變角分光成像測(cè)定方法及其裝置制造方法
【專利摘要】具備向測(cè)定采樣面(2)從2個(gè)以上的角度方向照射照明光的照明裝置(10)、成像用的光學(xué)透鏡(8)、黑白二維圖像傳感器(4)。由此，提供一種方法和裝置，其針對(duì)每個(gè)測(cè)定波長攝像測(cè)定采樣面(2)的二維圖像，在該二維圖像的全部像素中，針對(duì)每個(gè)像素短時(shí)間、準(zhǔn)確地測(cè)量變角、分光信息，具體地說，實(shí)現(xiàn)更準(zhǔn)確并且實(shí)用性高的變角分光成像測(cè)定方法及其裝置。
【專利說明】變角分光成像測(cè)定方法及其裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明與測(cè)量物體表面的色彩的涂料、涂裝、纖維、印刷、塑料等全部領(lǐng)域相關(guān)聯(lián)， 涉及一種用于測(cè)量評(píng)價(jià)、以及基于測(cè)量評(píng)價(jià)的制造的變角分光成像測(cè)定方法及其裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 近年來的工業(yè)產(chǎn)品，外觀性是極其重要的附加價(jià)值之一。因此，具有多樣的質(zhì)感、 表面構(gòu)造的產(chǎn)品很多。例如，汽車的外飾涂料中包含多種多樣的光亮材料，因此其表面具有 極其微小的光亮性的反射、粒狀的質(zhì)地。進(jìn)而，根據(jù)光亮材料、顏料、其他材料的組合、涂裝 的層構(gòu)造、照明和觀察方向的幾何條件的變化，色彩有很大變化。特別地近年來，由于干涉 性光亮材料的出現(xiàn)，色彩、質(zhì)地進(jìn)一步顯示出多樣的變化。另外，不限于汽車外飾涂裝，在內(nèi) 飾材料、家具、建筑物、家電產(chǎn)品、電子設(shè)備、化妝品、包裝等其他產(chǎn)品中，與是否含有光亮材 料無關(guān)地，表面構(gòu)造也變得復(fù)雜。另外，與汽車外飾涂裝同樣地，根據(jù)質(zhì)地和光學(xué)幾何條件， 其色彩或質(zhì)地也多樣地變化。進(jìn)而，不只是涂裝產(chǎn)品，木材產(chǎn)品、纖維產(chǎn)品也同樣地具備因 光學(xué)幾何條件造成的色彩變化、質(zhì)地。另外，不只是工業(yè)產(chǎn)品，對(duì)于皮膚、整體物，也具備因 光學(xué)幾何條件造成的色彩變化、質(zhì)地。
[0003] 另外，在設(shè)計(jì)、材料的商品開發(fā)、制造/質(zhì)量管理、廣告等市場(chǎng)拓展中，有經(jīng)驗(yàn)者的 高度的視覺判斷不可或缺，因此需要很多的時(shí)間和人力資源，需要花費(fèi)很大的能源、勞力 等。因此，正在要求準(zhǔn)確地測(cè)量/評(píng)價(jià)這些表面顏色的方法的確立、準(zhǔn)確地表現(xiàn)CG等圖像 的手段。
[0004] 為此，希望確立一種通過變角以簡(jiǎn)單的操作方法短時(shí)間并且準(zhǔn)確/穩(wěn)定地測(cè)量圖 像色彩信息的物理手段、評(píng)價(jià)方法。此外，對(duì)于色彩測(cè)量，從準(zhǔn)確性和能夠測(cè)量廣范圍的色 彩這一點(diǎn)出發(fā)，特別對(duì)于包含干涉性光亮材料的物體顏色，分光測(cè)量是重要的。
[0005] 在專利文獻(xiàn)1中公開了以下的技術(shù)，其在得到分光信息時(shí)，通過使用棱鏡、衍射光 柵的分光光，來得到因圖像的部位而不同的分光信息。
[0006] 另外，在專利文獻(xiàn)2中公開了與具有旋轉(zhuǎn)式照明光源和多光譜照相機(jī)的變角分光 成像裝置有關(guān)的技術(shù)。
[0007] 進(jìn)而，在專利文獻(xiàn)3中公開了以下的技術(shù)，其為了修正照明光源的時(shí)間變動(dòng)，在樣 本面的整個(gè)周緣部設(shè)置白色參照面。
[0008] 在專利文獻(xiàn)4中公開了以下的技術(shù)，其在進(jìn)行變角分光測(cè)定時(shí)，使用能夠發(fā)出并 排為一列的不同顏色的光的具備多個(gè)單色LED的照明裝置向樣本面進(jìn)行照射而進(jìn)行攝像。
[0009] 在專利文獻(xiàn)5中，公開了與具有測(cè)定紫外線照明光下的被攝體的第一光譜和可視 光照明光下的被攝體的第二光譜的分光儀的分光測(cè)定系統(tǒng)有關(guān)的技術(shù)。
[0010] 在專利文獻(xiàn)6中，公開了與測(cè)定樣本的分光特性來進(jìn)行計(jì)算的色彩測(cè)定裝置有關(guān) 的技術(shù)。
[0011] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0012] 專利文獻(xiàn)
[0013] 專利文獻(xiàn)I :日本專利第3933581號(hào)公報(bào)
[0014] 專利文獻(xiàn)2 :日本特開2005-181038號(hào)公報(bào)
[0015] 專利文獻(xiàn)3 :日本特公昭60-041731號(hào)公報(bào)
[0016] 專利文獻(xiàn)4 :日本特開2004-226262號(hào)公報(bào)
[0017] 專利文獻(xiàn)5 :日本特開2003-337067號(hào)公報(bào)
[0018] 專利文獻(xiàn)6 :日本特開2007-333726號(hào)公報(bào)


【發(fā)明內(nèi)容】

[0019] 發(fā)明要解決的問題
[0020] 專利文獻(xiàn)1所公開的技術(shù)表示出得到根據(jù)圖像的部位而不同的分光信息的方法， 分光信息只不過對(duì)每個(gè)像素不同，無法取得在全部像素中使波長等對(duì)每個(gè)像素不同的分光 信息。另外，并不構(gòu)筑測(cè)定中的光量變動(dòng)、曝光時(shí)間的變動(dòng)等的修正單元，在涂料制造、基于 涂裝的產(chǎn)品制造中難以進(jìn)行滿足實(shí)用性的高精度的測(cè)量。進(jìn)而，照明裝置是從比40度大的 角度位置的1個(gè)地方的照明，因此必須將記錄裝置的視場(chǎng)角取得廣，產(chǎn)生在記錄裝置中通 常使用的成像透鏡的周邊部的畸變。
[0021] 專利文獻(xiàn)2所公開的技術(shù)是具有照明光源和多光譜照相機(jī)的變角分光成像裝置， 但表示出照明光源是來自1個(gè)位置的照明或使一個(gè)照明旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的結(jié)構(gòu)、樣本旋轉(zhuǎn)的結(jié) 構(gòu)，難以進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)定，或者需要用于旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，存在機(jī)構(gòu)復(fù)雜的問題點(diǎn)。
[0022] 專利文獻(xiàn)3所公開的技術(shù)在測(cè)定物體的反射光和背景光中照射來自光源的光，只 是在受光器中進(jìn)行了受光后進(jìn)行兩者的相對(duì)比較，并不是攝像照射后的光來取得分光信 息。
[0023] 專利文獻(xiàn)4所公開的技術(shù)通過固定的2個(gè)照明裝置進(jìn)行照明來進(jìn)行測(cè)定，但照明 裝置將發(fā)出不同顏色的光的單色LED排列為一列，分別獨(dú)立地切換點(diǎn)亮、熄滅，因此存在以 下的問題點(diǎn)，即根據(jù)發(fā)光的LED而相對(duì)于測(cè)定物的角度不同，通過攝像元件得到的信息也 不同。
[0024] 專利文獻(xiàn)5所公開的技術(shù)具備具有多個(gè)不同的分光能量分布的發(fā)光部，但分別具 備各個(gè)發(fā)光部，因此存在以下的問題點(diǎn)，即根據(jù)發(fā)光的發(fā)光部而相對(duì)于測(cè)定物的角度不同， 通過分光儀得到的信息也不同。
[0025] 專利文獻(xiàn)6所公開的技術(shù)只不過是根據(jù)通過光度儀得到的信息進(jìn)行圖像計(jì)算的 程度。
[0026] 為了得到包含復(fù)雜的構(gòu)造顯色的光亮材料的特征、評(píng)價(jià)信息，能夠進(jìn)行在廣色域 中基于照明和觀察方向的光學(xué)幾何條件可變的變角測(cè)量的圖像測(cè)量是必要且有效的。另 夕卜，對(duì)于測(cè)量出的分光成像信息，需要用于對(duì)其特征進(jìn)行數(shù)值化的圖像分析計(jì)算。
[0027] 但是，這樣的裝置并沒有實(shí)用化，在現(xiàn)有的方法中，信息量極少、或數(shù)據(jù)的測(cè)量非 常需要時(shí)間，并且需要與裝置符合的有效的圖像分析計(jì)算的手段。另外，近年來的汽車涂料 中大多使用特殊的干涉性光亮材料，其特征是包含非常細(xì)微、高亮度、并且顏色的表現(xiàn)域廣 的光亮性的反射顏色。為了針對(duì)這些涂色，有效地利用變角信息，另外進(jìn)行用于評(píng)價(jià)特征的 準(zhǔn)確的圖像分析計(jì)算，必須對(duì)圖像整體以高解析度/高精度，進(jìn)行高動(dòng)態(tài)范圍、廣色域的測(cè) 量。
[0028] 因此，本發(fā)明的目的在于：鑒于在上述【背景技術(shù)】中說明的現(xiàn)有技術(shù)的問題點(diǎn)，提供 一種短時(shí)間、高效地測(cè)量物體表面的每個(gè)像素的變角、分光等信息的方法和裝置，更具體地 說實(shí)現(xiàn)更準(zhǔn)確、實(shí)用性高的變角分光成像測(cè)定方法及其裝置。
[0029] 另外，實(shí)現(xiàn)針對(duì)三維形狀的樣本面修正光學(xué)幾何條件的變化的變角分光成像測(cè)定 方法及其裝置。
[0030] 用于解決問題的手段方案
