Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur optischen Farbbestimmung von Objekten mittels mindestens einer Lichtquelle zum Beleuchten des Objekts sowie einem Sensorikelement zur Detektierung der von dem Objekt wiedergegebenen Farbin¬ formationen. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Zur optischen Farbbestimmung von Objekten ist es aus der Praxis bekannt, als Sensorikelemente CCD-Kameras zu verwenden. Diese CCD-Kameras weisen zur Aufnahme der Farbinformationen eine Vielzahl von Bildpunkteinheiten (Pixel) auf, die in verschiedenen Wellenlängenbereichen sensitiv sind. Üblicherweise werden hierzu Pixel verwendet, die für die Farben Rot, Grün und Blau (RGB) sensitiv sind. Um die Farbe eines untersuchten Objektes exakt wiedergeben zu können, sind bei den bekannten Verfahren somit immer drei Pixel notwendig, um aus den Farben Rot, Grün und Blau jede beliebige Farbe erstellen zu können.

Ein gattungsgemäßes Farbbestimmungsverfahren ist beispielsweise aus der US 5 850 472 A bekannt. Bei diesem bekannten Verfahren findet in einem ersten Ver¬ fahrensschritt eine Kalibrierung der drei RGB-Farbkanäle der Farbkamera mittels eines weißen Probekörpers statt. Diese ermittelten Werte werden als Referenzwer¬ te hinterlegt. Im nachfolgenden Verfahrensschritt der Farbmessung einer unbe¬ kannten Probe werden Durchschnitte der RGB-Werte ermittelt und mit den wäh¬ rend der Kalibrierung ermittelten Werte verglichen und aus der Differenz die Farbe der Probe errechnet. Neben dem Umstand, dass die farbsensitiven Bildpunkteinheiten teuer sind, ist die Auflösung einer solchermaßen ausgerüsteten CCD-Kamera dadurch beschränkt, dass jeweils drei Pixel notwendig sind, um die Farbinformationen eindeutig zu verarbeiten.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die A u f g a b e zugrunde, ein Verfahren zur optischen Farbbestimmung von Objekten zu schaffen, das bei hoher Auflö¬ sungsdichte eine exakte Wiedergabe der Farbinformationen ermöglicht. Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bereitzustellen.

Die verfahrensmäßige L ö s u n g dieser Aufgabenstellung ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch, die Verfahrensschritte:

a) Ermitteln mindestens eines Referenzwertes mittels eines Objektes mit bekann¬ ten Farbinformationen;

b) Abgleichen der detektierten Farbinformationen eines zu bestimmenden Objekts auf den mindestens einen im Verfahrensschritt a) ermittelten Referenzwert mittels hinsichtlich der Farbe individuell einstellbarer Beleuchtung des zu bestimmenden Objekts und

c) Bestimmen der Farbe des Objekts aus dem Vergleich im Verfahrensschritt b) eingestellten Beleuchtungsfarbwerte mit dem mindestens einen im Verfahrens¬ schritt a) ermittelten Referenzwert.

Durch das Ermitteln des mindestens einen Referenzwertes anhand eines farblich bekannten Objekts und das nachfolgende Abgleichen detektierter Farbinformatio¬ nen auf den Referenzwert ist es mit dem erfindungsgemäßen verfahren erstmalig möglich, Farbbestimmungen mit einer monochromatischen, insbesondere einer schwarz/weiß CCD-Kamera vorzunehmen. Die Ausrüstung ist nicht nur preisgüns¬ tiger als die bekannten Farbkameras, sie erlaubt darüber hinaus eine dreifach hö¬ here Auflösungsdichte, da nur eine Bildpunkteinheit (Pixel) zur Aufnahme der voll¬ ständigen Farbinformation ausreichend ist. Um die Arbeit des Verfahrens zu beschleunigen, wird gemäß einer praktischen Ausführungsform der Erfindung vorgeschlagen, dass die im Verfahrensschritt b) eingestellten Werte als Referenzwerte für die im Verfahrensschritt c) bestimmte Farbe abgespeichert und für nachfolgende Farbbestimmungen herangezogen werden. Diese als neue Referenzwerte heranziehbaren Farbdaten erleichtern und beschleunigen das Abgleichen im Verfahrensschritt b).

Gemäß einer praktischen Ausführungsform der Erfindung wird vorgeschlagen, dass im Verfahrensschritt a) als Referenzwert ein Intensitäts-Wellenlängen- Diagramm verwendet wird. Dieses Diagramm, dessen Achsenwerte einfach und exakt detektierbar sind, ermöglicht eine übersichtliche Darstellung der erhaltenen Farbinformationen und ermöglicht auf graphische Weise ein einfach nachvollzieh¬ bares Abgleichen der detektierten Werte auf die jeweiligen Referenzwerte.

