数码相机作为光泽测量装置外文翻译资料

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数码相机作为光泽测量装置

A. MIHacute;ALIK AND R. ˇDURIKOVIˇ C

摘要

如今，具有高分辨率和高动态范围（HDR）的数码相机可以被认为是同时产生多个并行测量的传感器。 在本文中，我们介绍了一种用于处理测量的HDR数据的技术，区别于以双向反射分布函数（BRDF）的形式将其应用于理论表面反射模型。最后，表格BRDF可用于计算表面的光泽度。我们通过数码相机与工业设备测量的光泽比较测得的光泽度，并得出证明我们的实验结果是可用的结论。

1介绍

行业制造商通常需要对其产品的外观进行表征（如油漆漆）。为了对涂料，纸张，塑料和纺织工业中使用的外观进行表征，已经开发了诸如色度计或光泽计的工业点测量装置[Dorsey等人2008]。光度计是根据ISO 2813 [ISO2813 1994]或ASTM D523 [523-89 1999]等工业标准制造的，定义了镜面光泽度测量的几何形状，包括光的入射角和光学性质。光泽是表面的外观属性，使其具有与众不同的外观。我们可以通过只从表面反射的光并忽略材料结构来测量它。工业标准规定了黑色玻璃作为校准光泽度测量装置的标准。光泽在感官上受到人类视觉的生理和心理方面的影响。基于心理物理学的表面光泽模型已经通过基于图像的主观评估的多维缩放算法被发现[Wills et al.2009] [James A. Ferwerda和Greenberg 2001]。

我们的工作致力于开发从BRDF测量获得光泽值的方法。使用分光光度计进行BRDF测量。分光光度计是测量作为照明和观察角度的函数的反射辐射功率的光谱分布的仪器。 该装置由光源孔和受体孔组成，能够在各种方向上定向它们以进行综合测量。典型的gonio分光光度计由配有数码相机的测量架组成。

图1. BRDF测量机架的方案

光谱分光光度计被定义为测量光谱功率作为照明和观察方向的函数的仪器。入射在材料样品上的光源来自发射器。在被表面反射之后，被诸如数码相机的检测器捕获（参见图1）。 对于BRDF测量，检测器放置在样品上方的半球上。该装置需要移动接收器孔径和光源。 照明Theta;i和观察方向Theta;r（见图2）的方向都可以在材料样品上方的半球内独立变化。 记录源和检测器光圈的每个位置的反射光。位置数取决于记录的BRDF的角度精度。由于BRDF是互逆的，这意味着当我们交换源和受体孔径时，我们得到相同的结果，位置的数量可以减少到一半。

在第四部分中，从样本和流出的总流量反映的总体流量从标准中反映出来的总体流量从第4节的标准中反映出来，这些图像以捕获的方式进行了检测，并且确定了红外光谱的检测。

2数据采集与数码相机。

我们的实验中，我们使用采集系统获得的表格BRDF，它需要一个球形均匀的材料样品

[Matusik et al.2003]。采集系统采用1300times;1030分辨率数码相机，可见光范围内稳定的

发光输出和连续相对恒定的辐射光谱组成。灯旋转在放置在旋转中心的测量样品;相机和样

品是静止的。光源移动距离摄像机前方的距离约为0.5°（样品放置在相机和光源之间）。共

计330个高动态范围图片覆盖所需的半圈。CCD相机具有非常线性的响应曲线，以获得

高动态测量。样本球的每个获取图像表示许多BRDF样本。基本上，球体的每个像素被视

为单独的BRDF测量，导致给定入射和反射射线方向的BRDF测量的巨大表格，以及三个

光谱测量：红色，绿色和蓝色。

3 光泽度测量
由于完全采用BRDF的复杂性，在工业上常用的简单测量中继续进行更合理化; 例如，工业点测量装置，例如色度计或光度计。光度计是根据ISO 2813或ASTM D523等工业标准进行构建的，其规定了镜面光泽度测量的几何形状，包括入射角和光学[Mihalikand Durikovic2011]。 光泽表现出色，它们使它们具有从光亮到粗糙的外观。使用光泽计的模拟来找出所获得的BRDF模型和工业测量量表之间的对应关系。通过在多个样品上使用HDR照相机的各种标准化测量可以发现这种对应关系。

以光泽度单位测量测量值，该单位描述与黑玻璃标准反射光量相关的反射光量。 这些标准规定了对于表面法线（20°，60°和85°）的角度进行测量（图2中的角度设置为theta;i=theta;risin;{20°，60°，85°}），因为这些度数 镜面光泽度测量提供的数值分别在高光泽度，中等光泽度和低光泽度表面的感光光泽度范围内大致线性相关。标准也规定了源和检测器孔径的大小，见表一。

