Bildauflösende Farbmessung mit Filterradkamera und Farbmessung mit 1-ChipCCD-Kamera

Transkript

1 Bildauflösende Farbmessung mit Filterradkamera und Farbmessung mit 1-ChipCCD-Kamera PD Dr.-Ing. habil. Franz Schmidt NEMO-SpectroNet Kollaboration Forum Farbbildverarbeitung und Spectral Imaging für Nahrungsgüter und Medizintechnik mit HD Technologie

2 TechnoTeam Bildverarbeitung GmbH Ihr Partner für Licht- und Farbmesstechnik Werner-von-Siemens-Straße Ilmenau Tel Fax Dr. Ing. habil. Franz Schmidt GF) Priv. Doz. an TU Ilmenau Ausbildung AET BV) Gegründet Mitarbeiter

3 Licht- und Farbmesstechnik Signalisierung Beleuchtung Seite 3

4 Leuchtdichten einer LED Ausschnitt Lineare Darstellung Lineare Darstellung Logarithmische Darstellung

5 Gliederung Ortsaufgelöste Farbmesstechnik - Farbmesskamera Bewertung der Farbmesstechnik Farbmesstechnik mit 1 Chip-Farbkamera Seite 5

6 Erfassung von spektralen Informationen )) y x L f S da y x L S A ) ) ) )... ) ) ) ) ) 2 1 n n d s y x L d s y x L d s y x L y x S n A n A A n n da d s y x L da d s y x L da d s y x L S ) )... ) ) ) ) 2 1 Spektren Spektrometer Mehrkanalige Vektor-)Bilddaten z.b. Farbbilder Farbkamera Informationen über spektrale Bereiche z.b. Farbkoordinaten von Punkten oder Flächen Farbsensoren Farbe nur in Verbindung mit menschlichem Sehsystem!

7 )) y x L f S e )) ); B B E E E E e z y x E f L ) E e Signalgenerierung

8 Ortsaufgelöste Farbmesstechnik Farbmesskamera Seite 8

9 Sehen Auge = Abbildungssystem Objekt Bild auf der Netzhaut + Sensorsystem Mehrkanalige Sensoren Zapfen P T D Stäbchen Nachtsehen)

10 Spektralwerte Tagsehen Empfindlichkeit der Sehzellen Augenempfindlichkeiten Zapfen) P D T f ) p ) d f ) d ) d f ) t ) d Wellenlänge / nm Seite 10

11 Empfindlichkeit Normspektralwertkurven 2 -Beobachter 20 Normspektralwertkurven x2 y2 z2 xm ym zm Wellenlänge / nm

12 rel. spek. Empfindlichkeit CCD-Matrizen Ausgangsdaten Seite Charge C14 ICX085AL 47 Sensoren) Lambda nm)

13 Farbmesskamera mit Farbfilterrad Prinzip Die Daten für die einzelnen Farbkanäle werden zeitlich nacheinander erfasst. Seite 13

14 rel. spekt. Empfindlichkeit Ergebnisse der spektralen Anpassung x2 y2 z2 V' CL xk yk zk V'k CL Lambda nm) Seite 14

15 Messkamera Leuchtdichte Farbe Seite 15

16 Signal Pixel) Pixelempfindlichkeit Pixelempfindlichkeit 120 k ij NL DS ij Beleuchtungsstärke Pixel) Seite 16

17 L n Berechnung Farbbild i j) Parameter Bedeutung Speicherbedarf Zu bestimmen S i j) 1 f NL Offset f DSNU i j) 1 NL S i j) Offset digitales Bildsignal Bild Messung Umkehrfunktion der Nichtlinearität ortsunabhängig alle Offsetgrößen CCD-Matrix Kameraelektronik) ortsunabhängig temperaturabhängig DSNU i T Tabelle Wert Justierung Messung ortsabhängiges Dunkelsignal Bild Justierung int j)) SMEAR i j)) k i j) SMEAR i j) Smeareinfluss Bild Messung k i j) Inverse der Pixelempfindlichkeit Shadingkorrektur Bild Justierung Seite 17 T int Integrationszeit Wert Messung

18 Leuchtdichte- und Farbmesskameras LMK LMK MPixel 51 MPixel LMK 98-4 Color 13 MPixel 51 MPixel Seite 18 LMK highres MPixel LMK mobile 12 MPixel

19 Farbräume CIE RGB srgb EBU RGB User RGB XYZ Lxy Luv Lu v L*u*v* C*h*s* ) L*a*b* C*h* ) HSV HSI WST Lrg Seite 19 Legende - Implementiert - In Arbeit

20 Bewertung Farbmesstechnik Kennwerte Messunsicherheiten Seite 20

21 Kennwerte für Farbmesskamera ' 1 f : DIN5032 Teil 6) Kennwert für die V ) -Anpassung sik ' si S Asi f ' 1 i 100% mit sik ' ) sik ) s S s i f 1 *: f ' 1-Kennwert ohne die Wichtung mit Normlichtart A sik * si si f 1i* 100% mit sik * ) sik ) s s i A ik ik Weitere Kennwerte: Maximale Abweichung max max s Summe der quadr. Abweichungen * ik s i 2 i sik * si 2 Seite 21

22 Messergebnisse Zielfunktion f ' 1 %) f 1 * %) max 2 X V Z V ' y2 / i Seite 22

23 dy Messergebnisse dx Messungen an verschiedenen LED-Lichtquellen Seite 23

24 Reproduzierbarkeit Messung an stabilisierter weißer LED-Lichtquelle: L=100 cd/m²; x=03553; y= xy <00001 L <0.1% Wiederholpräzision Repeatability) Wiederholte Messung unter gleichen Messbedingungen mit den gleichen Parametern für die Erfassung und Auswertung) Seite 24

25 LED-Leuchtdichte- und Farb-Normale

26 Farbmesstechnik mit 1 Chip-Farbkamera Seite 26

27 rel. spekt. Empfindlichkeit 1-Chip-Farbkamera CCD-Farbmatrizen aus Konsumerbereich - Digitale Fotoapparate - Camcorder Die Daten für die einzelnen Farbkanäle werden örtlich parallel in Makropixeln erfasst. Die Farbfilter befinden sich auf den Pixeln. Charge C11 ICX085AK 50 Sensoren) C11-G2 C11-G1 C11-R C11-B Lambda nm)

28 Spektralwerte Spektralwerte nach optimaler Matrizierung 20 Vergleich der XYZ-Spektralwerte mit dem Matrizierungsergebnis ICX085AL D65 Agfa IT8.7/2 lin. Optimierung) x y z xm ym zm Lambda nm)

29 Farbkoordinaten von LED in x - y und in r - g y über x 20 nm y über x 10 nm y über x 40 nm r über g 20nm r über g 10nm r über g 40nm Farbkoordinaten xy im Norm- Farbraum für simulierte LED monochrom) Farbkoordinaten rg im Farbraum der CFA-Matrix für simulierte LED monochrom) Transformation erforderlich

30 x über r-g

31 y über r-g

32 Farbkoordinate x y Farbkoordinaten LED Band Tagfahrscheinwerfer Farbkoordinaten 036 Ausschnitt x y Farbkoordinaten xy) der einzelnen LED LED Nr.

33 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Seite 33