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    • 专利摘要:
    Verfahren und Vorrichtung zur genauen Ermittlung der Farbe von sowohl undurchsichtigem als auch transparentem Schüttgut, insbesondere von Kunststoffgranulat oder pulverförmigem Schüttgut, das folgende Schritte umfasst: Aufnahme eines oder mehrerer hoch aufgelöster Bilder des Schüttguts, das eine nicht-ebene und farblich inhomogene Oberfläche aufweist, und Auswertung der Messwerte des oder der hoch aufgelösten Bilder. Folgende Schritte werden für die Auswertung der Messwerte durchgeführt: Bestimmung der zu den farblich homogenen Teilflächen des Schüttguts gehörenden Bildpunkte (ausgewählte Bildpunkte), Mittelung der den ausgewählten Bildpunkten zugehörigen Messwerte und Bestimmung der Farbe des Schüttguts und/oder der Farbabweichung zwischen dem Schüttgut und einer Referenzprobe aus den gemittelten Messwerten.Method and device for accurate determination of the color of both opaque and transparent bulk material, in particular plastic granulate or powdery bulk material, comprising the following steps: recording one or more high-resolution images of the bulk material having a non-planar and color-inhomogeneous surface, and Evaluation of the measured values of the high resolution image (s). The following steps are carried out for the evaluation of the measured values: determination of the pixels belonging to the color-homogeneous partial surfaces of the bulk material (selected pixels), averaging of the measured values associated with the selected pixels and determination of the color of the bulk material and / or the color deviation between the bulk material and a reference sample from the averaged readings.
    公开号:DE102004016829A1
    申请号:DE102004016829
    申请日:2004-04-01
    公开日:2005-11-03
    发明作者:Heribert Dr. Geißelmann；Detlef Dr. Paul
    申请人:ROC REIMELT OPTICAL CONTROL GM；ROC REIMELT OPTICAL CONTROL GmbH；Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV；
    IPC主号:G01J3-46
    专利说明:
    [0001] Dievorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtungzur genauen Ermittlung der Farbe von sowohl undurchsichtigem als auchtransparentem Schüttgut,insbesondere von Kunststoffgranulat oder pulverförmigem Schüttgut.TheThe present invention relates to a method and an apparatusto accurately determine the color of both opaque as welltransparent bulk material,in particular of plastic granules or powdery bulk material.
    [0002] DieErmittlung der Farbe von Schüttgutwird vor allem im Rahmen von Produktionsprozessen oder von Qualitätskontrollenbenötigt.Ein wichtiges Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Herstellung vonKunststoffen, bei der einem Basismaterial aus Polymeren oder Harzeneine Reihe von Zusatzstoffen beigemengt werden, insbesondere auchFarbpigmente. Die geschmolzene homogene Masse wird extrudiert undanschließendgranuliert. Die Farbe des Kunststoffs ist vom Auftraggeber im allgemeinengenau vorgegeben und darf nur innerhalb geringer Toleranzen schwanken.Um die gewünschteFarbe bei der Kompoundierung sicherzustellen, muss man sie messen.Die Messung kann im Prinzip an verschiedenen Stellen innerhalb desHerstellungsprozesses erfolgen: in der flüssigen Phase des Kunststoffes,am extrudierten Strang, am Granulat oder an Messplättchen,die aus dem Granulat hergestellt werden. Wünschenswert ist eine Messungam Granulat. Wenn diese Messung gelingt, kann die zeitraubende Herstellungvon Messplättchenentfallen und die Korrekturwerte zur Regelung der Farbmischung stehen schnellerzur Verfügung.TheDetermination of the color of bulk materialis mainly used in the context of production processes or quality controlsneeded.An important field of application of the invention is the production ofPlastics in which a base material of polymers or resinsa number of additives are included, in particularColor pigments. The molten homogeneous mass is extruded andsubsequentlygranulated. The color of the plastic is generally from the clientexactly given and may vary only within small tolerances.To the desiredTo ensure color during compounding, you have to measure it.The measurement can, in principle, be done in different places within theManufacturing process done: in the liquid phase of the plastic,on the extruded strand, on the granules or on measuring platelets,which are made from the granules. It is desirable to have a measurementon the granules. If this measurement succeeds, the time-consuming production canof measuring plateseliminated and the correction values for controlling the color mixture are fasterto disposal.
