使用空間欠采樣雙向反射分布功能測量表面的外觀屬性的制作方法

專利名稱：：使用空間欠采樣雙向反射分布功能測量表面的外觀屬性的制作方法使用空間欠采樣雙向反射分布功能測量表面的外》見屬性相關申請的交叉參考本申請要求于2005年4月25日提交的第60/674,602號美國臨時申請的優先權。
背景技術：
：已經開發出了用于測量和描述對象一見覺外觀的多種方^去禾口裝置。這些方法和裝置在各種情況下都是4艮有用的。例如，對象外觀的測量可以揭示可能存在于^f象上的^f壬^^余沖牛、顏^K專用纟余層、表面處理等的屬性。此外，例如，對象外見的測量可以用于倉J建計算機模型、設置產品公差等。使用各種裝置來提供對象表面的i普測量是公知的。然而，現有的裝置產生細節有限的結果，或者觀'J量所需的成本、尺寸、以及時間過大。例如，使用用于測量有限數量的觀看和照射方向上的反射的離散多角度分光計是公知的。這種裝置的一個實例是可從X-RITE得到的MA68。然而，所有的這些裝置考慮了有限lt量的見看方向(例如，共面方向)，或考慮了從所有觀看角度得到(例如，通過7寸所有方向進行求和或平均)的數據。因此，已知的離散多角度分光計提供不反映表面外觀中的方向變化的結果。對于涂覆業，這些結果對于測量包括傳統涂料、顏料、以及涂層的一些表面屬性4艮有用的。然而，對于測量從不同角度觀看有不同外觀的具有專用涂料、肩貞泮牛、和其他專用涂層的表面(諸如，當今汽車、輪船、貨幣、消耗(consumer)塑料、化妝品等上的表面)的屬性不是4艮有用。例如，有限采樣多角度分光計對于測量諸如(例如)從一個角度呈現一種顏色(例如，白色)而從另一個角度呈現第二種顏色(例如，粉色)的珠光汽車涂料的干涉涂層的屬性不是很有用。另外，例如由于涂層配方和/或應用處理因素，它們通常不能才是供足夠詳細的結果以佳_表面屬性依賴于表面的物理屬性。通過測量表面的完全雙向反射分布函lt(BRDF)的裝置(諸3口，可變角的分光光度i十(goniospectrophotometer),口parousiameter)解決了已知的離散多角度分光計的一些缺點。由這些裝置產生的完全BRDF^是供了作為照射角、枧角、波長、和其它變量的函凄t的表面散射的豐富屬性。然而，用于測量BRDF的這兩種已知的裝置都有顯著的缺陷。可變角的分光光度計(諸如可/人MURAKAMI得到的GCMS-4Gonio-spectro-Photometric-Colorimeter)通過434苗整個半J求上的,照射角和檢測角來測量完全BRDF。盡管它們能夠沖是供好的結果，但是該i殳備極其大和昂貴。另外，掃描整個半J求上的照射角和4企測角(通常要花費幾個小時，這使得實時應用成為不可能。Parousiameter(諸如Wademan的美國專利第6,557,397號中所描述的一個)通過將一系列照射角和檢測角投影到半球形屏幕上并^f吏用照相機對該屏幕成像來測量完全BRDF。然而，這些裝置的誤差與該半球形屏幕的尺寸直接相關，并且這些裝置不能滿意i也以大于它們的屏幕區域的10%的區域來測量采樣。因此，Parousiameter通常大且笨重。而且，屏幕中的縫隙、以及最高分辨率照相機的有限動態范圍進一步限制了該裝置。此外，由于可變角的分光光度計和parousiameter兩者都測量整個半j求上的照射角和碎見角，因此p桑聲問題會成為重要因素。
發明內容在一個通常方面，本發明旨在^是供一種用于測量表面的空間欠采樣雙向反射分布函數(BRDF)的i殳備。該i殳備可以包括第一光源，一皮定向用于/人第一照射方向照射表面；以及多個4專感器，被放置為接收由該表面反射的光。該多個傳感器可以包括第一、第二、和第三傳感器，被放置為接收由該表面沿第一、第二、和第三不共面方向反射的光。在不同的實施例中，該設備還可以包括與該多個傳感器通信的計算機。該計算機被配置為考慮第一、第二、和第三反射方向來將由該多個傳感器感測到的光轉換為的該表面的第一外觀屬性。在另一個通常方面，本發明旨在才是供用于測量表面的空間欠采樣雙向反射分布函凄史(BRDF)的方法。該方法包4舌以下步-驟通過從第一照射方向入射到該表面上的第一光源照射該表面；以及感測由該表面在多個反射方向反射的多個波長的光。該多個反射方向包括第一反射方向、第二反射方向、以及第三反射方向。該方法還包括以下步驟考慮第一、第二、和第三反射方向來將由所述多個傳感器感測到的光轉換為該表面的第一外觀屬性。本發明的其它不同實施例旨在沖是供用于測量表面的空間欠采樣雙向反射分布函數(BRDF)并在實際中應用的系統。在不同的方面，本發明旨在提供用于匹配涂覆兩個部件的涂層的外觀的方法、修復裝置的方法、以及查找未知對象的身份的方法。下面將以實例的方式結合下面的附圖描述本發明的實施例，在附圖中圖1示出了說明根據本發明不同實施例的處理流程的流程圖圖2示出了根據本發明不同實施例的來自表面的反射的視圖圖3示出了根據本發明不同實施例的來自表面的反射的視圖圖4示出了根據本發明不同實施例的表面涂層的視圖5示出了說明根據本發明不同實施例的處理流程的流程圖圖6示出圖7示出涉的—見f口/或干圖8示出了說明根據本發明不同實施例的處理流程的流程圖圖9示出了才艮據本發明不同實施例的系統的—見圖10示出界面；圖11至圖14示出了根據本發明不同實施例的設備的三維視圖15示出了根據本發明不同實施例的設備的三維—見圖；圖16示出了根據本發明不同實施例的多個傳感器；以及圖17至圖22示出了說明根據本發明不同實施例的處理流程的流程圖。具體實施例方式本發明的實施例旨在提供用于測量和/或分析表面的空間欠采樣雙向反射分布函tt(BRDF)的方法和i殳備。