变角分光成像测定方法及其装置制造方法及图纸

具备向测定采样面(2)从2个以上的角度方向照射照明光的照明装置(10)、成像用的光学透镜(8)、黑白二维图像传感器(4)。由此，提供一种方法和装置，其针对每个测定波长摄像测定采样面(2)的二维图像，在该二维图像的全部像素中，针对每个像素短时间、准确地测量变角、分光信息，具体地说，实现更准确并且实用性高的变角分光成像测定方法及其装置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】变角分光成像测定方法及其装置
本专利技术与测量物体表面的色彩的涂料、涂装、纤维、印刷、塑料等全部领域相关联，涉及一种用于测量评价、以及基于测量评价的制造的变角分光成像测定方法及其装置。
技术介绍
近年来的工业产品，外观性是极其重要的附加价值之一。因此，具有多样的质感、表面构造的产品很多。例如，汽车的外饰涂料中包含多种多样的光亮材料，因此其表面具有极其微小的光亮性的反射、粒状的质地。进而，根据光亮材料、颜料、其他材料的组合、涂装的层构造、照明和观察方向的几何条件的变化，色彩有很大变化。特别地近年来，由于干涉性光亮材料的出现，色彩、质地进一步显示出多样的变化。另外，不限于汽车外饰涂装，在内饰材料、家具、建筑物、家电产品、电子设备、化妆品、包装等其他产品中，与是否含有光亮材料无关地，表面构造也变得复杂。另外，与汽车外饰涂装同样地，根据质地和光学几何条件，其色彩或质地也多样地变化。进而，不只是涂装产品，木材产品、纤维产品也同样地具备因光学几何条件造成的色彩变化、质地。另外，不只是工业产品，对于皮肤、整体物，也具备因光学几何条件造成的色彩变化、质地。另外，在设计、材料的商品开发、制造/质量管理、广告等市场拓展中，有经验者的高度的视觉判断不可或缺，因此需要很多的时间和人力资源，需要花费很大的能源、劳力等。因此，正在要求准确地测量/评价这些表面颜色的方法的确立、准确地表现CG等图像的手段。为此，希望确立一种通过变角以简单的操作方法短时间并且准确/稳定地测量图像色彩信息的物理手段、评价方法。此外，对于色彩测量，从准确性和能够测量广范围的色彩这一点出发，特别对于包含干涉性光亮材料的物体颜色，分光测量是重要的。在专利文献1中公开了以下的技术，其在得到分光信息时，通过使用棱镜、衍射光栅的分光光，来得到因图像的部位而不同的分光信息。另外，在专利文献2中公开了与具有旋转式照明光源和多光谱照相机的变角分光成像装置有关的技术。进而，在专利文献3中公开了以下的技术，其为了修正照明光源的时间变动，在样本面的整个周缘部设置白色参照面。在专利文献4中公开了以下的技术，其在进行变角分光测定时，使用能够发出并排为一列的不同颜色的光的具备多个单色LED的照明装置向样本面进行照射而进行摄像。在专利文献5中，公开了与具有测定紫外线照明光下的被摄体的第一光谱和可视光照明光下的被摄体的第二光谱的分光仪的分光测定系统有关的技术。在专利文献6中，公开了与测定样本的分光特性来进行计算的色彩测定装置有关的技术。现有技术文献专利文献专利文献1：日本专利第3933581号公报专利文献2：日本特开2005-181038号公报专利文献3：日本特公昭60-041731号公报专利文献4：日本特开2004-226262号公报专利文献5：日本特开2003-337067号公报专利文献6：日本特开2007-333726号公报
技术实现思路