    [0003] Für eine genaueFarbmessung wird bei aus dem Stand der Technik bekannten Verfahrenein farblich homogener, ebener Prüfling benötigt. Schüttgut wie insbesondere Kunststoffgranulatoder Pulver weist dagegen eine nicht-ebene und farblich inhomogeneOberflächeauf. Um die gewünschteFarbe sicherzustellen, werden daher bei der Herstellung von Kunststoffenals allgemein bekanntes Standardverfahren aus den Granulaten ineiner SpritzgießmaschineMessplättchengeformt, welche dann mit Hilfe eines herkömmlichen Spektrometers vermessen werden.Das primäreMessergebnis des Spektrometers ist das Remissionsspektrum der Probe.Daraus werden im allgemeinen die für das Farbwahrnehmungsvermögen desMenschen maßgeblichen Kenngrößen abgeleitet,meist die standardisierten Farbwerte L*a*b* (CIE). Dieses Vorgehenhat den Nachteil, dass von Entnahme der Probe (der Granulate) biszur Bereitstellung der Messergebnisse (am Prüfplättchen) eine relativ langeZeit vergeht. Währenddieser Zeit muß aberdie kontinuierlich arbeitende Produktionsanlage weiter laufen underzeugt womöglichAusschuß.Das Problem ist also die durch den Messvorgang bestimmte Totzeitbei der Regelung der Farbmischung. Es läßt sich nur lösen, wenn manein Verfahren findet, das ohne Messplättchen auskommt, so dass mandie Farbe des Kunststoffes schon in einer früheren Phase des Produktionsprozessesbestimmen kann.For an accurateColor measurement is by methods known in the arta color homogeneous, flat test specimen needed. Bulk goods, in particular plastic granulesor powder, however, has a non-planar and color inhomogeneoussurfaceon. To the desiredTo ensure color, therefore, are used in the production of plasticsas well-known standard method from the granules inan injection molding machineshimshaped, which are then measured using a conventional spectrometer.The primaryThe measurement result of the spectrometer is the reflectance spectrum of the sample.This will generally be the color perception of theDerived people's relevant parameters,usually the standardized color values L * a * b * (CIE). This procedurehas the disadvantage that from taking the sample (the granules) toto provide the measurement results (on Prüfflättchen) a relatively longTime goes by. Whilebut this time mustthe continuously operating production plant continues to run andpossibly producesCommittee.The problem is the dead time determined by the measurement processin the regulation of color mixing. It can only be solved if onefind a method that manages without measuring plate, so that onethe color of the plastic already at an earlier stage of the production processcan determine.
    [0004] ZurLösungdes Problems mit der Totzeit wurden verschiedene Wege vorgeschlagen.In DE 195 07 750 A1 istein Verfahren offengelegt, mit dem man die Farbe des Kunststoffsmit Hilfe eines Spektrometers direkt nach dem Extruder an den zylindrischenSträngenmessen kann. Unter normalen Bedingungen gelingt das nicht, weilzur Messung mit einem Spektrometer eine ebene Probe von einigenMillimeter Durchmesser erforderlich ist. In DE 195 07 750 A1 werdendie Kunststoffsträngein einem Wasserbad geführt,damit die zylindrische Probe aus Sicht des Spektrometers eine einheitlicheFarbe aufweist. In US00552628A wird ebenfalls ein Verfahren zur Messung derFarbe an den zylindrischen Extrudaten beschrieben. Hier dient allerdingseine herkömmlicheFarbkamera (RGB) als Sensor, wobei versucht wird, erstens die unerwünschtenInhomogenitätenim Erscheinungsbild des Kunststoffstranges zu kompensieren und zweitenseine Abbildung der RGB-Werte in L*a*b* durchzuführen.To solve the problem with the dead time, various ways have been proposed. In DE 195 07 750 A1 discloses a method by which one can measure the color of the plastic with the aid of a spectrometer directly after the extruder on the cylindrical strands. This is not possible under normal conditions, because a plane sample of a few millimeters in diameter is required for measurement with a spectrometer. In DE 195 07 750 A1 The plastic strands are run in a water bath, so that the cylindrical sample has a uniform color from the perspective of the spectrometer. In US 00552628A Also, a method of measuring the color of the cylindrical extrudates is described. Here, however, a conventional color camera (RGB) is used as a sensor, which is trying first to compensate for the unwanted inhomogeneities in the appearance of the plastic strand and secondly to perform a mapping of the RGB values in L * a * b *.