當光入射到表面上時，一部分光在不同方向上一皮反射、散射或轉向偏離該表面。該表面的BRDF是關于所有波長的該反射強度的表達式，以及作為照射角和其他變量(例如，偏振)的函數的反射方向的表達式。根據不同的實施例，通過僅在離散數量的反射方向測量反射強度來對該表面的BRDF進4亍空間欠采才羊。在不同的實施例中，該離散反射方向可以是不共面的。于是可以對測量出的反射進行處理以得到被觀測表面的外觀屬性。在外觀屬性通過測量出的反射一皮獲得時，該外觀屬性可以反映該表面外^見中的方向變4t。圖1示出了說明根據不同實施例的用于測量和處理表面的空間欠采樣BRDF的處理流程100的流程圖。在步驟102，將光定向為朝向表面。該光線可以形成為一條光束、或準直或非準直的多條光束。該光線可以源自一個或多個寬光i普照射源，并且可以/人一個或多個照射方向入射到該表面上。照射源和照射方向的凄t量可以4艮才居具體應用而改變。然而，應當理解，增加照射源和/或照射方向的tt量可以才是高得到的BRDF的質量。應當理解，照射方向或多個照射方向可以與該表面法線形成4壬意角度。然而，在不同實施例中，照射方向或多個照射方向可以與該表面法線形成零到65度之間的角(例如，0度、45度等)。在步驟104,可以測量沿多個離散反射方向從該表面反射出去的反射強度。應當理解，這些測量到的反射與相應的反射方向一起表示該表面的空間欠采4羊BRDF。在不同的實施例中，整個組的反射方向可以是不共面的。此外，在不同的實施例中，在每個反射方向上都可以得到多個測量結果，且每個測量結果都記錄特定波長或波長范圍處的反射強度。在不同的實施例中，可以從固定的傳感器得到測量結果，且在多個離散反射方向中的每一個上都固定一個傳感器。應當理解，由于只在離散方向上而不是在每個方向上測量反射，因此測量反射比所需的時間可以少于整個BRDF(可變角的分光光度計和parousiameter)裝置所用的時間。在不同的實施例中，在5秒之內就可以得到測量結果。空間欠采樣BRDF可以表達為表示每個反射方向處所7見察到的強度的一系列反射矢量。例如，每個所觀測到的反射方向老卩可以具有指向反射方向且大小等于在反射方向中觀測到的反射強度的矢量。應當理解，如果在反射方向中》見測多個波長或波長范圍，則反射方向可以具有對應于每個波長或波長范圍的矢量。作為一個實例，圖2示出了示例性表面202,且光/人照射方向204入射到表面202上。觀察到了三個離散不共面的反射方向206、208、和210。圖3示出了根據不同實施例的另一個示例性表面302,該實施例具有來自一個照射方向304的入射光以及觀察到的十一個反射方向306、308、310、312、314、316、318、320、322、324、和326。將會理解反射方向的lt量和標識可以變4匕。例如，在不同的實施例中，可以存在五個與十五個之間的反射方向。it匕夕卜，在不同的實施例中，反射方向可以包4舌工業標準反射方向(例3。，具有15、25、45、75禾口100度的4竟面角(aspecularangle))。t匕夕卜，在不同的實施例中，可以選4^相對于表面的表面法線與照射方向正交的反射方向中的至少一個。在不同的實施例中，可以基于所需要的結果的分辨率和/或要被測量的表面復雜性來選擇觀測到的反射方向的數量。例如，包含在表面的多個層中的每層和/或材坤牛都可以具有多個物理屬性(例如，粗糙度、局部斜率、曲率、反射指數的實部和虛部等)。在不同的實施例中，可以只需測量最小凄t量的反射方向以獲得足夠的3蟲立關系來求解所有想要的變量。例如，可以根據下式來選擇觀測的反射方向的最小凄t量(1)最小數量的反射方向=2L+M其中，L是表面的物理層的數量，光線會經由該層會潛在散射，并且M是包含在多個層(例如，顏料、金屬薄片等)中的不同材料的數量。例如，圖4示出了才艮據不同實施例的可以^皮觀測的示例性表面400。"i亥表面400具有專用〖余層，i者3口(侈寸^口)上述的干涉或珠光涂層。該表面400包括三個層，透明涂層402、顏料層404、和襯底406，以及包含在這些層(例如，金屬薄片408)中的一種材料。因此，對于表面400的觀測的反射方向的最小數量應為七。應當理解，使用少于4艮據等式1的反射方向最小凄t量可以獲得有用的讀數，然而，在該情況下，被觀測的反射可能不會捕獲到對來自每個表面屬'性的BRDF的#》響。當所觀測的離散反射方向增加時，所獲得的結果的質量也會提高。例如，在不同的實施例中，可以測量附加的物理屬性。然而，應當理解，增加觀測的離散反射方向的數量還將增加復雜性、在全部反射方向進行觀測所需的時間、以及噪聲。因此，在不同的實施例中，可以不必7見測多于下述的反射方向(2)反射方向的最大lt量=6L+6M其中，L和M如上定義。等式2可以定義測量每個物理性質的獨立關系所需的方向的#t量。返回參照圖1，在步艱《106，可以只于在步-驟104測量的反射進行處理，以產生外觀屬性或表面的多個屬性。空間欠采樣BRDF本身可以被認為是表面的外觀屬性，然而，應當理解，還可以通過例如操控BRDF來產生其它的外見屬性。至少一個外7見屬性可以反映測量的反射強度和方向所固有的表面外觀中的方向差。在不同的實施例中，通過對BRDF凈丸行才喿控可以獲得附加的外觀屬性。例如，圖5示出了下述處理流程500,該處理流程用于通過將測量的反射插入到表面的BRDF的凄t學才莫型中并4丸一亍特定lt學處理來處理測量的反射。作為另一個實例，圖8示出了用于分析BRDF數據的不同頭巨的U里i乾禾呈800。在步驟106產生的外爿見屬性可以產生關于一皮測表面的組成和特征的信息(例如，物理屬性)。例如，在》余層業中，可以獲得存在于表面上的任何涂層的配方和應用處理的屬性。