(57)【要約】【課題】【解決手段】反射性内壁と試料用開口部とを有する空洞を有する装置によって効果顔料を含む塗膜の視覚的粗さの解析をおこなう方法であって、該装置は、さらに空洞の照明をおこなうための照明手段と、空洞から試料開口部に向けられ、試料用開口部の中心垂線から距離をおいて配置されたデジタル撮像装置とを備え、該方法は以下の工程を備える：試料用開口部を介して塗膜の試料を空洞に差出し、空洞に照明をあて、撮像装置を起動させて試料の画像を記録し、記録した画像データを画像解析ソフトウエアをプログラムしたコンピュータに送信して記録画像を解析する。撮像装置の光軸は、試料用開口部の中心垂線に対して３度〜１２度の角度をつけて設定する。【選択図】図１
2008523404.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反射性内壁と試料用開口部とを有する空洞を有する測定装置によって効果顔料を含む塗膜の視覚的粗さの解析をおこなう方法であって、該装置は、さらに空洞の照明をおこなうための照明手段と、空洞から試料用開口部に向けられかつ試料用開口部の中心垂線から距離をおいて配置されたデジタル撮像装置とを備え、
撮像装置が起動されて試料用開口を介して差し出された塗膜の試料のデジタル画像ファイルを記録し、該画像ファイルは画素ごとの反射データを備えるところの方法において、そのデジタル画像は、画素ごとの反射データの間の差に基づいて粗さ値を計算するようにプログラムされたデータ処理部に送信されることを特徴とする方法。
【請求項２】
粗さ値は、計算された値と視覚的判断によって求められた値とを最少二乗法を用いて関連付けるモデルを用いて計算されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
撮像装置の光軸は、試料用開口部の中心垂線に対して３度〜１２度の角度、好ましくは６度〜１０度の角度をつけて設定されることを特徴とする、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
試料用開口部よりも大きい試料を用い、撮像装置の起動時には、該試料が試料用開口部を封鎖することを特徴とする、前記請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法に従い効果顔料を含む塗膜などの製品表面の光学特性を解析するための装置において、画素ごとの反射データの間の差に基づいて粗さ値を計算するようにプログラムされたデータ処理部を備えることを特徴とする装置。
【請求項６】
開口部は合計で空洞の内側表面の９％未満を占めることを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項７】
撮像装置の光軸は、資料用開口部の中心垂線に対して３度〜１２度の角度を付けて設定されていることを特徴とする請求項５または６に記載の装置。
【請求項８】
空洞は球状であることを特徴とする前記請求項５〜７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項９】
空洞の壁は白色であることを特徴とする前記請求項５〜８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１０】
撮像装置はＣＣＤカメラであることを特徴とする前記請求項５〜９のいずれか１項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、効果顔料を備える塗膜の視覚的粗さを反射性内壁と試料用開口部とを有する空洞を有する測定装置によって解析する方法および装置に関し、該装置は、さらに空洞の照明をおこなうための照明手段と、空洞から試料用開口部に向けられ、試料用開口部の中心垂線から距離をおいて配置されたデジタル撮像装置とを備え、撮像装置を起動させて試料用開口部を介して差し出された塗膜の試料のデジタル画像ファイルを記録することを特徴とする。
【背景技術】
【０００２】
