使用樞軸歸一化的涂層表面紋理分析的制作方法

使用樞軸歸一化的涂層表面紋理分析的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種計算機執行的方法，包括在分光光度測量和/或比色分析中使用樞軸歸一化以用于在未知的復雜或簡單涂層中進行顏色識別的軟件。本發明對于可靠地匹配未知的目標涂層中存在的紋理和/或隨角異色效應尤其有用。
【專利說明】使用樞軸歸一化的涂層表面紋理分析 相關申請的交叉引用
[0001 ]本申請要求于2013年11月8日提交的序號為61/901,498的美國臨時申請的優先 權。
技術領域
[0002] 本發明一般而言涉及一種方法和裝置，其使用樞軸歸一化來關聯來自分光光度角 度(spectrophotometric angle)和/或入射光源的光譜反射率或比色信息以識別適當的顏 料，用以匹配發生在未知目標涂層內的紋理和/或隨角異色效應(gonioapparent effect)。
【背景技術】
[0003] 更好的解決方案要求用戶向配方引擎提交調色劑的樣本集合，而不太好的方法則 經常選擇使用調色劑的預定的子集。這些方法都沒有利用逐步的方法，因此經常導致非最 優的解決方法。通常這些方法對于用戶是有負擔的，并且缺乏適當的"直覺"來為用戶提供 良好解決方案的簡化的方法。另外，由于這種方法學的性質，可能會排除匹配樣品所必要的 適當的顏料。
[0004] 為了通過配方或者搜索引擎(或者可視過程)來提供適當的顏色匹配，理想的是確 定樣本的正確著色。很清楚的是，利用與原始樣本相同的顏料或者適當偏移的顏料，將會允 許配方或搜索過程獲得明顯的最優解決方案。同樣清楚的是，有意或無意地從可用的顏料 中排除那些顏料，將會導致低于最優的配色。
[0005] 幾種配方引擎和方法學試圖通過不同的算法同時完成顏料選擇和配方。現有技術 中，顏料識別包和配方引擎廣泛采取"強制"力，推測和檢查類型的方法以向其用戶提供配 方和顏料信息。組合的途徑或強制力方法是頻繁使用的方法，在該方法中給定在最終匹配 中想要的顏料的最終數目，幾乎所有可用的顏料被以所有各種可用的組合來組合起來。組 合的途徑可以利用Kubelka-Munk方程式或其衍生物來產生各個配方。盡管已經存在一些方 法，其中在給定的某些條件下這些方法限制一些顏料的使用以優化引擎的速度，最終結果 是針對樣本驗證配方組合并且向用戶提供最接近匹配樣本的配方選擇(或一個配方）。存在 各種形式的A E或其它比色評定算法，用于與樣本相比較確定匹配的準確性。
[0006] 更好的解決方案要求用戶向配方引擎提交調色劑的樣本集合，而不太好的方法則 經常選擇使用調色劑的預定的子集。這些方法都沒有利用逐步的方法，從而經常導致非最 優的解決方法。通常這些方法對于用戶是有負擔的，并且缺乏適當的"直覺"來為用戶提供 良好解決方案的簡化的方法。另外，由于這種方法學的性質，可能會排除匹配樣品所必要的 適當的顏料。
[0007] 在標準可攜帶分光光度計中，入射光通常設定為處于與法線成四十五(45)度角。 因而可以被收集到的光譜反射率通常在與入射光相同的平面上，并且位于鏡面反射角（與 入射光相等及相反的角度)的任一側上并且較接近于入射光源本身。
[0008] 新的可攜帶分光光度裝置提供大量角色彩響應(光譜反射率)數據。除添加包含方 位角或平面外角度的一些新角度外，諸多儀器還提供具有與標準光源不同的幾何紋理的額 外光源。例如，第二照明源的入射光源可位于與法線成十五(15)度角的位置。入射光與角度 響應的眾多組合可以同時是既過少又過多的待處理的信息，從而產生大量的分光光度計數 據。但是，缺少有針對性地對所有這些數據進行有效處理和分析的方法。另一方面，新的分 光分度裝置還僅僅捕捉對于所選擇的照明條件的所分析樣本的部分光譜響應。