對于一些物理屬性，會存在閉合式解決方案以使得從測量的反射或BRDF直接得到屬性的值。例如，如下所述，可以從BRDF獲得光一冊結構周期，并可以與表面的頭見則的空間特征之間的距離直接相關。此夕卜，可以使用試-瞼方法得到一些物理屬性。例如，可以測量具有已知物理屬性的表面的外7見屬性。然后可以創建^t纟居庫以顯示外7見屬性和物理屬性之間的相關性。當測量具有未知物理屬性的表面時，可以將外觀屬性(例如，BRDF和/或從其得到的值)與數據庫進行比較以獲得未知的物理屬性。圖5示出了用于處理測量的反射(例如，BRDF)以及基于該BRDF使用數學模型得到表面的附加外觀屬性的處理流程500。參照圖5,在步驟502，BRDF可以凈皮轉換為雙向散射分布函數(BSDF)。該BSDF表示由于入射光的散射而造成的部分BRDF。為了計算BSDF,從BRDF減去BRDF的鎮:像分量。該經面反射分量是由于入射光的菲涅耳(Fresnel)反射所引起的部分BRDF。該4竟4象分量一皮集中在與照射方向相關的反射方向上，以4吏照射方向的入射角度等于鏡像反射方向的反射角度。例如，參照圖3,照射方向304與表面成45度，且與表面法線成45度。因此，4竟像分量可以定向為同樣與表面和表面法線成45度的反射方向306。應當理解，如果存在多于一個照射方向，則可以將鏡像分量集中在多于一個角度。可以以多種方式/人BRDF中減去鎮像分量。例如，〗現測的反射方向之一可以是4竟4象反射方向。在這種情況下，通過/人整個BRDF中減去該反射方向的影響可以獲得BSDF。在4竟^f象反射方向不是所觀測的反射方向之一的實施例中，則可以基于鎮7f象反射方向附近的^見測的反射方向處的響應來近似該鎮^象反射。然后可以乂人BRDF中減去該鏡像反射分量的近似。再次參照圖5，在步驟504可以獲得BSDF的地形散射項。應當理解，BSDF可以表示為(3)SmP:(167r2/義4)cos2,6D^a(l9i)&(/)其中，&(/)為表面的4壬何高度波動(z)的二維功率語分布(PSD)。因此，以(167r2"4)cos2e,除以BSDF會產生與表面上的高度波動成比例的;也形散射項。在步驟506,可以獲得材沖+散射項。該材沖+散射項可以指示表面材^f的成分或密度(例如，均勻性、氣泡、夾雜物、小于約30微米的隨機散布或分布的顏料)的波動。應當理解，該BSDF可以表示為(4)MDF=(1"2)0^O眞,w(/)其中，K/)是對于散射的材料響應的干擾的PSD。該PSD可以與材料具體模型的不均勻性有關，諸如成分中的變化的數量和空間分布。然后可以通過以1/f除BSDF來獲得材^牛散射項。可以使用試驗方法使材料散射項的值(例如，外觀屬性)依賴于表面的成分和/或密度中的波動的具體類型、尺寸等(例力口，物理屬性)。在步驟508,可以獲得BSDF的缺陷散射項。在表面特征或大量屬性千護L一皮空間定位和/或隔離(例3。，表面中的凹陷或凸起，其它均勻散裝材料中的各個夾雜物)時，會發生缺陷散射。應當理解，如果缺陷是隨機分布的，貝'JBSDF可以表示為(5)湖7M1/A2)Ote，其中，6X0是表面中缺陷集合的PSD。因此，可以通過以(l/義2)除BSDF來計算缺陷散射項。可以使用試驗方法使缺陷散射項的特定值依賴于特定的缺陷類型和位置。通過比4交等式4和5應當理解，.SX0和6U/)可以具有相同的值。因此，可以將等式4應用于被測量或,皮<叚設為相對無缺陷的表面。另一方面，可以將等式5應用于具有已知缺陷的表面。在步驟S510,可以獲得表面的折射指數。圖6示出了有紅光束602、纟錄光束604、禾口藍光束606入射至'J其上的表面600。圖6i兌明了4斤射是^口<可引起不同光束602、604、606的不同表i見的。可以^口下使用斯涅耳法則以獲得表面的折射指數(6)"/sin^尸W2sir^2其中，"/是表面的折射指數，是表面與觀測點之間介質的折射指數，A是照射方向的角，以及&是給定波長處的折射角。然而，折射指數可以-故看作是表面的物理屬性，應當理解，基于折射指數可以^f尋到附加的物理屬性(例如，下面的光一冊結構周期)。在步驟512,可以獲得表面的光4冊結構周期。光4冊結構周期可以提供關于存在于具有規則結構的表面中的表面特征、界面特征、大塊材料結構、顏料、微粒、薄片等的信息。基于特征的光柵結構周期，這種規則的特征可以引起反射光的衍射和/或干涉。例如，圖7示出了具有以規則或半規則間隔和定向的一系列薄片708嵌入其中的示例性表面700。表面700的光斥冊結構周期可以反映薄片708之間的距離和/或其定向。可以如下獲得光柵結構周期(7)義=2wJsin(6>)其中，"是表面的反射指數，c/是光柵線結構的周期，6>是光波長垂直于光柵線結構衍射的角度。圖8示出了用于使用BRDF的一個矩或多個矩來得到表示表面屬性的值的處理流程800。在步驟802，可以獲得第一矩或加權的方向響應。該加權的方向響應可以是所有矢量的矢量和，其中，每個矢量都表示鄉合定波長或波長范圍上的見測強度和反射方向。應當理解，在考慮到了多個波長或波長范圍之處可以對每個所考慮的波長iU皮長響應i十算力口斥又的方向響應。在不同的實施例中，加權系數可以應用至觀測反射方向中的一個或多個。例如，可以選4奪加4又系凄欠以4吏得到的加^又BRDF更4妄近地近似于反射方向的幾何均勻分布。在不同的實施例中，可以選沖奪加權系凄t以增強具有對特定表面類型增力口的4又4直(significance)的反射方向。例如，當表面包括干涉顏料時，具有_15。的《竟面角的反射方向可以—皮不只于稱、的加斥又，當表面包4舌回射才才并+時，可以不只于稱、地加—又具有75°和110。