特にアルミニウムフレーク顔料などの効果顔料を用いると、塗膜の外観は均一の色ではなく、テクスチャーを示す。これにはきめの粗さ、光沢、微小輝度、曇り、斑紋、スペックル、輝きや光彩などの現象が含まれる。以下では、テクスチャー（肌理）を表面材料の小構成部分の寸法と組織によって塗膜の面内の目に見える表面構造として定義する。きめの粗さは光沢や光彩の効果がないテクスチャーである。ゆえに、きめの粗さは、表面材料の小構成部分の寸法と組織によって塗膜の面内で拡散光という状態下で目に見える表面構造であると定義することができる。光が各方向から同程度で入る場合、それは拡散であると考えられる。光彩と光沢とは、観察方向と照明方向の間の角度に依存するつやの変形であるので、こうた光彩と光沢は拡散光の状態の下では、生じない。
【０００３】
こういうわけで、テクスチャーときめの粗さとは、塗膜の触覚的な粗さを含まず、塗膜の面内の視覚的なでこぼこのみを含むのである。「色」が人間の目の解像度よりも小さな構造による光の反射を指す場合、大きい構造による光の反射は、テクスチャーとして現れる。
【０００４】
自動車用塗料には、メタリック効果を出すためにアルミニウムフレーク顔料のような効果顔料が含まれることが多い。また、真珠箔顔料も使われる。そのような顔料を用いると、効果顔料の粒径分布と他の顔料との色の対照のような数多くのパラメータによって、ある程度のテクスチャーと粗さをもたらす。傷ついた車の修理が必要な場合、一致する色を有するだけでなく、テクスチャーや粗さのようなその他の視覚的特徴に関しても一致する修理用塗料を用いなくてはならない。
【０００５】
従来、特に塗膜における表面のテクスチャーと粗さは、目によって、例えば、試料カタログの試料とそれらを比較することによって判断されてきた。このような手法の結果は、技術者の熟練度に大いに依存し、しばしば満足のいくものではないこともある。
【０００６】
米国特許出願第２００１／００３６３０９号には、微小輝度を測定して、それを例えば自動車の元来の塗料と修理用塗料とを一致させるために使用する方法が開示されている。微小輝度は、塗膜の一部をＣＣＤカメラで撮像し、画像処理用ソフトウエアを用いて微小輝度パラメータを計算することによって測定される。光彩や光沢などの角依存効果の影響は、取り除くことができない。
【０００７】
国際公開公報ＷＯ０３／０２９７６６には、被測定物を受け入れるための封入容器と、ランプと、デジタルカメラとからなる、例えば塗料のための色彩測定装置が開示されている。封入容器の内面はつや消し塗料で塗装されて拡散光と均一光を得るようになっている。さらに、そのような封入容器の中でテクスチャーを測定してテクスチャー値を計算する方法も記載されている。ランプおよびカメラと被測定物とがその封入容器に配置される。この配置によってもなお光彩と光沢が生じるので、この方法では光の拡散が最適化されず、また粗さが効果的に測定できない。
【０００８】
国際公開公報ＷＯ９９／０４２９００には、デジタルカメラを用いて、内側に照明された白い壁が一体となった球体に設置された対象物の撮像をおこなう方法および装置が開示されている。その画像は、コンピュータで解析されてカラーデータが作成される。カメラの光軸は測定対象物に合わせられる。
【０００９】
【特許文献１】米国特許出願第２００１／００３６３０９号
【特許文献２】国際公開公報ＷＯ０３／０２９７６６
【特許文献３】国際公開公報ＷＯ９９／０４２９００
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、光沢や光彩の影響を受けずに視覚的粗さを解析しその特性表示をおこなうことを可能にする装置および方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の目的は、以下の方法によって達成される。すなわち、効果顔料を含む塗膜の視覚的粗さを反射性内壁と試料開口部とを有する空洞を有する測定装置によって解析する方法であって、該装置は、さらに空洞に照明をおこなうための照明手段と、空洞から試料用開口部へ向けられ、試料用開口部の中心垂線から距離をおいて配置されたデジタル撮像装置とを備え、該方法は、以下の工程を備える：
試料用開口部を介して塗膜の試料を空洞に差し出し、
空洞に照明をあて、
撮像装置を起動させて試料の画像を記録して
画像解析ソフトウエアがプログラムされたデータ処理部に記録された画像データを送信してその記録画像を解析して画素ごとの反射データの差に基づいて粗さの値を計算する。
