用本公开内容的某些示例性实施方案，可以使用物镜测微计 等级来校准，例如如图16所示。所述等级可以包括例如在约1毫米的范围内的100等份， 其可以给出约0.01mm或10微米的最小计数。（例如，每个等份可以为10微米）。假定显 微镜CMOS或该示例性实施方案的原始图像分辨率为640个像素 X 480个像素，每个像素可 以对应于约1. 4微米。为了给出尺度的概念，人的红血球的大小为约6微米至8微米。当在 这样的分辨率下操作时，校准可以是重要的，并且使用本公开内容的某些示例性实施方案， 可以在执行任何实验之前使用测微计等级来将显微镜调焦至例如400倍。
[0061] 使用本公开内容的某些示例性实施方案以将显微镜移动到特定位置，可以使用例 如如图13所示的关节臂131。关节臂131可以包括附接至其头部的显微镜132。关节臂可 以被调节到预定义的位置，并且可以放置在靠近介质的地方以从各个位置提取纹理。可以 使用标记笔来预定义该提取位置。这些标记可以是重要的，因为根据某些示例性实施方案， 可以在微观水平进行操作，关节臂的位置的轻微移位可以在不同的位置定位显微镜。因此， 基于本公开内容的某些示例性实施方案，可以利用基于标记的方法以获得正确的位置。可 以使用在图像的底部上看到的墨作为参比以提取图像。一旦位置被固定，显微镜可以保持 在例如400倍，并且可以提取图像。关节臂131可以允许示例性实施方案来不仅从平坦表 面/水平表面，而且也可以是从3D (三维）表面例如雕塑、陶瓷、古玩等提取图像，至少部分 地归因于其旋转头。
[0062] 在其它示例性实施方案中，可以将例如如图18所示的例如4自由度机械臂133与 安装至其旋转头的显微镜132 -起使用，以从各种对象扫描并读取微观纹理。该示例性机 械臂可以有标记或无标记进行操作以读取表面的区域，并且坐标系可以基于固定的或相对 的参考系技术，该参考系技术可以类似于坐标测量机制。
[0063] 根据某些示例性实施方案，可以利用如图19所示的光栅扫描器134来线性地读取 对象的表面上的微观纹理以例如识别纹理散斑图案。安装至光栅扫描器134的头部的示例 性显微镜131，例如如图19所示的CNC路由器或雕刻机，可以用于读取材料的表面的显微图 像。类似于机械臂133,使用本公开内容的某些示例性实施方案，可以需要或不需要任何标 记来实施以扫描期望的区域，因为CNC机器的可重复性和精确度可以将其本身精确地定位 在表面的预定区域中。
[0064] 在本公开内容的另一个示例性实施方案中，可以包括用于以移动方式提取微观纹 理的移动设备和移动设备附件。例如，根据一个示例性实施方案，可以包括附接至显微镜例 如具有I00倍的较低放大倍率的PC-微显微镜的手机。显微镜可以将其本身附接至定制 的塑料框架，该塑料框架可以附接至手机相机的背面，使得显微镜目镜被对准至例如如图1 所示的手机相机。纹理图像提取的过程可以与关节臂版本相同，但是图像的提取可能比关 节臂方法需要更多时间，因为在不具有固定装置（例如关节臂）的情况下移动并聚焦到特 定位置可能花费更长时间。
[0065] 根据本公开内容的另一个示例性实施方案，可以使用任何数量的照明技术。例如， 使用本公开内容的某些示例性实施方案，可以基于前向照明、或源（例如光源）和镜头处于 同一平面的照明来提取纹理。还可以基于透射照明来评估来自其它材料例如纸的纹理，例 如当光穿过结构并且（光）源和镜头处于不同平面中时。根据使用本公开内容的某些示例 性实施方案，可以以例如如下方式来提取各种示例性材料的纹理。对于帆布、纸、塑料、金属 和不同类型的布，使用本公开内容的某些示例性实施方案，可以使用标记来放大和聚焦到 特定点上。对于玻璃，可以使用制造商的标志，因为该标志可以被蚀刻，其可以同时用作提 取纹理的标记和位置。可替代地，本文中所描述的示例性实施方案可以用于其它的示例性 材料，或者可以结合本公开内容的实施方案使用其它方法来独特地识别示例性材料。
