使用效應(yīng)顏料的復(fù)雜涂層混合物的配方的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種計(jì)算機(jī)實(shí)施的方法、系統(tǒng)、設(shè)備以及非臨時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，該非臨時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)包含利用基于輻射傳輸方程式或其修改進(jìn)行計(jì)算以在數(shù)字上近似于所獲得的用于未知目標(biāo)涂層的有效顏色匹配的反射率數(shù)據(jù)的軟件。本發(fā)明對(duì)含有金屬、珠光和其他特殊效應(yīng)的顏料的涂層特別有用。
【專(zhuān)利說(shuō)明】使用效應(yīng)顏料的復(fù)雜涂層混合物的配方 相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0001 ]本申請(qǐng)要求于2013年11月7日提交的序號(hào)為14/073，976的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)的優(yōu)先 權(quán)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明一般而言涉及一種用于識(shí)別固化的復(fù)雜涂層(例如，涂料)混合物中的展現(xiàn) 出某些物理性質(zhì)特性(諸如效應(yīng)顏料)的組分的方法和設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0003] 輻射傳輸處理電磁波傳播，并且由于其需要復(fù)雜的計(jì)算，所以通常難以模型化。出 于色彩匹配的目的，針對(duì)復(fù)雜涂層（例如，涂料)混合物的配方的傳統(tǒng)技術(shù)是庫(kù)貝卡-芒克 (Kubelka-Munk)理論。庫(kù)貝卡-芒克方法用來(lái)計(jì)算雙通量近似從而對(duì)福射傳輸理論中的復(fù) 雜方程式進(jìn)行求解。該近似法時(shí)常不足以對(duì)含有金屬、珠光及其它特殊效應(yīng)顏料的復(fù)雜涂 層混合物進(jìn)行配方。
[0004]雙通量近似的基本理念是在對(duì)全輻射傳輸方程進(jìn)行求解時(shí)得出分散的輻射。該近 似引入了全方程式的方法，但是，由于輻射通量被視為角度平均化性質(zhì)，因此假定強(qiáng)度變化 的細(xì)節(jié)對(duì)于這些量的預(yù)測(cè)而言并非非常重要，即色彩的參數(shù)不隨觀看角度而變。
[0005] 許多配方策略是通過(guò)遍歷來(lái)操作的，例如，遍歷十個(gè)著色劑中的四個(gè)著色劑的每 一組合，并確定與各個(gè)組合可能的最佳匹配，然后尋找群組中的最佳者來(lái)。其它配方策略依 賴(lài)于減少計(jì)算時(shí)間但根本上仍為蠻力策略的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。
[0006] 因此，需要適于分析含有效的顏料，例如，金屬和珠光顏料的復(fù)雜涂層混合物的系 統(tǒng)及方法。相應(yīng)地，本發(fā)明目的在于提供一種用于能夠?qū)薪饘佟⒅楣夂推渌厥庑?yīng)顏 料的復(fù)雜涂層混合物進(jìn)行可靠和有效的顏色匹配的獨(dú)特的方法體系。該目標(biāo)通過(guò)計(jì)算機(jī)實(shí) 施的方法、系統(tǒng)、設(shè)備以及包含下面所描述的軟件的非臨時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 在第一方面，本發(fā)明提供一種計(jì)算機(jī)實(shí)施的方法。該方法包含使用處理器從目標(biāo) 涂層獲得反射率數(shù)據(jù);及使用該處理器根據(jù)該數(shù)據(jù)計(jì)算反射率，其中，計(jì)算包括使用輻射傳 輸方程執(zhí)行計(jì)算。該方法還包括使用該處理器并且基于該反射率，生成外觀上與目標(biāo)涂層 相同或?qū)嵸|(zhì)上類(lèi)似的涂層配方。
[0008] 在另一方面，本發(fā)明涉及一種系統(tǒng)。該系統(tǒng)包含數(shù)據(jù)庫(kù)。該系統(tǒng)還包含與該數(shù)據(jù)庫(kù) 通信的處理器，該處理器被編程以：從目標(biāo)涂層獲得反射率數(shù)據(jù);根據(jù)該數(shù)據(jù)計(jì)算反射率， 其中，計(jì)算包括使用輻射傳輸方程執(zhí)行計(jì)算；以及基于該反射率生成外觀上與該目標(biāo)涂層 相同或?qū)嵸|(zhì)上類(lèi)似的涂層配方。
[0009] 在另一方面，本發(fā)明提供一種設(shè)備。該設(shè)備包含用于從目標(biāo)涂層獲得反射率數(shù)據(jù) 的裝置，以及根據(jù)該數(shù)據(jù)計(jì)算反射率的裝置，其中計(jì)算包括使用輻射傳輸方程執(zhí)行計(jì)算。該 設(shè)備還包含基于該反射率生成外觀上與該目標(biāo)涂層相同或?qū)嵸|(zhì)上類(lèi)似的涂層配方的裝置。
[0010] 在又一方面，本發(fā)明提供一種非臨時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其包含用于使得處理器 進(jìn)行以下操作的軟件:從目標(biāo)涂層獲得反射率數(shù)據(jù);根據(jù)該數(shù)據(jù)計(jì)算反射率，其中，計(jì)算包 括使用輻射傳輸方程執(zhí)行計(jì)算；以及基于該反射率生成外觀上與該目標(biāo)涂層相同或?qū)嵸|(zhì)上 類(lèi)似的涂層配方。
【附圖說(shuō)明】
[0011] 圖1示出入射電磁波路徑和鏡面反射電磁波路徑之間的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)角度。