【００１２】
試料用開口部の中心垂線は試料用開口部とその中心点で交差する試料用開口部に対して垂直な仮想線である。カメラの自己反射は、撮像装置の光軸が試料用開口部の中心垂線に対して少なくとも３度の角度、好ましくは、少なくとも６度の角度をつけて設定されると、効果的に防止することができる。その角度が大きすぎると、カメラが試料のすべての点から十分に等しい距離にないという問題が生じる。これは、記録に歪みが生じる結果をもたらす。これを防止するためには、試料用開口部を通る中心垂線に対する角度を例えば約１３度未満、例えば１０度未満に維持するとよい。しかし、必要であれば、この角度の大きいほうの上限を用いても良い。その場合は、記録の歪みは、例えば記録データの処理中に、修正することができる。
【００１３】
照明手段による試料への直接的な照明は、拡散光状態を乱すが、例えば照明手段用の開口部を試料用開口部から空洞の外形線の約４分の１以下の距離をおいて設置することにより防止することができる。
【００１４】
撮像装置の起動時に試料用開口部を封鎖するためには、試料用開口部よりも大きい試料を用いるとよい。または、試料は、例えば試料用開口部を封鎖するパネルの上に載置するとよい。
【００１５】
製品表面の光学特性を解析するために用いられる本発明による装置は、反射性内壁と試料用開口部とを有する空洞を有し、さらに、空洞の照明をおこなうための照明手段と、空洞から試料用開口部に向けられ、試料用開口部の中心垂線から距離をおいて配置されたデジタル撮像装置とを備える。開口部が合計で空洞の内側表面の９％未満、好ましくは５％以下を占めるならば照明光源からの光の拡散が最適化される。また、空洞の形が光の拡散の度合いに影響を与える。この点において、球状空洞は最高の結果を生む。内壁の反射性は内壁を白色に塗装することによって得ることができる。
【００１６】
デジタル撮像装置としては、例えば、ビデオカメラや写真カメラ、例えばＣＣＤカメラがあげられる。
【００１７】
画像処理技術を用いて、画像は拡散粗さの場合、パターンと背景の対比やパターンの構造などのパラメータを用いて解析し、次に、スケールによってスケール番号によって特徴の表示がおこなわれる。スケールの漸進的な段階は、それぞれ人間の観察者によって経験されるような拡散粗さの等分の漸進的な段階に対応している。
【００１８】
粗さのデータは、例えば、統計的方法、フィルタバンク法、構造法および／またはモデルベース法などを用いてデジタル記録から取り出すことができる。
【００１９】
粗さを算出する適切な方法は以下にようである。ＣＣＤ画像は大きな画素のマトリックスからなる。粗さを計算するためには、いくつかのスケールにおけるグレー値標準偏差を求める。最小スケールでは、すべての個々の画素についてグレー値標準偏差が算出される。二番目に小さいスケールでは、４画素の２乗の平均グレー値について算出される。三番目に小さいスケールでは、１６画素の２乗が用いられる。これは、スケールがすべてのＣＣＤ画素を含む範囲におよぶまで拡大される。
【００２０】
グレー値標準偏差はスケールの関数として以下の式で表現できる。
2008523404.tif 000003
Ａ，ＢおよびＣは適切なパラメータで、Ｘはスケール、ＧＶＳＴＤはグレー値標準偏差を表す。それは、以下の式によって視覚的粗さ値に関連付けることができる。
2008523404.tif 000004
【００２１】
パラメータα１、α２、α３およびα４は、１セットの代表的な自動車用塗料を用いてΣ全パネル（視覚的判断パネルｉ−粗さパネルｉ）２を極小化することによって求められる。α１、α２、α３およびα４がわかると、どの塗料の粗さも求めることができる。
【００２２】
粗さを計算する他の方法では、画像のすべての画素の平均のグレー値（ｍ）と標準偏差（σ）とを求める。そして、粗さは以下のように表す：
2008523404.tif 000005
【００２３】
パラメータα１およびα２は、１セットの代表的な自動車用塗料を用いて、Σ全パネル（平均視覚的判断パネルｉ−粗さパネルｉ）２を極小化することによって求められる。α１およびα２がわかると、どの塗料の粗さも求めることができる。グレー値の代わりに、Ｒ，Ｇおよび／またはＢ値も使用することができる。
【００２４】