[0066] 示例性局部描述符和匹配
[0067] 根据本公开内容的示例性实施方案的局部描述符程序可以是尺度不变特征变换 程序的固定尺度、固定取向版本。可以使用例如高斯模糊函数来平滑微观纹理图像，其中模 糊因子σ =跨越5个连续图像。可以在这些图像之间执行高斯差分（DoG)，并且使用本公 开内容的某些示例性实施方案，则可以获得4D〇G图像。没有必要计算纹理的尺度空间表 示，因为在某些示例性实施方案中，可以每次使用相同的显微镜配置（例如，分辨率、放大 率等）来提取纹理。一旦获得DoG图像，可以通过求出极大值/极小值（例如，通过比较与 关于4D 〇G图像的每个像素邻近的8个像素）来检测到关键点。
[0068] 可以识别初始关键点，并且可以去除低对比度的关键点和不良的局部关键点。一 旦庞大关键点集被确定，就可以确定围绕关键点附近的梯度取向的直方图。与在某些示例 性实施方案中可以计算主取向的SIFT(尺度不变特征变换）不同，可以跳过该步骤并且可 以直接计算关键点周围的取向梯度的直方图。该示例性方法的基本原理包括以下内容。在 纹理的初始记录期间，可以（例如基于标记）确定用于提取纹理的特定取向。一旦关于特 定纹理的取向被固定，该信息可以被用于随后的试验。因此，可以不需要计算关键点的主取 向。可以关于关键点周围的16乘16(16X16)区域计算梯度的直方图，每个直方图可以由 8bin组成，并且128个直方图值为描述符的向量。
[0069] 示例性图像匹配：给定两个微观纹理图像，确定两个微观纹理是否对应于相同表 面的整个匹配过程可以涉及特定步骤。匹配描述符：根据某些示例性实施方案，可以确定和 /或计算用于每个图像的描述符的列表，并且详尽地比较两个图像的描述符以确定匹配描 述符。例如，如果描述符之间的欧氏距离在阈值t内，则两个描述符可以被定义为匹配。假 SD1= (Ipdfdn是一个图像的描述符的集合，而假定D2= δ P δ f δ。是另一个图像的 描述符的集合（例如，假定每个图像具有相同数量的描述符）。为了匹配DJP D 2，可以确定 每对描述符山、δ ^之间的欧氏距离，然后，如果每对之间的欧氏距离小于固定的阈值t，则 描述符可以被匹配。
[0070] 斜率匹配：使用本公开内容的某些示例性实施方案，可以计算两个相应匹配描述 符的斜率和各对匹配描述符之间的斜率差。如果例如斜率差的80%在阈值p内，则纹理图 像可以被认为是匹配的，否则其可以被定义为不匹配。假定K= G^kfkn)是η个匹配描 述符的所有斜率的集合，其中每个Ic1为两个匹配描述符的斜率。根据本公开内容的某些示 例性实施方案，可以计算所有斜率的差Dif f = (kfk2)、Qifk3)…（kn ^kn)，并且校验Dif f的最小百分比（例如80% )是否小于土p，其中p为阈值。如果Dif f的最小百分比（例 如80% )小于土p，则根据本公开内容的某些示例性实施方案，可以认为图像被匹配，否则 其可以被认为不匹配。参照图3(a)中所示的示例，线可以对应于匹配描述符对。这些示例 性线的斜率的80%在土p范围内，因此它们是匹配的。在图3(b)中，斜率差的小于80%位 于土P范围内，因此它们不匹配。
[0071] 在某些示例性实施方案中，基于斜率检测的纹理匹配可以进行操作，因为：i)在 某些示例性实施方案中，可以预先获知硬件设备（例如，显微镜、关节臂）的设置，这可以使 得某些示例性实施方案确定可能已经发生的变换的类型；ii)某些示例性实施方案获得初 始图像作为参比，同时提取当前图像。由于该示例性信息，根据本公开内容的这些示例性实 施方案，可以对设备进行调节以在正确的位置和取向中记录图像。基于描述符的位置结合 斜率检测的描述符之间的最近的相邻对应关系可以导致稳健方法以匹配两个微观纹理。该 技术还可以在非理想条件下例如当介质经过篡改时有用。