[0031] 為了得到包含復(fù)雜的構(gòu)造顯色的光亮材料的特征、評(píng)價(jià)信息，能夠進(jìn)行在廣色域 中基于照明和觀察方向的光學(xué)幾何條件可變的變角測(cè)量的圖像測(cè)量是必要且有效的。
[0032] 因此，在本發(fā)明中，作為其解決方法，配置能夠在與樣本面垂直的方向上進(jìn)行攝像 的二維圖像傳感器，組合從與樣本面垂直的方向具有某角度的照明裝置，通過來自2個(gè)以 上的角度方向的照明光的照射，利用圖像內(nèi)X軸、Y軸方向的每個(gè)像素的幾何光學(xué)條件的變 化，測(cè)量變角分光成像信息。
[0033] 在分光測(cè)量中，使用白色光照明/分光受光方法，其在二維圖像傳感器和樣本面 之間的位置具備對(duì)每個(gè)固定波長具有透過波長帶的帶通濾波器、能夠改變透過波長帶的液 晶可調(diào)濾波器、音響光學(xué)元件等?；蛘?，使用分光照明方法，其具備能夠向照明光輸出每個(gè) 測(cè)定波長的單色光的分光光源裝置?；蛘撸ㄟ^使用組合分光受光和分光照明的方法，還對(duì) 應(yīng)熒光色的測(cè)定。
[0034] 測(cè)定出的每個(gè)像素的分光數(shù)據(jù)，例如在變換為CIE的三刺激值、CIELAB值、RGB值、 孟賽爾表色值等色彩數(shù)值后，被用于基于光學(xué)幾何條件的LAB空間上的分布的三維構(gòu)造、 空間頻率分析、使用信息熵等的數(shù)值對(duì)物體表面的特征進(jìn)行比較/評(píng)價(jià)的數(shù)值計(jì)算單元。
[0035] 另外，通過將三維形狀測(cè)定單元裝入到變角分光成像裝置中，使用樣本面的三維 形狀信息求出樣本面的法線方向，修正因光學(xué)幾何條件的變化和位移、傾斜的不同造成的 每單位面積的光的照明能量。
[0036] 發(fā)明效果
[0037] 根據(jù)本發(fā)明，提供一種短時(shí)間、高效地測(cè)量物體表面的每個(gè)像素的變角、分光等信 息的方法和裝置，更具體地說，能夠?qū)崿F(xiàn)更準(zhǔn)確、實(shí)用性高的變角分光成像測(cè)定方法及其裝 置。另外，通過使用來自2個(gè)以上的角度方向的照明光的照射，能夠減小成像用的透鏡的視 場(chǎng)角范圍，因此能夠減輕透鏡周邊部的畸變，能夠基于分光測(cè)量而進(jìn)行準(zhǔn)確并且廣范圍的 顏色信息的測(cè)量。另外，通過一次地測(cè)量多樣并且連續(xù)的光學(xué)幾何條件，能夠短時(shí)間地實(shí)現(xiàn) 高空間分辨率。進(jìn)而，在圖像中得到分光信息，因此能夠捕捉細(xì)微的光亮性反射。另外，能 夠部分地對(duì)圖像進(jìn)行平均化，或?qū)γ總€(gè)光學(xué)幾何條件進(jìn)行平均化，或者與變角信息一起靈 活地運(yùn)用顏色空間上的分布信息、數(shù)據(jù)處理。進(jìn)而，通過裝入三維形狀測(cè)定單元，能夠測(cè)定 樣本面的三維形狀信息，修正因樣本面的光學(xué)幾何條件的變化和位移、傾斜的不同造成的 每單位面積的光的照射能量。另外，通過測(cè)量皮膚、生物體，還有可能能夠有助于醫(yī)療方向、 化妝品等的研宄開發(fā)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0038] 圖1是說明本發(fā)明的概要結(jié)構(gòu)的圖。
[0039] 圖2是說明本發(fā)明的光學(xué)幾何條件的圖。
[0040] 圖3是說明使用線狀的照明裝置的實(shí)施方式的圖。
[0041] 圖4是說明使用點(diǎn)狀的照明裝置的實(shí)施方式的圖。
[0042] 圖5是說明本發(fā)明的校正步驟的流程圖。
[0043] 圖6是說明本發(fā)明的測(cè)定步驟的流程圖。
[0044] 圖7是表示將照明裝置設(shè)定為20度的角度時(shí)的L*的分布的圖表。
[0045] 圖8是表示將照明裝置設(shè)定為45度的角度時(shí)的L*的分布的圖表。
[0046] 圖9是表示在本發(fā)明中使波長和鏡面反射夾角變化時(shí)的分光反射率系數(shù)的變化 的圖。
[0047] 圖10是表示采樣A的CIELAB顏色空間中的各像素的分布的圖。
[0048] 圖11是表示采樣A的CIELAB顏色空間中的各像素的分布的圖，是表示將照明裝 置設(shè)定為20度和45度時(shí)的L*-a*關(guān)系、以及將L*的值設(shè)為50時(shí)的a*-b*關(guān)系的圖。
[0049] 圖12是表示采樣A的相對(duì)于鏡面反射夾角將圖像分割為8個(gè)區(qū)域后的CIELAB 顏色空間中的各像素的分布的圖，是表示將照明裝置設(shè)定為20度和45度時(shí)的各區(qū)域中的 L*_a*關(guān)系、以及將L*的值設(shè)為50時(shí)的a*_b*關(guān)系的圖。
[0050] 圖13是表示采樣B的CIELAB顏色空間中的各像素的分布的圖。
[0051] 圖14是表示采樣B的CIELAB顏色空間中的各像素的分布的圖，是表示將照明裝 置設(shè)定為20度和45度時(shí)的L*-a*關(guān)系、以及將L*的值設(shè)為50時(shí)的a*-b*關(guān)系的圖。
[0052] 圖15是表示采樣B的相對(duì)于鏡面反射夾角將圖像分割為8個(gè)區(qū)域后的CIELAB 顏色空間中的各像素的分布的圖，是表示將照明裝置設(shè)定為20度和45度時(shí)的各區(qū)域中的 L*_a*關(guān)系、以及將L*的值設(shè)為50時(shí)的a*_b*關(guān)系的圖。
[0053] 圖16是說明在本發(fā)明中裝入了三維形狀測(cè)定單元的其他實(shí)施例的圖。
[0054] 圖17是說明光源是點(diǎn)光源的情況下得到分光信息的單元的圖。
[0055] 圖18是說明光源是線光源的情況下得到分光信息的單元的圖。
[0056] 圖19是表示與因光亮材料的定向造成的幾何條件的變化相伴隨的測(cè)量值的變化 的圖。
[0057] 圖20是表示干涉性光亮材料的測(cè)量例的圖。
[0058] 圖21是表示L* = 15時(shí)的L*_a*和a*_b*面上的分布的圖。
[0059] 圖22是表示黑白的二維圖像傳感器的圖。
[0060] 圖23是表示Bayer排列的二維圖像傳感器的圖。
[0061] 圖24是表示Foveon二維圖像傳感器的圖。
[0062] 圖25是表示三板式的二維圖像傳感器的圖。
[0063] 圖26是表示在照明側(cè)使用分光單元的例子的圖。
[0064] 圖27是表示在照明側(cè)和受光側(cè)使用分光單元的例子的圖。
[0065] 圖28是表示配置了多個(gè)照明裝置的狀態(tài)的圖。
[0066] 圖29是表示同時(shí)點(diǎn)亮從樣本面的中心相對(duì)于垂直方向的軸位于對(duì)稱位置的光源 的狀態(tài)的圖。
[0067] 圖30是表示測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)例子的圖。
[0068] 圖31是表示測(cè)量擋泥板、門等大型樣本的例子的圖。
[0069] 圖32是表示測(cè)量液體樣本等的例子的圖。
[0070] 圖33是表示用于說明校正系數(shù)的每個(gè)水平的出現(xiàn)頻度的圖。
[0071] 圖34是表示使用線狀的光源時(shí)的看作測(cè)定值相同的位置的圖。
[0072] 圖35是表示使用點(diǎn)光源時(shí)的看作測(cè)定值相同的位置的圖。
[0073] 圖36是用于說明三維曲面測(cè)量的圖。
[0074] 圖37是用于說明校正系數(shù)的修正的圖。

【具體實(shí)施方式】
[0075] 以下，與附圖一起說明本發(fā)明的實(shí)施方式。
[0076] (關(guān)于測(cè)定機(jī)構(gòu)）
[0077] 圖1是說明本發(fā)明的概要結(jié)構(gòu)的圖。本發(fā)明的變角分光成像裝置的實(shí)施方式具備 設(shè)置在平面狀的測(cè)定采樣面2的垂直方向上的取得黑白灰度等級(jí)的圖像的黑白二維圖像 傳感器4、將圖像成像在黑白二維圖像傳感器上的光學(xué)透鏡8、設(shè)置在測(cè)定采樣面2和光學(xué) 透鏡8之間的預(yù)定位置的液晶可調(diào)濾波器等能夠改變透過波長頻帶的分光單元6、在測(cè)量 波長區(qū)域中具有測(cè)定所需的能量的照明裝置10。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，由在測(cè)定采 樣面2的周緣部設(shè)置了與測(cè)定采樣面平行地設(shè)置的白色參照面12的結(jié)構(gòu)構(gòu)成。白色參照 面在攝像時(shí)同時(shí)被攝像，由此用于吸收測(cè)量時(shí)間中的照明的光量變動(dòng)、攝像元件的曝光時(shí) 間的變動(dòng)、誤差的修正。
[0078] (關(guān)于光學(xué)幾何條件）
[0079] 以下，說明圖像、照明和受光/觀察的光學(xué)幾何條件。圖2是說明本發(fā)明的光學(xué)幾 何條件的圖。從照明裝置10照射的光照射到測(cè)定采樣面2和白色參照面12。黑白二維圖 像傳感器4和光學(xué)透鏡8被配置得將測(cè)定采樣面2和白色參照面12同時(shí)容納在圖像中。此 夕卜，在本附圖中省略了分光單元6的記載。
[0080] 從照明裝置10照射的光照射測(cè)定采樣面2和白色參照面12,但照射方向依存于照 射形狀，相對(duì)于測(cè)定采樣面2、白色參照面12的垂直方向，對(duì)測(cè)定采樣面2、白色參照面12 的每個(gè)位置不同。正反射方向具有與照射方向相反的鏡面方向的關(guān)系。攝像測(cè)定采樣面2 和白色參照面12的黑白二維圖像傳感器4的各像素所受光的方向?qū)γ總€(gè)像素不同，將其單 位向量18設(shè)為Pp i、j是圖像的X軸、Y軸方向的像素。即，（i，j)表示二維圖像上的各 像素的坐標(biāo)。