图2.细分半球和测量的几何形状。角度和εd分别是表面法线与源孔径和检测器孔径中心方向之间的角度

表I.从测量点定义的角孔径和光泽度测量的角度。

4 光泽度计算
在本节中，我们将介绍在光泽计算中使用第3节中测量的BRDF数据。在分光光度计的模拟中，样品上的半球细分为小斑块。提出的虚拟分光光度计由光源和检测器孔组成。如果它的位置分别与照明theta;i或观察theta;r的方向相关联（参见图2），则其补片属于源或检测器孔径（见图2）。从样品表面反射的总光通过从源孔径斑点（从Theta;ik方向上的每个光源光阑贴片）到检测器孔径斑块（以方向Theta;rl向每个检测器孔径光阑）反射的入射光的总和计算。因此，由受体孔径捕获的总流量通过数字积分转换源和检测器（从每个补片ik向每个补丁rl加入能量）来计算。

半球的每个补丁区域为我们提供了立体角。 特殊的辐射源正在通过与表面相撞的所有源补丁。 对于每个受体补片，计算反映flux对该补丁的贡献。 这导致在源和超过受体孔径上的双重相加。 从源到受体反射的能量由BRDF决定。 从特定波长lambda;的材料表面反射出的总光通量，从反射面上反射。通过以下公式计算电导率：

（1）
其中dA是表面上贴片的面积，Delta;omega;（指标i指源贴片，指数r指检测器贴片）是半球上特定贴片的面积，Theta;是从表面贴片到特定贴片的方向在半球上，theta;是表面法线和那个方向之间的角度，见图2.功能fr是BRDF，L是入射辐射，其中辐射光纤f1r的碎片由光谱发射源确

定。为了满足以上计算，我们将总流量除以辐照度：

（2）

光度计的实际测量装置不能测量样品单个点的光反射，而是测量小区域的反射。不均匀的表面如金属或珠光清漆在每个表面点都有不同的fr。例如，当表面有图形时，这可能会经常发生。因此，有必要将样品分成较小的部分，并在其每一部分进行计算。用于光泽度测量的主要标准是在波长589.3nm处折射率为1.567的平面黑色玻璃。
通过以下求和计算出黑玻璃标准的闪光：

Phi;glass=dASigma;k L（xlarr;Theta;ik）cos（theta;ik）Delta;omega;ikFr（costheta;ik），（3）

其中Fr是具有特定折射率为1.567的菲涅耳反射。我们使用复合折射率n作为波长的函数。等式3通过并入黑色玻璃标准的fr来源于等式1。然后计算特定材料样品的光泽度单位[Westlund和Meyer 2001]

（4）

我们使用测量装置Konica MULTI GLOSS268测量真实黑玻璃标准的反射率。对于角度为20°

我们得到反演r20◦= 0.045，对于角度60°，我们得到r60◦= 0.094，角度85°产生反射r60◦= 0.61。为了比较，我们还计算了光泽单位，因为计算的材料反射率（见方程2）和黑色玻

璃标准品r的测量反射比乘以100：

（5）

我们使用黑色玻璃标准的虚拟测量来确定与黑色玻璃的真实测量的对应关系。我们通过根据真正的黑色玻璃测量设置最小化均方根误差（RMSE）的参数来校准虚拟分光光度计。我们设置参数，然后我们利用我们的虚拟分光光度计来执行其他样品的计算。我们的虚拟分光光度计的可调参数是：天线对探测器和光源孔径，孔径的大小和细分半球的补偿。我们使用公式3模拟黑玻璃标准的反射率。我们用各种参数设置进行了仿真。我们根据上述标准设置角度，以实现与我们对黑色玻璃的实际测量的对应关系。其他参数如孔径尺寸和细分程度也有差异。从各种设置，我们得到一个设置，与从黑玻璃的实际测量获得的结果产生最小的差异。我们评估了RMSE方面的差异。通过将这个错误最小化，我们得到了虚拟分光光度计参数，我们将用它来校准我们的虚拟分光光度计，以进行虚拟测量。

5结果
结果示于表Ⅱ。光泽单位使用公式1计算，反射计算使用等式2。如第4节所述，使用实际测量的黑玻璃标准的反射率来比较不合格的结果.85°C的结果与本文的结果相似。所提出的方法不适用于85°以下的光泽度测量。

表二、计算光泽度值和反射率

左边三列为反射率，中间三列为公式5计算的光泽度值，右边三列为公式5计算的光泽度值

6结论

我们检查了使用数码相机获取的数据测量光泽度的可能性。每个结果图像中的像素给出了从表面反射的光的测量。表面，光源和相机的已知几何形状允许为每个像素计算入射和出射方向。因此，每个图像中的每个像素提供了BRDF的测量。提供的数据作为虚拟分光光度计的输入。设置虚拟分光光度计以根据工业标准测量光泽度单位使用的方法，我们评估了多个样品的光泽单位，主要是油漆。

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