Rückgewinnung radiometrischer Objekteigenschaften durch quasispektrale Abtastung von Farbreizen
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Einleitung:
Farbe ist eine Sinnesempfindung, dessen physikalische Ursache der Farbreiz  .
Dieser entsteht durch die spektral selektive Wechselwirkung eines Objektes mit der Wellenlängen- charakteristik des auftreffenden Lichtes.
Die farbmetrische Bewertung des resultierenden Farbeindrucks erfolgt, indem der Farbreiz durch eine Farbvalenz mit drei integralen Farbwerten charakterisiert wird. Die benötigte farbwertspezifische Gewichtung des Farbreizes (Spektralwertkurven) entstammt hierbei dem in der Farbmetrik verbindlichen CIE-XYZ-Standard. Aus Gründen der Vergleichbarkeit ist die Angabe der für die farbliche Erscheinung ursächlichen Lichtart hierbei immer erforderlich.
Eine Besonderheit dieser reduzierten, da nur dreidimensionalen Farbreizbeschreibung ist das Auftreten von Metamerie. Dieses Phänomen beschreibt die Tatsache, dass eine große (unbekannte) Menge unterschiedlicher Farbreize auf dieselbe Farbvalenz abgebildet werden. |
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Für die instrumentelle Farbmessung gibt es zwei Realisierungsvarianten - das Dreibereichsver- fahren und das Spektralverfahren.
Beim Dreibereichsverfahren erfolgt eine direkte Ermittlung der Farbvalenz durch den Einsatz von Sensoren, deren spektrale Empfindlichkeiten (Basismaterial+Filter) den gewünschten Spektralwert- kurven im Idealfall entsprechen oder in einem linearen Zusammenhang zu diesen stehen. Durch den integralen Charakter der Farbwerte ist diese Art der Farbbeschreibung untrennbar mit der zur Messung verwendeten Lichtart verbunden. Daher lassen sich die ermittelten Messwerte auch nach Kalibrierung des Messsystems nur bedingt mit anderen standardisierten Farbbeschreibungen vergleichen.
Beim Spektralverfahren wird der Farbreiz durch eine große (redundante) Zahl weitestgehend unabhängiger spektraler Abtastwerte charakterisiert. Durch vorherige Referenzmessung ist damit die Bestimmung der Reflexions- bzw. Transmissionseigenschaften eines Messobjektes in der Genauigkeit des Abtastrasters möglich. Die Bestimmung der gewünschten farbmetrischen Kenngrößen erfolgt hier rein mathematisch auf der Grundlage von hinterlegten Spektralwertkurven und Lichtartencharakteristiken.
Aufgrund des kompakten Aufbaus, der Gestaltungsfreiheit der Messgeometrie und der gegenüber dem Spektralverfahren erheblich geringen Systemkosten wird das Dreibereichsverfahren in einer Vielzahl von Applikationsfällen der Farbmessung, wie der empfindungsmäßigen Beurteilung der Farbzugehörigkeit und Farbkonstanz, angewendet. Die Genauigkeitsansprüche sind in diesem Fall jedoch begrenzt.
Aufgabenstellung:
Im Rahmen dieser Themenstellung sollen die Grundlagen für den Entwurf eines kompakten, nicht-ortsauflösenden Farbmesssystems erarbeitet werden, dass sich zwischen dem Dreibereichsverfahren und dem Spektralverfahren positioniert. Die Grundidee geht von einem mehrkanaligen Farbsensor aus, der eine Rückgewinnung der radiometrischen Eigenschaften Remission bzw. Transmisson als niederdimensionale Beschreibung ermöglicht. Da bei ent- sprechender Gestaltung der Beleuchtung der resultierende Farbreiz natürlicher Materialien im allgemeinen nur wenig spektral strukturiert sind, ist in Analogie zum bekannten Abtasttheorem davon auszugehen, dass eine erheblich geringere Zahl an "unabhängigen" Sensorkanälen (6-8 Abtastwerte) zur Restauration benötigt werden. |
Aufgaben u.a.:
- Einarbeitung in die mathematischen Grundlagen der Farbmetrik und in die Systemtheorie
- Erarbeitung des Modellansatzes unter gegebenen Randbedingungen für die Komponenten des Farbsensors (Beleuchtung, Filter, Sensorempfindlichkeit)
- Vollständige Simulation des Modellansatzes in IDL, Bewertung der erzielbaren radiometrischen und farbmetrischen Genauigkeiten für bestimmte Farbreizklassen
- Rekonstruktion von durch die Kanalapertur verschmierten Farbreizen durch inverse Filterung
- Dokumentation der Ergebnisse
Für die Bearbeitung ist fundiertes Grundwissen in Mathematik und Systemtheorie von Vorteil, jedoch nicht Bedingung. Im Rahmen des Themas ist beabsichtigt, Ergebnisse in den Aufbau eines Prototypen einfließen zu lassen.
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Ansprechpartner bzw. Betreuer:
Dr.-Ing. Rico Nestler, Tel.: 03677-689768-5
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Kooperierende Einrichtungen:
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