Optische Technologien im Automobil

Transkript

1 Lichttechnisches Institut Optische Technologien im Automobil von Dr. Karl Manz Dipl.-Ing. Karsten Klinger Sommersemester 2005

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3 Quelle: Richter

4 Relative Absorption Automobile Licht und Displaytechnik Wellenlänge (nm) Wellenzahl (cm -1 ) Absorptionskurven der drei Spektraltypen von Zapfen in der Netzhaut (durchgezogene Linie) und der Stäbchen (gestrichelt). Nach Dartnall, 1983.

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7 . Schematischer Versuchsaufbau zur Messung von spektralen Farbwerten. Die realen Messungen erfolgten mittels spezieller optischer Geräte, z.b. dem Helmholtz'schen Farbmischapparat. Im linken Photometerfeld werden die 3 Grundfarben so gemischt, daß eine Farbgleichheit zwischen diesem Feld und der vorgegebenen Spektralfarbe besteht.

8 Man beachte: Ein Farbabgleich ist extensiv, d.h. die Gleichheit ist vollständig. Im Gegensatz zum heterochromen Helligkeitsabgleich, bei dem die Gleichheit nur einen Aspekt, nämlich die Helligkeit umfaßt, während die anderen Farbattribute Buntton und Buntheit ungleich sind. Der heterochrome Helligkeitsabgleich ist intensiv.

9 Die Ermittlung der Normfarbwerte für beliebig vorgegebene Strahlungsverteilungen erfolgt dann gemäß: λ 2 X = k ϕλ) ( x( λ) dλ λ 1 λ 2 Y = k ϕλ) ( y( λ) dλ (3.8) λ 1 λ 2 Z = k ϕλ) ( z( λ) dλ λ 1 wobei bedeuten: X, Y, Z: die zu bestimmenden Normfarbwerte; k: eine zweckmäßig zu definierende Konstante; x( λ), y( λ), z( λ ) : die Normspektralwertfunktion; λ 1,λ 2 : Grenzen des sichtbaren Bereichs; ϕ(λ): die sog. Farbreizfunktion. Das ist bei Selbstleuchtern die Strahlungsfunktion S(λ). Bei Körperfarben ist ϕ(λ) = S(λ) R(λ), wenn R(λ) deren Reflexionsfunktion ist.

10 x = X X + Y + Z = X S y = Y X+Y+Z = Y S z = Z X + Y + Z = Z S mit x + y + z = 1

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14 Einfluss der Adaptationsleuchtdichte

15 Einfluss der Schwelle Weiterhin Darbietungszeit, Leuchtdichte, Sehwinkel

16 Farbgrenzen mit Beobachtungswahrscheinlichkeiten 50%, 70% und 90%

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22 Zunahme der Farbsättigung Je höher die Sättigung der Farbe eines Signals ist, um so höher ist die dessen Auffälligkeit.

23 Frage der Gleichabständigkeit

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37 Schematische Darstellung der 3 grundsätzlichen Anwendungsbereiche der farbmetrischen Bewertung von Farbreizen. Primär gilt das Normvalenzsystem für unbezogene, freie Farben, da die Spektralfarbwerte nur für diese Beobachtungssituation gemessen wurden. Die Anwendung erstreckt sich aber auch für Selbstleuchter und beleuchtete Objekte unter realen Bedingungen, also auf bezogene Farben.

38 Prinzipien von Farbmessungen nach dem Dreibereichsverfahren. Links: In einem Farbmeßkopf befinden sich 3 Empfänger, die mit Hilfe von Farbfiltern (Voll- oder Partialfilterung) an die Normspektralfunktionen angepaßt wurden. Wegen der örtlich nebeneinanderliegenden Empfänger muß der Meßkopf möglichst gleichmäßig ausgeleuchtet sein. Rechts: Die Anpassungsfilter (i.a. Vollfilter) werden zeitlich nacheinander vor einen einzigen Empfänger eingeschoben. Damit kann ein Leuchtdichtemeßgerät zur näherungsweisen Farbmessung verwendet werden. (Die Genauigkeit der Messung kann durch eine Matrixkorrektur gemäß Gl. (2.19) verbessert werden.)

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41 Im Fall von retro-reflektierenden Proben in Bezug auf die retroreflektierende Wirkung Farbmesssystem Lichtquelle der Lichtart A

42 Diese Messgeometrie ist auch, hinsichtlich der Betrachtung mit Tageslicht, für retro-reflektierende Farbproben anzuwenden, wobei die Lichtart C oder heutzutage vorzugsweise die Lichtart D65 zur Beleuchtung benutzt werden.

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44 Strahlungsfunktionen der Normlichtarten A und D65 sowie der Lichtarten C, B und D55.

