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Rekonstruktion ortsaufgelöster Farbspektren

Rekonstruktion ortsaufgelöster Farbspektren aus kontunierlichen Zeilenkamera-basierten Messungen

07/2015- 06/2018

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color remission example
Beispiel einer Farbremission als Funktion der Lichtwellenlänge

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.