[0072] 示例性评估
[0073] 使用本公开内容的某些示例性实施方案，可以评估例如来自从帆布、纸和布至玻 璃、塑料、木材和金属的材料的2500种不同类型的微观纹理。可以在如下四个示例性条件 下评估帆布、纸和布：理想（ideal)、浸泡、弄皱、老化。可以在如下四个示例性条件下评估 玻璃、塑料、木材和金属：理想、浸泡、刻划、老化。使用本公开内容的某些示例性实施方案， 可以检查50种不同类型的帆布。对于每种帆布，使用本公开内容的某些示例性实施方案， 可以提取15个纹理，该15个纹理可以总计高达750个纹理图像。对于纸，使用本公开内容 的某些示例性实施方案，可以检查例如4种类型的纸，并且从每种纸提取例如200个纹理， 总计高达800个纹理图像。使用本公开内容的某些示例性实施方案，可以检查15种不同的 布料，并且提取450个纹理图像。使用本公开内容的某些示例性实施方案，可以检查三种类 型的金属，并且从每种类型提取50个图像，从而总计高达150个图像。同样地，在本公开内 容的某些示例性实施方案中，可以检查三种类型的塑性材料，并且提取150个图像。使用本 公开内容的某些示例性实施方案，可以检查两种类型的玻璃材料（例如，每种类型5个），并 且从它们提取100个图像。最后，使用本公开内容的某些示例性实施方案，可以检查七种类 型的木材，并且从它们提取100个微观纹理。在以上概述的示例性检查中的每个检查中，使 用本公开内容的某些示例性实施方案，可以提取两个图像（例如，具有相同的表面）。这些 示范性检查的总数总计高达2500个不同的微观纹理，在每次试验中使用两个图像。该结果 示出在图4(a)至图4(f)中。
[0074] 示例性匹配准则可以基于例如如上所述的斜率匹配技术。如果在所有关键点的集 合中关键点与另一关键点的欧氏距离是至少t，则该关键点可以被认为匹配。使用本公开内 容的上述的示例性实施方案，在示例性评估中可以使用t = 0. 8。如果被匹配的关键点的斜 率差的最小百分比（例如80% )在p范围内，则图像可以被认为匹配（例如，正确匹配）。 此处，取P= ±0.2。对于评估，可以将每个纹理图像与数据集中的所有其它纹理图像进行 比较。可以在50个至100个匹配关键点的范围内执行斜率检测匹配。然后，可以利用相应 的匹配关键点值来将整个数据集中的正确匹配百分比制成表并且进行绘制。
[0075] 为了模拟非理想条件例如弄皱、浸泡、刻划和老化，使用本公开内容的某些示例性 实施方案，可以利用材料进行以下实验。对于纸，纹理附近的区域可以被涂污，这可以改变 例如约10%的微观纹理图案。对于塑料卡，可以应用真实世界条件，例如通过多次触摸微 观纹理区域。示例性微观纹理图案的变化可以为约5%至8%。对于帆布和织物，可以模拟 在真实世界设置中如何处理织物，例如伸展纹理被提取的区域、将其折叠等。这改变了例如 约10%至12%的原始纹理。对于玻璃表面，可以将水灌注在其上，和/或可以清洗该区域， 并且可以从制造商的标志提取微观纹理图案。纹理图案可以改变例如约5%。对于木制表 面，微观纹理图案附近的区域可以被涂污。微观纹理图案的变化可以为约10%。对于金属 和合金，该材料可以在真实世界设置中进行处理，然后提取纹理。纹理的变化可以为例如约 5%至10%。在一个示例性实施方案中，使用手机组合件，额外的100个纹理图像可以来自 两个不同的显微镜和500个纹理。
[0076] 使用本公开内容的某些示例性实施方案，可以考虑50种不同类型的平纹编织、中 等纹理和精细纹理的棉布和亚麻帆布。来自ArtFix?的9种帆布、来自Claessens ?的13 种帆布、来自Carvaggio?的28种帆布。这些示例性帆布可以被艺术家主要用于油、丙烯酸 类和其它乳化类型的绘画。对于每种类型的帆布，提取15个图像，总计高达750个纹理图 像。对于浸泡，对于例如50个上述匹配关键点的匹配百分比可能降低。这可能归因于帆布 的纤维特性；在浸泡之后，一些纤维可以从它们的原始位置转移。对于弄皱，匹配百分比可 以呈线性地降低，但是例如与浸泡比较，严重程度可能较小。可能难以在微观水平下弄皱帆 布。在弄皱示例性帆布之后，帆布可以伸展/回到其早期形式。对于老化，匹配百分比的降 低可以接近理想。来自这些示例性实验和示例性实施方案的结果示出在图4(a)中。