45 Φ Φ Φ L λ Spektrometer Monochromator λ Messfläche λ Messungen zur Bestimmung des bispektralen Strahldichtefaktors Monitor Normierung Detektor Messwerte

46 Zwei Monochromator Methode

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48 Bestimmung des bi-spektralen Strahldichtefaktors β(µ,λ) aus den Messdaten für Probe und Reflexionsstandard Eintragen der Normfarbwertanteile x und y zur Kennzeichnung der Farbart in der Normfarbtafel Farbort Es gilt: x + y + z = 1

49 Source: Klaus Richter; Computergrafik und Farbmetrik; VDE - Verlag Berlin, Offenbach; Technische Akademie Wuppertal 1996

50 Folgende Mischungsregeln sind charakteristisch für die additive Farbmischung: Additive Farbmischungen Rot und Grün und Blau ergibt Unbunt Rot und Grün ergibt Gelb Rot und Blau ergibt Magenta (Purpur, Pink) Grün und Blau ergibt Cyan (Blaugrün)

51 Zur Erklärung der additiven Farbmischung. Bildteil a zeigt die Übereinander-projektion dreier Projektoren, von denen jeder mit einem anderen Farbfilter, z.b. einem Rot-, einem Grün- und einem Blaufilter bestückt ist. Bildteil b zeigt vergrößert die Farbpixel eines Farbbildschirms. a) Bildteil c zeigt die Vergrößerung eines Flächenstückes eines Mehrfarben-druckes. Dargestellt sind neben-einanderliegende, zum Teil sich überdeckende Druckfarben Gelb, Cyan und Magenta. Der Farbeneindruck wird auch durch das Papierweiß bestimmt. b) c)

52 Relative spektrale Strahldichteverteilungen der drei Grundfarben Rot, Grün und Blau eines Farbbildschirms, wobei der Maximalwert auf jeweils 100 normiert wurde. Außerdem ist das aus diesen Grundfarben erzeugte Spektrum für die neutrale Farbe Weiß bzw. Unbunt dargestellt.

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55 Gelb Magenta Cyan Gelb + Magenta Relative spektrale Transmissionsgrade der Farbpigmente Gelb, Magenta und Cyan, die bei Farberzeugungsprozessen nach dem Prinzip der subtraktiven Farbmischung eingesetzt werden. Werden z.b. die Pigmente Gelb und Magenta hintereinander angeordnet, dann wird nur Strahlung im Langwelligen durchgelassen. Das Ergebnis wäre ein rötlich aussehendes Pigment.

56 Subtraktive Farbmischungen Gelb und Magenta ergibt Rot Gelb und Cyan ergibt Grün Cyan und Magenta ergibt Blau Gelb und Cyan und Magenta ergibt Schwarz Bei Farbdrucken werden neben den Grundfarben Gelb, Cyan und Magenta auch weiße und schwarze Farbstoffe verwendet. Weiß ist als subtraktive Farbmischung nicht darstellbar.

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59 Surface Colour for Traffic Signs CIE ,900 0,800 y 0,700 0,600 0,500 0,400 CIE Red 39.2 Yelow 39.2 Green 39.2 Orange 39.2 White 39.2 Blue ,300 0,200 0,100 0,000 0,000 0,100 0,200 0,300 0,400 0,500 0,600 0,700 0,800 x

60 Erzeugung von Licht der Farbe Weiß durch additive Farbmischung: Durch Benutzung von drei einzelnen roten, grünen und blauen LEDs Bei richtiger Abstimmung wird die sich ergebende Farbe weiß sein. Ein LED-Chip der Farbe Blau zusammen mit einem Phosphor-Überzug (Gelb) zur Farbmischung benutzen. RGB- Chips nm Blue Chip + 1 Phosphor nm Eine UV-LED und drei Phosphore der Farben Rot-Grün-Blau zur additiven Farbmischung benutzen. UV- Chip Phosphore nm Source: Osram; GTB Task Force - LED Forward Lighting - presentation

61 Spectral Distribution of Different Light Sources 1 0,9 0,8 0,7 rel. Intensity 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 D2 D4 A D65 LED-21 LED Wavelength [nm]

62 Surface Colors for Traffic Signs 0,800 0,700 0,600 0,500 y 0,400 0,300 0,200 0,100 0,000 0,000 0,100 0,200 0,300 0,400 0,500 0,600 0,700 x Das Diagramm zeigt die Farbbereiche für Verkehrszeichen wie sie in der CIE-Publikation Nr.: 39 definiert für die Beleuchtung mit Tageslicht festgelegt sind. Die Punkte zeigen dem Farb-Orte der 14 Testfarben der CIE-Publikation Nr.: 13.3 bei Beleuchtung mit der Lichtart D65.

63 Surface Colors for Traffic Signs 0,600 0,500 0,400 y 0,300 0,200 0,100 0,000 0,000 0,100 0,200 0,300 0,400 0,500 0,600 0,700 x Resultierende Farborte für digitale Testfarben (Filterfunktionen) in Abhängigkeit von der spektralen Verteilung der jeweiligen Lichtquelle. Die Ergebnisse für die Filterfunktion ROT sind mit Ο, für ORANGE mit, für GELB mit, für BLAU mit, für die Lichtart A mit vollen Kreisen und für Lichtart D65 mit vollen Dreiecken gekennzeichnet.

64 Transport von Farbinformation in Bildgebenden und Bildverarbeitenden Systemen