[0012] 圖2示出作為散布在整個(gè)角度幾何空間中的探測(cè)器陣列所收集的反射率數(shù)據(jù)。
[0013] 圖3示出根據(jù)本發(fā)明的，可用于例如復(fù)雜涂層配方預(yù)測(cè)的反射率光譜分析系統(tǒng)。
[0014] 圖4示出根據(jù)本發(fā)明的，可用于例如復(fù)雜涂層配方預(yù)測(cè)的另一個(gè)反射率光譜分析 系統(tǒng)。
[0015] 圖5示出圖3的控制單元。
[0016] 圖6是使用圖3的系統(tǒng)所獲得的數(shù)據(jù)的視覺(jué)表示。
[0017]圖7A示出45度入射角處的電磁波與復(fù)雜涂料混合物之間的相互作用。
[0018]圖7B示出15度入射角處的電磁波與復(fù)雜涂料混合物之間的相互作用。
[0019] 圖8示出根據(jù)本發(fā)明的，為校準(zhǔn)面板計(jì)算輻射傳輸參數(shù)的過(guò)程。
[0020] 圖9示出根據(jù)本發(fā)明的，為目標(biāo)復(fù)雜涂層計(jì)算配方的過(guò)程。
[0021] 圖10示出可使用根據(jù)本發(fā)明的過(guò)程的系統(tǒng)。
[0022]圖1 1示出具有五個(gè)有限角度的一系列角分光光度器件 (goniospectrophotometric device)〇
【具體實(shí)施方式】
[0023]在各種方面，本發(fā)明涉及可用于識(shí)別存在于目標(biāo)樣本上的涂層組合物中的效應(yīng)的 若干方法，這些方法優(yōu)選地利用分光光度計(jì)。本發(fā)明還涉及一種設(shè)備，該設(shè)備具有用于為目 標(biāo)樣本捕獲信息的器件以及用于識(shí)別體效應(yīng)的處理器，該體效應(yīng)可用于產(chǎn)生具有至少外觀 上與目標(biāo)樣本相同或?qū)嵸|(zhì)上類(lèi)似的紋理的涂層混合物。詞語(yǔ)"外觀上相同"的意思是視覺(jué)上 (用肉眼）不可區(qū)分，以及"外觀上實(shí)質(zhì)上相似"的意思是在外觀上非常相似。外觀上的相似 性是基于工業(yè)可接受的標(biāo)準(zhǔn)確定的，并且取決于目標(biāo)樣本和光照而在不同用戶(hù)之間發(fā)生變 化。輸出設(shè)備可用于將體效應(yīng)信息傳送至用戶(hù)。
[0024]雖然本說(shuō)明書(shū)中一般涉及涂料或涂層，但應(yīng)理解，器件、系統(tǒng)及方法適用于包含染 色劑及工業(yè)涂層的其它類(lèi)型的涂層。所描述的本發(fā)明的實(shí)施例不應(yīng)視為限制性的。與本發(fā) 明一致的方法可在諸如服裝及時(shí)尚產(chǎn)品的匹配和/或協(xié)調(diào)的多個(gè)領(lǐng)域中實(shí)踐。
[0025] 本發(fā)明可與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)一起使用或并入于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以是獨(dú) 立單元或者是包含經(jīng)由諸如因特網(wǎng)或者內(nèi)聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)與中央計(jì)算機(jī)通信的一個(gè)或多個(gè)遠(yuǎn) 程終端機(jī)或器件。如此，計(jì)算機(jī)或"處理器"及本文中所描述的相關(guān)組件可以是本地計(jì)算機(jī) 系統(tǒng)或遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)或在線(xiàn)系統(tǒng)或其組合的一部分。這里所描述的數(shù)據(jù)庫(kù)及軟件可存儲(chǔ)于計(jì) 算機(jī)內(nèi)部存儲(chǔ)器中或非臨時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)中。
[0026] 本發(fā)明一般而言涉及涂層的光譜分析，更特別地，但并非以限制方式，涉及對(duì)含有 金屬、珠光和/或特殊效應(yīng)顏料的復(fù)雜涂層混合物進(jìn)行預(yù)測(cè)和配色的器件、方法及系統(tǒng)。
[0027] 本發(fā)明涉及用于電磁波傳播的系統(tǒng)和方法，其包含使得沿穿過(guò)多層顏料的電磁波 路徑的波傳播模型化;使得多層顏料處的涂層模型化;且可選地用一個(gè)多層顏料計(jì)算來(lái)替 換另一個(gè)多層顏料處的計(jì)算。在例子中，用一個(gè)多層顏料計(jì)算來(lái)替換另一個(gè)多層顏料處的 計(jì)算包含在替換多層顏料時(shí)在波路徑中使電磁傳播持續(xù)以使電磁波與多層顏料之間的較 復(fù)雜的相互作用模型化的模型。
[0028] 輻射傳輸問(wèn)題通常涉及散射，這意味著源函數(shù)本身依賴(lài)于電磁輻射場(chǎng)。其數(shù)學(xué)運(yùn) 算是積分微分傳輸方程，其針對(duì)具有復(fù)雜的多次散射效應(yīng)的實(shí)際介質(zhì)使用數(shù)值方法。對(duì)于 這些散射的情形，形式解答不提供明確的解，盡管其可用于使問(wèn)題重新公式化為如下積分 方程：
[0029] 相位函數(shù)p〇Mp; 描述從方向(JMP)到的散射。y及屮分別是天頂角及 方位角的描述符。方程（1)表示散射的影響，其中在一個(gè)方向上的強(qiáng)度取決于在所有其它方 向上的強(qiáng)度。由于這樣的散射效應(yīng)，因此通常使用近似來(lái)繞過(guò)輻射傳輸計(jì)算。
[0030] 用于塊體中的散射的近似理論是，當(dāng)考慮與主要由普通顏料散射產(chǎn)生的角度平均 化的分散強(qiáng)度的相互作用時(shí)，對(duì)將自年鏡面角的強(qiáng)單次散射視作準(zhǔn)確的。
[0031] 根據(jù)本發(fā)明，輻射傳輸方程的形式可使其更適合于涂層和數(shù)值解算器。根據(jù)本發(fā) 明，輻射傳輸方程的形式可用于人工地將包含來(lái)自角分光光度器件燈的入射準(zhǔn)直光的總強(qiáng) 度與分散的多次散射項(xiàng)分開(kāi)。
