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    Beleuchtung

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Beleuchtungstypen für die industrielle Bildverarbeitung

Selbst „weißes“ Licht lässt sich auf unterschiedlichste Art erzeugen. Je nach Problemstellung, Lichtbedarf, Objektgröße, Einbaumaße werden verwendet:

Eine besondere Rolle in der Bildverarbeitung nimmt die LED-Beleuchtung ein. Ihre charakteristischen Eigenschaften, wie lange Lebensdauer, mechanische Robustheit ideale Anordnungsfähigkeit in fast beliebig geformten Gehäuseformen sprechen für Ihren Einsatz. Ihre Lichtfarbe kann nicht nur weiß, sondern auch rot, grün oder blau, infrarot oder sogar ultraviolett sein. Dies ermöglicht das Lösen von Applikationen, die mit anderen Beleuchtungstypen nicht möglich wäre. Daher ist ein Großteil der industriellen BV-Anwendungen mit LED-Beleuchtungen realisiert.

 

Der Begriff der Farbtemperatur

Nicht jede weiße Lichtquelle wirkt für den Betrachter gleich weiß. Auch für das Farb- (wie auch Monochrom-) Kamerasystem ist dies zu beobachten, dass die Bilder farbliche Effekte zeigen, oder sich die Grauwerte deutlich verschieben.

Tageslicht

Tageslicht

Bild hat normale Farben, wie der Mensche es ebenfalls sieht. Weiße Referenzfläche links ist hellgrau
Weiße LED

Weiße LED

Blaue Logos (links oben) aufgehellt, Bild insgesamt kühlere Farbwirkung durch Blaustich
Weiße Neonröhre

Weiße Neonröhre

Weiße Referenzfläche wirkt gelbgrün, Grüntöne sind etwas heller
Halogenlampe

Halogenlampe

Weiße Referenzfläche wirkt orangerot, Bild aufgrund vieler Gelb- und Rottöne komplett verfärbt und geringer Kontrast vorhanden.

Die Temperatur einer Farbe wird in Kelvin (K) bemessen und angegeben und ist ein Maß für den Farbeindruck einer Lichtquelle. Das für das menschliche Auge sichtbare Spektrum bewegt sich etwa zwischen 2.790 und 11.000 Kelvin.

Die physikalische Erklärung hierfür ist die Definition des „Schwarzen Körpers“ nach Max Planck. Ein Schwarzer Körper absorbiert alle einfallende Strahlung, reflektiert also keine Strahlung. Als Farbtemperatur wird diejenige Temperatur des schwarzen Körpers bezeichnet, damit dessen Lichtemission den gleichen Farbeindruck erweckt wie die tatsächlich vorhandene Beleuchtung.

Ein Schwarzer Körper mit einer Temperatur von 5500 K hat ein Strahlungsspektrum, das in etwa dem des Tageslichts entspricht.

Farbtemperatur verschiedener Beleuchtungen
Tabelle Farbtemperatur verschiedene Beleuchtungstypen

Jede Beleuchtungsart zeigt ein individuelles Lichtspektrum mit unterschiedlicher Verteilung über den sichtbaren Bereich der Wellenlängen mit unterschiedlilcher Intensität. Eine Glühlampe weist zwar ein lückenloses Spektrum auf, das jedoch eine typische glockenförmige Intensitätsverteilung eines "Schwarzkörper"-Strahlers aufweist. Metallhalid-Lampen, Fluoreszenzlampen und LEDs haben sogar recht deutliche Emissionen in ganz bestimmten Wellenlängenbereichen.

 

Wichtig für die Industrielle Bildverarbeitung

  • Je nach eingesetzter "weißer" Beleuchtung entsteht ein unterschiedlich farbstichiges Kamerabild. Weiße LED-Beleuchtungen erscheinen stark blaustichig, Bilder von Fluoreszenzbeleuchtungen wirken grünlich. Halogenlampen haben durch den verstärken Rot- und Infrarotanteil ein sehr gelblich wirkenden Farbeindruck im Videobild.
  • Fremdlicht- und Tageslichteinflüsse verändern stark den farblichen Lichtcharakter und sind bei Farbapplikationen zu vermeiden. Prüfbereich einhausen!
  • Die Empfindlichkeit des Kamerasensors ist bei unterschiedlichen Farben ebenfalls nicht identisch. Zusätzliche Verfälschungseffekte treten auf.
  • Diese nicht homogenen RGB-Farbanteile können mittels eines Weißabgleichs korrigiert werden. Dies geschieht teilweise bereits in der Kamera, auf dem Framegrabber oder mit Hilfe von Software auf dem PC.
  • Im Laufe des Alterungsprozesses verschiebt sich die Farbtemperatur der Beleuchtung. Halogenlampen leuchten dunkler, haben daher mehr Rotanteile, bei weißen LEDs werden Fluoreszenzfarbstoffe zerstört und die native blaue  Emission tritt verstärkt hervor. Ein regelmäßiges Kalibrieren ist dann erforderlich.
  • Bei der Verwendung von weißem Licht können optische Fehler sowohl bei einer Farbkamera wie auch bei Monochromkamera im resultierenden Videobild auftreten. Der chromatische Längs- und Querfehler kann durch hochwertige Optiken kompensiert werden, um diese Farb- oder Grausäume zu vermeiden.
  • Eine einfache Lösung zur Vermeidung dieses Effekts bei Monochromkameras ist die Verwendung von monochromatischem  Licht (Blau, Grün, Rot etc.), wie es LEDs erzeugen können. Kontrastreichere Bilder sind die Folge.

 

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