    [0005] Allegenannten Methoden zur Messung der Farbe von Kunststoffen in derProduktion haben sich bisher in der Praxis nicht durchsetzen können. Eine Messungder Farbe von Kunststoffen am Granulat wurde bisher nicht bekannt.Allmentioned methods for measuring the color of plastics in theProduction has not been successful in practice so far. A measurementthe color of plastics on the granules has not been known.
    [0006] Aufgabeder Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, das eine genaue Messung der Farbe von sowohl undurchsichtigemals auch transparentem Schüttgut,insbesondere von Kunststoffgranulat oder pulverförmigen Schüttgut, (oder zumindest vonFarbdifferenzen der jeweiligen Probe im Vergleich zu einer Referenzprobe)trotz der nicht-ebenen und z.B. durch Schatten oder Bruchstellenfarblich inhomogenen Oberfläche ermöglicht.taskIt is the object of the invention to provide an apparatus and a methodto provide an accurate measurement of the color of both opaqueas well as transparent bulk material,in particular of plastic granules or pulverulent bulk material (or at least ofColor differences of the respective sample compared to a reference sample)despite the non-planar and e.g. through shadows or breakagescolored inhomogeneous surface allows.
    [0007] DieAufgabe wird mit dem Verfahren des Hauptanspruchs 1 gelöst. DerAnspruch 18 gibt eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach demAnspruch 1 an. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens und derVorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche.TheThe object is achieved by the method of the main claim 1. Of theClaim 18 gives an apparatus for carrying out the method according to theClaim 1 to. Advantageous embodiments of the method and theDevice are the subject of the dependent claims.
    [0008] Für eine genaueFarbmessung benötigtman eine definierte Beleuchtung, eine definierte Messgeometrie undeinen farblich homogenen, ebenen Prüfling. Handelsübliche Spektrometersind dementsprechend meist folgendermaßen aufgebaut: als Lichtquellewird eine Lampe eingesetzt, die überdas gesamte Spektrum des sichtbaren Lichtes hinweg eine hinreichendhohe Leistung abstrahlt (z.B. Xenon-Lampe); die Beleuchtung desPrüflingserfolgt mit diffusem Licht (z.B. über eine Ulbrichtkugel); der Sensorist unter einem Winkel von vorzugsweise 8° Grad auf den Prüfling gerichtetund der Prüflinghat eine farblich homogene, ebene Oberfläche. Das Spektrometer misstdas Remissionsspektrum des Prüflingsund zwar Bemittelt übereinen Messfleck von z.B. 10 mm Durchmesser.For a precise color measurement you need a defined illumination, a defined measurement geometry and a color homogeneous, even test ling. Accordingly, commercially available spectrometers are usually constructed as follows: the light source used is a lamp which emits a sufficiently high power over the entire spectrum of visible light (eg xenon lamp); the specimen is illuminated with diffused light (eg via an integrating sphere); The sensor is directed at an angle of preferably 8 ° degrees to the specimen and the specimen has a color-homogeneous, flat surface. The spectrometer measures the reflectance spectrum of the device under test, averaged over a measuring spot of eg 10 mm diameter.