[0032] 各向同性因子g的使用可用于指定相位函數(shù)，這樣，對(duì)y的期望值的計(jì)算確切地返 回相同值g。所考慮的幾何結(jié)構(gòu)是半無(wú)限的(光學(xué)深度自t = 0延伸至1 = 或者，是有限的 (自T = 〇延伸至1 = 1^)，這取決于涂層和基底。
[0033] 該情況對(duì)于鋁顏料而言可能更復(fù)雜，這是因?yàn)閬?lái)自這種顏料的散射是從其表面的 類(lèi)鏡面反射。幾何光學(xué)可用于描述其性質(zhì)，且由于鋁的定向并不是完全的，因此可引入定向 分布函數(shù)，其中在各個(gè)實(shí)施例中該定向分布函數(shù)是沿方向9的立體角d Q中的片的部分 (fraction of flakes)。
[0034] 根據(jù)本發(fā)明，可從呈現(xiàn)給入射光束的所投影的剖面區(qū)域發(fā)現(xiàn)衰減。相位函數(shù)可由 定向分布函數(shù)確定。散射的概率取決于與位于入射和片法線(xiàn)之間的角度有關(guān)的所投影的區(qū) 域。在各個(gè)實(shí)施例中，單獨(dú)的相位函數(shù)可用于鋁及珠光片。對(duì)于珠光片而言，可使用，例如在 "Classical Electrodynamics"，J.D.Jackson，ISBN-10:047130932X(其以引用方式并入本 文中）中所介紹的菲涅耳方程精確地導(dǎo)出相位函數(shù)。
[0035] 根據(jù)本發(fā)明，輻射傳輸方程的解可反饋至對(duì)未知的復(fù)雜涂層混合物（即，配方或處 方)的反射率的計(jì)算中。確定使用來(lái)自著色劑的備選者中的哪些著色劑及每一著色劑使用 多少的識(shí)別。根據(jù)本發(fā)明，針對(duì)著色劑的既定調(diào)色板使匹配被優(yōu)化，而非遍歷有限調(diào)色劑組 的每個(gè)組合以找到可能的最佳匹配。
[0036] 根據(jù)本發(fā)明，所預(yù)測(cè)的反射率與所測(cè)量的反射率之間的差可以被最小化。該差可 通過(guò)使用加權(quán)因子來(lái)修改。這樣的計(jì)算可比需要貫穿整個(gè)調(diào)色劑列表的階乘迭代的組合方 法更高效。在各個(gè)實(shí)施例中，該計(jì)算與比色方案，諸如LabCH相比，可減少同色異譜。
[0037] 可使用修剪方法來(lái)獲得涂層處方中的調(diào)色劑的最小數(shù)目。根據(jù)本發(fā)明，修剪方法 為最小調(diào)色劑濃度設(shè)定極限，或者從，例如泰勒級(jí)數(shù)向量展開(kāi)中找到和移除著色劑。
[0038] 在各種方面，本發(fā)明包含測(cè)量在包含但不限于入射電磁波路徑與鏡面反射電磁波 路徑之間（如圖1中所示)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)角度的角度處的光譜數(shù)據(jù)的角分光光度設(shè)備，
[0039] 本發(fā)明包含具有用于從樣本的反射捕獲光譜電磁波信息的器件，諸如角分光光度 器件，以及執(zhí)行輻射傳輸計(jì)算的處理器(例如，個(gè)人計(jì)算機(jī)或任何類(lèi)型的計(jì)算器件）的任何 器件。
[0040] 本發(fā)明的系統(tǒng)及方法可找到調(diào)色板上的最優(yōu)角分光光度匹配，若需要，則其可是 整個(gè)混合方案。電磁光譜的代表性的部分可從角分光光度器件獲得。角分光光度器件可收 集反射率數(shù)據(jù)作為散布在整個(gè)角度幾何空間中的偵測(cè)器陣列（例如，圖2中所示)或作為散 布在聚焦到一組偵測(cè)器的整個(gè)角度幾何空間中的光源陣列。
[0041] 本發(fā)明可以使用光散射理論來(lái)提供用于金屬、珠光及特殊效應(yīng)的顏料的色彩匹 配，該光散射理論將顏料光學(xué)性質(zhì)與隨濃度變化的光譜及角度反射率特性聯(lián)系起來(lái)。在可 被實(shí)施用于金屬顏料色彩匹配的例子中，可使用針對(duì)塊體中的散射的近似的理論，該近似 的理論準(zhǔn)確地處理來(lái)自顏料的強(qiáng)單次散射，但其也考慮與主要從非效應(yīng)調(diào)色劑散射產(chǎn)生的 角度平均分散強(qiáng)度的相互作用。在另一例子中，光散射的多通量理論可轉(zhuǎn)向衰減，從而避開(kāi) 在涂層配方的任何階段處做出顯著近似的需求。
[0042] 圖3示出根據(jù)本發(fā)明的，可用于，例如，復(fù)雜涂層配方預(yù)測(cè)的反射率光譜分析系統(tǒng) 300的例子。系統(tǒng)300可包含可與控制單元340通信的角分光光度器件320,諸如X-Rite Incorporated公司出售的X-Rite MA98可攜式多角度分光光度計(jì)。系統(tǒng)300可包含含有供由 計(jì)算單元370使用的參數(shù)的數(shù)據(jù)庫(kù)360,該數(shù)據(jù)庫(kù)360可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)330與控制單元340通信?？?制單元340可由遠(yuǎn)程用戶(hù)310經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)330訪(fǎng)問(wèn)。網(wǎng)絡(luò)330可以是，例如，因特網(wǎng)、內(nèi)聯(lián)網(wǎng)或任 何其它類(lèi)型的適合的網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)300可適于測(cè)量涂有涂層的樣本在多個(gè)角度處的反射率，該 多個(gè)角度包含，但不限于，如圖1中所示的入射電磁波之間的三個(gè)角度。
[0043] 所測(cè)量的光譜反射率可包含來(lái)自如圖2中所示的"平面外"角度的數(shù)據(jù)。
