Rekonstruktion ortsaufgelöster Farbspektren aus kontunierlichen Zeilenkamera-basierten Messungen
07/2015- 06/2018
Partner
- PTB Arbeitsgruppe Reflexion und Transmission
Die spektrale Farbmessung ist eine grundlegende Anwendung in vielen Industriebereichen und erlangt in der automatisierten Maschinensteuerung und Qualitätssicherung immer größere Bedeutung. Gängige Verfahren verwenden punktuell messende Farbmessgeräte, welche nur mit erheblichem Aufwand eine vollflächige Erfassung von Objekten ermöglichen.
Dahingegen bieten multispektral messende Zeilenkameras theoretisch den Vorteil ortsaufgelöster Messungen, was in Anwendungen in der industriellen Produktion eine Erfassung des Farbspektrums des gesamten Objektes in Echtzeit erlaubt. Dazu wird das Reflexionssignal einer zu messenden Oberfläche durch Filter spektral zerlegt und anschließend muss durch einen geeigneten Algorithmus daraus das komplette spektrale Reflexionsspektrum rekonstruiert werden. Das Ziel ist eine pixelgenaue Bestimmung des Farbspektrums und daraus abgeleiteter Werte, wie zum Beispiel Farbkoordinaten. Die Firma Chromasens hat eine solche multispektral messende Zeilenkamera entwickelt, welche mit einer Zerlegung des Spektrums in 12 Kanäle arbeitet.
Der breiten Anwendung dieser Messmethode in der industriellen Praxis steht bisher das Fehlen eines robusten und validierten Rekonstruktionsverfahrens entgegen. Solch ein Verfahren erfordert die Bestimmung des Farbspektrums einer vollflächig erfassten Farbprobe unter Berücksichtigung aller äußeren Einflussfaktoren. Mathematisch gesehen handelt es sich dabei um ein inverses Problem, welches in der Regel das Einbringen von Vorwissen über die zu bestimmende Größe benötigt, um ein verlässliches Ergebnis zu erhalten. Eine wesentliche Herausforderung für ein praxistaugliches Verfahren ist die Berücksichtigung des Einflusses der Beleuchtung der zu messenden Oberfläche und die Verzerrungen in der spektralen Messung durch die verwendeten Filter. Bisher verwendete Ansätze sind auf spezielle Anwendungsfälle beschränkt und erfordern einen zu großen Aufwand, um an veränderte Umgebungssituationen angepasst zu werden.
In diesem Projekt soll unter Ausnutzung von in der PTB vorhandenem Wissen und Algorithmen gemeinsam mit der Firma Chromasens GmbH ein Verfahren entwickelt werden, welches basierend auf einer mathematischen Modellierung der Einflussgrößen eine robuste
und verlässliche Rekonstruktion ortsaufgelöster Farbspektren aus spektral zerlegten Messungen liefert. Ziel ist es, ein validiertes Verfahren zu entwickeln, welches einen routinemäßigen Einsatz von multispektralen Zeilenkameras in industriellen Anwendungen
erlaubt.