    [0009] DasProblem bei der Farbmessung am Schüttgut liegt darin, dass dieOberflächeder Prüflingeweder eben ist noch farblich homogen. Inhomogen ist die Farbe z.B.bei Kunststoffgranulat infolge der unterschiedlichen Oberflächeneigenschaftenan den Schnittflächenund den Mantelflächender Granulate oder infolge von Weißbruch. Dazu kommen Farbabweichungenin Schatten- und Randbereichen. Die mit der Erfindung gelöste Aufgabebesteht also in der Überwindungder genannten Hindernisse füreine genaue Farbmessung: die nicht-ebene und die farblich inhomogeneOberflächeder Prüflinge.Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass anhandvon einer oder mehrerer Aufnahmen des Schüttguts mit einer genügend hohenAuflösung zunächst dieBildpunkte (im folgenden ausgewählte Bildpunktegenannt) bestimmt werden können,die zu den farblich homogenen Teilflächen des Schüttguts gehören. Bevorzugtwird hierfürzunächstein Farbbild, insbesondere ein RGB-Bild, entweder direkt durch Messungerlangt oder aus mehreren Bildaufnahmen berechnet und die Bestimmungder ausgewähltenBildpunkte anhand einer Ballungsanalyse im ein- oder mehrdimensionalenHistogramm des Farbbildes durchgeführt. Mit einer Mittelung derMesswerte dieser ausgewähltenBildpunkte kann dann die Farbe des Schüttguts, insbesondere in eineran das menschliche Sehvermögenangepassten Maßeinheit wiebeispielsweise Lab, und/oder der Farbabweichung zwischen dem Schüttgut undeiner Referenzprobe aus den gemittelten Messwerten bestimmt werden.TheProblem with the color measurement at the bulk material lies in the fact that thesurfacethe examineesneither is it even, nor is it homogeneous in color. Inhomogeneous is the color e.g.in plastic granules due to the different surface propertiesat the cut surfacesand the lateral surfacesthe granules or as a result of white fracture. There are also color deviationsin shadow and border areas. The problem solved by the inventionis thus in overcomingthe obstacles toa precise color measurement: the non-level and the color inhomogeneoussurfacethe examinees.The present invention is based on the finding that basedof one or more shots of the bulk material with a sufficiently highResolution first thePixels (in the following selected pixelscan be determined)which belong to the color-homogeneous partial surfaces of the bulk material. Preferswill do thisfirsta color image, in particular an RGB image, either directly by measurementobtained or calculated from multiple images and the determinationthe selected onePixels based on an agglomeration analysis in one- or multi-dimensionalHistogram of the color image performed. With an averaging ofReadings of these selectedPixels can then be the color of the bulk material, especially in oneto the human eyesightadjusted unit likefor example, Lab, and / or the color deviation between the bulk material anda reference sample can be determined from the averaged measured values.
    [0010] Mitder Erfindung lässtsich eine automatisierte Farbbestimmung realisieren, die z.B. während derlaufenden Produktion regelmäßig mitgeringer Zeitverzögerungkontrolliert, ob die Produkte bzw. Zwischenprodukte wie Kunststoffgranulatdie vorgegebene Farbe aufweisen oder nicht.Withof the inventionrealize an automated color determination, e.g. during theregular production withsmall time delaycontrols whether the products or intermediates such as plastic granuleshave the given color or not.
    [0011] BevorzugteAusführungsbeispieleder vorliegenden Erfindung werden nachfolgendend bezugnehmend aufdie beiliegenden Zeichnungen detailliert erläutert. Es zeigen:preferredembodimentsThe present invention will be described below with reference to FIGthe accompanying drawings explained in detail. Show it:
    [0012] 1 einenMessaufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtungzur Bestimmung der Farbe von Schüttgut; 1 a measurement structure of a device according to the invention for determining the color of bulk material;
    [0013] 2 eineindimensionales Histogramm eines Farbbildes; 2 a one-dimensional histogram of a color image;
    [0014] 3 Emissionsspektrenvon Leuchtdioden (LEDs); 3 Emission spectra of light emitting diodes (LEDs);
    [0015] 4 Aufbaueines bildgebenden Spektrometers. 4 Construction of an imaging spectrometer.