[0009] 最近已經提出了利用代表各種紋理的涂色的或者虛擬的樣本以及將這些樣本與 未知的樣本進行比較的策略。這些技術需要大量的用戶介入并且非常主觀，這些技術取決 于個人的技術而產生不一致的結果。
[0010] 利用有限的多角度、當可用時的多平面、有或沒有照相機的光譜數據、顏色或其他 方面的簡化途徑，對于顏色特性描述和樣本屬性可產生改進的和簡化的結果，該簡化途徑 對于速度和易用性上是更可取的。提供一種簡化的系統，其能夠精確地確定待供給到配方 引擎或者可視配色過程的樣本的著色，極大地改善速度和精度。在相同的靈活系統中包括 配方引擎，進一步改善性能、精度和簡易性。
[0011]因此，需要可用于有效評估來自分光光度計的所有數據及數據的特定組合的系統 和方法，尤其允許進行關于所分析的未知目標涂層的紋理和/或隨角異色效應的有意義的 推理。還需要一種系統和方法，其中個別角度光譜反射率及比色(例如，XYZ、L*a*b*、L* C*h*等）響應作為獨立實體以及依賴于從裝置接收的其他響應(無論是所有的響應還是 特定選擇的響應）的實體被處理。因此，本發明意在提供使得配方引擎有效，或者為可視配 色過程選擇具有可獲得的顏料的相同的或近似相同屬性(在需要偏差的情況下諸如自動再 拋光應用中）的顏料的設備。

【發明內容】

[0012] 在第一方面，本發明提供一種計算機實施方法。該方法包括使用處理器從目標涂 層獲得反射率數據;及使用該處理器，從所獲得的反射率數據來計算被樞軸歸一化的反射 率數據。該方法還包括利用該處理器，基于被樞軸歸一化的反射率數據，產生外觀上與目標 涂層相同或實質上類似的涂層著色。
[0013] 在另一方面，本發明涉及一種系統。該系統包括數據庫及與該數據庫通信的處理 器。該處理器被編程以從目標涂層獲得反射率數據;從所獲得的反射率數據計算被樞軸歸 一化的反射率數據；以及基于被樞軸歸一化的反射率數據產生外觀上與該目標涂層相同或 實質上類似的涂層著色。
[0014] 在另一方面，本發明提供一種裝置。該裝置包括用于從目標涂層獲得反射率數據 的設備，以及從所獲得的反射率數據計算被樞軸歸一化的反射率數據的設備。該裝置還包 括基于被樞軸歸一化的反射率數據識別外觀上與該目標涂層相同或實質上類似的涂層著 色的設備。
[0015] 在又一方面，本發明提供一種非臨時性計算機可讀介質，其包含用于使得處理器 進行以下操作的軟件:從目標涂層獲得反射率數據;從所獲得的反射率數據計算被樞軸歸 一化的反射率數據;及基于被樞軸歸一化的反射率數據產生外觀上與該目標涂層相同或實 質上類似的涂層著色。
【附圖說明】
[0016] 圖1示出利用本發明為目標復雜涂層計算著色的過程。
[0017] 圖2示出來自關于光譜反射率的行業標準六角度(-15°，15°，25°，45°，75°，以及 110°)的原始(非歸一化的)光譜反射率數據的例子。
[0018] 圖3示出圖2中所顯示數據的"標準"歸一化結果的例子。
[0019]圖4示出圖2中所顯示數據的彼此重疊的各種樞軸歸一化曲線的例子。
[0020] 圖5示出使用樞軸歸一化反射率數據的例子，其中平均值和標準差已跨越相關聯 信息第一陣列被計算，并且對照彼此繪圖。
[0021] 圖6示出使用樞軸歸一化的數據集合的例子，使用特定角度集合來預測目標涂層 是否將含有隨角異色效應。