的4竟面角的反射方向。此夕卜，在不同的實施例中，可以選4,加4又系凄史以符合不同的標準。例如，DIN6175-2標準通過耳又決于標準測量角度(例力o，上述15/25/45/75/110角度)的加沖又函數來定義色差配方。在不同的實施例中，可以基于人的感性研究(例如，對人們最強烈地感知的反射方向給予給定的較高加權系數)來選擇加權系數。應當理解，還可以選擇加權系數以更精確地表示反射出表面的能量的分布。例如，如果反射出表面的總能量是20mW，并且期望20mW的不對稱的大部分凈皮反射到反射方向的一定范圍中，然后可以相比于其它方向對反射方向范圍中取得的強度測量結果給予相對高的權重。在該方式中，空間欠采樣BRDF會更4妾近地匹配由完全BRDF建才莫的實際能量分布。加—又方向響應可以依賴于表面的不同屬性。例如，在表面具有涂層的情況下，加沖又方向響應可以用于識別兩個表面之間的應用處理變化。例如，當兩個表面僅是其上的涂層應用處理不同時，通常能夠將第一表面的加權方向響應轉換為第二表面的加一又方向響應。所需的變化、旋轉、和縮i文在試-驗上依賴于特定的應用處理改變。在步驟804，可以得到表面的平均光i普第一矩。該平均光i普第一矩可以是其方向表示平均光語第一矩的矢量。在步驟806可以獲得加權光i普空間分布函數。加權光譜空間分布可以是描述由加權方向響應的方向端點限定的大致線形(generalline)的函凄t。這兩種外觀屬性(例如，平均光譜第一矩和加沖又光i普空間分布)都可以在試一驗上依賴于表面的不同物理屬性。圖9示出了根據不同實施例的可以用于實現上述測量和/或分析表面的空間欠采才羊BRDF的方法的系統901的#見圖。該系統901包括測量裝置900，并且還可以包括各種其它信息存儲、處理和/或接口裝置，諸如服務器922、用戶機926、和/或凄t據庫924。系統901的不同裝置900、922、924、926可以纟至由網纟備920片目互關耳關，該網絡可以是任意適當類型的有線或無線網纟各。在不同的實施例中，測量裝置900可以包括光學單元902和電子單元904。光學單元902可以包4舌^皮配置為將光908導向^皮4僉查表面906的照射光學器件912,以及用于接收和感測離開表面卯6的光卯8的反射910的接收器光學器件914。例如，照射光學器件912和^妻收器光學器〗牛914可以3口上所述來感測表面906的空間欠采樣BRDF。電子單元904可以處理由光學單元902產生的反射結果。在不同的實施例中，電子單元904可以包括用于得到表面的外觀屬性和/或與物理屬性相關的外7見屬性的計算邏輯電^各916。用戶接口模塊918可以將結果(例如，原始反射數據、外觀屬性、物理屬性等)呈現《會裝置900的用戶。在不同的實施例中，可以由用于處理的系統的其它部件(例如，服務器922、數據庫924、用戶機926)來沖丸4亍一些或全部的處理和結果呈現。例如，月l務器922和/或用戶4幾926可以才丸行處理以得到外7見和/或物理屬性；可以通過用戶機926將處理的結果呈現給用戶；以及數據庫924可以存4諸所測量的反射與表面屬性之間的實驗相關性。返回參照光學單元902，照射光學器件912可以包括一皮西己置用于將光908從一個或多個照射方向導向表面906的一個或多個照射源913。照射源913可以包括任何類型的適當照射源(包4舌例如白熾光源、白光LED等)。在不同的實施例中，每個照射源913都可以包4舌不同光i普豐lr出的多個(例如9個)LED。這些LED可以^f立于無鉛芯片載體或任何其它類型的安裝技術上。應當理解，照射源(或照射源組)913可以產生跨越如下文中所述的將由接收器光學器件914測量的波長的光。在不同的實施例中，照射源913可以—皮配置為產生例i。，如上所述的準直(collimate)或非準直光束。接收器光學器件914可以包括沿離散反射方向放置的一個或多個傳感器915。在不同的實施例中，可以;故置多個傳感器915以感測不共面的反射方向，諸如，例如圖2中所示的反射方向206、208、和210。多個傳感器915可以是任意類型的成^f象或非成像傳感器或適于測量反射(例如，跨越多個離散波長范圍)的傳感器組件。例如，多個傳感器915可以包括一個或多個光敏二極管。任意適當類型的波長識別設備(例如，任意類型的帶通濾波器、衍射光柵攝譜儀等)都可以被》文置在光每文二極管前面以感測離散的波長范圍。例如，可以圖16中的4專感器1602所示來4吏用MAZetJencolour產品系列。在不同的實施例中，可以選沖奪性地將包4舌多個帶通濾波器的輪子或其它可移動裝置方文置在光壽文二4及管的前面，以〗吏一個光壽文二才及管可測量多個離散波長范圍。在不同的實施例中，可以沿每個反射方向放置多個光敏二極管，其中，多個光敏二極管中的每一個都具有獨立的帶通濾波器。應當理解，多個傳感器915可以包括能夠同時離散地測量多個波長范圍的寬帶檢測器，例如，RGB傳感器(諸如具有對凄t響應或小的^象素陣列的照相才幾(例如，可,人Taos，Inc.得到的TCS230系列產品)。圖10示出了可以用于在數據庫924和/或電子單元904存儲測量數據的示例性數據庫圖示1000。框1002可以包括關于進行測量的儀器(例如，儀器900)的信息。這種信息可以包括名稱、序列號等。框1004可以包括關于特定測量的信息，包括例如，日期、時間、位置號、儀器定向等。框1006和1008可以包括關于3皮測面板或表面的信息。例如，框1006可以包括關于面板或表面本身的信息，而框1008可以包括將在表面上進行的優選測量的模板(例如，數量、高度、寬度、離邊緣的距離等)。框1010可以包括關于每個將一皮觀測的角度或反射方向的信息，以及框1012可以包括實際測量的數據。