    [0016] 1 zeigtdie verwendete Messanordnung. Es ist dieselbe Geometrie wie beihandelsüblichen Spektrometern:die Beleuchtung erfolgt übereine Ulbrichtkugel 14 indirekt mit diffusem Licht erzeugtvon Lampen 12 und der Sensor 11 ist unter einemWinkel größer odergleich 0° Gradgegenüberder Senkrechten zum Messtisch 15, vorzugsweise von 8° Grad, aufden Prüfling 13 gerichtet,der sich auf dem Messtisch 15 befindet. Für die Messungder Farbe bei transparenten Proben, insbesondere transparenter Kunststoffgranulateist die in 1 gezeigte Auflichtbeleuchtungdurch eine entsprechende Durchlichtbeleuchtung zu ersetzen. 1 shows the measuring arrangement used. It is the same geometry as commercially available spectrometers: the illumination is via an integrating sphere 14 indirectly with diffused light produced by lamps 12 and the sensor 11 is at an angle greater than or equal to 0 ° degrees with respect to the perpendicular to the measuring table 15 , preferably of 8 degrees, on the test piece 13 directed, which is on the measuring table 15 located. For measuring the color of transparent samples, in particular transparent plastic granules, the in 1 to replace incident light illumination shown by a corresponding transmitted light illumination.
    [0017] Derwichtigste Unterschied gegenüberhandelsüblichenSpektrometern besteht darin, dass von den Prüflingen ein hoch aufgelöstes Bildaufgenommen wird, z.B. mit Hilfe einer farbtüchtigen Zeilenkamera oder einerFlächenkamera.Die Ortsauflösung liegtdabei z.B. bei 60μmpro Bildpunkt. Dann entfallen zum Beispiel auf ein Granulatkornvon 3mm Kantenlängeca. 2500 Bildpunkte; bei 100 aufgenommenen Körnern hat man etwa 250000 zumGranulat gehörigeBildpunkte. In dem gewonnenen Bild erscheinen die Zylinderflächen derGranulate infolge der diffusen Beleuchtung weitgehend unabhängig vonder Neigung der Oberflächenelementein gleicher Farbe; der Hintergrund, die Schnittflächen, Weißbruch, Schatten-und Randbereiche erscheinen in abweichenden Farben.Of themost important differencecommercialSpectrometers is that of the specimens a high-resolution imageis recorded, e.g. with the help of a color-capable line scan camera or aArea camera.The spatial resolution iswhile e.g. at 60μmper pixel. Then account for example, a granuleof 3mm edge lengthabout 2500 pixels; with 100 received grains one has about 250,000 toGranules belongingPixels. In the image obtained, the cylindrical surfaces of theGranules due to the diffuse lighting largely independent ofthe inclination of the surface elementsin the same color; the background, the cut surfaces, white break, shadowand border areas appear in different colors.