[0077] 在示例性分析中，本公开内容的示例性实施方案考虑四类纸：(a)A4尺寸的打印 纸；(b)薄的笔记本样式纸（指定的笔记本）；（c)厚的打印纸海报样式纸；(d)棕色装订纸。 使用本公开内容的某些示例性实施方案，可以评估例如800张这些种类的纸。在理想条件 下，匹配百分比可以为100个至80个关键点，那么匹配百分比可以稍微降低。在浸泡条件 下，弄皱和老化可以在结果上有少许变化。当示例性纸区域被弄皱时，如果该区域损坏读数 被取出的纸表面，然后在接下来的试验中的读数可能失效。因此，在弄皱条件下，示例性匹 配百分比结果可能较低。在某些示例性实施方案中，浸泡没有改变纸区域的结构，但是观察 到照明变化。对于示例性老化测试，示例性纸在自然日照中保持约一个月，并且没有观察到 纸结构的变化。示例性结果示出在图4(b)中。
[0078] 示例性实施方案和示例性评估可以包括不同类型的织物，例如羊毛、尼龙、聚酯纤 维、粗斜纹布、棉布、毛巾布、丙烯酸类和各种混合物例如如约49%尼龙和51%金属、87% 尼龙和13%氨纶、35%羊毛和65%人造丝。在理想条件下，使用本公开内容的某些示例性 实施方案，对于50个关键点可以获得例如接近100 %或者甚至100 %的结果，但是在这之 后，对于100个关键点，示例性结果可以迅速降低低于80%。布型材料可以承受最低浸泡， 其可以是基于纤维材料的典型特性。对于50个关键点，匹配百分比可以为80,但是对于100 个关键点其在例如小于40处结束。在弄皱条件下，对于50个关键点，匹配百分比可以为约 90,而对于100个关键点，匹配百分比可以降低到低于50。在示例性老化条件下，变化可以 最小。对于50个关键点，匹配百分比可以为约95,而对于100个关键点，匹配百分比可以降 低到低于70。示例性结果示出在图4(c)中。
[0079] 示例性实施方案和示例性评估可以包括两种类型的例如消费等级的玻璃材料。两 者都可以是具有蚀刻在玻璃中的制造商的标志的玻璃杯。示例性评估可以包括每种类型 (例如，总共10种）的5块玻璃，并且可以从每块玻璃提取10个读数，从而总计高达100个 纹理图像，这些标志可以用作从特定区域提取纹理图案的参比点。对于50个关键点，匹配 百分比可以为100,而对于100个关键点，匹配百分比可以降低到约90。在浸泡和刻划条件 下，匹配百分比可以开始于100,而对于100个关键点，匹配百分比降低约85。示例性结果 示出在图4(d)中。
[0080] 示例性实施方案和示例性评估可以包括三种类型的金属：刷金属，钢和铝复合材 料。示例性评估可以从它们提取例如150个微观纹理。在示例性的理想和老化情况下，可 以存在有小的变化。对于在两种条件下的50个至70个关键点，匹配百分比可以为100,而 对于100个关键点，匹配百分比可以降低到约90。在浸泡和刻划条件下，对于50个关键点， 匹配百分比可以为约100,而对于100个关键点，匹配百分比可以减少到约75至80。示例 性结果示出在图4(e)中。
[0081] 示例性实施方案和示例性评估可以包括例如三种类型的塑料卡：两个PVC卡和一 个细粒度的塑料外壳表面。使用本公开内容的某些示例性实施方案，可以从它们提取例如 150个纹理图像。示例性的塑料卡的表面粗糙度可以在非理想条件下通过试验以一致方式 散射光。在理想、浸泡和老化条件下可以存在有小的变化。在示例性刻划条件下，对于50 个关键点，匹配百分比可以开始于100,但是对于100个关