专利技术要解决的问题专利文献1所公开的技术表示出得到根据图像的部位而不同的分光信息的方法，分光信息只不过对每个像素不同，无法取得在全部像素中使波长等对每个像素不同的分光信息。另外，并不构筑测定中的光量变动、曝光时间的变动等的修正单元，在涂料制造、基于涂装的产品制造中难以进行满足实用性的高精度的测量。进而，照明装置是从比40度大的角度位置的1个地方的照明，因此必须将记录装置的视场角取得广，产生在记录装置中通常使用的成像透镜的周边部的畸变。专利文献2所公开的技术是具有照明光源和多光谱照相机的变角分光成像装置，但表示出照明光源是来自1个位置的照明或使一个照明旋转驱动的结构、样本旋转的结构，难以进行准确的测定，或者需要用于旋转驱动的机构，存在机构复杂的问题点。专利文献3所公开的技术在测定物体的反射光和背景光中照射来自光源的光，只是在受光器中进行了受光后进行两者的相对比较，并不是摄像照射后的光来取得分光信息。专利文献4所公开的技术通过固定的2个照明装置进行照明来进行测定，但照明装置将发出不同颜色的光的单色LED排列为一列，分别独立地切换点亮、熄灭，因此存在以下的问题点，即根据发光的LED而相对于测定物的角度不同，通过摄像元件得到的信息也不同。专利文献5所公开的技术具备具有多个不同的分光能量分布的发光部，但分别具备各个发光部，因此存在以下的问题点，即根据发光的发光部而相对于测定物的角度不同，通过分光仪得到的信息也不同。专利文献6所公开的技术只不过是根据通过光度仪得到的信息进行图像计算的程度。为了得到包含复杂的构造显色的光亮材料的特征、评价信息，能够进行在广色域中基于照明和观察方向的光学几何条件可变的变角测量的图像测量是必要且有效的。另外，对于测量出的分光成像信息，需要用于对其特征进行数值化的图像分析计算。但是，这样的装置并没有实用化，在现有的方法中，信息量极少、或数据的测量非常需要时间，并且需要与装置符合的有效的图像分析计算的手段。另外，近年来的汽车涂料中大多使用特殊的干涉性光亮材料，其特征是包含非常细微、高亮度、并且颜色的表现域广的光亮性的反射颜色。为了针对这些涂色，有效地利用变角信息，另外进行用于评价特征的准确的图像分析计算，必须对图像整体以高解析度/高精度，进行高动态范围、广色域的测量。因此，本专利技术的目的在于：鉴于在上述
技术介绍
中说明的现有技术的问题点，提供一种短时间、高效地测量物体表面的每个像素的变角、分光等信息的方法和装置，更具体地说实现更准确、实用性高的变角分光成像测定方法及其装置。另外，实现针对三维形状的样本面修正光学几何条件的变化的变角分光成像测定方法及其装置。用于解决问题的手段方案为了得到包含复杂的构造显色的光亮材料的特征、评价信息，能够进行在广色域中基于照明和观察方向的光学几何条件可变的变角测量的图像测量是必要且有效的。因此，在本专利技术中，作为其解决方法，配置能够在与样本面垂直的方向上进行摄像的二维图像传感器，组合从与样本面垂直的方向具有某角度的照明装置，通过来自2个以上的角度方向的照明光的照射，利用图像内X轴、Y轴方向的每个像素的几何光学条件的变化，测量变角分光成像信息。在分光测量中，使用白色光照明/分光受光方法，其在二维图像传感器和样本面之间的位置具备对每个固定波长具有透过波长带的带通滤波器、能够改变透过波长带的液晶可调滤波器、音响光学元件等。或者，使用分光照明方法，其具备能够向照明光输出每个测定波长的单色光的分光光源装置。或者，通过使用组合分光受光和分光照明的方法，还对应荧光色的测定。测定出的每个像素的分光数据，例如在变换为CIE的三刺激值、CIELAB值、RGB值、孟赛尔表色值等色彩数值后，被用于基于光学几何条件的LAB空间上的分布的三维构造、空间频率分析、使用信息熵等的数值对物体表面的特征进行比较/评价的数值计算单元。另外，通过将三维形状测定单元装入到变角分光成像装置中，使用样本面的三维形状信息求出样本面的法线方向，修正因光学几何条件的变化和位移、倾斜的不同造成的每单位面积的光的照明能量。专利技术效果根据本专利技术，提供一种短时间、高效地测量物体表面的每个像素的变角、分光等信息的方法和装置，更具体地说，能够实现更准确、实用性高的变角分光成像测定方法及其装置。