[0044] 基于反射率，可在光譜的不同部分處可確定電磁波的吸收和散射參數(shù)。系統(tǒng)300可 用于在色彩匹配設(shè)定中以確定比較的度量。系統(tǒng)300可適合于如配方實(shí)驗(yàn)室的這種設(shè)定，在 該配方實(shí)驗(yàn)室中，色彩匹配系統(tǒng)有時(shí)是不精確的、難以控制變化，或者通過(guò)嘗試-和_錯(cuò)誤方 式的色彩匹配而造成材料浪費(fèi)的可能。
[0045]控制單元340可包含用以控制角分光光度器件320的操作的規(guī)則集合。用戶(hù)350可 利用諸如觸控屏幕、鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、任何類(lèi)型的指向器件等的輸入器件與控制單元340直接交 互。一個(gè)或若干個(gè)遠(yuǎn)程用戶(hù)310可經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)330連接至控制單元340?？刂茊卧?40可包含數(shù) 據(jù)庫(kù)或數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器360,諸如具有數(shù)據(jù)儲(chǔ)存裝置的遠(yuǎn)程服務(wù)器?？刂茊卧?40可配置為分 析來(lái)自器件320的數(shù)據(jù)?？刂茊卧?40可包含以原始形式或分析了的形式顯示數(shù)據(jù)的顯示器 件。此外，控制單元340可形成自動(dòng)配置的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，在特定距離內(nèi)（例如，建筑物/實(shí)驗(yàn)室 內(nèi)）的用戶(hù)350可經(jīng)由，例如，藍(lán)牙使能器件(諸如筆記型計(jì)算機(jī)或平板計(jì)算機(jī)、個(gè)人數(shù)據(jù)助 理等)而連接至該自動(dòng)配置的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)。典型地，控制單元340包含個(gè)人計(jì)算機(jī)，其包括處理 器、存儲(chǔ)器及使能夠與角分光光度器件320進(jìn)行通信的通信端口。
[0046] 計(jì)算單元370可配置為執(zhí)行如本文中所闡述的各種輻射傳輸計(jì)算。計(jì)算單元370可 以是，例如，包含操作系統(tǒng)以及執(zhí)行本文中所闡述的方法的適當(dāng)?shù)能浖娜魏晤?lèi)型的計(jì)算 機(jī)。計(jì)算單元370可包含硬件，諸如算術(shù)邏輯單元、并行處理器等。計(jì)算單元370可包含允許 單元370經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)330與控制單元340和/或遠(yuǎn)程用戶(hù)310通信的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)器件。計(jì)算單元 370可以是控制單元340的子系統(tǒng)。計(jì)算單元370可使用數(shù)值方法來(lái)模擬和預(yù)測(cè)在模型條件 下的各種反射率。這樣的模型條件可包校準(zhǔn)噴出面板的多色調(diào)(masstone)和各種濃度。
[0047] 典型地，計(jì)算單元370接收有關(guān)角分光光度器件320中的電磁波路徑的邊界條件。 邊界條件可從，例如，服務(wù)器或用戶(hù)310或350接收。邊界條件可與目標(biāo)復(fù)雜涂層混合物內(nèi)的 電磁波路徑的總內(nèi)部反射有關(guān)。計(jì)算單元370可產(chǎn)生針對(duì)在角分光光度器件320中待處理的 給定的波模型的網(wǎng)格數(shù)據(jù)，以及可基于來(lái)自角分光光度器件320的先前數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算電磁傳 播條件。
[0048]在操作期間，角分光光度器件320可基于來(lái)自控制單元340的控制信號(hào)而獲取涂有 涂層的表面在多個(gè)角度處的光譜反射率數(shù)據(jù)，該多個(gè)角度可包含但不限于在入射電磁波與 入射電磁波的鏡面反射之間可用的角度。反射率可經(jīng)由直接鏈路，例如，通用串行總線(xiàn)電 纜，或者經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)330發(fā)送至控制單元340?？刂茊卧?40可分析光譜反射率數(shù)據(jù)以提供電磁 波傳播數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)可表示為可包含數(shù)值數(shù)據(jù)的視覺(jué)表示或原始數(shù)據(jù)。用戶(hù)310和/或350可 通過(guò)控制單元340來(lái)改變來(lái)自角分光光度器件320的數(shù)據(jù)的特定光學(xué)參數(shù)。
[0049]圖4所示的系統(tǒng)300的一個(gè)變型例中，系統(tǒng)300可包含通過(guò)遠(yuǎn)程控制單元450與角分 光光度器件320通信的網(wǎng)絡(luò)330。無(wú)論遠(yuǎn)程用戶(hù)310的位置如何，遠(yuǎn)程用戶(hù)310都可以使用角 分光光度裝置320。
[0050]圖5示出位于遠(yuǎn)離角分光光度裝置320的控制單元340的實(shí)施例?？刂茊卧?40接收 來(lái)自角分光光度裝置320的數(shù)據(jù)以及來(lái)自用戶(hù)310和/或350的指令。數(shù)據(jù)可以無(wú)線(xiàn)地或經(jīng)由 有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳送。控制單元340可將控制信號(hào)發(fā)送至角分光光度裝置320。控制單元340可以是 具有適當(dāng)儲(chǔ)存裝置及規(guī)則集合的服務(wù)器。