[0022] 圖7示出根據本發明可用于識別目標樣本的涂層混合物的物理屬性特征的系統， 諸如在不同或相同的照明條件下的反射特性，該反射特性是從一種顏料到另一種顏料視覺 上和/或分光光度法測定的獨特的或者可區分的。
【具體實施方式】
[0023]雖然本說明書中通常涉及油漆和/或涂層，但應理解，裝置、系統及方法適用于包 含染色劑及工業涂層的其它類型的涂層。所述本發明的實施例不應視為限制性的。與本發 明一致的方法可在諸如服裝及時尚產品的匹配和/或協調的多個領域中實踐。本發明可與 計算機系統一起使用或并入于計算機系統中，該計算機系統可以是獨立單元或者是包含經 由諸如例如因特網或者局域網的網絡與中央計算機通信的一個或多個遠程終端機或裝置。 如此，計算機或"處理器"及本文中所描述的相關組件可以是本地計算機系統或遠程計算機 或在線系統或其組合的一部分。這里所描述的數據庫及軟件可儲存于計算機內部存儲器中 或非臨時性計算機可讀介質中。
[0024] 本發明一般而言針對涂層的光譜分析，且更具體地，但并非以限制方式，針對對含 有金屬、珠光和/或特殊效用顏料的復雜涂層混合物進行預測和規劃的裝置、方法及系統。
[0025] 本發明一般而言涉及利用樞軸歸一化數據識別固化的復雜涂層(例如，油漆)混合 物的物理屬性特征(這種特征包括，例如，在不同或相同的照明條件下的反射特性，該反射 特性是從一種顏料到另一種顏料視覺上和/或分光光度法測定的獨特的或者可區分的）的 方法、系統和裝置，樞軸歸一化數據是利用處理器基于例如由分光光度計測量的光譜反射 率來計算的。附加地或者可替代地，樞軸歸一化數據是基于來自分光光度計的比色響應來 計算的。
[0026] 使用樞軸歸一化方法學的目的是多重的。首先，為了使用給定系統內的所有可用 角度，相軸歸一化方法可用于形成替代的雙向反射率分布函數（"BRDF"）類型分析。該分析 類型不排除任何角度，而是無論隨角異色效應存在與否，都使用所有角度來形成特定涂層、 紋理或顏料類型的半球形"地圖"或"指紋"。第二，樞軸歸一化方法可用于僅評估特定角度 組合以便獲得有目的操作。類似地，當特定紋理或效果作為包括于或不包括于目標涂層內 被尋求時，這包括特定地排除或包括特定單個角度或角度組合。第三，樞軸歸一化方法可用 于適應及校正所接收光譜反射率值在某種方面上不正確的可能假沒。光譜反射率數據的不 規則性或異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、入射光波動、孔 徑尺寸、目標涂層表面不均勻性等。
[0027] 圖1示出利用本發明計算用于目標復雜涂層的顏料的過程。在步驟10處，例如從分 光光度計收集數據。可以以多種方式來使用本發明的系統和方法。例如，該系統和方法可用 于原始數據，例如光譜反射率數據和/或比色數據(例如，XYZ、L * a * b *、L * C * h *等），以 及已經處理過的數據。處理過的數據可包括，但不限于，多維度幾何數據、向量數據、未經修 改或經修改的鏡面光譜反射率數據等。被樞軸歸一化的數據可具有基于原始數據功能的兩 個或兩個以上被識別、相關聯陣列。這里，相關聯陣列表示根據可變的參數，諸如與涂層相 關的信息陣列（或多個陣列），最初獲得的值(這里:反射率）的分類。例如，光譜反射率數據 可視為具有由角度和波長構成的陣列。另一例子包括隨著角度和參考類型（即，L*、a*或 b*)變化的比色數據。在存在兩個以上陣列的情況中，可獨立地測試各種兩個陣列的集合， 或可將各種陣列壓縮至僅兩個陣列中。為了在數據集合內選擇最佳陣列集合，需要對多種 潛在的被樞軸歸一化的數據集合以及基于算法的所期望的功能的最優數據集合兩者的數 個情景進行關于復雜混合物內的色彩、紋理、著色及所有變化形式的測試。