例如，如果在31個波長范圍測量11個反射方向，則用于每個測量的數據點的總數量可以是341。圖ll至圖14示出了才艮據不同實施例的示例性光學單元902的—見圖。示例性光學單元902包括一個照射源1104和用于容納傳感器1106、1108、1110、1112、1114、1116、1118、1120、1122、1124、1126的11個孑L(aperture)或小孑L(pupil)。應當5里解，4專感器可以包括用于接收光和容納用于感測光強度的元件的孔。在示例性單元卯2中，照射源1104蜂皮定向為以相對于表面法線45度角朝向位于該單元之下的表面(未示出)。因此，鏡像反射方向同樣為相對于表面法線的45度角。可以設置小孔1106以在鏡像反射方向處感測反射。在不同的實施例中，可以相對于鏡像反射方向來表示其它小孔的位置，但是應當理解，可以在任意適當的坐標系統中表示這些小孔的位置。例如，小孔1122可以位于相對于4竟4象的-15°。相對于鏡像，小孔1118可以位于15。處、小孔1116位于25。處、小孔1U2位于45。處、小孔lllO位于75°處、以及小孑L1108位于110°處。此外，可以相對于鎮Z象反射方向來表示小孔離開小孑L1106、1108、1110、1112、1116,和1118的平面的位置。例如，小孔1124位于距離4竟像反射方向25。且在平面之外逆時針旋轉90。的位置處。類似地，小孑L1120位于距離鎮H象反射方向25。且在平面之外順時針^走轉90°的位置處。小孑L1114和1126兩者位于距離鏡像反射方向60。且分別在平面之外順時針和逆時針方向旋轉54.7。的位置處。應當理解，盡管示出了用于傳感器的11個小孔，^旦是可以^吏用任意適當數量的傳感器。此外，可以將傳感器》文置為接收任意適當反射方向，例力口，不共面的反射方向。ot匕夕卜，在不同的實施例中，傳感器可以位于光學單元902的不同小孔中。在其它不同實施例中，可以遠離小孔來i文置一些或全部傳感器。例如，圖15示出了具有起源于不同小孔的光纖1505的另一個示例性光學單元1502。光纖1505可以將入射到小孔的光傳豸餘到可容納一個或多個4妄收元件的遠程位置(未示出)。圖17示出了使用上述方法和/或設備識別未知表面的屬性的示例性處理流程1700。在步驟1702、1704、1706、和1708，可以從表面的觀測的反射或BRDF得到不同的外觀屬性。例如，在步驟1702，可以獲得加權的光譜空間分布大小。例如，在步l聚1704,可以獲得表面的完整BRDF。在步驟1706可以獲得完整的BSDF。在不同的實施例中，在步驟1708可以獲得表面的光斥冊線結構。在步驟1710,將這些外觀屬性與查詢表(諸如下面的用于識別未知表面和/或其物理屬性的查詢表1)進行比4交。應當理解，例如，可以通過裝置900的數據庫924和/或電子單元904來存4諸查詢表。表1:<table>tableseeoriginaldocumentpage28</column></row><table>圖18示出了根據不同實施例的用于使用上述處理和/或設備獲得兩個表面之間方向色差的處理流禾呈1800。在處理流禾呈1800中，盡管方向色差是才艮據CIELAB方程計算的DeltaE值，^旦是應當理解，可以使用任何意適當的顏色測量方法。在步驟1802,基于特定照射和)見測器可以計算XYZ加玲又矩陣。XYZ力口4又矩陣可以是3乘X大小的矩陣，其中，X是被測的離散波長或波長范圍的數量。如上文所述，加^又方向響應可以由一《且矢量表示，其中一個矢量用于每個波長范圍。因此，加一又方向響應可以表示為X乘d大小的矢量，其中，d是表示空間坐標軸(例如，在三維中，d等于3)所需的項數。在步驟1804可將這兩個矩陣相乘得到3乘d的矩陣。在步驟1806可以應用CIELAB函凄t。在不同的實施例中，可以分別^)尋CIELAB函數應用于3乘d矩陣的每一列。可選地，可以將CIELAB函凄t應用于3乘d矩陣的每一列的幅j直。在步-驟1808，可以計算DeltaE值。圖19示出了可以由例如汽車零4牛整5里工用于〉余層工業的處理流程1900,以使不同時間和不同設備制造和涂覆的兩個部件(例如，門4巴手可以在工廠A制造，而保險杠可以在工廠B制造)的涂層的外觀相匹配。該處理流程1900可以用于基于對第一部件的觀測來確定第二部4牛的f余層配方和/或處玉里因素。在步艱《1902，可以測量和/或計算第一涂覆部件的外觀屬性。該外見屬性可以是例如加權方向響應、BRDF等。在步各聚1904,可以通過與第一涂覆部件相同的方式來測量第二涂覆部件的外7見屬性。在步冬聚1906,可以比4交這兩個涂覆部件的外觀屬性。如果發現了差異(例如，由于第二涂覆部4牛不與第一f余;霞部4牛匹配)，則在步4t1908,例如如上所述，可以使表現出該差異的外觀屬性依賴于特定配方或應用系數。然后可以更改第二涂覆部件的配方或應用系#t以涂覆_額外的部件來匹配第一涂覆部件，使得在這些部件之間存在更高質量的外觀匹配。圖20示出了用于確定在涂覆備件時所使用的處理和/或配方系數的處理流程2000。在步驟2002,可以獲得第一涂覆部件的外觀屬性(例如，力口一又方向響應、BRDF等)。第一涂覆部件可以是例如汽車部件。在步專聚2004，可以獲得用于再J見第一部件上的涂層的外)(見的配方或應用系凄t(例如，通過4吏外7見屬性依賴于配方或應用系數)。考慮到在步驟2004獲得的配方或應用系數，在步驟2006，可以將涂層涂覆至第二部件。例如，對于汽車車身車間，該處理流程2000會非常有用。以該方式中，第二部件的涂層可以與第一部件的涂層匹配。