另外，通过使用来自2个以上的角度方向的照明光的照射，能够减小成像用的透镜的视场本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种变角分光成像测定装置，具备：线状或点状的照明装置，其能够相对于包含光亮材料的样本面的垂直方向，分别从固定的2个以上的角度方向向该样本面照射作为白色光的照明光；分光单元，其对来自上述样本面的反射光进行分光，配置在该样本面的上方；成像用的透镜，其对通过上述分光单元分光后的反射光进行成像；二维图像传感器，其被固定，能够经由上述成像用的透镜对上述反射光进行受光，摄像该样本面；以及白色参照面，其设置在上述样本面的整个周缘部，其中利用通过上述二维图像传感器摄像所得的二维图像内的每个像素的照明方向和摄像方向的光学几何条件的变化，取得上述样本面的分光信息，该变角分光成像装置的特征在于，在测定前的校正时，同时摄像成为基准的标准白色板和上述白色参照面，测量每个像素和每个波长的校正系数，并且决定每个上述波长的曝光时间，通过变更上述分光单元的透过波长，不变更上述照明装置、上述二维图像传感器、上述样本面以及上述白色参照面的相对位置地，针对每个测定波长摄像上述样本面、以及设置在上述样本面的整个周缘部的上述白色参照面的二维图像，取得该二维图像的全部像素的每个测定波长的分光信息，通过针对每个上述测定波长改变校正和测定时的摄像曝光时间，来修正照明装置的分光特性、上述分光单元的分光特性、上述二维图像传感器的分光特性在上述测定波长范围内的增益的差。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.04.20 JP 2012-097170;2012.06.01 JP 2012-126381.一种变角分光成像测定装置，具备：线状或点状的照明装置，其能够相对于包含光亮材料的样本面的垂直方向，分别从固定的2个以上的角度方向向该样本面照射作为白色光的照明光；分光单元，其对来自上述样本面的反射光进行分光，配置在该样本面的上方；成像用的透镜，其对通过上述分光单元分光后的反射光进行成像；二维图像传感器，其被固定，能够经由上述成像用的透镜对上述反射光进行受光，摄像该样本面；以及白色参照面，其设置在上述样本面的整个周缘部，其中利用通过上述二维图像传感器摄像所得的二维图像内X轴、Y轴方向上的每个像素的照明方向和摄像方向的光学几何条件的变化，取得上述样本面的分光信息，该变角分光成像装置的特征在于，在测定前的校正时，同时摄像成为基准的标准白色板和上述白色参照面，测量每个像素和每个波长的校正系数，并且决定每个上述波长的曝光时间，通过变更上述分光单元的透过波长，不变更上述照明装置、上述二维图像传感器、上述样本面以及上述白色参照面的相对位置地，针对每个测定波长摄像上述样本面、以及设置在上述样本面的整个周缘部的上述白色参照面的二维图像，取得该二维图像的全部像素的每个测定波长的分光信息，从而将与从测定位置起平行于X轴和Y轴所引出的直线相交的部分的白色参照面的位置作为对X轴Y轴的外推位置来参照有效地作用的位置，来求出上述白色参照面的像素位置，通过针对每个上述测定波长改变校正和测定时的摄像曝光时间，来修正照明装置的分光特性、上述分光单元的分光特性、上述二维图像传感器的分光特性在上述测定波长范围内的增益的差。2.一种变角分光成像测定装置，具备：线状或点状的照明装置，其能够相对于样本面的垂直方向，分别从固定的2个以上的角度方向向该样本面照射作为白色光的照明光；成像用的透镜，其对来自上述样本面的反射光进行成像，配置在该样本面的上方；分光单元，其对通过上述成像用的透镜成像的光进行分光；二维图像传感器，其被固定，能够对来自上述分光单元的光进行受光，摄像该样本面；白色参照面，其设置在上述样本面的整个周缘部，其中，利用通过上述二维图像传感器摄像所得的二维图像内X轴、Y轴方向上的每个像素的照明方向和摄像方向的光学几何条件的变化，取得上述样本面的分光信息，该变角分光成像装置的特征在于，在测定前的校正时，同时摄像成为基准的标准白色板和上述白色参照