[0081] 將圖像上的照明方向的單位向量20設(shè)為Iij，將與其對(duì)應(yīng)的鏡面反射方向的單位 向量16設(shè)為Sp -般將與照明的鏡面反射方向?qū)?yīng)的受光方向的單位向量18的角度稱 為a-specula角14(以下稱為"鏡面反射夾角"），用于汽車的外飾涂色的金屬色、珍珠色依 存于該角度而色彩（亮度、彩度、色彩）變化。如果將圖像上的各像素的鏡面反射夾角設(shè)為 S ij,則用（數(shù)學(xué)式1)表示。此外，在圖2中，為了容易理解，說明作為與黑白二維圖像傳感 器4的各像素（i，j) 19對(duì)應(yīng)的測(cè)定采樣面2或白色參照面12的各位置。
[0082] [數(shù)學(xué)式1]
[0083] δ i j = cos-1 (Pij · Sij)
[0084] 在此，Pij · Sij表示P u和S u的內(nèi)積。
[0085] 如根據(jù)圖2可知的那樣，黑白二維圖像傳感器4的像素中的鏡面反射夾角δ u對(duì) 每個(gè)i、j不同，具有變角的信息。
[0086] 根據(jù)圖2,說明詳細(xì)的鏡面反射夾角的計(jì)算方法。作為與點(diǎn)P對(duì)應(yīng)的幾何條件，將 Θ u設(shè)為照明的天頂角，將Φ η設(shè)為以X軸為基準(zhǔn)的逆時(shí)針方向的照明的方位角，將Θ _設(shè) 為受光的天頂角，將Φκν設(shè)為以X軸為基準(zhǔn)的逆時(shí)針方向的受光的方位角。假設(shè)通過后述 的計(jì)算求出幾何條件（θ η，Φη，θκν，Φ"ν)，如果將與照明方向?qū)?yīng)的正反射方向的單位 向量設(shè)為（n xa，nya，nza)，將受光方向的單位向量設(shè)為（η"，&，nj，則正反射的角度為
[0087] [數(shù)學(xué)式2]
[0088] Θ as= θ α
[0089] (J)as= φ η+π
[0090] 因此，
[0091] [數(shù)學(xué)式3]
[0092] nxa= sin ( Θ as) · C0S((i)as)
[0093] nya= sin ( Θ as) · Sin((J)as)
[0094] nza=cos(9 J
[0095] 另一方面，在受光角的情況下，
[0096] [數(shù)學(xué)式4]
[0097] nxr= sin( Θ rsv) · c〇s(<i)rsv)
[0098] nyr= sin( Θ rsv) · sin(<i)rsv)
[0099] nzr= cos ( Θ rsv)
[0100] 如果根據(jù)內(nèi)積對(duì)角度進(jìn)行逆計(jì)算，則
[0101] [數(shù)學(xué)式5]
[0102] δ Jj= cos (nxa · nxr+nya · nyr+nza · nzr)
[0103] 該δ u在取得光亮材料的光學(xué)特征方面為代表性的角度條件。在δ u相同的區(qū)域 中，計(jì)算顏色空間分布、或根據(jù)圖像計(jì)算統(tǒng)計(jì)上的參數(shù)是有用的。
[0104] 照明裝置10的形狀如圖3所示應(yīng)用線狀（線狀的光源）、或如圖4所示應(yīng)用點(diǎn)狀 (點(diǎn)光源）等。光學(xué)透鏡8和分光單元6只要能夠起到各自的功能，也可以替換配置的順 序。在線狀的照明形狀的情況下，根據(jù)設(shè)置的方向，針對(duì)圖像的X軸或Y軸的任意一個(gè)方向 具有變角的信息。另外，在點(diǎn)狀的照明形狀的情況下，照明和受光的角度相對(duì)于圖像的X軸 方向、Y軸方向的雙方變化，針對(duì)雙方的方向具有變角的信息。
[0105] 在此，測(cè)定采樣面2具有二維的拓展，在測(cè)定采樣面2和白色參照面12的每個(gè)位 置，鏡面反射夾角不同。圖7表示將照明裝置設(shè)定為20度時(shí)的從測(cè)量圖像得到的L*的分 布，圖8表示將照明裝置設(shè)定為45度時(shí)的從測(cè)量圖像得到的L*的分布。
[0106] 接著，更詳細(xì)地說明針對(duì)通過點(diǎn)狀或線狀的照明光源裝置相對(duì)于樣本面反射的反 射光，利用因樣本面上的位置產(chǎn)生的光學(xué)幾何條件的變化得到分光信息的單元。
[0107] 圖17表示光源是點(diǎn)光源的情況。將樣本面的位置設(shè)為PXY(Xp，y p)，將照明的位置 設(shè)為Ι(θρ 將受光的位置（焦點(diǎn)位置）設(shè)為R(0,0，Dr)。在此，x、y是樣本面上的 X軸方向、Y軸方向的位置，Θ是天頂角，Φ是相對(duì)于X軸的逆時(shí)針方向的方位角，Di是從 樣本面的坐標(biāo)原點(diǎn)到光源為止的距離，W是從樣本面的坐標(biāo)原點(diǎn)到攝像裝置為止的距離， 攝像裝置具有能夠捕捉樣本面的攝影范圍的視場(chǎng)角。能夠用照明的天頂角、方位角、受光的 天頂角、方位角來表現(xiàn)位置P處的照明和受光的幾何條件。這時(shí)，照明位置為
[0108] [數(shù)學(xué)式6]
[0109] Xi= D i · sin ( Θ J · cos ( Φ )
[0110] Yi= D j · sin ( Θ j) · sin ( Φ j)
[0111] Zi= D j · cos ( Θ j)
[0112] 另外，與點(diǎn)P對(duì)應(yīng)的xy平面上的照明的相對(duì)坐標(biāo)位置為
[0113] [數(shù)學(xué)式7]
[0114] Xi'= Xi-Xp
[0115] Yi? = Yi-Yp
[0116] 與點(diǎn)P對(duì)應(yīng)的xy平面上的受光的相對(duì)坐標(biāo)位置為
[0117] [數(shù)學(xué)式8]
[0118] xr'=_xp
[0119] y/ = -yp
[0120] 這時(shí)，幾何條件（Θ n，（J)il, Θ rsv，（J)rsv)為
[0121] [數(shù)學(xué)式9]
[0122] θ η= π/2 - tan'Zi/sqrtUxiOMyi，）2)) (sqrt 表示平方根。以下同樣）
[0123] Φ α= tan )
[0124] Θ rsv= π/2 - tan(zr，/sqrt ((xr，）2+(yr，）2))
[0125] Φ rsv= tan η (yr，/xr，）
[0126] 圖18表示光源為線狀的情況。如果將光源設(shè)置為與Y軸方向平行，則對(duì)于Y軸 為平均的照明，該情況下的光學(xué)幾何條件將樣本面的位置設(shè)為P(X p)，將照明的位置設(shè)為 1(0 1，〇1)，將受光的位置（焦點(diǎn)位置）設(shè)為1?(〇，比）。在此^是樣本面上的乂軸方向、￥軸 方向的位置，Θ是天頂角，D i是從坐標(biāo)原點(diǎn)到照明為止的距離，是從坐標(biāo)原點(diǎn)到攝像裝置 為止的距離，攝像裝置具有能夠捕捉樣本面的攝影范圍的視場(chǎng)角。能夠用照明的天頂角、方 位角、受光的天頂角、方位角來表現(xiàn)位置P處的照明和受光的幾何條件。這時(shí)，照明位置為
[0127] [數(shù)學(xué)式 10]
[0128] Xi= D j · sin(Si)
[0129] Zi= D j · cos (Si)
[0130] 另外，與點(diǎn)P對(duì)應(yīng)的xy平面上的照明的相對(duì)坐標(biāo)位置為
[0131] [數(shù)學(xué)式 11]
[0132] Xi'= Xi - X p
[0133] z/ = Zi
[0134] 與點(diǎn)P對(duì)應(yīng)的xy平面上的受光的相對(duì)坐標(biāo)位置為
[0135] [數(shù)學(xué)式 12]
[0136] xr' = - Xp
[0137] z/ =- De
[0138] 這時(shí)，幾何條件（θη，0rJ為
[0139] [數(shù)學(xué)式 13]
[0140] θα= π/2 - tan (z/ / I χ/ |)
[0141] Θ rsv= π/2 - tan 氣(zr' /|xr' I)
[0142] 在圖19中，表示出因光亮材料的定向造成的幾何條件的變化所伴隨的測(cè)量值的 變化。光亮材料在表面具有包含正反射的光亮性的反射特性，表示出在正反射方向上強(qiáng)烈 反射的指向反射特性。其在正反射方向上極其強(qiáng)烈地反射，因此隨著觀察位置從正反射方 向離開，其反射光量急劇降低。光亮材料的大小通常是數(shù)ym?數(shù)十μπι，但也有時(shí)超過 100 ym。這是因?yàn)樵谕ㄟ^噴涂形成的涂膜層中具有波動(dòng)地產(chǎn)生光分布。
[0143] 作為分光測(cè)量單元，在光學(xué)幾何條件對(duì)每個(gè)波長稍微變動(dòng)的情況下，在該正反射 附近，也會(huì)產(chǎn)生大的反射光量的變動(dòng)，有時(shí)無法進(jìn)行準(zhǔn)確的光亮性反射的測(cè)量，有時(shí)顏色空 間上的分布也有很大不同。如果列舉例子，則在通過鋁的薄片形成的光亮材料中，與本來銀 色對(duì)每個(gè)波長大致為固定的反射率系數(shù)無關(guān)地，如果光學(xué)幾何條件對(duì)每個(gè)波長不同，則每 個(gè)波長的分光反射率系數(shù)不同，由此會(huì)產(chǎn)生偽色。在干涉性光亮材料的情況下，如果光學(xué)幾 何條件不同，則干涉條件也變化，對(duì)分光反射率系數(shù)、色彩值也產(chǎn)生很大的影響。