[0051]圖4和5中所示的控制單元340可包含輸入/輸出模塊410,該輸入/輸出模塊提供單 元340中的模塊與其它器件之間的通信，諸如經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)與角分光光度器件320進(jìn)行通信。輸 入/輸出模塊410可適于接收來(lái)自角分光光度器件320的多角度光譜反射率數(shù)據(jù)。輸入/輸出 模塊410可包含數(shù)據(jù)傳送器件，諸如通用串行總線(xiàn)、串行總線(xiàn)、磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器、或者諸如至因特 網(wǎng)的全局計(jì)算機(jī)連接。輸入/輸出模塊410可包含用于提供控制單元340與使用任何適當(dāng)?shù)?通信協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)之間的連接性的網(wǎng)絡(luò)接口器件。輸入/輸出模塊410可連接至一種類(lèi)型的網(wǎng) 絡(luò)或相同或不同類(lèi)型的任何數(shù)目的網(wǎng)絡(luò)。
[0052]輸入/輸出模塊410可將數(shù)字秘鑰提供至角分光光度器件320以允許角分光光度器 件320的操作。輸入/輸出模塊410可適于提供與多個(gè)用戶(hù)的通信，這樣，例如，用戶(hù)組可使用 相同的角分光光度器件320或者用戶(hù)組中的各個(gè)用戶(hù)各自使用與相同控制單元340通信的 分離的角分光光度器件320。
[0053]控制單元340可包括數(shù)據(jù)儲(chǔ)存裝置420，該數(shù)據(jù)儲(chǔ)存裝置儲(chǔ)存來(lái)自角分光光度器件 320的原始數(shù)據(jù)、測(cè)量原始數(shù)據(jù)時(shí)的光學(xué)參數(shù)及已根據(jù)本文中所描述的方法經(jīng)處理的所分 析的數(shù)據(jù)。分析模塊430可將分析規(guī)則集合應(yīng)用于儲(chǔ)存于數(shù)據(jù)儲(chǔ)存裝置420中的數(shù)據(jù)，從而， 例如，分析數(shù)據(jù)儲(chǔ)存裝置420中的電磁波傳播數(shù)據(jù)。分析模塊430可執(zhí)行反射率光譜分析。分 析模塊430可將色彩分析添加至由角分光光度器件320所測(cè)量的光譜反射率中。
[0054] 控制單元340可包含顯示模塊440，該顯示模塊，例如，實(shí)時(shí)或接近實(shí)時(shí)地呈現(xiàn)來(lái)自 角分光光度器件320的光譜反射率數(shù)據(jù)以及來(lái)自分析模塊430的初步分析，以使得數(shù)據(jù)收集 周期可在用戶(hù)觀察到系統(tǒng)300正在工作且可獲取良好數(shù)據(jù)之后開(kāi)始。顯示模塊440可提供在 系統(tǒng)300的硬件與軟件之間的用戶(hù)友好且熟悉的界面，以使得用戶(hù)350可從系統(tǒng)300獲取有 意義的數(shù)據(jù)。
[0055]以上所描述的模塊可駐存于單個(gè)計(jì)算機(jī)中，或可跨越經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)或總線(xiàn)而連接的多 個(gè)計(jì)算機(jī)而分布。多個(gè)用戶(hù)界面或前端服務(wù)器可接收請(qǐng)求且與合適的模塊通信，并返回回 復(fù)。前端服務(wù)器可連接至多個(gè)控制器，該多個(gè)控制器然后可連接至多個(gè)器件。也可使用多個(gè) 分析服務(wù)器或儲(chǔ)存服務(wù)器。
[0056]圖6是使用本文中所描述的系統(tǒng)300獲得的數(shù)據(jù)600的視覺(jué)表示。數(shù)據(jù)600可顯示于 諸如計(jì)算機(jī)監(jiān)視器或其它顯示器的顯示器件上。如在圖6中所示的視覺(jué)表示是覆蓋在數(shù)據(jù) 框架上的向量場(chǎng)。該向量場(chǎng)是通過(guò)由X-Rite MA98可攜帶的多角度角分光光度器件320所獲 取的原始影像數(shù)據(jù)計(jì)算得出的數(shù)據(jù)的一個(gè)展示。如圖6中所示，數(shù)據(jù)600對(duì)應(yīng)于多個(gè)觀看角 度和多個(gè)波長(zhǎng)處的相對(duì)反射率。特定地，圖6繪制出在19個(gè)不同的觀看角度處的相對(duì)反射 率，每個(gè)觀看角度具有31個(gè)波長(zhǎng)(400到700nm的范圍內(nèi)）。在各個(gè)實(shí)施例中，其它數(shù)據(jù)可從根 據(jù)由計(jì)算單元370及控制單元340所獲取的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)被計(jì)算。
[0057]圖7A及圖7B示出可用于為本文中所描述的輻射傳輸方法提供視覺(jué)工具的圖3的系 統(tǒng)300的應(yīng)用的示意圖。圖7A及圖7B中的每個(gè)圖都示意性地展示電磁路徑705的一部分。電 磁波路徑部分705可以是本文中所描述的角分光光度器件320中的電磁路徑的任何部分。在 各個(gè)實(shí)施例中，圖7A及圖7B中所示的電磁波路徑部分705定位于角分光光度器件320可獲取 光譜反射率數(shù)據(jù)的位置處。圖7A示出其中電磁波路徑在距法線(xiàn)45度處入射的應(yīng)用。圖7B示 出其中電磁波路徑在距法線(xiàn)15度處入射的應(yīng)用。圖7A及圖7B中的每個(gè)圖都包含電磁波路徑 705內(nèi)的復(fù)雜涂層混合物715。
[0058]電磁波路徑如反射720中所示被反射。電磁波路徑還如折射725中所示被折射。電 磁波分別沿箭頭711A及711B的方向傳播。電磁波照射于面向電磁波的注入(inf lux)的復(fù)雜 涂層715的表面上。因此，表面715使電磁波向上遠(yuǎn)離入射波偏轉(zhuǎn)以使得電磁波可仍以相同 方式但以減小的強(qiáng)度向右行進(jìn)。剩余強(qiáng)度向內(nèi)朝向法線(xiàn)偏轉(zhuǎn)以使得電磁波現(xiàn)在以受阻礙的 方式向右行進(jìn)。
