[发明专利]利用有限的测量数据生成随角异色材料的双向反射分布函数的方法

说明书

发明领域

本发明涉及利用有限的测量数据生成随角异色(gonioapparent)材料或表面的双向反射分布函数(BRDF)的方法，所述随角异色材料或表面具体是指含有效应薄片颜料例如金属薄片颜料或通常为色调偏移干涉颜料的特殊效应薄片颜料的材料或表面。

发明背景

用于描述材料的光谱和空间反射性散射属性的最普遍和广为接受的方法之一是使用双向反射分布函数(BRDF)。BRDF是对材料表面的外观的基本描述，并且许多其他外观属性例如光泽度、雾度和颜色都可通过BRDF在具体几何条件和光谱条件下的积分来表示。BRDF的规格对于消费品例如汽车、化妆品和电子器件的畅销度至关重要。与材料相关的微观结构会影响BRDF，而通过测量BRDF又往往能推断材料的具体属性。利用BRDF所描述的反射性散射光的角分布可以再现材料的外观，或者预测不同几何条件下的颜色外观。再现或颜色预测的质量很大程度上取决于被再现的材料的BRDF的精确度。

随角异色物体或材料表现出随入射角或视角的改变而改变其外观的特征。随角异色材料的例子为包含金属薄片颜料或特殊效应薄片颜料如珠光剂薄片颜料的汽车面漆(油漆)。与可在单一的测量几何条件下被表征的纯色不同，随角异色颜色需要在多种照明和观察几何条件下进行测量才能描述其颜色外观特征。包含金属薄片的面漆通常通过在不同的逆定向反射角处进行三次颜色测量来表征。以引用方式并入本文的ASTM标准E-2194描述了对金属薄片颜料材料进行多角度颜色测量的标准做法。包含特殊效果薄片的颜料诸如珠光剂颜料之类的色调偏移材料的面漆也必须在多种几何条件(逆定向反射角和入射角均有变化)下进行测量才能表征其颜色行为。

为了在视屏或印刷介质上再现物体，或换句话讲为了预测物体在给定入射角或视角几何条件下的颜色外观，必须计算物体在成千上万种入射角和视角组合下的颜色。

有三种基本技术已被用于计算入射角和视角的所有所需组合。

1)第一种技术实际上是用多角度分光光度计或变角色度计之类的仪器测量物体在入射角与视角的几千种组合下的颜色。这需要进行足够多的次数的测量，以便以足够高的精度内推数据，以此预测物体在中间几何条件下的颜色。然而，具有所需几何柔韧性和测光精度的仪器价格昂贵且速度很慢。采用这种技术完全表征仅仅一种颜色就需要几个小时的测量时间。

2)第二种技术是构建面漆(颜色)的物理模型，然后利用某种技术例如辐射传输理论来计算所有所需角度组合下的颜色。虽然可以利用这类技术来形成在视觉上悦人的再现，但为了匹配物理标准的行为而构建和调试模型极其困难和耗时，并且事实上不可能达到足够的保真度。

3)第三种技术将前两种技术结合在一起，其优点是所需测量次数比第一种技术少得多，而所需面漆模型又远不如第二种技术那么严格。第三种技术涉及对要再现的物体进行有限次数(通常3至5次)的颜色测量，然后通过模型将被测数据内推到所需角度组合。该技术可利用已经包含在数据库(通常用于存储随角异色材料的颜色特征)中的3角度测量数据。用于将该数据外推到其他角度组合的模型不需要单独调试，并且是以材料的表面的简单物理参数为基础。

对于需要进行大量颜色(这些颜色符合实际的物理标准，并且并不仅仅是具有“真实外观”的合成颜色)测量的再现或颜色预测应用来说，上述组合技术是优选的方法。

Alman(美国专利4,479,718)导致三逆定向反射角测量系统最终被广泛采用，所述系统用于表征包含金属薄片颜料与吸收颜料和/或散射颜料的组合的面漆。该测量系统是ASTM E-2194和DIN 6175-2等国际标准的基础。在实践中，这种表征方法对于在着色完成后配制和控制包含色调偏移颜料(珠光剂)的面漆也有良好的效果。

尽管通过在三个逆定向反射角下进行测量来描述材料的随角异色行为这种概念对于配制和控制有用，并且可以用来预测一对样本在多种测量或观察几何条件下是否匹配，但要用来预测材料在测量和观察几何条件变化时的绝对颜色却不太适合。例如，尽管在入射角改变时通过逆定向反射角测量所预测到的总体颜色变化是相同的，但颜色变化的大小却难以准确预测。图2示出包含金属薄片颜料的汽车油漆样本在多个入射角下的三刺激值Y随逆定向反射角而变化的函数关系图。尽管存在Y值随逆定向反射角减小而增大的趋势，但在给定的逆定向反射角下，Y的绝对值随入射角的变化而存在较大不同。

需要一种根据有限(＜10个)的一组颜色测量来预测样本在任何测量或观察几何条件下的绝对颜色的方法。

发明概述