4吏用處理流程2000,汽車車身車間可以匹配涂津+配方和用于對部件進行重新上漆或對備件進行上漆的處理，以匹配汽車上已有的部件的外觀。這可以提供較好的外觀匹配，從而在備件的外觀隨著侵蝕和磨損而變化時，再現原始配方和處理系數。理流程2100。例如，該安全部件可以是安全油墨(例如，具有耳又決于觀看角度的外觀的安全油墨)。該油墨可以存在于產品的標簽或其它指示物上。在不同的實施例中，例3口，在具有截然不同外見的4匕妝品或類似產品的情況下，安全部4牛可以是產品本身。參照處理流程2100，在步驟2102,可以測量第一未知部件的外^L屬性。該外觀屬性可以是加權方向響應、BRDF等。在步-驟2104，可以爿夸測量的外觀屬性與真實安全部件的已知外觀屬性進行比較。在步驟2106可以獲纟尋:帔測-逸產品的真實性。例如，如果未知安全部件的外)(見屬性與已知產品的外^L屬性匹配，則該未知產品4艮可能是可靠的。如果被測試的安全部件的屬性與已知屬性不匹配，則該產品可能是偽造的。應當理解，通過考慮多個獨立的外^見屬性可以增加匹配的可靠性。圖22示出了才艮據不同實施例的用于識別部件源的處理流程2200。例如對于法務調查，處理流程2200會非常有用。在步驟2212，可以分析部件的外觀屬性。例如，該部件可以是撞擊或行駛事故情況下的汽車車身零件、在犯罪現場留下的衣物石爭片、或法務調查對象的其它部件。在步驟2214,可以將部件的外觀屬性于已知起源的部件的類似屬性進行比較。在步驟2216,可以基于所測量的外觀屬性和已知外^見屬性之間的匹配來識別部件。例如，汽車車身零件可以依賴于特定制造、型號、產品運行等。應當理解，已經簡化了本發明的附圖和描述以說明與清楚理解本發明相關的元ff,而出于清晰的目的，刪除了^者:^(例如)上述非才丸行業務一是供商單元的一些特定任務的其它元件。本領域的纟支術人員將會認識到這些或其它原件可能是需要的。然而，由于這樣的元件是本領域公知的，并且由于它們并不能有助于更好的理解本發明，所以本文中沒有提供對這些元件的討-i侖。如本文中所使用的，"計算機"或"計算機系統"可以是但不限于單獨的或組合的個人計算機(PC)、基于服務器的計算機、主機、服務器、微型計算機、小型計算機、個人數據助手(PDA)、蜂窩電話、尋呼機、處理器，包括它們的無線和/或有線的改變、和/或能夠配置用于處理獨立應用和/或通過網絡連接的介質或々某介的凄t據的任何其它計算4幾化的裝置。本文中4皮露的計算才幾和計算才幾系統可以包括用于存儲一些軟件應用程序的可才喿作連4妄的存卩諸器，這些4欠件應用程序^皮用于獲得、處理、存4諸和/或通信凄丈據。應當理解，這種存儲器相對于其可操作連接的計算機或計算才幾系統可以是內部的、外部的、遠程的或本地的。存儲器還可以包括用于存儲軟件或其它指令的任意裝置，例如，包括但不限于硬盤、光盤、軟盤、ROM(只讀存儲器)、RAM(隨機存取存4渚器)、PROM(可編程ROM)、EEPROM(擴展可纟察除PROM)、和/或其它類似的計算枳』可讀介質。系統901的各個才莫:夾916、918可以實玉見為由^f吏用《壬意類型的適當計算才幾指令類型的系統901或4壬意其它計算才幾系統的處理器(組)執行的代碼。該軟件代碼可以在計算才幾可讀介質中存儲為一系列指令或命令。本文中所-使用的術i吾"計算4幾可讀介質"可以包括，例如諸如》茲盤的》茲和光存儲裝置、不^旦只讀而且可寫變體的壓縮盤、光盤驅動器、以及硬盤驅動器。計算機可讀介質還可以、包括物理、虛擬、永久、臨時、半永久和/或半臨時的記憶存儲器。^十算才幾可讀介質可以進一步包4舌在一個或多個載波上4專|#的一個或多個數據信號。盡管已經描述了本發明的幾個實施例，但是很顯然，對亍本領域的技術人員可以對本發明進行各種改進、替換和改裝，同日于獲得本發明的一些或全部優點。因此，本發明旨在覆蓋這些改進、替換和改裝而不背離由附加的權利要求所限定的本發明的范圍和4青;#。權利要求1.一種用于測量表面的空間欠采樣雙向反射分布函數(BRDF)的設備，所述設備包括第一光源，被定向用于從第一照射方向照射所述表面；多個傳感器，被放置為接收由所述表面反射的光，其中，所述多個傳感器包括第一傳感器，被放置為接收由所述表面沿第一反射方向反射的光；第二傳感器，被放置為接收由所述表面沿第二反射方向反射的光；以及第三傳感器，被放置為接收由所述表面沿第三反射方向反射的光，其中，所述第一反射方向、所述第二反射方向、和所述第三反射方向不共面；以及計算機，與所述多個傳感器進行通信，其中，所述計算機被配置為考慮到所述第一反射方向、所述第二反射方向、和所述第三反射方向，將由所述多個傳感器感測的光轉換為所述表面的第一外觀屬性。2.根據權利要求1所述的設備，進一步包括以第二照射角入射到所述表面上的第二光源。3.根據權利要求1所述的設備，其中，所述多個傳感器進一步包括第四傳感器，被放置為接收由所述表面以第四反射角反射的光。4.根據權利要求1所述的設備，介于5和15之間的傳感器。5.根據權利要求1所述的設備,散的波長范圍敏感。權利要求書第2/ll頁其中，所述多個傳感器包括數量其中，所述第一傳感器對多個離6.根據權利要求1所述的設備，其中，所述第一傳感器包括光敏二才及管和位于所述反射光與所述光壽丈二才及管之間的至少一個i普帶通濾波器。7.根據權利要求6所述的設備，其中，所述i普帶通濾波器是位于所述反射光與所述光敏二極管之間的色4侖的一部分。8.根據權利要求1所述的設備，其中，所述第一傳感器包括寬帶語檢測器。9.根據權利要求8所述的設備，其中，所述寬帶譜檢測器是RGB傳感器。10.根據權利要求1所述的設備，其中，所述第一傳感器包括被定向用于接收沿所述第一反射方向反射的光的接收元件和第一小孔，其中，所述小孔位于所述表面和所述接收元件之間。