Was bedeuten chromatische Eigenschaften bei der Beleuchtung in der maschinellen Bildverarbeitung?

Bei maschinellen Sehsystemen wirken sich die Auswahl und Konfiguration von Lichtquellen entscheidend auf die Bildqualität und analytische Ergebnisse aus. Farbliche Eigenschaften – einschließlich Chromatizität, Farbtemperatur, korrelierte Farbtemperatur (CCT) und Farbwiedergabeindex (CRI) – beeinflussen grundlegend die Abbildungsleistung. Im Folgenden finden Sie eine detaillierte Erklärung dieser Eigenschaften und ihrer Bedeutung in industriellen Vision-Anwendungen.

Chromatizität: Das Wesen der Lichtfarbe

Die Chromatizität definiert die eigene Farbe, die von einer Lichtquelle ausgestrahlt wird. Unterschiedliche chromatische Eigenschaften erzeugen unterschiedliche visuelle Effekte, die direkt den Bildkontrast, die Klarheit und die Farbtreue beeinflussen. Beispielsweise:

○  Bei der Oberflächenfehlerprüfung erhöht eine strategisch gewählte Farbtonauswahl die Sichtbarkeit von Kratzern oder Verunreinigungen gegenüber Hintergrundtexturen.

○  Rotes Licht (620–750nm) verbessert den Kontrast bei der Prüfung von Kupferbahnen auf Leiterplatten.

○  Blaues Licht (450–495nm) betont die Oberflächentopografie beim 3D-Teile-Scanning.

Eine präzise chromatische Abstimmung ermöglicht Ingenieuren, optischen Kontrast für spezifische Materialien oder Defekte zu „programmieren“.

Farbtemperatur: Die thermische Signatur des Lichts

In Kelvin (K) gemessen beschreibt die Farbtemperatur die visuelle Wärme oder Kälte einer Lichtquelle, indem deren Farbton mit dem eines theoretischen Schwarzkörpers verglichen wird, der auf diese Temperatur erhitzt wurde:

○  Niedrige Farbtemperatur (1.800–3.500K):

Rötliche/Gelbtöne (z. B. Halogenlampen). Erzeugt „warme“ Bildgebungsumgebungen, ideal zur Reduzierung von Blendung auf reflektierenden Oberflächen.

○  Mittlere Farbtemperatur (3.500–5.000K):

Neutrales Weiß (z. B. Tageslicht-LEDs). Stellt ein Gleichgewicht zwischen Farbgenauigkeit und Kontrast für allgemeine Prüfaufgaben dar.

○  Hohe Farbtemperatur (5.000 K–10.000 K):

Blauweiß (z. B. Xenonbögen). Liefert hochenergetische Beleuchtung für Hochgeschwindigkeitsaufnahmen oder Fluoreszenznachweis.

Anwendungshinweis: Bei der Inspektion von Halbleiterwafern wird häufig 5.600 K-Beleuchtung verwendet, um die Lichtverhältnisse an die im Reinraum anzupassen und Farbverschiebungsartefakte zu vermeiden.

Farbtemperatur (CCT): Die Verbindungslösung

Nicht-thermische Lichtquellen wie Leuchtstoffröhren oder LEDs weisen keine echten Schwarzkörperstrahlungskurven auf. CCT gibt die wahrgenommene Farbtemperatur an, indem diskontinuierliche Spektren mit der nächstgelegenen Schwarzkörperäquivalenz abgeglichen werden:

○  Wichtig zur Gewährleistung einer konsistenten Farbdarstellung unter:

Mehrquellenumgebungen mit unterschiedlicher Beleuchtung

Alte Leuchtstoffbeleuchtung in Fabriken

○  Moderne Sehsysteme verwenden CCT-Kalibrierung, um die Farbgenauigkeit beizubehalten, wenn hybride Beleuchtungssysteme integriert werden.

Farbwiedergabeindex (CRI): Das Genauigkeitsmaß

CRI quantifiziert die Fähigkeit einer Lichtquelle, die wahren Farben eines Objekts im Vergleich zum natürlichen Tageslicht (CRI=100) wiederzugeben. Skala: 0–100.

○  Hoher CRI (>90):

Unverzichtbar für farbkritische Anwendungen (z. B. Lackkontrolle bei Automobilen, Sortierung von Pharmazeutika).

○  Niedriger CRI (<80):

Verursacht Farbverfälschungen (z. B. erscheint ein rotes Bauteil braun).

Brancheneinfluss : Lebensmittelkontrolleure benötigen Beleuchtung mit CRI≥95, um Reife oder Kontamination von Produkten genau erkennen zu können.

Fazit: Beleuchtung als Analysewerkzeug

In der Bildverarbeitung geht Beleuchtung über reine Illumination hinaus – sie ist eine technisch gestaltete Lösung zur Informationsgewinnung. Wesentliche Implementierungsprinzipien:

○  Bei farbkritischen Aufgaben CRI >90 und kontrollierte CCT bevorzugen

○  Kühlere Lichtquellen (LEDs) für Stabilität und Reduzierung der Betriebskosten einsetzen

○  Photometer verwenden, um die Beleuchtungsbedingungen zu standardisieren

○  Farbton mit den optischen Reaktionen der Zielmaterialien abgleichen

Präzise Beleuchtung verwandelt Rohpixel in handlungsrelevante Daten. Da die hyperspektrale Bildgebung weiter voranschreitet, bleibt die Beherrschung dieser Grundlagen die Voraussetzung für verlässliche Automatisierung.