波长的。因此，针对每个波长单个地进行计算并且 在数据的最终使用点处求积分。
[0024] 为计算两个点电荷之间的距离r，一种可能的解决方案是通过采用特殊形式的文 森特公式(Vincenty formula)计算两个点电荷之间的球面角来使用大圆距离计算的一部
其中φf>λf、φs、λs是球的表面上的点电荷的按弧度的坐标位置。距离 r则如下： r = RA σ 公式(3) 其中R是球的半径。在可携带的分光光度计的情形中，这可假定为等于1或可被准确地 测量。R的值不变，这是因为可能将使用相同或类似的分光光度计模型，因此R保持恒定。若 预期R实际上改变，则R可被适当地测量并引入公式3。
[0025] 在各种实施例中，为使用特殊形式的文森特公式，可赋予点电荷(反射率或比色数 据）以空间坐标或炜度及经度。可使用分光光度计的物理角布局来创建空间坐标赋值。举例 而言，点电荷的空间坐标可以是随着以下各项中的至少一项改变的坐标：（1)角度反射光的 版本(version)，其可取决于入射光角度；（2)平面中或平面外以及该平面内的位置的指示； 以及(3)特定波长处的光谱反射率值和/或比色数据。虽然对于特定形式的库仑定律展示了 两个点电荷的例子，但是角度点电荷的任意单个或多个组合可与各种形式的库仑定律一起 使用。此外，诸如电场、电势等其他静电计算可用于替代或与库仑定律的力公式连同使用。 单个比较、成对比较、三重比较等的可能性可提供可用以识别纹理的相当大数量的信息。来 自法线或来自平行线的入射光角度可在其他角度数据的坐标定义内使用。当与来自于多个 入射角度的数据协作时或者当包括与从仪器上的相同物理接收器接收的数据进行比较时， 这可能是有用的，但是入射角来自于多个角度。
[0026] 在使用光谱反射率数据时，可针对每个波长单个地进行计算。可使用诸如平均值、 中位数及总和的统计量来从多个波长计算的静电值中创建单一的值。可在静电分析之间比 较单个特定或若干个波长。这种情况下的值将集中于最大反射率以及潜在的次最大反射率 的一个或若干个波长，其中大部分色彩和/或纹理信息是在可见光谱内被可见地感知的。对 按波长移位最大反射率的分析也可使用静电分析来完成。
[0027] 在图1的步骤16处，来自比色数据和/或光谱反射率数据的所计算的静电值可进一 步经验地关联至已知的特性，以便识别复杂涂层混合物中的纹理、主要薄片类型或其它外 观信息。为采用经验方法，静电数据点（力、场、势等)是针对经验数据集以及所有期望的角 度组合而计算的，其代表在日常情况中需要待处理的所期望的混合物及色彩。经验数据集 可用以创建预测相关性:y = f(x)，其中y代表用于关于目标涂层的识别或定性问题的所期 望的特性，且f(x)是X的某个函数，其中X是使用从一个特定角度考虑集合或多个角度考虑 集合计算得到的静电值的一个或多个变量。期望将角度比较集合限制于为针对正在被识别 的特别特性的最具特征定义的特定集合。所得函数可以是线性或非线性的，如由经验数据 集所定义的。
[0028] 图4示出使用角度的特定组合来预测目标涂层是否将包含随角异色效应的静电场 的使用的例子。
[0029] 图5示出以成对方式比较的两个不同角度静电数据与目标涂层是否包含特定的随 角异色颜料的经验相关性的例子。在该例子中，结果为大约大于5500的值的相同的成对的 角组合的所计算的静电值指示包含随角异色的可能性相对于不包含随角异色颜料的可能 性较高。
[0030] 图6示出经验相关性的另一种形式的不同类型的例子。在此例情景中，使用计算的 静电数据的两组成对角度比较相对于彼此绘图。为使用相关性，可在静电计算中输入目标 涂层的值，并且无论线性相关的合成图形值是什么，更紧密一致地提供该效应存在的较高 可能性。在诸多情形中，可能性的程度也可基于从原始经验地确定的相关性的残差计算来 评估。在该例子中，目标涂层的所计算的静电值较接近于相关线60( "真"）指示目标涂层包 含特定的随角异色效应的可能性相对于不包含该效应的可能性要高。
[0031] 在图1的步骤18处，一旦确定了经验相关性，便可使用其来导出用于目标涂层的所 预测的值。这可以通过对X使用目标涂层的值(静电力、场、势等）以及对y(纹理效果)计算结 果来实现。虽然这里已对于随角异色颜料的内容给出例子，但本发明可导出结果，该结果具 体为:通过为静电计算和经验相关性反复地选择最重要的单一角度或角度组合，确定何种 随角异色颜料以该颜料的何种尺寸的薄片存在。角度比较的选择以及角度比较组合到何种 程度的选择可用于创建最有可能的经验相关性。经验相关性还可通过包括其它非静电信 息，例如，单个角度比色数据，而被改良。