[0144] 用于測(cè)量的分光單元針對(duì)測(cè)定對(duì)象必須具有適當(dāng)?shù)牟ㄩL分辨率。近年來，對(duì)于光 亮材料使用干涉性光亮材料的情況很多，具有反射率的形狀尖銳、接近作為單波長的顏色 的純色的反射特性。因此，如果測(cè)量光亮性反射，則在顏色空間中分布為廣范圍，因此在色 域有限的RGB方式等的測(cè)量方法中，范圍窄，無法進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量。圖20表示干涉光亮材料 的測(cè)量例子。在該測(cè)量例子中，表示出德國Merck公司的商品名Xirallic Crystal Silver 的結(jié)果。如果顯示四角圍住的小區(qū)域中的光亮性的反射，則針對(duì)波長測(cè)量尖銳、寬度窄的形 狀的分光反射率系數(shù)。另外，對(duì)表示物體顏色的邊界區(qū)域的最亮顏色的區(qū)域和分布進(jìn)行了 比較。在圖21中，根據(jù)測(cè)量出的分光反射率系數(shù)，通過人工照明D65在觀察視野10°的條件 下計(jì)算CIELAB顏色空間的值，與最亮顏色的區(qū)域一起表示出L* = 15時(shí)的L*-a*和a*-b* 面上的分布。測(cè)量結(jié)果表示出分布到最亮顏色附近為止，必須以對(duì)測(cè)量廣區(qū)域來說充足的 波長分辨率進(jìn)行測(cè)量。
[0145] (關(guān)于攝像用的二維圖像傳感器）
[0146] 以下，說明攝像用的二維圖像傳感器。
[0147] 對(duì)于近年來的汽車涂料，大多使用特殊的干涉性光亮材料，包含非常細(xì)微、高亮 度、并且顏色的表現(xiàn)域廣的光亮性的反射顏色。針對(duì)這些涂色，為了有效地利用變角信息， 進(jìn)行評(píng)價(jià)特征的準(zhǔn)確的圖像分析計(jì)算，必須對(duì)圖像整體高解析度、高精度地進(jìn)行高動(dòng)態(tài)范 圍、廣色域的測(cè)量。為此，在本發(fā)明的實(shí)施方式中，通過對(duì)圖像傳感器使用黑白的二維圖像 傳感器4來抑制波紋圖像的產(chǎn)生，并且通過在攝像的前階段具備分光單元，實(shí)現(xiàn)了針對(duì)全 部像素得到廣色域的分光信息的機(jī)構(gòu)。
[0148] 二維圖像傳感器4為了高精度地捕捉良好的光亮性的反射顏色，優(yōu)選具備抗模糊 機(jī)構(gòu)，并且在CCD攝像傳感器的情況下，具備通過珀?duì)柼⑺?、空氣致冷、或同時(shí)使用 它們的冷卻機(jī)構(gòu)，即使長時(shí)間的曝光也能夠抑制噪聲的產(chǎn)生的單元。使用具備動(dòng)態(tài)范圍也 為8比特以上、優(yōu)選16比特以上的輸出分辨率的傳感器。進(jìn)而，對(duì)于元件，優(yōu)選具備抗模糊 的機(jī)構(gòu)。
[0149] 二維圖像傳感器4為了在微小區(qū)域中的測(cè)量中抑制偽色、波紋的產(chǎn)生，優(yōu)選沒有 彩色RGB元件的并列排列的方法。在黑白傳感器的情況下，沒有這種擔(dān)心。另外，能夠測(cè) 量RGB，但也存在不依存于并列排列的元件，這也不產(chǎn)生偽色而對(duì)本發(fā)明特別作為對(duì)象的光 亮材料的微小反射的測(cè)量是有效的。在不依存于并列排列的RGB攝像元件中有三板式的元 件、Foveon傳感器。
[0150] 圖22?25表示二維圖像傳感器的種類。在此，圖22表示黑白，圖23表示 Bayer (拜耳）排列彩色，圖24表示Foveon彩色，圖25表示三板式。圖24的Foveon方式 對(duì)一個(gè)像素具有G、R、B的靈敏度。在使用了圖22的黑白的二維圖像傳感器的情況下，能夠 最高效率、高靈敏度地進(jìn)行測(cè)量。圖24的Foveon彩色、圖25的三板式的圖像傳感器都是 像素不并列的方法，能夠謀求測(cè)量的高速化。另一方面，圖23的Bayer排列彩色方式是并 列方式，在這樣的方法中，有可能產(chǎn)生幾何條件的變化、偽色的產(chǎn)生等影響。
[0151] (關(guān)于光學(xué)透鏡）
[0152] 配置在黑白二維圖像傳感器4前面的成像用的光學(xué)透鏡8也使用高解析度的、周 邊部的雜亂、消光少的透鏡，關(guān)于視場(chǎng)角，為了抑制周邊部的圖像的雜亂，優(yōu)選使用比40° 少的視場(chǎng)角。另外，關(guān)于照明，具備能夠針對(duì)至少2個(gè)以上的角度可變的機(jī)構(gòu)，由此能夠針 對(duì)多個(gè)角度的鏡面反射夾角進(jìn)行測(cè)量（參照?qǐng)D1、圖3、圖4)。
[0153] (關(guān)于分光成像）
[0154] 以下，說明針對(duì)全部攝像像素得到分光信息的分光成像。
[0155] 作為在光學(xué)透鏡8緊前面具備的分光單元6,如圖1所示，具備透過波長頻帶根據(jù) 測(cè)定波長而不同的多個(gè)帶通濾波器，能夠應(yīng)用通過逐次更換它來進(jìn)行攝像來得到分光信息 的方法。在該情況下，在每IOnm地測(cè)量作為可視光區(qū)域的400nm?700nm之間的情況下， 準(zhǔn)備31枚帶通濾波器，在更換它的同時(shí)重復(fù)進(jìn)行相同位置的攝像，由此針對(duì)全部像素取得 31個(gè)分光信息。
[0156] 在此，分光單元6對(duì)入射到二維圖像傳感器2的光進(jìn)行分光即可，也可以在光學(xué)透 鏡8之前、中間部、二維圖像傳感器2緊前面的任意一處具備。
[0157] 作為其他手段，如圖26所示，作為在照明側(cè)使用分光單元的方法，有向樣本面照 明單色光的方法。作為生成單色光的手段，有在針對(duì)得到分光信息的目標(biāo)波長范圍具有充 分的放射能量的白色光照明中，更換使用了反射型衍射元件、透過型衍射元件、棱鏡等的分 光光源裝置40、對(duì)入射到分光裝置的光更換多個(gè)干涉濾波器的方法、組合液晶可調(diào)濾波器、 AOTF等帶通濾波器的方法、切換單波長的照明光源的方法等，并且在通過分光而使波長改 變時(shí)，單獨(dú)地使用或組合透鏡、反射鏡、光纖等，由此具備照明位置、光分布模式不變化的機(jī) 構(gòu)。對(duì)于受光組合二維黑白攝像元件、二維彩色攝像元件。
[0158] 進(jìn)而，如圖27所示，也有在照明側(cè)和受光側(cè)的雙方使用了分光單元的手段。由此， 能夠應(yīng)用于進(jìn)行熒光發(fā)光的對(duì)象，作為2分光方式的變角分光成像裝置使用。在該情況下， 也是分光單元6對(duì)入射到二維圖像傳感器2的光進(jìn)行分光即可，也可以在光學(xué)透鏡8之前、 中間部、二維圖像傳感器2緊前面的任意一處具備。
[0159] (關(guān)于照明裝置）
[0160] 關(guān)于照明裝置10,應(yīng)用在鎢絲電燈泡、鹵素?zé)?、氙氣燈、白色LED等光源燈中具備 光纖、導(dǎo)光板的機(jī)構(gòu)的照明裝置、在光源燈中具備反射鏡、投影透鏡等的照明裝置等能夠照 明測(cè)定采樣面2和白色參照面12的照明裝置。在此，在照明裝置10由于溫度變化而光分 布模式、分光分布不同的情況下，優(yōu)選具備珀?duì)柼⑺?、空氣致冷等、或同時(shí)使用這些 手段的可靠的冷卻機(jī)構(gòu)。
[0161] 接著，說明照明裝置的具體結(jié)構(gòu)。圖28是表示配置了多個(gè)照明的狀態(tài)的圖。如圖 28所示，多個(gè)照明裝置10配置在天頂角度方向和方位角方向或Y軸方向上，能夠沒有可動(dòng) 部件地實(shí)現(xiàn)來自多個(gè)角度的點(diǎn)狀或線狀的照明模式。
[0162] 進(jìn)而，通過組合地同時(shí)點(diǎn)亮照明，能夠?qū)崿F(xiàn)多樣的光學(xué)幾何條件，能夠產(chǎn)生改變了 光源的空間分布的狀態(tài)。另外，如圖29所示，同時(shí)點(diǎn)亮從樣本面的中心相對(duì)于垂直方向的 軸（Z軸）位于對(duì)稱位置的光源，由此能夠無影地產(chǎn)生擴(kuò)散照明的條件。
[0163] 這樣，通過針對(duì)同一樣本多次測(cè)量改變了點(diǎn)亮模式的狀態(tài)，能夠通過模擬計(jì)算求 出多彩的信息，能夠謀求縮短測(cè)量時(shí)間、測(cè)量次數(shù)。
[0164] 另外，通過同時(shí)點(diǎn)亮多個(gè)光源，能夠確保充分的光量，即使是低反射率的測(cè)定對(duì) 象，也能夠高精度、并且短時(shí)間、高速地進(jìn)行測(cè)量。
[0165] (關(guān)于裝置的結(jié)構(gòu)）
[0166] 作為測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)例子，如圖30所示，具備容納在長方體的框體50中，在其一 面上具備設(shè)置測(cè)定樣本的測(cè)定窗52,使樣本2從外側(cè)接觸而固定的方法。在此，通過改變框 體50的方向，能夠?qū)y(cè)定窗設(shè)為上方，測(cè)定大型的樣本，或者將測(cè)定窗設(shè)為下方，非接觸地 測(cè)量液面、粘性樣本、化妝品等。
[0167] 如圖31所示，在將測(cè)定窗52設(shè)定在上方的情況下，還能夠容易地對(duì)擋泥板、門等 大型樣本54進(jìn)行測(cè)量。另外，也能夠?qū)⒎垠w、液體放入到玻璃槽中進(jìn)行測(cè)量。
[0168] 相反，如圖32所示，在將測(cè)定窗設(shè)定在下方的情況下，能夠非接觸地對(duì)液體、粘性 樣本、粉體、化妝品等樣本56進(jìn)行測(cè)量。另外，非接觸地測(cè)量人體、皮膚也是有效的。由此， 不受到因壓接造成的血流的變化的影響，能夠?qū)Π胪该鞯娜梭w進(jìn)行沒有邊緣丟失錯(cuò)誤的測(cè) 量。
[0169] (關(guān)于設(shè)備的校正方法）
[0170] 以下，根據(jù)圖5和圖6說明在進(jìn)行實(shí)際的測(cè)定之前進(jìn)行的、設(shè)備的校正方法、以及 其后的測(cè)定方法、圖像分析計(jì)算。最初，根據(jù)圖5說明設(shè)備的校正方法。
[0171] 為了進(jìn)行穩(wěn)定的測(cè)量，確立校正手段是重要的。校正與氣溫、濕度這樣的測(cè)定環(huán)境 的變化、電源的不穩(wěn)定性、光源裝置、光學(xué)設(shè)備的經(jīng)時(shí)變化對(duì)應(yīng)，在電源剛接通后、校正后數(shù) 小時(shí)?數(shù)日的時(shí)間范圍內(nèi)實(shí)施，進(jìn)行修正使得測(cè)量值始終收斂到某誤差范圍內(nèi)。