[0028] 圖2示出來自行業標準六角度的原始光譜反射率數據的例子。在"標準"歸一化情 況中，過程的目標是將來自多個數據集合（即，不同角度）的數據的不同標度調整至一個共 同標度，因此形成允許對原始數據集合之間進行關系分析和理解的移位的或定標的數據集 合。圖3示出基于圖2的數據"標準"歸一化結果的例子。本發明的樞軸歸一化的目標并非將 不同標度對準至共同標度，而是為獲得關于原始數據集合和與其相關聯信息陣列之間的類 似性及差異性的改善的深入見解而引起進一步分離。圖4示出基于圖2的數據的彼此覆疊的 各種被樞軸歸一化的曲線的例子。如此可見，從"標準"歸一化方法和樞軸歸一化方法對比 所得的信息之間存在差異。在圖4中，使用重疊方法而非對準每一曲線的y軸對圖表的解析 度進行解釋。
[0029] 在圖1的步驟12中，基于相關聯信息第二陣列對數據進行分類。舉例而言，如果使 用具有角度和波長的相關聯陣列的原始光譜反射率數據，則該數據可按波長分類，以便在 單個波長內的角度的標度之間形成通用性。這與按角度分類以便在單個角度內的波長標度 之間做出共同對準的"標準"歸一化方法相反。通過首先按第二陣列(例如，波長)分類，第一 陣列(例如，角度)成為"通用性"。在第二陣列的每一集合內，在步驟14的樞軸歸一化計算可 呈現標準形式。典型地，歸一化計算為：
方程（1) 其中X是特定數據集合值，μ是在被分類的第二陣列內的數據集合值的樣本或總體平均 值，且σ是在被分類的第二陣列內的數據集合值的樣本或總體標準偏差。用戶可確定什么信 息位于哪個陣列，且工具將進行調整。
[0030] 由于跨越第一數據陣列的標準差比跨越第二數據陣列的標準差小得多的事實，因 此所得被樞軸歸一化的數據集合似乎不會產生有用的信息。因此，如果檢驗、分析、繪圖等 的解析度不良的話，則可能缺失詳細的特征。因此，可以優化檢驗、分析、繪圖等的解析度以 便確定分析的益處。
[0031] 在使用光譜反射率數據時，可基于每個第二數據陣列，對第一數據陣列單個地進 行計算。然而，輸出與最初兩個相關聯陣列保持聯系。可使用諸如平均值、中位數及總和的 統計量來從多陣列計算的被樞軸歸一化數據形成單個陣列。此外，可在樞軸歸一化分析之 間比較單個特定陣列值或若干值。這種情況的值將集中于最大的或統計的顯著性的特定陣 列值或若干值，其中大部分色彩和/或紋理信息以可見方式或數值方式感知。
[0032 ]在圖1的步驟16處，來自被樞軸歸一化的數據的經計算的被樞軸歸一化的值或統 計量可進一步經驗關聯至已知特性，以便識別復雜涂層混合物中的紋理、主要薄片類型或 其他外觀信息。為采用經驗方法，被樞軸歸一化的數據是針對經驗數據集合計算的。可采用 將數據轉換成單一點的所有期望的統計或數學轉換，或數據可保持隨著相關聯信息的第一 及第二陣列而變化。在各個實施例中，經驗數據集合代表將需要在日常情況中處理的所預 期的混合物及色彩。經驗數據集合可用以形成預測相關性:y = f(x)，其中y表示用于關于目 標涂層的識別或定性問題的所期望的特性，且f(x)是X的某一函數，其中X是使用經樞軸歸 一化計算的值或統計量的一個或多個變量，該經樞軸歸一化計算的值或統計量來自于相關 聯陣列的特定集合或多個集合的被樞軸歸一化的數據。所得函數可以是線性或非線性的， 如由經驗數據集合所定義的。
[0033] 圖5示出使用經樞軸歸一化的反射率數據的例子，其中平均值和標準差已跨第一 相關信息陣列被計算，并且對照彼此繪圖。所得相關性示出僅在特定情況中使用有色鋁顏 料的高機率，然而沒有使用有色鋁顏料則示例出顯著不同的圖形顯示以及因此相關聯的可 能性。