[0032] 全体"地图"或"指纹"方法的质量以及经验相关性方法的质量可取决于输入数据 的质量。输入数据的质量可取决于仪器的质量以及用于创建全体的图或经验相关性的已知 集合的数据集的质量。虽然来自仪器或经验数据集的任意质量的数据将会产生答案，但该 答案可借助高质量仪器以及广泛多样的高质量经验数据集的使用而得以改良。
[0033]本文中所阐述的整组计算可连同处理器一起使用以便促进特定角度组合的选择， 并且适应所需的计算量以便使用静电数据来导出且然后使用经验相关性。
[0034]图7示出根据本发明的可用于识别目标样本的涂层混合物的物理性质属性的系统 90,诸如在不同或相同的照明条件下的反射特性，该反射特性是从一种颜料到另一种颜料 视觉上和/或分光光度法测定的独特的或者可区分的。用户92可利用诸如图形用户接口的 用户接口 94来操作分光光度计96以测量目标样本98的性质。来自分光光度计96的数据可传 送至计算机100,诸如个人计算机、移动装置或任意类型的处理器。计算机100可经由网络 102与服务器104通信。网络102可以是诸如因特网、局域网、内部网或无线网的任意类型的 网络。服务器104与数据库106通信，该数据库可储存本发明的方法出于比较目的而使用的 数据及信息。数据库106可用于，例如，客户服务器环境中，或者，例如，基于网络的环境中， 诸如云端计算环境。计算机100和/或服务器104可执行本发明的方法的各个步骤。
[0035] 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。该软件可包括用以使得处理器以及用户接 口能够执行本文中所阐述的方法的各个模块。
[0036] 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，这里所详细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，根据所述反射率数据和/或比色数据来计算静电数据；以及 使用所述处理器，基于所述静电数据，产生外观上与所述目标涂层相同或实质上类似 的涂层着色。2. 根据权利要求1所述的方法，其中获得所述反射率数据包括:获得在多个反射角处的 反射率。3. 根据权利要求2所述的方法，其中计算所述静电数据包括:将在单个反射角度处获得 的至少一个、优选地至少两个、更优选地每个反射率视为点电荷。4. 根据权利要求3所述的方法，其中计算所述静电数据进一步包括:应用库仑定律。5. 根据前面任一项权利要求所述的方法，其中产生涂层着色包括:将所述静电数据关 联至多个已知的数据，并基于该关联来预测所述目标涂层的至少一个纹理特征。6. 根据权利要求5所述的方法，其中将所述静电数据关联至多个已知的数据包括:将所 述静电数据经验地关联至多个已知的数据。7. 根据权利要求5或6所述的方法，其中基于该关联来预测所述目标涂层的至少一个纹 理特征包括:基于所述关联，使用至少一个经验计算来预测所述目标涂层的至少一个纹理 特征。8. 一种系统，包括： 数据库；以及 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； 根据所述反射率数据和/或比色数据来计算静电数据；以及 基于所述静电数据，产生外观上与所述目标涂层相同或实质上类似的涂层着色。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. -种设备，包括： 用于从目标涂层获得反射率数据的装置； 用于根据所述反射率数据和/或比色数据来计算静电数据的装置；以及 用于基于所述静电数据产生外观上与所述目标涂层相同或实质上类似的涂层着色的 装置。11. 根据权利要求10所述的设备，其中用于产生涂层着色的装置包括将所述静电数据 关联至多个已知的数据的装置，以及用于基于该关联来预测所述目标涂层的至少一个纹理 特征的装置。12. 根据权利要求11所述的设备，其中用于将所述静电数据关联至多个已知的数据的 装置包括:用于将所述静电数据经验地关联至多个已知的数据的装置。13. 根据权利要求11或12所述的设备，其中用于基于该关联来预测所述目标涂层的至 少一个纹理特征的装置包括:用于基于所述关联使用至少一个经验计算来预测所述目标涂 层的至少一个纹理特征的装置。14. 一种非临时性计算机可读介质，包括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； 根据所述反射率数据和/或比色数据来计算静电数据；以及 基于所述静电数据，产生外观上与所述目标涂层相同或实质上类似的涂层着色。
【文档编号】G01J3/46GK106062523SQ201480070098
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2014年11月10日
【发明人】A·M·诺里斯
【申请人】Ppg工业俄亥俄公司