粗さを計算するための構造的方法においては、画像を隣接する目立った画素のサブセットに分割する。閾値を画像の平均値（ｍ）の１０倍と定めて、背景から分割部分を区別する。分割部分は最大寸法が画像における全画素量の２．５％とすることができ、８連結でなくてはならない。また、他の分割方法を用いてもよい。分割部分数（ｎ）を計算し、分割部分の平均値（ｍｓ）を計算する。そして、粗さは、以下のようにして計算する：
2008523404.tif 000006
【００２５】
以上のように、パラメータα１、α２、α３およびα４は、１セットの代表的な自動車用塗料を用いて、Σ全パネル（平均視覚的判断パネルｉ−粗さパネルｉ）２を極小化することによって求められる。α１、α２、α３およびα４がわかると、どの塗料の粗さも求めることができる。
【００２６】
粗さの効果は、主に、より大きな光学的不均一によってもたらされる。小さな不均一ではほとんど粗さをもたらすことはできない。フィルタバンク法を使用して小さな不均一を取り除くことができる。このために、画像はまずフーリエ領域に変換される。そして、フィルタがかけられ、ある周波数領域が選択されて取り除かれる。次に、画像は、もとに戻され、平均値（ｍ）と標準偏差（σ）とが抽出される。このように、粗さは以下のように計算される：
2008523404.tif 000007
【００２７】
パラメータα１およびα２は、１セットの代表的な自動車用塗料を用いて、Σ全パネル（平均視覚的判断パネルｉ−粗さパネルｉ）２を極小化することによって求められる。α１およびα２がわかると、どの塗料の粗さも求めることができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明は、自動車の塗料の検査をおこなったり、例えば修理すべき自動車またはその他の製品に一致する修理塗料を求める上で特に有用である。自動車用塗料には、メタリック効果を出すためにアルミニウムフレーク顔料のような効果顔料が含まれることが多い。また、真珠箔顔料も使われる。このような顔料を使用すると、効果顔料の粒径分布や他の顔料との色彩対比などの多数のパラメータによって、ある度合いのテクスチャーと粗さが結果としてもたらされる。傷ついた車の修理が必要な場合、一致する色を有するだけでなく、テクスチャーや粗さのようなその他の視覚的特徴に関しても一致する修理用塗料を用いなくてはならない。
【実施例１】
【００２９】
本発明をさらに本発明による装置を横断面にて示す図１によって説明する。図１は、反射性内壁３と試料用開口部４とを有する空洞２を有する本発明による測定装置１を示す。光源５は、光源用開口部６を介して空洞２に照明をあてる。第３の開口部７を介して、デジタルカメラ８が試料用開口部４に向けられる。デジタルカメラ８は試料用開口部４の中心垂線９から距離をおいて配置されている。カメラ８の光軸は、試料用開口部の中心垂線に対して８度の角度とつけて設定されている。図１において、例えば効果顔料を含む塗膜で被覆された基板などの試料１０が試料用開口部４を介して空洞２に差し出される。試料は試料用開口部４を封鎖するパネル１１に載置される。光源用開口部６は、カメラ用開口部７と試料用開口部４との間の途中あたりの空洞壁３に配置されている。
【００３０】
空洞２が照明をあてられ、カメラ８が起動されて試料１０の画像を記録する。データ送信ケーブルを介して、その記録は、画像解析ソフトウエアがプログラムされたコンピュータに送信されて記録画像を解析する。もう１つの選択肢として、またはそれに付け加えて、データはまたカメラ内のデータ処理部で処理することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】図１は、本発明による装置を横断面にて示す。
【符号の説明】
【００３２】
１  ・・・装置
２  ・・・空洞
３  ・・・反射性内壁
４  ・・・試料用開口部
５  ・・・光源
６  ・・・光源用開口
７  ・・・第３開口部
８  ・・・デジタルカメラ
９  ・・・中心垂線
１０  ・・・試料
【図１】
2008523404.tif 000008
【国際調査報告】
2008523404.tif 000009
2008523404.tif 000010
2008523404.tif 000011