Bildverarbeitung Tabelle 1: Gegenüberstellung von RGB-Sensoren und True-Color-Sensoren bei einer D65-Messung Bild 5: True-Color-Sensor im Vergleich mit einem Mini-Spektrometer Tabelle 2: Gegenüberstellung von Mini-Spektrometer und True-Color- Sensoren Bild 6: Auswertung der Messergebnisse mittels Multispektralmessung index zu realisieren bzw. Farbveränderungen durch Binning, Temperaturänderungen und Alterung nachzuregeln. Farbunterschiede im Bereich von Δ u’v’ ≤0,005 sind vom menschlichen Auge erkennbar. Das geschulte Auge erkennt Farbunterschiede bis zu einem Δ-Wert von 0,003. Die folgenden Testwerte beschreiben das Verhalten von RGB- und True-Color-Sensoren am Beispiel von D65 und Weißlicht. Tabelle 1 zeigt die Werte für die D65-Messungen am Testtaufbau. Zwei geregelte Systeme mit RGB und True-Color-Sensoren wurden aufgebaut und bei einer Temperatur von 40 °C kalibriert. Anschließend verändert man die Temperatur der LEDs, wodurch ein Farbdrift des Gesamtsystems entsteht. Dieser wurde ausgeregelt. Tabelle 1 zeigt, dass der RGB- Sensor eine Regelgenauigkeit >0,007 bei 20 und 70 °C erreicht, entgegen der True- Color-Sensor unter der sichtbaren Grenze bleibt - mit einem Farbabstand von 0,0011. Applikation: Displaytechnik True-Color Sensoren und Mini-Spektrometer In der Medizintechnik ist es für Displays von Diagnosegeräten eine Notwendigkeit, dass eine detaillierte Darstellung erfolgt und ein hohes Kontrastverhältnis einstellbar ist. Hierfür werden Monitormessgeräte mit hoher Präzision und Messempfindlichkeit benötigt. Bisher war das Kalibrieren der Displays ausschließliche Aufgabe spezieller Kalibrier labore und mit Aufwand und Kosten verbunden. Mit den neuesten Technologien und Produkten zur Farbsensorik stehen jetzt kostengünstige Kalibrier-Systeme zur Verfügung. Im Rahmen der zweiten Testreihe wurde eine Defusorplatte mit LED- Licht angestrahlt und bei Zimmertemperatur und 20 °C Arbeitstemperatur der LEDs der Farbort bestimmt. Für den spezifischen Applikationshintergrund stellte man True-Color- Sensoren und Mini-Spektrometer als Messmittel gegenüber und verglich diese Messwerte mit den Referenzwerten eines Spektrometers. Die Messergebnisse zeigen, dass sowohl der Sensor als auch das Mini-Spektrometer die Signale schneller verarbeiten als das Referenzspektrometer, jedoch die Fehlermessungen und Genauigkeiten sich unterscheiden. Die Messwerte des Minispektrometers kommen auf durchschnittliche Fehler der Farbortmessung im Bereich von Δ u‘v‘ von 0,01 bis 0,03 - also im, für das menschliche Auge, sichtbaren Bereich. Die Messungen mit dem True- Color-Sensor zeigen durchschnittliche Fehler im Bereich von Δu‘v‘ 0,001 - 0,005. Die Toleranzgrenzen liegen weit unter dem für das menschliche Auge wahrnehmbaren Bereich. Applikation: Druckindustrie True-Color-Sensoren und Mehrbereichssensoren In der Druckindustrie besteht die Anforderung, Farben im Druckvorgang spektral zu vermessen. Vor allem an Inline-Messungen sind sehr hohe Ansprüche gestellt, um im laufenden Betrieb den Druckfarbenauftrag genau nachzuregeln. Als praxisnahe Testreihe wurde der X-Rite ColorChecker mit einem Multispektralsensor vermessen, der als Verstärker einen mehrkanaligen Transimpedanzwandler mit flexibler Verstärkung enthält. Als