[0034] 圖6示出使用經樞軸歸一化的反射率數據集合的例子，該例子使用特定角度集合 來預測目標涂層是否將含有隨角異色效應。在此情形中，對于特定角度的來自被樞軸歸一 化的數據，產生0.5或0.5以上的所計算范圍值表示不含有隨角異色顏料的較高可能性，然 而較接近于〇. 2或0.2以下的所計算范圍值具有含有討論中的隨角異色顏料的較高可能性。
[0035] 在圖1的步驟18處，一旦確定了經驗相關性，便可使用其來導出目標涂層所預期的 值。這可以通過對X使用目標涂層的值(被樞軸歸一化的數據等）以及對y計算答案(紋理效 應)來實現。雖然這里已給出關于隨角異色顏料的內容的例子，但根據本發明，通過為樞軸 歸一化計算和經驗相關性迭代地選擇最重要的單一角度或角度組合可導出一個結果，該結 果可以具體到何種隨角異色顏料在該顏料的何種尺寸薄片處是存在的。角度比較的選擇以 及角度比較組合到何種程度可用于產生最佳可能的經驗相關性。經驗相關性也可通過包含 其它非樞軸歸一化信息，舉例如，單個角度比色數據，而被改良。
[0036] 總體"地圖"或"指紋"途徑的質量以及經驗相關性途徑的質量可取決于輸入數據 的質量。輸入數據的質量可取決于儀器的質量以及用于形成總體地圖或經驗相關性的已知 集合的數據集合的質量。雖然來自儀器或經驗數據集合的任意質量的數據都會產生答案， 但該答案可借助高質量儀器以及廣泛多樣的高質量經驗數據集合的使用而得以改良。 [0037]本文中所闡述的整組計算可連同處理器一起使用以便促進特定相關聯陣列組合 的選擇，并且適應所需的計算量以便使用被樞軸歸一化的數據來導出且然后使用經驗相關 性。
[0038]圖7示出根據本發明可用于識別目標樣本的涂層混合物的物理屬性特征的系統 90,諸如在不同或相同的照明條件下的反射特性，該反射特性是從一種顏料到另一種顏料 視覺上和/或分光光度法測定的獨特的或者可區分的。用戶92可利用諸如圖形用戶接口的 用戶接口 94來操作分光光廢計96以測量目標樣本98的屬性。來自分光光度計96的數據可傳 送至計算機100,諸如個人計算機、移動裝置或任何類型的處理器。計算機100可經由網絡 102與服務器104通信。網絡102可以是諸如因特網、局域網、內部網或無線網的任何類型的 網絡。服務器104與數據庫106通信，該數據庫可儲存由本發明的方法出于比較目的而使用 的數據及信息。數據庫106可用于，例如，客戶服務器環境中，或者，例如，基于網絡的環境 中，諸如云端計算環境。計算機100和/或服務器106可執行本發明的方法的各種步驟。
[0039] 在另一方面，本發明可實施為一種含有用于使得計算機或計算機系統執行上文所 闡述的方法的軟件的非臨時性計算機可讀介質。該軟件可包含用以使得處理器以及用戶接 口能夠執行本文中所闡述的方法的各種模塊。
[0040] 對于本領域技術人員來說容易理解的是，可在不背離前述說明中所公開的概念的 情況下對本發明做出修改。相應地，這里所詳細描述的特定實施例僅僅是示例，并不是對本 發明的范圍的限制。
【主權項】