[0172] 首先，準(zhǔn)備成為基準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)白色板（S102)。表面構(gòu)造是沒有光澤的擴(kuò)散面，在測(cè)定 范圍內(nèi)是均勻的。優(yōu)選分光反射率系數(shù)在測(cè)定波長區(qū)域中也為大致80%以上。代表性的有 噴射硫酸鋇的粉末而固定的白色板等。標(biāo)準(zhǔn)白色板預(yù)先通過另外的已經(jīng)校正的分光光度儀 測(cè)量波長λ的分光反射率系數(shù)，將值保存在存儲(chǔ)裝置中。將其值設(shè)為RJ λ)。代替測(cè)定采 樣，而設(shè)置該標(biāo)準(zhǔn)白色板，通過照明P對(duì)每個(gè)測(cè)定波長進(jìn)行攝像，將其結(jié)果記錄在存儲(chǔ)裝置 內(nèi)。將其值設(shè)為Cu(p，λ)。（i，j)是攝像標(biāo)準(zhǔn)白色板的像素的位置。
[0173] 這時(shí)，還同時(shí)攝像在周緣部具備的白色參照面并記錄。將其值設(shè)為Wkl (ρ，λ)。（k， 1)是攝像白色參照面的像素的位置。白色參照面的表面構(gòu)造盡量不依存于受光、照明的 角度，優(yōu)選由沒有光澤的擴(kuò)散面構(gòu)成，另外優(yōu)選分光反射率系數(shù)在測(cè)定波長區(qū)域中也為大 致80%以上。在測(cè)量校正信息時(shí)，在分光單元6、照明裝置10的分光分布的特性中在測(cè)定 波長范圍內(nèi)存在波動(dòng)，因此以修正它為目的，也可以對(duì)每個(gè)測(cè)量波長優(yōu)化曝光時(shí)間（S103、 S104)。如果對(duì)多個(gè)照明在不同的波長完成了這些操作，則校正結(jié)束（S105、S106)。這時(shí)， 將曝光時(shí)間與校正信息一起都保存在存儲(chǔ)裝置中，在測(cè)定采樣時(shí)，以與在此保存的相同的 曝光時(shí)間進(jìn)行測(cè)量。通過使用白色參照面的攝像結(jié)果的值，能夠修正因電源的不穩(wěn)定性、光 源裝置的光學(xué)設(shè)備的經(jīng)時(shí)變化造成的因測(cè)定面的位置產(chǎn)生的波動(dòng)，通過控制曝光時(shí)間，能 夠使對(duì)每個(gè)測(cè)定波長而不同的光源的分光分布、分光單元的分光特性、攝像元件的分光靈 敏度固定化來確保動(dòng)態(tài)范圍。
[0174] 根據(jù)圖2更詳細(xì)地說明校正方法。
[0175] 在樣本面2的周邊部設(shè)置白色參照面12。由此，構(gòu)成雙射束光學(xué)系統(tǒng)。作為結(jié)構(gòu) 例子之一，設(shè)置在測(cè)定窗的內(nèi)側(cè)。在校正過程中同時(shí)測(cè)量白色參照面12和放置在樣本部位 上的白色校正板3,求出該時(shí)刻的校正系數(shù)。使用了二維攝像元件，因此同時(shí)在不同的部位 攝像白色參照面12和樣本面2。對(duì)于白色參照面12的攝像結(jié)果，將值記錄在存儲(chǔ)裝置中。
[0176] 在校正時(shí)使用附加了值的標(biāo)準(zhǔn)白色擴(kuò)散面、或能夠參照它的代替的白色面。將其 稱為白色校正板3。在校正過程中，同時(shí)測(cè)量該白色校正板3和白色參照面12,求出校正系 數(shù)(： 1(1，7, λ)。下標(biāo)I是照明的種類（位置）。針對(duì)白色校正板2,根據(jù)考慮到在測(cè)量中 設(shè)想的分光反射率系數(shù)的范圍的水平設(shè)定，而求出校正系數(shù)。
[0177] 水平設(shè)定是指使二維攝像元件的輸出計(jì)數(shù)值與白色校正板3的分光反射率系數(shù) 對(duì)應(yīng)的設(shè)定。例如，在針對(duì)能夠進(jìn)行16比特輸出的攝像元件，白色校正板的分光反射率系 數(shù)是90%的情況下，在使其與輸出計(jì)數(shù)值30000對(duì)應(yīng)的情況下，能夠測(cè)量的分光反射率系 數(shù)的最大值是 90X65535/30000 = 196. 6%。
[0178] 根據(jù)圖33說明校正系數(shù)的計(jì)算。
[0179] (1)預(yù)先將準(zhǔn)備的標(biāo)準(zhǔn)白色擴(kuò)散面、或能夠參照它的代替的白色面的分光反射率 系數(shù)設(shè)為R w。該白色校正板3具有均勻的表面，不根據(jù)光學(xué)幾何條件或部位而變化。
[0180] (2)同樣將白色參照面12的分光反射率系數(shù)設(shè)為Rk。該參照面也具有均勻的表 面，不根據(jù)光學(xué)幾何條件或部位而變化。
[0181] (3)將從攝像元件輸出的值的最大值設(shè)為Lmax，將對(duì)白色校正板3的照明I中的水 平設(shè)定的值設(shè)為L 1 ((KL1(Lmax)。
[0182] (4)調(diào)整曝光時(shí)間、光量，使得來自攝像元件的照明I、波長λ的輸出值V1U, y， λ)的出現(xiàn)分布為L1的位置在大致頂點(diǎn)（后述）。
[0183] (5)同時(shí)測(cè)量白色校正板3和白色參照面12。將這時(shí)的白色校正板測(cè)量值設(shè)為V1, w(xw，yw，λ)，將白色參照面測(cè)量值設(shè)為VuUpyp λ)。在此，（xw，yw)乒（xR，y R)。將白色 參照面測(cè)量值VuUk, yK，λ)保存在存儲(chǔ)裝置中。在測(cè)定中為了修正而利用它。
[0184] (6)計(jì)算對(duì)樣本的測(cè)定部位的照明I、波長λ下的分光反射率的校正系數(shù)為
[0185] C1 (xw，yw，λ ) = Rw/V]；，w (xw，yw，λ ) 〇
[0186] 在校正中，使二維攝像裝置的曝光時(shí)間對(duì)每個(gè)測(cè)定波長可變，修正與波長對(duì)應(yīng)的、 光源的光量的不同、分光單元的效率的不同（透過率等的不同）、攝像裝置的分光靈敏度的 不同，由此確保動(dòng)態(tài)范圍。
[0187] 進(jìn)而，通過短時(shí)間曝光、長時(shí)間曝光這樣將時(shí)間多重化，擴(kuò)大動(dòng)態(tài)范圍。在該情況 下，對(duì)水平設(shè)定進(jìn)行多重化，或者準(zhǔn)備低反射率（灰色、黑色等）的白色校正板，進(jìn)行曝光時(shí) 間的多重化設(shè)定。
[0188] 根據(jù)校正中的測(cè)量計(jì)數(shù)值的分布狀況，自動(dòng)地在計(jì)算機(jī)的控制下對(duì)校正中的曝光 時(shí)間的調(diào)整進(jìn)行最優(yōu)化。也可以手動(dòng)地設(shè)定。
[0189] 作為曝光時(shí)間的多重化以外的動(dòng)態(tài)范圍的擴(kuò)大策略，還有對(duì)照明的光量進(jìn)行多重 化的方法。在該情況下，有向照明供給的電力量的多重化、照明的個(gè)數(shù)的多重化等。其中有 改變上述校正板的方法、改變水平設(shè)定的方法。
[0190] 進(jìn)而，還有組合曝光時(shí)間的多重化和對(duì)照明的光量進(jìn)行多重化的方法的方法。
[0191] 在測(cè)量中，在對(duì)每個(gè)波長最優(yōu)化了的曝光時(shí)間中，同時(shí)測(cè)量樣本面2和白色參照 面12,對(duì)在校正中記錄的白色參照面的測(cè)量計(jì)數(shù)值進(jìn)行比較并進(jìn)行修正。這存在照明的光 量變動(dòng)、分光單元的變動(dòng)（例如因?yàn)V波器的透過率的變動(dòng)等造成的分光效率的變動(dòng)）、二維 攝像元件的靈敏度的變動(dòng)、曝光時(shí)間的誤差（特別是短時(shí)間曝光時(shí)）等。將校正時(shí)刻的照 明I、波長λ下的白色參照面測(cè)量值VuOc,，y K，λ)保存在存儲(chǔ)裝置中。以下表示計(jì)算方 法的例子，但對(duì)樣本面的時(shí)間修正系數(shù)的內(nèi)插計(jì)算方法并不限于此，也可以采取二維樣條 函數(shù)內(nèi)插等各種手段。
[0192] 說明對(duì)樣本面2的時(shí)間修正系數(shù)的內(nèi)插計(jì)算方法。將測(cè)定中的白色參照面的測(cè)量 值設(shè)為λ)。以校正時(shí)刻為基準(zhǔn)的情況下的時(shí)間修正系數(shù)為
[0193] [數(shù)學(xué)式 14]
[0194] FiUk, yK，λ) = VI KM(xR，yR，λ)/νι κ(χκ，yR，λ)
[0195] 另外，將xK的范圍設(shè)為χ ^ χ 一 χ e，將yR的范圍設(shè)為y ^ y 一 y e。
[0196] 考慮點(diǎn)P(xp，yp)處的內(nèi)插。首先，在Y軸方向上進(jìn)行線性內(nèi)插。在該情況下，
[0197] [數(shù)學(xué)式 15]
[0198] F0= F J (xp, yb, λ ) * [ (ye- y p) / (ye~ y b) ] +F1 (xp, ye, λ ) · [ (yp- y b) / (ye~ y b)]
[0199] 接著，針對(duì)Xb和x e計(jì)算相對(duì)于對(duì)Y軸的線性內(nèi)插的位移。
[0200] [數(shù)學(xué)式 16]
[0201] AFxb=F1(XbJpJ)
[0202] - F1 (xb, yb, λ ) * [ (ye- y p) / (ye~ y b) ] -F1 (xb, ye, λ ) · [ (yp- y b) / (ye~ y b)]
[0203] AFxe= Fi(xe，yp，λ)
[0204] - F1 (xe, yb, λ ) * [ (ye- y p) / (ye~ y b) ] -F1 (xe, ye, λ ) · [ (yp- y b) / (ye~ y b)]
[0205] 對(duì)每個(gè)照明條件求出它。