11.根據權利要求10所述的設備，其中，所述小孔通過至少一條光纖光學電纜光學地連接至所述接收元件。12.根據權利要求10所述的設備，進一步包括位于所述孔和所述接收元件之間的至少一個透鏡。13.根據權利要求1所述的設備，其中，所述第一反射方向、所述第二反射方向、和所述第三反射方向相對于所述表面的表面法線與所述第一照射方向正交。14.根據權利要求1所述的設備，其中，所述多個傳感器包括以15度、25度、45度、75度、禾口110度的4竟面角》文置的多個4專感器。15.根據權利要求1所述的設備，其中，所述多個傳感器包括以-15度的鏡面角方文置的傳感器。16.根據權利要求1所述的設備，其中，所述第一光源是準直光束源。17.根據權利要求1所述的設備，其中，所述第一光源包4舌白色發光二才及管(LED)。18.根據權利要求1所述的設備，其中，所述第一光源包4舌具有不同譜輸出的多個LED。19.根據權利要求18所述的設備，其中，所述多個LED包括9個LED,并且，其中所述9個LED中的每一個都具有不同的語輸出。20.根據權利要求1所述的設備，其中，所述第一光源包4舌白熾燈泡。21.根據權利要求1所述的設備，其中，所述第一照射方向與所述表面法線形成零度角。22.根據權利要求1所述的設備，其中，所述第一照射方向與所述表面法線形成大于45度的角。23.根據權利要求1所述的設備，其中，所述多個傳感器包括非成像傳感器。24.—種用于測量表面的空間欠采樣雙向反射分布函凄t(BRDF)的方法，所述方法包4舌用從第一照射方向入射到所述表面上的第一光源照射所述表面；感測由所述表面在多個反射方向上反射的多個波長的光，其中，所述多個反射方向包括第一反射方向、第二反射方向、和第三反射方向；以及考慮到所述第一反射方向、所述第二反射方向、和所述第三反射方向，將所述光轉換為所述表面的第一外7見屬性。25.根據權利要求24所述的方法，進一步包括用從第二照射方向入射到所述表面上的第二光源照射所述表面。26.根據權利要求24所述的方法，其中，所述多個反射方向進一步包4舌第四反射方向。27.根據權利要求24所述的方法，其中，所述多個反射方向包括數量介于5和15之間的反射方向。28.根據權利要求24所述的方法，其中，所述多個反射方向的數量與所述表面的物理屬性相關。29.根據權利要求28所述的方法，其中，所述多個反射方向的數量等于2L+m,其中，L等于存在于所述表面上的層的婆t量，以及m等于包括在所述表面中的不同材料的數量。30.才艮據^又利要求28所述的方法，其中，所述多個反射方向的教二量等于6L+6m,其中，L等于存在于所述表面上的層的凄丈量，且m等于包括在所述表面中的不同材料的凄丈量。31.根據權利要求24所述的方法，其中，所述第一外觀屬生是所述表面的力口升又方向響應，其中，所述力。—又方向響應包才舌——纟且矢量，并且，其中所述矢量組中的每一個都表示以鄉合定的-皮長或波長范圍對全部所述多個反射方向所測量的光的矢量禾口。32.根據權利要求31所述的方法，進一步包括計算平均i普空間矩，其中，所述平均譜空間矩是所述加權方向響應的平均方向。33.根據權利要求31所述的方法，進一步包括計算加—又i普空間分布，其中，所述加權譜空間分布是表示包括在所述加^又方向響應中的所述矢量iE的端點的線形的函凄史d34.根據權利要求31所述的方法，進一步包括將所述表面的所述力。一又方向響應專爭4奐為木亍準表面的力口—又方向響應。35.根據權利要求31所述的方法，進一步包括計算所述表面和第二表面之間的DeltaE4直。36.根據權利要求34所述的方法，其中，所述計算包括對_聲斤述加權方向響應應用CIELAB方程。37.根據權利要求30所述的方法，進一步包括對包括在戶斤述矢量組中的矢量應用加權系數。38.根據權利要求37所述的方法，其中，基于所述矢量的方向確定所述加權系數，以反映由所述表面反射的能量的期望分布。39.根據權利要求24所述的方法，其中，所述第一外觀屬性是所述表面的空間欠采樣BRDF。40.根據權利要求39所述的方法，進一步包括通過從所述BRDF的近似值中減去反射分量來計算雙向散射分布函數(BSDF)的近似、。41.根據權利要求40所述的方法，進一步包括通過用地形散射系凄t除所述BSDF的近似值來計算與所述表面的地形散射成t匕侈'J的工頁。42.根據權利要求40所述的方法，進一步包括通過用材料散射系數除所述BSDF的近似值來計算與所述表面的材料散射成比例的項。43.根據權利要求40所述的方法，進一步包括通過用缺陷散射系凄t除所述BSDF的近似值來計算與所述表面的缺陷散射成比例的項。44.根據權利要求24所述的方法，其中，所述第一外觀屬性是光才冊結構周期。45.根據權利要求24所述的方法，其中，所述第一外觀屬性是折射指數。46.根據權利要求24所述的方法，其中，所述表面的所述屬性包一括存在于所述表面上的涂層的配方的屬性。47.根據權利要求24所述的方法，其中，所述表面的屬性包括用于涂覆存在于所述表面上的涂層的處理的屬性。48.根據權利要求24所述的方法，其中，所述感測光包括利用固定位置處的至少一個傳感器來感測光。49.根據權利要求24所述的方法，其中，所述感測光包括通過至少一個非成像傳感器來感測光。50.根據權利要求24所述的方法，其中，所述第一反射方向、所述第二反射方向、和所述第三反射方向不共面。51.—種用于測量表面的空間欠采樣雙向反射分布函數(BRDF)的系統，所述系鄉充包4舌照射光學器件，被配置為用至少一個光源照射所述表面；4妻收光學器件，纟皮配置為感測由所述表面在多個反射方向反射的多個波長的光，其中，所述多個反射方向包括第一反射方向、第二反射方向、禾。