1. 一種計算機實施的方法，包括： 使用處理器從目標涂層獲得反射率和/或比色數據； 使用所述處理器，從所獲得的反射率和/或比色數據計算被樞軸歸一化的反射率數據； W及 基于所述被樞軸歸一化的反射率和/或比色數據，使用所述處理器產生外觀上與所述 目標涂層相同或實質上類似的涂層著色。2. 根據權利要求1所述的方法，進一步包括基于相關聯信息的第二陣列將所獲得的被 樞軸歸一化的數據進行分類。3. 根據權利要求2所述的方法，其中所述被樞軸歸一化的數據是根據公式（1) 計算的，其中X是特定數據集合值，μ是經分類的第二陣列內的數據集合值的樣本或總 體平均值，且σ是經分類的第二陣列內的數據集合值的樣本或總體標準偏差。4. 根據前述權利要求中的任何一項所述的方法，其中產生涂層著色包括將所述被樞軸 歸一化的數據關聯至多個已知數據并基于該關聯預測所述目標涂層的至少一個紋理特征。5. 根據權利要求4所述的方法，其中將所述被樞軸歸一化的數據關聯至多個已知數據 包括將所述被樞軸歸一化的反射率數據經驗關聯至多個已知數據。6. 根據權利要求4或5所述的方法，其中基于該關聯預測所述目標涂層的至少一個紋理 特征包括基于該關聯使用至少一個經驗計算來預測所述目標涂層的至少一個紋理特征。7. -種系統，包括： 數據庫；W及 處理器，與所述數據庫通信并被編程為： 從目標涂層獲得反射率和/或比色數據； 從所獲得的反射率和/或比色數據來計算被樞軸歸一化的反射率數據；W及 基于所述被樞軸歸一化的反射率和/或比色數據產生外觀上與所述目標涂層相同或實 質上類似的涂層著色。8. 根據權利要求7所述的系統，其中所述處理器進一步被編程為將所獲得的被樞軸歸 一化的數據基于相關聯信息歸一化的第二陣列進行分類。9. 根據權利要求8所述的系統，其中所述被樞軸歸一化的數據是根據公式（1) 計算的，其中X是特定數據集合值，μ是經分類的第二陣列內的數據集合值的樣本或總 體平均值，且σ是經分類的第二陣列內的數據集合值的樣本或總體標準偏差。10. 根據權利要求7-9任一項所述的系統，進一步包括與所述處理器通信的分光光度 計。11. 一種設備，其包括： 用于從目標涂層獲得反射率和/或比色數據的裝置； 用于從所獲得的被樞軸歸一化的反射率和/或比色數據來計算的裝置；W及 用于基于所述被樞軸歸一化的數據產生外觀上與所述目標涂層相同或實質上類似的 涂層著色的裝置。12. 根據權利要求11所述的設備，進一步包括將所獲得的被樞軸歸一化的數據基于相 關聯信息歸一化的第二陣列進行分類的裝置。13. 根據權利要求12所述的設備，其中所述被樞軸歸一化的數據是根據公式（1) 計算的，其中X是特定數據集合值，μ是經分類的第二陣列內的數據集合值的樣本或總 體平均值，且σ是經分類的第二陣列內的數據集合值的樣本或總體標準偏差。14. 根據權利要求11-13任意一項所述的設備，其中用于產生涂層著色的裝置包括將所 述被樞軸歸一化的數據與多個已知數據相關聯的裝置W及用于基于該關聯預測所述目標 涂層的至少一個紋理特征的裝置。15. 根據權利要求14所述的設備，其中將所述被樞軸歸一化的數據與多個已知數據相 關聯的裝置包括使所述被樞軸歸一化的數據與多個已知數據經驗相關聯的裝置。16. 根據權利要求14或15所述的設備，其中基于該關聯來預測所述目標涂層的至少一 個紋理特征的裝置包括基于該關聯，利用至少一個經驗計算來預測所述目標涂層的至少一 個紋理特征的裝置。17. -種非臨時性計算機可讀介質，其包含用于使得處理器進行W下操作的軟件： 從目標涂層獲得反射率和/或比色數據； 從所獲得的被樞軸歸一化的反射率和/或比色數據來計算；W及 基于所述被樞軸歸一化的數據產生外觀上與所述目標涂層相同或實質上類似的涂層 著色。
【文檔編號】G01J3/46GK105849516SQ201480070100
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2014年11月10日
【發明人】A·M·諾里斯
【申請人】Ppg工業俄亥俄公司