[0206] 將每個(gè)照明條件的時(shí)間修正系數(shù)設(shè)為匕(1，λ)。在此，下標(biāo)u是與上述數(shù)學(xué)式的 x K、yK對(duì)應(yīng)的白色參照面（與樣本面相同）的位置。
[0207] (關(guān)于實(shí)際的測(cè)定采樣面的測(cè)定）
[0208] 接著，根據(jù)圖6說明實(shí)際的測(cè)定方法。設(shè)置測(cè)定采樣（S111)，對(duì)每個(gè)測(cè)定波長進(jìn)行 攝像（S112)，將其結(jié)果記錄在存儲(chǔ)裝置內(nèi)（S113)。將其值設(shè)為V Mij(I，λ)。另外，根據(jù)這時(shí) 同時(shí)攝像的白色參照面的測(cè)定值求出上述FU(I，λ)。在該情況下，根據(jù)（數(shù)學(xué)式17)求出 校正后的測(cè)定采樣的分光反射率系數(shù)Rijd，λ)。在此，與照明I對(duì)應(yīng)的校正系數(shù)是 λ)。如果在多個(gè)照明條件、不同波長下完成了這些操作，則測(cè)定結(jié)束（S114)。
[0209] [數(shù)學(xué)式 17]
[0210] rji，λ) = vMiJ(i，λ) ·cji，λ)/^α，入）
[0211] 在該情況下，針對(duì)要修正的測(cè)定采樣面的像素位置（i，j)，例如將與從測(cè)定的位置 起平行于X軸和Y軸所引出的直線相交的部分的白色參照面的位置作為對(duì)X軸Y軸的外推 位置來參照有效地作用的位置，或者實(shí)施部分的內(nèi)插、平均化，來求出白色參照面的像素位 置。白色參照面在攝像時(shí)被同時(shí)測(cè)量，由此用于吸收測(cè)量時(shí)間中的照明的光量變動(dòng)、攝像元 件的曝光時(shí)間的變動(dòng)、誤差的修正。因此，能夠更高精度地進(jìn)行高穩(wěn)定性的測(cè)定。此外，也 可以在測(cè)定校正數(shù)據(jù)時(shí)使用光阱、標(biāo)準(zhǔn)黑色板，施加分光反射率系數(shù)為O附近的修正。
[0212] 根據(jù)圖像的測(cè)定位置，也存在看作相同的光學(xué)幾何條件的部位。例如，是圖34所 示那樣的、使用線狀的光源的情況下的在X軸方向上具有dx的寬度的Y軸方向的區(qū)域（網(wǎng) 格部分）、能夠無視光學(xué)幾何條件的變動(dòng)的小區(qū)域。在該情況下，能夠得到大致相同的光學(xué) 幾何條件下的圖像信息，能夠成為用于求出顏色空間中的分布、圖像的特征量的信息。
[0213] 另外，根據(jù)圖像的測(cè)定位置和照明之間的關(guān)系，也存在看作方位角對(duì)稱的光學(xué)幾 何條件的部位。例如是圖35所示那樣的點(diǎn)光源的情況下的從照明中心向Y軸的+方向、-方 向、相對(duì)于Y軸向+方向位移的照明和向-方向位移的照明之間的關(guān)系。在該情況下，能夠 測(cè)量光亮材料的定向。
[0214] (關(guān)于通過圖像分析計(jì)算特征量的方法）
[0215] 以下，說明使用測(cè)定出的分光成像信息，通過圖像分析計(jì)算特征量的方法。這些計(jì) 算方法只不過是一個(gè)例子。在本發(fā)明中，對(duì)全部像素高解析度、高精度地進(jìn)行測(cè)定，因此能 夠應(yīng)用很多種類的圖像分析計(jì)算，另外，由此產(chǎn)生的結(jié)果是能夠保持高的可靠性。
[0216] 說明求出與測(cè)定出的每個(gè)照明的全部像素的分光反射率系數(shù)R_(p，λ)的變角信 息對(duì)應(yīng)的平均值的方法（S115)。根據(jù)像素位置（i，j)，鏡面反射夾角不同。用數(shù)學(xué)式18表 示分光反射率的平均值R m (Ρ，λ)。
[0217] [數(shù)學(xué)式 18]
[0218] Rm(p，λ) = Σ 2RmiJ(p，λ)/Ν
[0219] 在此，Σ的計(jì)算是針對(duì)X軸方向計(jì)算從第i到第i+I個(gè)區(qū)域，針對(duì)Y軸方向計(jì)算 從第j到j(luò)+J個(gè)區(qū)域。N是包含在計(jì)算區(qū)域中的像素的個(gè)數(shù)，N= (1+1) · (J+1)。
[0220] 另外，用數(shù)學(xué)式19表示與該計(jì)算區(qū)域?qū)?yīng)的平均的鏡面反射夾角Θ (p)。
[0221] [數(shù)學(xué)式 19]
[0222] Θ (p) = Σ Σ Θ u (p) /N
[0223] 根據(jù)i、j、I、J的取法，能夠得到與希望求出的空間分辨率對(duì)應(yīng)的任意鏡面反射夾 角Θ (p)下的平均分光反射率系數(shù)R_(p，λ)。如果減小I、J，則鏡面反射夾角Θ (p)在平 均計(jì)算區(qū)域中的變動(dòng)小，能夠在高空間分辨率下進(jìn)行平均計(jì)算。另一方面，如果增大I、J， 則空間分辨率降低，但會(huì)增大N，所以平均化、平滑化的效果提高。
[0224] 能夠計(jì)算顯示作為所得到的變角分光圖像信息的、每個(gè)變角的亮度分布、顏色空 間分布、每個(gè)圖像位置的空間分布、出現(xiàn)顏色數(shù)、信息熵、圖像濾波器、分形維度等等的參 數(shù)。
[0225] 進(jìn)而，根據(jù)上述信息，能夠與計(jì)算機(jī)圖形上的再現(xiàn)信息相聯(lián)系。
[0226] (關(guān)于求出色彩值的方法）
[0227] 說明根據(jù)測(cè)定出的全部像素的分光反射率系數(shù)R_(p、λ)求出色彩值的方法 (S116)。作為計(jì)算色彩值的步驟，首先計(jì)算三刺激值ΧΥΖ。對(duì)于其代表性的方法，利用由國 際照明委員會(huì)（CIE 〖Commission Internationale de 1' Eclairage)確定的方法。
[0228] 能夠用數(shù)學(xué)式20表示各像素的三刺激值Xij (p)、Yij (p)、Zij (p)。
[0229] [數(shù)學(xué)式 20]
[0230] Xij (p) = k 工 P ( λ ) χ ( λ ) Rm υ (ρ，λ ) d λ
[0231 ] Yij (ρ) = k P ( λ ) y ( λ ) Rm υ (ρ，λ ) d λ
[0232] Zij (ρ) = k 工 P ( λ ) ζ ( λ ) Rm υ (ρ，λ ) d λ
[0233] k = 100/ / Ρ(λ)γ(λ)(1λ
[0234] 在此，Ρ(λ)表示觀察物體時(shí)設(shè)想的照明光的分光分布，進(jìn)行積分的波長λ的范 圍是在測(cè)定中使用的可視光區(qū)域。在計(jì)算機(jī)顯示器、打印機(jī)上顯示三刺激值X ij(P) Jij(P)、 Zij(P)時(shí)，變換為Rij (p)、Gij (p)、Bij (p)值。對(duì)于該變換，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)已知向sRGB、AdobeRGB 等的變換方法。
[0235] 與上述的分光反射率系數(shù)的平均計(jì)算相同地，關(guān)于三刺激值，也能夠根據(jù)數(shù)學(xué)式 21得到平均值。
[0236] [數(shù)學(xué)式 21]
[0237] Χ(ρ) = Σ SXij (p)/N
[0238] Υ(ρ) = Σ SYij(P)/N
[0239] Z (p) = Σ Σ Zij (p) /N
[0240] 說明根據(jù)測(cè)定出的全部像素的三刺激值Xij(P)、YU (p) Jij (p)求出色彩值的方法。 對(duì)于代表性的方法，有使用數(shù)學(xué)式22求出由CIE確定的CIELAB顏色空間的值即L*a*b*的 方法。
[0241] [數(shù)學(xué)式 22]
[0242] I^ij(P) = 116f (Yij (p)/Yn)-16
[0243] a*。, (p) = 500 {f (Xij (p) /Xn) -f (Yij (p) /Yn)}
[0244] Mij (p) = 200 {f (Yij (p) /Yn) -f (Zij (p) /Zn)}
[0245] 在此，
[0246] 在 Xij (p) /Χη>0· 008856 時(shí) f (Xij (p) /Xn) = (X ij (p) /Xn)1/3
[0247] 在 Xij (ρ)/Χη〈0· 008856 時(shí) HXij (ρ)/Xn) = 7· 787 (Xij (ρ)/Xn)+16/116
[0248] 在 Yij(P)/Υη>0· 008856 時(shí) f (Yij(P)/Yn) = (Y ij(P)/Yn)1/3
[0249] 在 Yij (ρ)/Υη〈0· 008856 時(shí) HYij(P)/Yn) = 7· 787 (Xij (p)/Xn)+16/116
[0250] 在 Zij (ρ) /Ζη>0· 008856 時(shí) f (Zij (p) /Zn) = (Zij (p) /Zn)1/3
[0251] 在 Zij (p) /Ζη〈0· 008856 時(shí) f (Zij (p) /Zn) = 7. 787 (Zij (p) /Zn) +16/116
[0252] Xn、Yn、Zn是測(cè)量分光反射率系數(shù)為100%的物體時(shí)的三刺激值。與上述的分光反 射率系數(shù)的平均計(jì)算同樣地，關(guān)于CIELAB值，也能夠根據(jù)數(shù)學(xué)式23得到平均值。
[0253] [數(shù)學(xué)式 23]
[0254] L* (ρ) = Σ Σ L*?！?(ρ) /N
[0255] a* (ρ) = Σ Σ a*?！?(ρ) /N
[0256] b* (p) = Σ Σ b*?！?(p) /N
[0257] 另外，作為根據(jù)圖像分析求出測(cè)定采樣2的特征的重要方法，有求出CIELAB顏色 空間中的測(cè)量值的分布的方法。這時(shí)，也針對(duì)圖像的X軸方向計(jì)算從第i到i+i個(gè)的區(qū)域， 針對(duì)Y軸方向計(jì)算從第j到j(luò)+J個(gè)區(qū)域。