Lichtquelle dient eine weiße LED. Mit einem Mehrbereichssensor misst man die 24 Felder des ColorCheckers aus und stellt sie den Referenzwerten eines Spektrometers gegenüber. Mittels Regressionsverfahren zur spektralen Schätzung lassen sich so Genauigkeiten von im Schnitt Δ E00 = 0,72 erreichen (Siehe Tabelle 3), während unter gleichen Bedingungen mit gleichem Verfahren bei einem True-Color-Sensor das Ergebnis Δ E00 = 1,57 ist. Ein Vorteil von Mehrbereichsensoren liegt neben dem Erreichen einer höheren Genauigkeit auch 18 PC & Industrie 11/2016
Bildverarbeitung Tabelle 3: Zusammenfassung der Analysefaktoren in der Möglichkeit der spektralen Schätzung. Sind die Druckfarben bekannt, kann die Kalibrierung auf die einzelnen Farben optimiert werden. Es lassen sich so Absolutgenauigkeiten von Δ E00 < 1 unabhängig von Normalbeobachter und Normbeleuchtung erreichen. Die Abweichung des Sensors im Vergleich zum Spektrometer ergeben Differenzen für Cyan Δ E00 = 0,3, Magenta Δ E00 = 0,9 und Yellow Δ E00 = 0,3. Fazit Die Auswertungen zeigten, dass bezogen auf Farbmessungen die True-Color-Farbsensoren die Genauigkeit von Mini-Spektrometern erreichen, zum Teil in speziellen Applikationen sogar übersteigen. Zudem empfiehlt es sich, vor jeder Umsetzung einer Applikation genau die Messumsetzung zu betrachten. Es muss geprüft werden, welche Art von Farb- oder Spektral informationen relevant sind und welche Daten Verwendung finden sollen. Je nachdem, welche Information, welches Messverfahren, welche Genauigkeiten und welcher Preis von Bedeutung sind, gilt es, die passenden Sensoren oder Detektoren und Messverfahren zu wählen. Zum Beispiel: Mini-Spektrometer zeigen bei in einer PWM-LED- Lichtmessung keine stabilen Werte und sind somit für diese Applikationen ungeeignet. Hingegen können RGB- und True-Color-Sensoren keine spektralen Werte ausgeben und sofern verwendet man bei Applikationen, die auf jene Informationen zurückgreifen, Mehrbereichssensoren oder Mini-Spektrometer. Tabelle 3 zeigt einen Vergleich der Analyseergebnisse in der Übersicht. Diese basiert auf einer fünf-stufigen Skala: 1. Sehr hoch, 2. Hoch, 3. Mittel, 4. Gering, 5. Nicht vorhanden. Je nach Anwendung gibt es eine passende Sensorlösung. RGB-Sensoren eignen sich beispielsweise für einfache Farbdetektion, True- Color-Sensoren sind ideal für absolute Farbmessungen und Mehrbereichssensoren oder Mini-Spektrometer für absolute und spektrale Messungen. Literaturhinweise (1) MAZeT-Webseite: http://www. mazet.de (2) Produktinformationen zu Farbsensoren: http://www.mazet.de/ en/products/jencolor (3) Application note, Calibration of JENCOLOR sensors based on the example of LED light sources, MAZeT GmbH, 2012 (4) F.Hailer, F. Krumbein, Application of JENCOLOR multispectral sensors in dermatology, Ilmenau University of Technology (Thur.), 2011, urn:nbn:de:gbv:ilm1- 2011imeko- 083:6 (5) Walter Alt, Nichtlineare Optimierung, Vieweg+Teubner, 2002, 978-3528031930 (6) DIN5033. Farbmessung; Normvalenz-Systeme (7) Friedhelm König. Die Charakterisierung von Farbsensoren. 2001 (8) Georg A. Klein. Farbenphysik für industrielle Anwendung. 2004. • MAZeT GmbH Vertrieb sales@mazet.de www.mazet.de PC & Industrie 11/2016 19
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