Verbessertes Verfahren zur Farbmessung

Spektrale Farbmessungen sind in vielen Bereichen der Wissen­schaft und Industrie unver­zichtbar. So sind ein­deutige Farb­defini­tionen und opti­male Farb­wieder­holungen in der Druck­quali­täts­kontrolle nötig. Bisherige Verfahren zur Druck­quali­täts­kontrolle liefern nur stich­proben­artige, punktu­elle Ergeb­nisse – und das unter erheb­lichem Aufwand. Wissen­schaftlern der Physi­kalisch-Tech­nischen Bundes­anstalt ist es in einem gemein­samen Projekt mit der Firma Chromasens gelungen, ein Verfahren zu entwickeln, das mit­hilfe von spektralen Vorinfor­mationen Farb­spektren effizient und mit hoher Genauig­keit rekon­stru­ieren kann. In einer Simu­lations­studie konnten die Forscher nach­weisen, dass ihr Ansatz deutlich bessere Ergeb­nisse liefert als herkömm­liche empi­rische Verfahren.

Derzeit übliche Verfahren zur spektralen Farb­messung bestimmen das Reflexions­spek­trum nur punk­tuell. Große Flächen können somit nicht voll­ständig erfasst werden. Zudem ist die Mes­sung auf­wendig: So wird beispiels­weise bei der Druck­qualitäts­kontrolle ein Soll-Ist-Vergleich manuell mittels geson­derter Farb­mess­geräte auf Test­bögen durch­geführt. Dieser Schritt könnte künftig ent­fallen. Mittels einer multi­spektral messenden Zeilen­kamera und eines in der PTB ent­wickelten Algo­rithmus lässt sich das komplette Reflexions­spektrum einer zu messenden Ober­fläche auf­nehmen und kontrol­lieren – voll­auto­mati­siert und in Echtzeit.

Die verwendete Kamera verfügt über zwölf Farbkanäle, die unter­schied­lich sensibel auf Licht reagieren. Im ersten Schritt werden die spektralen Empfind­lichkeits­kurven der einzelnen Kanäle bestimmt. Diese Kali­brierungs­stufe ist die Grund­lage für die anschlie­ßende Rekon­struktion des Farb­spektrums aus den Mess­daten der Kamera während der Mess­stufe. Für das zwei­stufige Rekon­struk­tions­ver­fahren ver­folgten die Forscher der PTB einen Bayes­schen Ansatz, der es erlaubt, die Mess­ergeb­nisse der Kamera mit bereits vorhan­denem Vor­wissen, etwa über die Glatt­heit des Spektrums oder aus bekannten Daten voraus­gehender Spektro­photo­meter-Messungen, zu ver­knüpfen. Mit diesem Ansatz lassen sich auch Unsicher­heiten und Standard­abwei­chungen bestimmen, was die Zuver­lässig­keit der Mess­ergeb­nisse sicher­stellt und nach­voll­ziehbar macht.

Das Projekt der PTB und der Firma Chromasens ist für zwei weitere Jahre ange­legt. Ziel ist es, den Weg für die breite Anwendung der neuen Methode zu bereiten. So ist es zum Beispiel denkbar, aufgrund der Erfas­sung spektraler Eigen­schaften von Proben­ober­flächen, effi­ziente Material­sortie­rungen und Konfor­mitäts­kontrollen in der indus­triellen Produk­tion durch­zu­führen. Neben der Industrie dürften auch weitere Bereiche von dem Verfahren Gebrauch machen, beispiels­weise die Medizin. Insbe­sondere die medi­zi­nische Bild­gebung könnte zukünftig mehr und mehr von spektral zerlegten Messungen und deren Aus­wertung profi­tieren.

PTB / RK