面，测量每个像素和每个波长的校正系数，并且决定每个上述波长的曝光时间，通过变更上述分光单元的透过波长，不变更上述照明装置、上述二维图像传感器、上述样本面以及上述白色参照面的相对位置地，针对每个测定波长摄像上述样本面以及设置在上述样本面的整个周缘部的上述白色参照面的二维图像，取得该二维图像的全部像素的每个测定波长的分光信息，从而将与从测定位置起平行于X轴和Y轴所引出的直线相交的部分的白色参照面的位置作为对X轴Y轴的外推位置来参照有效地作用的位置，来求出上述白色参照面的像素位置，通过针对每个上述测定波长改变校正和测定时的摄像曝光时间，来修正照明装置的分光特性、上述分光单元的分光特性、上述二维图像传感器的分光特性在上述测定波长范围内的增益的差。3.一种变角分光成像测定装置，具备：线状或点状的照明装置，其能够相对于样本面的垂直方向，分别从固定的2个以上的角度方向向该样本面照射波长可变的每个测定波长的单色照明光；成像用的透镜，其对来自上述样本面的反射光进行成像，配置在该样本面的上方；二维图像传感器，其被固定，能够经由上述成像用的透镜对上述反射光进行受光，摄像该样本面；以及白色参照面，其设置在上述样本面的整个周缘部，其中，利用通过上述二维图像传感器摄像所得的二维图像内X轴、Y轴方向上的2轴方向的每个像素的照明方向和摄像方向的光学几何条件的变化，取得上述样本面的分光信息，该变角分光成像装置的特征在于，在测定前的校正时，同时摄像成为基准的标准白色板和上述白色参照面，测量每个像素和每个波长的校正系数，并且决定每个上述波长的曝光时间，通过变更分光单元的透过波长，不变更上述照明装置、上述二维图像传感器、上述样本面以及上述白色参照面的相对位置地，针对每个测定波长摄像上述样本面、以及设置在上述样本面的整个周缘部的上述白色参照面的二维图像，取得该二维图像的全部像素的每个测定波长的分光信息，从而将与从测定位置起平行于X轴和Y轴所引出的直线相交的部分的白色参照面的位置作为对X轴Y轴的外推位置来参照有效地作用的位置，来求出上述白色参照面的像素位置，通过针对每个上述测定波长改变校正和测定时的摄像曝光时间，来修正照明装置的分光特性、上述分光单元的分光特性、上述二维图像传感器的分光特性在上述测定波长范围内的增益的差。4.一种变角分光成像测定装置，具备：线状或点状的照明装置，其能够相对于样本面的垂直方向，分别从固定的2个以上的角度方向向该样本面照射波长可变的每个测定波长的单色照明光；分光单元，其对来自上述样本面的反射光进行分光，配置在该样本面的上方；成像用的透镜，其对通过上述分光单元分光后的反射光进行成像；二维图像传感器，其被固定，能够经由上述成像用的透镜对上述反射光进行受光，摄像该样本面；白色参照面，其设置在上述样本面的整个周缘部，其中，利用通过上述二维图像传感器摄像所得的二维图像内X轴、Y轴方向上的每个像素的照明方向和摄像方向的光学几何条件的变化，取得上述样本面的分光信息，该变角分光成像装置的特征在于，在测定前的校正时，同时摄像成为基准的标准白色板和上述白色参照面，测量每个像素和每个波长的校正系数，并且决定每个上述波长的曝光时间，变更上述照明装置的照射波长，通过变更上述分光单元的透过波长，不变更上述照明装置、上述二维图像传感器、上述样本面以及上述白色参照面的相对位置地，针对每个上述照射波长和每个透过波长摄像上述样本面、以及设置在上述样本面的整个周缘部的上述白色参照面的二维图像，取得上述二维图像的全部像素的每个照射波长和每个透过波长的分光信息，从而将与从测定位置起平行于X轴和Y轴所引出的直线相交的部分的白色参照面的位置作为对X轴Y轴的外推位置来参照有效地作用的位置，来求出上述白色参...

【专利技术属性】
技术研发人员：大住雅之，
申请(专利权)人：色彩化学研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：日本;JP