[0059]電磁波傳播可由通量描述，且存在一些類(lèi)型的通量。例如，參見(jiàn)"Classical Electrodynamics"，J.D. Jackson，ISBN_10:047130932X，以及"Radiative Transfer"， S? Chandrasekhar，ISBN 0486605906，其以引用方式并入本文中。
[0060]根據(jù)本發(fā)明，構(gòu)成吸收的發(fā)色團(tuán)（chromophore)可被視為具有特別幾何尺寸的復(fù) 雜涂層混合物的性質(zhì)。該說(shuō)明是真實(shí)情況的圖表法。然而，角分光光度器件320的分辨率允 許模型充分工作，且其提供吸收系數(shù)的實(shí)質(zhì)，其中吸收系數(shù)是可用于描述吸收的有效性的 參數(shù)。吸收系數(shù)描述包含處于描述為體積密度的濃度的諸多發(fā)色團(tuán)的任何介質(zhì)。在各個(gè)方 面中，吸收的尺寸可小于或大于發(fā)色團(tuán)的幾何尺寸，助色團(tuán)模型可應(yīng)用于吸收參數(shù)。
[0061]不管電磁波路徑是直線(xiàn)還是由于在光學(xué)混濁介質(zhì)中的多次散射所致的高度曲折 路徑，根據(jù)本發(fā)明的方法均是有用的。
[0062] 根據(jù)本發(fā)明，散射粒子可視為具有特別幾何尺寸的目標(biāo)復(fù)雜涂層混合物的性質(zhì)， 例如，此性質(zhì)將入射電磁波重新引導(dǎo)至新方向中且因此防止電磁波的前向軸向傳輸。角分 光光度器件320的分辨率提供散射系數(shù)的實(shí)質(zhì):類(lèi)似于本文中所論述的吸收系數(shù)的參數(shù)。
[0063] 散射的尺寸可小于或大于散射粒子的幾何尺寸。散射系數(shù)描述包含處于描述為體 積密度的濃度的諸多散射粒子的任何介質(zhì)。
[0064] 各向異性是在單次散射事件之后所保留的前向方向的量的測(cè)量。電磁波被粒子散 射以使得其軌跡按偏轉(zhuǎn)角度偏轉(zhuǎn)。新軌跡的分量沿前向方向?qū)?zhǔn)。散射事件導(dǎo)致與原始前 向軌跡成角度的偏轉(zhuǎn)。還存在散射的方位角。
[0065]本發(fā)明采取輻射傳輸理論途徑作為用于不具有涉及庫(kù)貝卡-芒克理論的效應(yīng)顏料 的復(fù)雜涂層混合物的方法的擴(kuò)展。在含有諸如鋁和珠光顏料的效應(yīng)顏料的復(fù)雜涂層混合物 中的電磁波散射的方向本質(zhì)可被考慮，并且連同角分光光度器件320-起被考慮并用以導(dǎo) 出用于未知復(fù)雜涂層混合物的配方。
[0066] 由于效應(yīng)薄片，例如，鋁薄片，和用于復(fù)雜涂料混合物中的傳統(tǒng)固態(tài)顏料的不同散 射特性，因此，金屬和珠光涂層中的電磁散射通常是復(fù)雜問(wèn)題。固態(tài)顏料分散電磁波，并產(chǎn) 生近似的朗伯型外觀，亦即，反射率與觀看角度無(wú)關(guān)。出于此原因，經(jīng)簡(jiǎn)化的庫(kù)貝卡-芒克近 似對(duì)于固態(tài)調(diào)色劑可以是合適的，但通常不足以對(duì)含有金屬、珠光及其它特殊效應(yīng)顏料的 復(fù)雜涂層混合物進(jìn)行配方。
[0067] 相反地，金屬及珠光顏料產(chǎn)生強(qiáng)的依賴(lài)于角度的外觀，舉例而言，來(lái)自鋁薄片的類(lèi) 鏡面反射。薄片并非全部平行對(duì)準(zhǔn)于涂有涂層的基底，但存在確定圍繞鏡面角的反射率中 的峰值的形狀和高度的對(duì)準(zhǔn)的分布。由于包含效應(yīng)顏料的復(fù)雜涂層混合物的變化的角度反 射，因此，即使例如多色調(diào)鋁，也將具有不可忽略的多次散射，并且因此經(jīng)簡(jiǎn)化的方法通常 失敗，例如，如在米氏理論中所見(jiàn)。
[0068] 在復(fù)雜涂層混合物中，來(lái)自傳統(tǒng)顏料的多次散射會(huì)加寬和降低由效應(yīng)顏料所形成 的鏡面峰值。傳統(tǒng)顏料的吸收傾向于降低由效應(yīng)顏料產(chǎn)生的反射率曲線(xiàn)。
[0069]光是電磁現(xiàn)象且遵循場(chǎng)的向量波方程。一旦已知材料的介電常數(shù)的空間分布，便 可確定散射行為。然而，如果介電材料是含有其中存在大量散射中心的效應(yīng)顏料的復(fù)雜涂 層混合物，那么，場(chǎng)中所含有的相位信息可與強(qiáng)度分開(kāi)地處理。類(lèi)似地，眾多散射允許以與 相位分量相同的方式處理電磁波的極化相關(guān)性。可使用針對(duì)包含特殊效應(yīng)顏料的復(fù)雜涂層 混合物的復(fù)雜計(jì)算處置極化分量的處理，該特殊效應(yīng)顏料在單次散射中具有極化相關(guān)性曲 線(xiàn)，例如，微細(xì)Ti0 2及珠光顏料。
[0070] 輻射傳輸方程可由基本電磁散射方程導(dǎo)出。可使用現(xiàn)象觀點(diǎn)且設(shè)置方程以描述在 小體積的散射介質(zhì)中的輻射通量的平衡。
[0071] 可以與散射事件的相位信息類(lèi)似的方式分離和處理介質(zhì)的粒度以及散射粒子的 位置之間的關(guān)系。
[0072] 本發(fā)明的各種方面都考慮了入射在極小厚度715的小盒(pillbox)上的輻射強(qiáng)度 的情況，如圖7A及圖7B中所示。
[0073] 如本文中所使用的，可將強(qiáng)度定義為每單位面積每單位立體角的電磁功率，以使 得可處置由多次散射的電磁輻射引起的通量。小盒中的強(qiáng)度由小盒外的吸收和散射的過(guò)程 被減小，但是，也由從垂直于電磁波的方向散射至小盒中而被增加。
[0074] 根據(jù)本發(fā)明，通常所使用的輻射傳輸方程描述了這樣的平衡： (2) --Iv+Cl-VIv+{<7v+av)l v =- -av j/ydQ c ot Atk j