[0258] 另外，對(duì)于將CIELAB顏色空間中的測(cè)量值的分布表示為數(shù)量參數(shù)的方法，可以應(yīng) 用計(jì)算出現(xiàn)顏色數(shù)、信息熵的方法。在將信息熵設(shè)為H的情況下，根據(jù)數(shù)學(xué)式24進(jìn)行計(jì)算。
[0259] [數(shù)學(xué)式Μ]
[0260] Η(ρ) =- ΣΡ(ρ，c) log2{P(p，c)}
[0261] 按照通過照明p攝像所得的圖像中的顏色c的出現(xiàn)頻度，針對(duì)X軸方向在從第i 到i+I個(gè)的像素的范圍內(nèi)，針對(duì)Y軸方向在從第j到j(luò)+J個(gè)的像素的范圍內(nèi)，用一定大小的 立方體劃分Δ L*、Δ a*、Δ b*各邊，來計(jì)算P (p，c)。
[0262] 除此以外，也能夠應(yīng)用針對(duì)圖像位置、即作為照明和受光的幾何條件的鏡面反射 夾角Θ (P)進(jìn)行圖像濾波、微分值、傅立葉變換、小波變換等頻率分析的方法、對(duì)CIELAB顏 色空間的分布狀況更詳細(xì)地進(jìn)行參數(shù)化的方法等各種方法，通過對(duì)測(cè)定對(duì)象的特征量進(jìn)行 數(shù)值化，能夠?qū)?個(gè)不同的測(cè)定對(duì)象的差進(jìn)行定量化。進(jìn)而，能夠期待產(chǎn)品制造時(shí)的質(zhì)量管 理、制造方法的判斷等多方面的合理化和效果。
[0263] (關(guān)于三維曲面測(cè)量）
[0264] 在此前的說明中，使用平面狀的測(cè)定對(duì)象，利用每個(gè)像素的光學(xué)幾何條件的變化， 取得樣本面的分光信息，但在測(cè)定對(duì)象面是曲面的情況下，可以將三維形狀測(cè)定裝置裝入 到變角分光成像裝置中，根據(jù)曲面的像素的法線修正光學(xué)幾何條件而實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的測(cè)量。
[0265] 以下詳細(xì)進(jìn)行說明。根據(jù)三維形狀測(cè)量樣本面的Z軸方向的位移、以及法線方向， 對(duì)上述光學(xué)幾何條件（θ η，Φη，θ_，φ_)實(shí)施修正。在點(diǎn)光源的情況下，將樣本面的位 置設(shè)為P(Xp，y p)，將照明裝置的位置設(shè)為I (Θ i，Φ i，Di)，將受光裝置的位置（焦點(diǎn)位置）設(shè) 為R(0,0，比）。在此，x、y是樣本面上的X軸方向、Y軸方向的位置，Θ是天頂角，φ是從X 軸開始逆時(shí)針方向的方位角，D i是從樣本面到光源為止的距離，D ^是從樣本面到攝像裝置 為止的距離，攝像裝置具有能夠捕捉樣本面的攝影范圍的視場(chǎng)角?？梢杂谜彰鞯奶祉斀?、方 位角、受光的天頂角、方位角來表現(xiàn)位置P處的照明和受光的幾何條件。
[0266] 這時(shí)，照明位置為
[0267] [數(shù)學(xué)式 25]
[0268] Xi= D j · sin (Si)* cos ( Φ ^
[0269] Yi= D j · sin ( Θ ^ · sin ( Φ j)
[0270] Zi= D j · cos ( Θ ^
[0271] 另外，與點(diǎn)P對(duì)應(yīng)的照明的相對(duì)坐標(biāo)位置為
[0272] [數(shù)學(xué)式 26]
[0273] Xi'= Xi - X p
[0274] y/ = Yi- y p
[0275] z/ = Zi
[0276] 與點(diǎn)P對(duì)應(yīng)的受光的相對(duì)坐標(biāo)位置為
[0277] [數(shù)學(xué)式 27]
[0278] x/ =- Xp
[0279] y/ = - Yp
[0280] zr' = zr
[0281] 這時(shí)，測(cè)量三維形狀的結(jié)果是，假定在點(diǎn)P存在Dh的位移，并且其法線向量在Φ n 方向上以天頂角傾斜θη。產(chǎn)生Dh的位移的相對(duì)坐標(biāo)位置為
[0282] [數(shù)學(xué)式 28]
[0283] x/' = x/
[0284] Yi^ = Y/
[0285] Zi^ = z/ - D h
[0286] xr" = x r'
[0287] yr" = y r'
[0288] zr" = z r' 一 Dh
[0289] 在法線向量在Φη方向上以天頂角傾斜Θ 情況下，在這些照明I''和受光R'' 的位置進(jìn)行與在直角地通過相對(duì)坐標(biāo)X''Y''平面的直線的周圍旋轉(zhuǎn)-θη相同的操作。成 為該旋轉(zhuǎn)軸的單位向量是（-sin(<i)n)，cos(<i)n)，0)。圍繞任意的單位向量（n x，ny，nz)旋轉(zhuǎn) Θ的情況下的一般式是
[0290] [數(shù)學(xué)式 29]
[0291]

【權(quán)利要求】
1. 一種變角分光成像測(cè)定裝置，具備： 線狀或點(diǎn)狀的照明裝置，其能夠相對(duì)于包含光亮材料的樣本面的垂直方向，分別從固 定的2個(gè)W上的角度方向向該樣本面照射作為白色光的照明光； 分光單元，其對(duì)來自上述樣本面的反射光進(jìn)行分光，配置在該樣本面的上方； 成像用的透鏡，其對(duì)通過上述分光單元分光后的反射光進(jìn)行成像； 二維圖像傳感器，其被固定，能夠經(jīng)由上述成像用的透鏡對(duì)上述反射光進(jìn)行受光，攝像 該樣本面；W及 白色參照面，其設(shè)置在上述樣本面的整個(gè)周緣部，其中 利用通過上述二維圖像傳感器攝像所得的二維圖像內(nèi)的每個(gè)像素的照明方向和攝像 方向的光學(xué)幾何條件的變化，取得上述樣本面的分光信息，該變角分光成像裝置的特征在 于， 在測(cè)定前的校正時(shí)，同時(shí)攝像成為基準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)白色板和上述白色參照面，測(cè)量每個(gè)像 素和每個(gè)波長的校正系數(shù)，并且決定每個(gè)上述波長的曝光時(shí)間， 通過變更上述分光單元的透過波長，不變更上述照明裝置、上述二維圖像傳感器、上述 樣本面W及上述白色參照面的相對(duì)位置地，針對(duì)每個(gè)測(cè)定波長攝像上述樣本面、W及設(shè)置 在上述樣本面的整個(gè)周緣部的上述白色參照面的二維圖像，取得該二維圖像的全部像素的 每個(gè)測(cè)定波長的分光信息， 通過針對(duì)每個(gè)上述測(cè)定波長改變校正和測(cè)定時(shí)的攝像曝光時(shí)間，來修正照明裝置的分 光特性、上述分光單元的分光特性、上述二維圖像傳感器的分光特性在上述測(cè)定波長范圍 內(nèi)的增益的差。
2. -種變角分光成像測(cè)定裝置，具備： 線狀或點(diǎn)狀的照明裝置，其能夠相對(duì)于樣本面的垂直方向，分別從固定的2個(gè)W上的 角度方向向該樣本面照射作為白色光的照明光； 成像用的透鏡，其對(duì)來自上述樣本面的反射光進(jìn)行成像，配置在該樣本面的上方； 分光單元，其對(duì)通過上述成像用的透鏡成像的光進(jìn)行分光； 二維圖像傳感器，其被固定，能夠?qū)碜陨鲜龇止鈫卧墓膺M(jìn)行受光，攝像該樣本面； 白色參照面，其設(shè)置在上述樣本面的整個(gè)周緣部，其中， 利用通過上述二維圖像傳感器攝像所得的二維圖像內(nèi)的每個(gè)像素的照明方向和攝像 方向的光學(xué)幾何條件的變化，取得上述樣本面的分光信息，該變角分光成像裝置的特征在 于， 在測(cè)定前的校正時(shí)，同時(shí)攝像成為基準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)白色板和上述白色參照面，測(cè)量每個(gè)像 素和每個(gè)波長的校正系數(shù)，并且決定每個(gè)上述波長的曝光時(shí)間， 通過變更上述分光單元的透過波長，不變更上述照明裝置、上述二維圖像傳感器、上述 樣本面W及上述白色參照面的相對(duì)位置地，針對(duì)每個(gè)測(cè)定波長攝像上述樣本面W及設(shè)置在 上述樣本面的整個(gè)周緣部的上述白色參照面的二維圖像，取得該二維圖像的全部像素的每 個(gè)測(cè)定波長的分光信息， 通過針對(duì)每個(gè)上述測(cè)定波長改變校正和測(cè)定時(shí)的攝像曝光時(shí)間，來修正照明裝置的分 光特性、上述分光單元的分光特性、上述二維圖像傳感器的分光特性在上述測(cè)定波長范圍 內(nèi)的增益的差。
3. -種變角分光成像測(cè)定裝置，具備： 線狀或點(diǎn)狀的照明裝置，其能夠相對(duì)于樣本面的垂直方向，分別從固定的2個(gè)W上的 角度方向向該樣本面照射波長可變的每個(gè)測(cè)定波長的單色照明光； 成像用的透鏡，其對(duì)來自上述樣本面的反射光進(jìn)行成像，配置在該樣本面的上方； 二維圖像傳感器，其被固定，能夠經(jīng)由上述成像用的透鏡對(duì)上述反射光進(jìn)行受光，攝像 該樣本面；W及 白色參照面，其設(shè)置在上述樣本面的整個(gè)周緣部，其中， 利用通過上述二維圖像傳感器攝像所得的二維圖像內(nèi)的2軸方向的每個(gè)像素的照明 方向和攝像方向的光學(xué)幾何條件的變化，取得上述樣本面的分光信息，該變角分光成像裝 置的特征在于， 在測(cè)定前的校正時(shí)，同時(shí)攝像成為基準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)白色板和上述白色參照面，測(cè)量每個(gè)像 素和每個(gè)波長的校正系數(shù)，并且決定每個(gè)上述波長的曝光時(shí)間， 通過變更上述分光單元的透過波長，不變更上述照明裝置、上述二維圖像傳感器、上述 樣本面W及上述白色參照面的相對(duì)位置地，針對(duì)每個(gè)測(cè)定波長攝像上述樣本面、W及設(shè)置 在上述樣本面的整個(gè)周緣部的上述白色參照面的二維圖像，取得該二維圖像的全部像素的 每個(gè)測(cè)定波長的分光信息， 通過針對(duì)每個(gè)上述測(cè)定波長改變校正和測(cè)定時(shí)的攝像曝光時(shí)間，來修正照明裝置的分 光特性、上述分光單元的分光特性、上述二維圖像傳感器的分光特性在上述測(cè)定波長范圍 內(nèi)的增益的差。