Um im Verfahrensschritt b) die Beleuchtung des Objekts auf die Farbe des Objek¬ tes abgestimmt individuell so einstellen zu können, dass die detektierten Farbin¬ formationen möglichst genau auf die zuvor ermittelten Referenzwerte abgeglichen werden können, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass alle eine Farbe be¬ stimmenden physikalischen Eigenschaften, nämlich der Farbton, die Helligkeit und die Farbintensität, eines jeden einzelnen Beleuchtungselements der Lichtquelle unabhängig voneinander einzeln einstellbar sind.

Die individuelle Anpassung der Beleuchtung des Objektes kann erfindungsgemäß insbesondere dadurch erreicht werden, dass über jedes Beleuchtungselement der Lichtquelle Licht in den Farben Rot, Grün und/oder Blau auf das zu bestimmende Objekt abstrahlbar ist.

Weiterhin wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgeschlagen, dass die Oberfläche des Objekts in einzelne Teilflächen unterteilt wird, wobei die Farbe je¬ der Teilfläche einzeln bestimmt werden kann, um auch Farbverläufe der Oberflä¬ chenfarbe des zu bestimmenden Objekts exakt detektieren zu können.

Schließlich wird mit der Erfindung eine Vorrichtung zur optischen Farbbestimmung von Objekten zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschla¬ gen, wobei die Vorrichtung eine Lichtquelle zum Beleuchten des Objekts sowie ein Sensorikelement zur Detektierung der von dem Objekt wiedergegebenen Farbin¬ formationen umfasst. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass das Sensorikelement eine monochromatische, vorzugsweise eine schwarz/weiß, CCD-Kamera ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht erstmalig die Detektierung der vollständigen Farbinformationen mit nur einer Bild¬ punkteinheit (Pixel), wie dies zuvor nur für reine schwarz/weiß Aufnahmen bekannt war.

Zur Ausbildung der mindestens einen Lichtquelle, über die das zu bestimmende Objekt mit einem individuell einstellbaren Licht beleuchtbar ist, wird erfindungsge¬ mäß vorgeschlagen, dass die Lichtquelle aus einer Vielzahl einzeln ansteuerbarer Beleuchtungselemente, vorzugsweise Lichtleiterfasern, besteht.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich anhand der zugehöri¬ gen Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Vorrich¬ tung zur optischen Farbbestimmung von Objekten sowie deren Arbeitsweise nur beispielhaft dargestellt sind. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur optischen Farbbestimmung von Objekten;

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines individuellen Beleuchtungsfeldes;

Fig. 3 eine schematische Darstellung des Verfahrensablaufs zur Ermittlung eines Referenzwertes und

Fig. 4 eine schematische Darstellung des Verfahrensablaufs des Abgleichens detektierter Farbinformationen.

Die in der Abbildung Fig. 1 nur rein schematisch dargestellte Vorrichtung zur opti¬ schen Farbbestimmung von Objekten besteht aus einer Lichtquelle 1 zum Beleuch¬ ten eines Objektes 2, dessen Farbe detektiert werden soll, sowie einem Sensorike¬ lement 3 zur Detektierung der vom Objekt 2 wiedergegebenen Farbinformationen. Bei dem Sensorikelement 3 handelt es sich um eine monochromatische, vorzugs¬ weise schwarz/weiß, CCD (charge-coupled-device) Kamera. Das Sensorikelement 3 (CCD-Kamera) setzt sich dabei aus einer Vielzahl einzelner Bildpunkteinheiten (Pixel) zusammen, die alle im selben Wellenlängenbereich sensitiv sind.

Die Arbeitsweise der optischen Farbbestimmung von Objekten mittels dieser Vor¬ richtung wird nachfolgend anhand der Abbildungen Fig. 2 bis Fig. 4 beschrieben, wobei es sich bei dem dargestellten und beschriebenen Sensorikelement 3 um eine schwarz/weiß CCD-Kamera handelt.

Im ersten Verfahrensschritt wird mittels eines Objektes 2 mit bekannten Farbinfor¬ mationen mindesten ein Referenzwert ermittelt. Bei diesem in Fig. 3 dargestellten Kalibrierungsverfahren wird ein weißes Objekt 2 über die Lichtquelle 1 mit weißem Licht bestrahlt, dessen Intensitäts-Wellenlängen-Diagramm als Beleuchtungsdia¬ gramm 4 in Fig. 3 links dargestellt ist.