[0075] 衰減項(xiàng)〇v及av分別是散射剖面及吸收。吸收及散射兩者皆依賴(lài)于相對(duì)于基底法線(xiàn) 的行進(jìn)方向。這將其本身表現(xiàn)為含有效應(yīng)顏料的復(fù)雜涂層混合物與不具有這樣的顏料的復(fù) 雜涂層混合物之間的區(qū)別。垂直于基底行進(jìn)的電磁射線(xiàn)通常因?yàn)橛尚?yīng)薄片呈現(xiàn)至電磁射 線(xiàn)的大剖面而極大地衰減。另一方面，平行于基底行進(jìn)的射線(xiàn)滑過(guò)薄片且衰減較低。根據(jù)本 發(fā)明，可使用這樣的區(qū)別，并且可從具有照明源的角分光光度器件320獲取反射率數(shù)據(jù)，以 使得入射輻射近似平行于基底行進(jìn)。
[0076] 衰減系數(shù)可被分解成天頂分量及方位分量，且被分離地處理，以觀察重力對(duì)薄片 對(duì)準(zhǔn)的影響，諸如在噴射及干燥過(guò)程中的薄片的沉淀。
[0077] 圖8示出計(jì)算來(lái)自校準(zhǔn)面板的輻射傳輸參數(shù)的過(guò)程。在步驟810處，從面板獲得反 射率數(shù)據(jù)，以及在步驟820處，使用定向分布函數(shù)來(lái)計(jì)算相位函數(shù)的傅立葉系數(shù)?？墒褂蒙?射函數(shù)，其是入射散射角度的概率分布。這樣的分布是由米氏理論或由任何適當(dāng)?shù)母爬ńo 出的復(fù)雜函數(shù)。多次散射的效應(yīng)可清除步驟820處的相位函數(shù)的大部分細(xì)微細(xì)節(jié)。
[0078] 在步驟830處，計(jì)算衰減以及定向參數(shù)以及各向異性因子。對(duì)于不具有效應(yīng)顏料的 復(fù)雜涂層的混合物，衰減參數(shù)等于1，這是因?yàn)樗p、散射及吸收獨(dú)立于入射散射角度?？墒?用幾何光學(xué)來(lái)描述效應(yīng)顏料的性質(zhì)。在步驟830處可使用定向分布函數(shù)來(lái)計(jì)算效應(yīng)薄片的 定向。
[0079]在步驟840處，對(duì)全輻射傳輸方程(上文中的方程1)進(jìn)行求解。該函數(shù)平穩(wěn)地內(nèi)插 于散射行為的各種極值之間且包含固態(tài)顏料的散射圖。
[0080]當(dāng)存在干擾粒子時(shí)，使用菲涅耳方程準(zhǔn)確地給出光學(xué)性質(zhì)。在針對(duì)衰減的公式中， 對(duì)珠光顏料的概括可包含以與反射性類(lèi)似的方式計(jì)算的顏料粒子的透射率參數(shù)。
[0081 ]在步驟850處，導(dǎo)出輔助積分方程，對(duì)于該輔助積分方程，用于反射率的方程是可 以可讀地求解的?？蓪?biāo)準(zhǔn)數(shù)值技術(shù)應(yīng)用于這些方程，例如，在對(duì)于給定階，該給定階中被 積函數(shù)是多項(xiàng)式的情況中，使用高斯求積法。可使用來(lái)自已知面板的反射率數(shù)據(jù)至數(shù)學(xué)模 型的方程的非線(xiàn)性最小平方擬合。
[0082] 在步驟860處，針對(duì)每個(gè)所測(cè)量的波長(zhǎng)重復(fù)步驟820、830、840及850,且在步驟870 處，針對(duì)每個(gè)面板重復(fù)整個(gè)過(guò)程。
[0083] 圖9示出根據(jù)本發(fā)明，確定目標(biāo)復(fù)雜涂層的配方的過(guò)程。在步驟910處，從目標(biāo)涂層 獲得反射率數(shù)據(jù)，且在步驟920處，選擇可能的調(diào)色劑的列表。在步驟930處，輸入在圖8中的 步驟830處計(jì)算的衰減參數(shù)，且在步驟940處，使用經(jīng)修改的輻射傳輸方程來(lái)計(jì)算反射率。這 樣的方程式可使用，特定地應(yīng)用于，例如，汽車(chē)涂層的衰減近似。
[0084] 在步驟950處，生成處方（即，目標(biāo)涂層的配方或者近似配方）。在步驟960處，可使 用組合方法來(lái)修剪掉小的調(diào)色劑量。在步驟970處，執(zhí)行優(yōu)化以確保配方至少是可接受的。 [0085]圖10示出其中可使用本發(fā)明的過(guò)程的系統(tǒng)1000。處理單元1010,諸如便攜式計(jì)算 機(jī)、筆記型計(jì)算機(jī)或平板計(jì)算機(jī)，接收來(lái)自角分光光度器件1 0 2 0，諸如，X - R i t e Incorporated公司出售的X-Rite MA98可攜式多角度分光光度計(jì)的輸入數(shù)據(jù)。系統(tǒng)1000可 包含電子切換輸入器件1030,諸如計(jì)算機(jī)鍵盤(pán)，以及指向器件1040,諸如計(jì)算機(jī)鼠標(biāo)。
[0086] 來(lái)自角分光光度器件1020的主要數(shù)據(jù)可限于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)"面內(nèi)"角度探測(cè)器，如在圖 11中所示出的。圖11示出具有五個(gè)有限角度的一系列角分光光度器件。這些角度是在155度 (1110)、120度（1120)、90度（1130)、70度（1140)及60度（1150)處從復(fù)雜涂層混合物的表面 測(cè)量的。
[0087] 在另一方面，本發(fā)明可實(shí)施為一種含有用于使得計(jì)算機(jī)或計(jì)算機(jī)系統(tǒng)執(zhí)行上文所 闡述的方法的軟件的非臨時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。該軟件可包含用以使得處理器以及用戶(hù)界 面能夠執(zhí)行本文中所闡述的方法的各種模塊。