4. 一種變角分光成像測(cè)定裝置，具備： 線狀或點(diǎn)狀的照明裝置，其能夠相對(duì)于樣本面的垂直方向，分別從固定的2個(gè)W上的 角度方向向該樣本面照射波長可變的每個(gè)測(cè)定波長的單色照明光； 分光單元，其對(duì)來自上述樣本面的反射光進(jìn)行分光，配置在該樣本面的上方； 成像用的透鏡，其對(duì)通過上述分光單元分光后的反射光進(jìn)行成像； 二維圖像傳感器，其被固定，能夠經(jīng)由上述成像用的透鏡對(duì)上述反射光進(jìn)行受光，攝像 該樣本面； 白色參照面，其設(shè)置在上述樣本面的整個(gè)周緣部，其中， 利用通過上述二維圖像傳感器攝像所得的二維圖像內(nèi)的每個(gè)像素的照明方向和攝像 方向的光學(xué)幾何條件的變化，取得上述樣本面的分光信息，該變角分光成像裝置的特征在 于， 在測(cè)定前的校正時(shí)，同時(shí)攝像成為基準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)白色板和上述白色參照面，測(cè)量每個(gè)像 素和每個(gè)波長的校正系數(shù)，并且決定每個(gè)上述波長的曝光時(shí)間， 變更上述照明裝置的照射波長， 通過變更上述分光單元的透過波長，不變更上述照明裝置、上述二維圖像傳感器、上述 樣本面W及上述白色參照面的相對(duì)位置地，針對(duì)每個(gè)上述照射波長和每個(gè)透過波長攝像上 述樣本面、W及設(shè)置在上述樣本面的整個(gè)周緣部的上述白色參照面的二維圖像， 取得上述二維圖像的全部像素的每個(gè)照射波長和每個(gè)透過波長的分光信息， 通過針對(duì)每個(gè)上述測(cè)定波長改變校正和測(cè)定時(shí)的攝像曝光時(shí)間，來修正照明裝置的分 光特性、上述分光單元的分光特性、上述二維圖像傳感器的分光特性在上述測(cè)定波長范圍 內(nèi)的增益的差。
5. -種變角分光成像測(cè)定裝置，具備： 線狀或點(diǎn)狀的照明裝置，其能夠相對(duì)于樣本面的垂直方向，分別從固定的2個(gè)W上的 角度方向向該樣本面照射波長可變的每個(gè)測(cè)定波長的單色照明光； 成像用的透鏡，其對(duì)來自上述樣本面的反射光進(jìn)行成像，配置在該樣本面的上方； 分光單元，其對(duì)通過上述成像用的透鏡成像的光進(jìn)行分光； 二維圖像傳感器，其被固定，能夠?qū)碜陨鲜龇止鈫卧墓膺M(jìn)行受光，攝像該樣本面； 白色參照面，其設(shè)置在上述樣本面的整個(gè)周緣部，其中， 利用通過上述二維圖像傳感器攝像所得的二維圖像內(nèi)的每個(gè)像素的照明方向和攝像 方向的光學(xué)幾何條件的變化，取得上述樣本面的分光信息，該變角分光成像裝置的特征在 于， 在測(cè)定前的校正時(shí)，同時(shí)攝像成為基準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)白色板和上述白色參照面，測(cè)量每個(gè)像 素和每個(gè)波長的校正系數(shù)，并且決定每個(gè)上述波長的曝光時(shí)間， 變更上述照明裝置的照射波長， 通過變更上述分光單元的透過波長，不變更上述照明裝置、上述二維圖像傳感器、上述 樣本面W及上述白色參照面的相對(duì)位置地，針對(duì)每個(gè)上述照射波長和每個(gè)透過波長攝像上 述樣本面、W及設(shè)置在上述樣本面的整個(gè)周緣部的上述白色參照面的二維圖像， 能夠取得上述二維圖像的全部像素的每個(gè)照射波長和每個(gè)透過波長的分光信息， 通過針對(duì)每個(gè)上述測(cè)定波長改變校正和測(cè)定時(shí)的攝像曝光時(shí)間，來修正照明裝置的分 光特性、上述分光單元的分光特性、上述二維圖像傳感器的分光特性在上述測(cè)定波長范圍 內(nèi)的增益的差。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1?5的任意一項(xiàng)所述的變角分光成像測(cè)定裝置，其特征在于， 使上述照明裝置的光量可變、或使攝像時(shí)的曝光時(shí)間可變、或者組合兩者，由此擴(kuò)大測(cè) 量的動(dòng)態(tài)范圍。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1?6的任意一項(xiàng)所述的變角分光成像裝置，其特征在于， 在數(shù)值的平均化、色彩數(shù)值的顏色空間分布、空間頻率分析、信息滴等的圖像計(jì)算中使 用每個(gè)上述像素的每個(gè)測(cè)定波長的上述分光信息。
8. -種變角分光成像裝置，其向權(quán)利要求1?7的任意一項(xiàng)所述的變角分光成像裝置 中裝入了 =維形狀測(cè)定單元，其特征在于， 通過該=維形狀測(cè)定單元測(cè)定上述樣本面的=維形狀信息，使用該樣本面的=維形狀 信息求出該樣本面的各位置的法線方向，修正上述光學(xué)幾何條件的變化。
9. 一種變角分光成像測(cè)量方法，其取得二維圖像的全部像素的每個(gè)測(cè)定波長的分光信 息，其特征在于， 通過線狀或點(diǎn)狀的照明裝置，在測(cè)定前的校正時(shí)，同時(shí)攝像成為基準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)白色板和 上述白色參照面，測(cè)量每個(gè)像素和每個(gè)波長的校正系數(shù)，并且決定每個(gè)上述波長的曝光時(shí) 間，然后相對(duì)于樣本面W及設(shè)置在該樣本面的整個(gè)周緣部的白色參照面的垂直方向，分別 從固定的2個(gè)W上的角度方向向該樣本面和該白色參照面照射照明光，通過分光單元對(duì)照 射的照明光從該樣本面和該白色參照面的反射光進(jìn)行分光，通過成像用的透鏡對(duì)分光后的 該反射光進(jìn)行成像，經(jīng)由上述成像用的透鏡對(duì)上述反射光進(jìn)行受光，通過固定的二維圖像 傳感器，不變更上述照明裝置、上述二維圖像傳感器、上述樣本面w及上述白色參照面的相 對(duì)位置地進(jìn)行攝像，參照該白色參照面上的反射光，修正測(cè)定中的照明光量的變化、曝光時(shí) 間的變動(dòng)，利用該攝像所得的二維圖像內(nèi)的每個(gè)像素的照明方向和攝像方向的光學(xué)幾何條 件的變化，取得該樣本面的分光信息， 通過針對(duì)每個(gè)上述測(cè)定波長改變校正和測(cè)定時(shí)的攝像曝光時(shí)間，來修正照明裝置的分 光特性、上述分光單元的分光特性、上述二維圖像傳感器的分光特性在上述測(cè)定波長范圍 內(nèi)的增益的差。
10. -種變角分光成像測(cè)量方法，其取得二維圖像的全部像素的每個(gè)測(cè)定波長的分光 信息，其特征在于， 通過線狀或點(diǎn)狀的照明裝置，在測(cè)定前的校正時(shí)，同時(shí)攝像成為基準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)白色板和 上述白色參照面，測(cè)量每個(gè)像素和每個(gè)波長的校正系數(shù)，并且決定每個(gè)上述波長的曝光時(shí) 間，相對(duì)于樣本面W及設(shè)置在該樣本面的整個(gè)周緣部的白色參照面的垂直方向，分別從固 定的2個(gè)W上的角度方向向該樣本面和該白色參照面照射照明光，通過成像用的透鏡對(duì)照 射的照明光從該樣本面和該白色參照面的反射光進(jìn)行成像，通過分光單元對(duì)通過上述成像 用的透鏡成像的光進(jìn)行分光，通過對(duì)來自上述分光單元的光進(jìn)行受光，并且固定的二維圖 像傳感器，不變更上述照明裝置、上述二維圖像傳感器、上述樣本面W及上述白色參照面的 相對(duì)位置地進(jìn)行攝像，參照該白色參照面上的反射光，修正測(cè)定中的照明光量的變化、曝光 時(shí)間的變動(dòng)，利用該攝像所得的二維圖像內(nèi)的每個(gè)像素的照明方向和攝像方向的光學(xué)幾何 條件的變化，取得該樣本面的分光信息， 通過針對(duì)每個(gè)上述測(cè)定波長改變校正和測(cè)定時(shí)的攝像曝光時(shí)間，來修正照明裝置的分 光特性、上述分光單元的分光特性、上述二維圖像傳感器的分光特性在上述測(cè)定波長范圍 內(nèi)的增益的差。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的變角分光成像測(cè)量方法，其特征在于， 通過=維形狀測(cè)定單元測(cè)定上述樣本面的=維形狀信息，使用該樣本面的=維形狀信 息求出該樣本面的各位置的法線方向，修正上述光學(xué)幾何條件的變化。
12. -種方法，其特征在于， 根據(jù)通過權(quán)利要求1?8的任意一項(xiàng)所述的變角分光成像裝置得到的每個(gè)像素的分光 信息，使用每個(gè)像素的分光反射率系數(shù)或根據(jù)分光反射率系數(shù)計(jì)算出的顏色空間上的色彩 數(shù)值，進(jìn)行伴隨著變角信息的每個(gè)測(cè)量波長的分光反射率系數(shù)、空間頻率分析、分形分析的 圖像分布、根據(jù)每個(gè)像素的色彩值求出的顏色空間上的分布狀況、出現(xiàn)顏色數(shù)、信息滴的計(jì) 算。
【文檔編號(hào)】G01N21/27GK104471361SQ201380020978
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2013年4月19日 優(yōu)先權(quán)日:2012年4月20日
【發(fā)明者】大住雅之 申請(qǐng)人:色彩化學(xué)研究所有限公司