第三反射方向；以及處理;溪塊，被配置為考慮所述第一反射方向、所迷第二反射方向、和所述第三反射方向，^奪由所述4妄收光學器件感測到的光轉換為所述表面的第一外7見屬性。52.根據權利要求51所述的系統，其中，所述照射光學器件、所述接收光學器件、和所述處理才莫塊包含在單個外殼中。53.根據權利要求51所述的系統，其中，所述處理才莫塊遠離所述照射光學器件和所述接收光學器件。54.根據權利要求51所述的系統，其中，所述接收光學器件包括固定位置處的至少兩個傳感器。55.根據權利要求51所述的系統，其中，所述接收光學器件包括至少一個非成像傳感器。56.根據權利要求55所述的系統，其中，所述第一反射方向、所述第二反射方向、和所述第三反射方向不共面。57.—種用于匹配涂覆于第一部件和第二部件的涂層外^見的方法，所述方法包4舌獲得所述第一部件的第一外觀屬性，其中，獲得所述第一外7見屬性包4舌用乂人第一照射方向入射到所述表面上的第一光源照射所述第一部件的表面；感測由所述表面在多個反射方向中反射的多個波長的光，其中，所述多個反射方向包括第一反射方向、第二反射方向、和第三反射方向，并且其中，戶斤述第一外觀屬性考慮了所述第一反射方向、所述第二反射方向、和所述第三反射方向；獲得所述第二部件的第二外7見屬性；比較所述第一外觀屬性和所述第二外觀屬性；將所述第一外觀屬性與所述第二外觀屬性之間的差別與涂層系數相關聯。58.根據權利要求57所述的方法，其中，所述涂層系凄t包括配方和應用系凄t中的至少一個。59.根據權利要求57所述的方法，其中，所述第一外7見屬性包括所述第一部4牛類型的實例的加纟又方向響應以及所述第一部4牛類型的所述實例的BRDF中的至少一個。60.根據權利要求57所述的方法，進一步包4舌考慮所述涂層系數來涂覆第三部件類型。61.根據權利要求57所述的方法，其中，所述感測光包括利用固定位置處的至少一個傳感器來感測光。62.根據權利要求57所述的方法，其中，所述感測光包括用至少一個非成〗象傳感器來感測光。63.根據權利要求57所述的方法，其中，所述第一反射方向、所述第二反射方向、和所述第三反射方向不共面。64.—種〗務理裝置的方法，所述方法包4舌獲得所述裝置的第一部件的第一外^L屬性，其中，獲得所述第一外，見屬性包4舌用從第一照射方向入射到所述表面上的第一光源照射所述第一部件的表面；感測由所述表面在多個反射方向反射的多個波長的光，其中，所述多個反射方向包括第一反射方向、第二反射方向、和第三反射方向，并且其中，所述第一外只見屬性考慮了所述第一反射方向、所述第二反射方向、和所述第三反射方向；將所述第一外觀屬性和所述第一部件的涂層系數相關聯；考慮所述涂層系數來涂覆所述裝置的備件。65.才艮據權利要求64所述的方法，其中，所述涂層系數包括配方和應用系凄史中的至少一個。66.根據權利要求64所述的方法，其中，所述第一外觀屬性包括所述第一部件類型的實例的加沖又方向響應以及所述第一部件類型的所述實例的BRDF中的至少一個。67.#4居權利要求64所述的方法，其中，所述裝置是汽車。68.才艮據權利要求64所述的方法，其中，所述感測多個反射方向多個波長的光包括利用固定位置處的至少一個傳感器來感測光。69.才艮據權利要求64所述的方法，其中，所述感測光包4舌利用至少一個非成像傳感器來感測光。70.4艮據—又利要求64所述的方法，其中，所述第一反射方向、所述第二反射方向、和所述第三反射方向不共面。71.—種獲得未知對象的身份的方法，所述方法包括獲得所述對象的第一外觀屬性，其中，獲得所述第一外觀屬性包括用/人第一照射方向入射到所述表面上的第一光源照射所述對象的表面；感測由所述表面在多個反射方向反射的多個波長的光，其中，所述多個反射方向包括第一反射方向、第二反射方向、和第三反射方向，并且其中，所述第一外，見屬性考慮了所述第一反射方向、所述第二反射方向、和所述第三反射方向；比庫交所述第一外7見屬性和未知對象的外^見屬性。72.根據權利要求71所述的方法，其中，所述第一外觀屬性包括所述第一部件類型的實例的加—又方向響應和所述第一部件類型的所述實例的BRDF中的至少一個。73.根據權利要求71所述的方法，進一步包括基于所述比較來確定所述7寸象的真實性。74.根據權利要求71所述的方法，進一步包括基于所述比較來識別所述^"象的源。75.4艮據4又利要求71所述的方法，其中，所述感測多個反射方向多個波長的光包4舌利用固定位置處的至少一個傳感器來感測光。76.根據權利要求71所述的方法，其中，所述感測光包括用至少一個非成像傳感器來感測光。77.根據權利要求71所述的方法，其中，所述第一反射方向、所述第二反射方向、和所述第三反射方向不共面。全文摘要一種用于測量表面的空間欠采樣雙向反射分布函數(BRDF)的設備。該設備可以包括第一光源，用于從第一照射方向照射表面；以及多個傳感器，被放置為接收由該表面反射的光。該多個傳感器可以包括第一、第二、和第三傳感器，被放置來接收由該表面沿第一、第二、和第三不共面方向反射的光。在不同的實施例中，該設備還可以包括與該多個傳感器通信的計算機。該計算機被配置為考慮第一、第二、和第三反射方向來將由所述多個傳感器感測到的光轉換為該表面的第一外觀屬性。文檔編號G01N21/47GK101184986SQ200680018778公開日2008年5月21日申請日期2006年4月25日優先權日2005年4月25日發明者喬恩·K·尼斯佩爾,布里安·特尼斯,布雷特·A·帕夫拉塔,帕特里克·S·魯德,托馬斯·M·理查森申請人:愛色麗公司