[0088] 對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)容易理解的是，可在不背離前述說(shuō)明中所公開(kāi)的概念的 情況下對(duì)本發(fā)明做出修改。相應(yīng)地，這里所描述的特殊的實(shí)施例僅僅是示例，并不是對(duì)本發(fā) 明的范圍的限制。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種計(jì)算機(jī)實(shí)施的方法，包括： 使用處理器從目標(biāo)涂層獲得反射率數(shù)據(jù)； 使用所述處理器，根據(jù)所述數(shù)據(jù)計(jì)算反射率，其中計(jì)算包括使用輻射傳輸方程執(zhí)行計(jì) 算；以及 使用所述處理器并且基于所計(jì)算的反射率數(shù)據(jù)，生成外觀上與所述目標(biāo)涂層相同或?qū)?質(zhì)上類(lèi)似的涂層配方。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，所述輻射傳輸方程包括：3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，所述輻射傳輸方程包括經(jīng)修改的輻射傳輸方程。4. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，進(jìn)一步包括優(yōu)化所述涂層配方。5. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，進(jìn)一步包括根據(jù)從至少一個(gè)校準(zhǔn)面板獲得 的反射率數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算多個(gè)輻射傳輸參數(shù)。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，進(jìn)一步包括從所述至少一個(gè)校準(zhǔn)面板獲得所述反射率 數(shù)據(jù)。7. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，進(jìn)一步包括通過(guò)從所述涂層配方移除至少 一個(gè)調(diào)色劑來(lái)改變所述涂層配方。8. 一種系統(tǒng)，包括： 數(shù)據(jù)庫(kù)；以及 處理器，所述處理器與所述數(shù)據(jù)庫(kù)通信并被編程為： 從目標(biāo)涂層獲得反射率數(shù)據(jù)； 計(jì)算進(jìn)似于所獲得的數(shù)據(jù)的反射率數(shù)據(jù)，其中計(jì)算包括使用輻射傳輸方程執(zhí)行計(jì)算； 以及 基于所計(jì)算的反射率數(shù)據(jù)生成外觀上與所述目標(biāo)涂層相同或?qū)嵸|(zhì)上類(lèi)似的涂層配方。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括與所述處理器通信的分光光度計(jì)。10. 根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的系統(tǒng)，其中所述處理器包括分析模塊、顯示模塊、以及輸 入/輸出模塊。11. 根據(jù)權(quán)利要求8-10中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述處理器進(jìn)一步被編程以?xún)?yōu)化所 述涂層配方。12. 根據(jù)權(quán)利要求7-11中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述處理器進(jìn)一步被編程以根據(jù)從 至少一個(gè)校準(zhǔn)面板獲得的反射率數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算多個(gè)輻射傳輸參數(shù)。13. -種設(shè)備，包括： 用于從目標(biāo)涂層獲得反射率數(shù)據(jù)的裝置； 用于計(jì)算近似于所獲得的數(shù)據(jù)的反射率數(shù)據(jù)的裝置，其中計(jì)算包括使用輻射傳輸方程 執(zhí)行計(jì)算；以及 用于基于所計(jì)算的反射率數(shù)據(jù)生成外觀上與所述目標(biāo)涂層相同或?qū)嵸|(zhì)上類(lèi)似的涂層 配方的裝置。14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括用于優(yōu)化所述涂層配方的裝置。15. 根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括用于根據(jù)從至少一個(gè)校準(zhǔn)面板獲得 的反射率數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算多個(gè)輻射傳輸參數(shù)的裝置。16. -種非臨時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，包含用于使得處理器進(jìn)行以下操作的軟件： 從目標(biāo)涂層獲得反射率數(shù)據(jù)； 根據(jù)所述數(shù)據(jù)計(jì)算反射率，其中計(jì)算包括使用輻射傳輸方程執(zhí)行計(jì)算；以及 基于所述反射率生成外觀上與所述目標(biāo)涂層相同或?qū)嵸|(zhì)上類(lèi)似的涂層配方。17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的介質(zhì)，進(jìn)一步包括用于使得所述處理器優(yōu)化所述涂層配方 的軟件。18. 根據(jù)權(quán)利要求16或17所述的介質(zhì)，進(jìn)一步包括用于根據(jù)從至少一個(gè)校準(zhǔn)面板獲得 的反射率數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算多個(gè)輻射傳輸參數(shù)的軟件。19. 一種由權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的方法所生成的涂層配方。20. -種由權(quán)利要求13-15中任一項(xiàng)所述的設(shè)備所生成的涂層配方。
【文檔編號(hào)】G01J3/46GK105934658SQ201480070099
【公開(kāi)日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2014年11月7日
【發(fā)明人】S·貝爾, P·哈金斯
【申請(qǐng)人】Ppg工業(yè)俄亥俄公司