Die von dem solchermaßen mit weißem Licht bestrahlten weißen Objekt 2 abge¬ gebenen Farbinformationen werden von den schwarz/weiß sensitiven Bildpunkt¬ einheiten (Pixeln) des Sensorikelements 3 detektiert und lassen sich wiederum in einem Intensitäts-Wellenlängen-Diagramm, dem Kameradiagramm 5 darstellen. Dieses solchermaßen erhaltene Kameradiagramm 5 ist individuell charakteristisch für die verwendete CCD-Kamera und zeigt, wie ein rein weißes Objekt 2 mit die¬ sem Sensorikelement 3 abgebildet wird.

Um nun mit einer schwarz/weiß CCD-Kamera die Farbe verschiedener Objekte 2 bestimmen zu können, werden im zweiten Verfahrensschritt die von einem unbe¬ kannten Objekt 2 wiedergegebenen Farbinformationen durch individuell angepass- tes Beleuchten des Objektes 2 über die Lichtquelle 1 so abgeglichen, dass diese dem zuvor ermittelten Referenzwert (Kameradiagramm 5) entsprechen.

Das Abgleichen der Farbinformationen im zweiten Verfahrensschritt ist in Fig. 4 schematisch dargestellt.

Bei dem zu untersuchenden Objekt 2 handelt es sich beispielsweise um ein grünes Objekt 2, welches im Kameradiagramm 5 den mit der durchgezogenen Linie dar- gestellten Intensitäts-Wellenlängen-Verlauf ergibt, der sich deutlich von dem punk¬ tiert dargestellten Verlauf des Referenzwertes des weißen Objektes 2 unterschei¬ det.

Um die Kurve dieser detektierten Farbinformationen auf die weiße Kurve abzuglei¬ chen, ist es notwendig, den Körper 2 über die Lichtquelle 1 mit roten und blauen Lichtanteilen zu beleuchten. Im Beleuchtungsdiagramm 4 sind hierzu die Intensi¬ täts-Wellenlängen-Verläufe von reinem roten und blauem Licht gegenüber dem aus Fig. 3 bekannten Intensitäts-Wellenlängen-Verlauf des weißen Lichtes aufge¬ tragen. Mit Pfeilen 6 sind die Bereiche der Kurven markiert, die durch geeignete Einstellung der Beleuchtung korrigiert werden müssen, um abschließend den im ganz rechts dargestellten Abgleichdiagramm 7 wiedergegebenen abgeglichenen Kurvenverlauf zu erhalten.

Hierzu besteht die Lichtquelle 1 vorzugsweise aus einer Vielzahl einzelner Be¬ leuchtungselemente 8 (Fig. 2), insbesondere Lichtleiterfasern, die einzeln mit Licht in den Farben Rot, Grün und Blau ansteuerbar sind, wobei zusätzlich jede Farbe hinsichtlich des Farbtons und/oder der Helligkeit und/oder der Farbintensität ein¬ zeln einstellbar ist, um das Abgleichdiagramm 7 möglichst genau an den Refe¬ renzwert anzupassen.

Fig. 2 zeigt beispielhaft ein von der Lichtquelle 1 erzeugtes individuelles Beleuch¬ tungsfeld. Nahezu jedes der das Beleuchtungsfeld umgebenden Beleuchtungs¬ elemente 8 gibt bei dieser Darstellung Licht in einem anderen Farbton, einer ande¬ ren Helligkeit und/oder einer anderen Farbintensität ab.

Aus den bekannten Einstellungen der Beleuchtungselemente 8 der Lichtquelle 1 , die notwendig waren, um die detektierten Farbinformationen eines farblich zu be¬ stimmenden Objekts 2 auf den Referenzwert abzugleichen, lässt sich in einem drit¬ ten Verfahrensschritt die Farbe des zu bestimmenden Objekts 2 berechnen.

Somit ist es mit diesem Verfahren möglich, trotz der Verwendung nur einer schwarz/weiß CCD-Kamera eine exakte Farbbestimmung der zu untersuchenden Objekte 2 durchzuführen. Da nur eine Bildpunkteinheit (Pixel) notwendig ist, um die gesamte Farbinformation zu ermitteln, ist eine dreifach höhere Auflösungsdichte gegenüber den bekannten Farb-CCD-Kameras erzielbar, da diese jeweils eine rot, eine grün und eine blau sensitive Bildpunkteinheit für die vollständige Farbdetektie- rung erfordern.

Um auch Farbverläufe des Objektes 2 ermitteln zu können, wird die Oberfläche des zu betrachtenden Objekts 2 vorzugsweise punktweise oder linienweise abge¬ fahren. Bezuqszeichenliste 1 Lichtquelle 2 Objekt 3 Sensorikelement 4 Beleuchtungsdiagramm 5 Kameradiagramm 6 Pfeil 7 Abgleichdiagramm 8 Beleuchtungselement