    [0018] DieFarbe des Schüttgutswird erfindungsgemäß durchAuswertung des erlangten Farbbildes ermittelt. Dazu wird zunächst dasein- oder mehrdimensionale Histogramm der Farbwerte des Bildes bestimmt.Bevorzugt wird ein RGB-Farbbild verwendet, so dass sich ein dreidimensionalesHistogramm mit den drei Dimensionen der Farbauszüge R, G und B ergibt. 2 zeigtein Histogramm in eindimensionaler Form. Im Farbraum erfolgt danneine Ballungsanalyse, bei der im wesentlichen nach zwei ausgeprägten Ballungengesucht wird: der zum Hintergrund gehörenden Ballung 22 undder zu den farblich homogenen Teilflächen des Schüttguts gehörenden Ballung 24.Weitere Werte ergeben sich durch Schatten 21 und Randbereiche 23.Als Ergebnis der Ballungsanalyse werden im Farbbild alle diejenigenBildpunkte ausgewählt,die zu den farblich homogenen Teilflächen des Schüttguts gehören. DurchMittelung der Messwerte überalle ausgewähltenBildpunkte werden mittlere Werte für R, G und B bestimmt. Diese Mittelwerterepräsentierendie Farbe des Granulats. Wegen der großen Zahl der in die Mittelungeingehenden Messwerte sind die gewonnenen Mittelwerte sehr genauund gut reproduzierbar. Die Kombination von Ballungsanalyse undMittelung übereine große Zahlvon Messwerten ist wesentlicher Bestandteil der Erfindung.The color of the bulk material is determined according to the invention by evaluation of the obtained color image. For this, the one- or multi-dimensional histogram of the color values of the image is first determined. Preferably, an RGB color image is used, so that a three-dimensional histogram with the three dimensions of the color separations R, G and B results. 2 shows a histogram in one-dimensional form. In the color space, an agglomeration analysis is then carried out that essentially looks for two distinct agglomerations: the background cluster 22 and the cluster belonging to the color-homogeneous partial surfaces of the bulk material 24 , Further values result from shadows 21 and border areas 23 , As a result of the congestion analysis, all the images in the color image become selected points that belong to the color-homogeneous partial surfaces of the bulk material. By averaging the measured values over all selected pixels, mean values for R, G and B are determined. These averages represent the color of the granules. Because of the large number of measurements taken in the averaging, the averages obtained are very accurate and well reproducible. The combination of agglomeration and averaging over a large number of measurements is an integral part of the invention.
    [0019] Für die Kennzeichnungvon Farben werden meist die an das menschliche Wahrnehmungsvermögen angepaßten MaßeinheitenL*a*b* (CIE) verwendet. Eine genaue Bestimmung der Lab-Werte an nichtselbst leuchtenden Körpernerfordert im allgemeinen eine Messung des Remissionsspektrums der Probe über dengesamten Wellenlängenbereichdes sichtbaren Lichtes. Je nach Einsatzbereich und Anforderungenan die Genauigkeit der Farbmessung können aber auch Näherungslösungen ausreichend sein.Dementsprechend wird das o.g. Prinzip der Farbmessung erfindungsgemäß auf unterschiedliche Weiserealisiert. Im folgenden werden drei Ausführungsbeispiele beschrieben.Für allebeschriebenen Realisierungen gilt, dass damit nicht unbedingt die absolutenFarbwerte in Lab bestimmt werden müssen. In der Praxis genügt es meist,wenn die Farbabweichung zwischen einer Probe und einer Referenzprobein Lab angegeben werden kann.For the labelingof colors are usually the units adapted to human perceptionL * a * b * (CIE). An accurate determination of the Lab values is noteven glowing bodiesgenerally requires a measurement of the reflectance spectrum of the sample over theentire wavelength rangeof visible light. Depending on the application and requirementsHowever, approximate solutions may suffice for the accuracy of the color measurement.Accordingly, the o.g. Principle of color measurement according to the invention in different waysrealized. In the following three embodiments will be described.For alldescribed realizations, that is not necessarily the absoluteColor values must be determined in Lab. In practice, it usually sufficesif the color deviation between a sample and a reference samplecan be specified in Lab.
    [0020] BeiEinsatz von farbtüchtigenKameras als Sensor in 1 kommen zwei Typen in Frage:Flächenkamerasund Zeilenkameras. Die Beleuchtung erfolgt in beiden Fällen durcheine Weißlichtquellemit möglichstflachem Spektrum. Vorteilhaft sind Zeilenkameras wegen ihrer hohenOrtsauflösung(z.B. 2000 farbige Bildpunkte auf der Zeile) und wegen der einfachenMessgeometrie. Bei Einsatz von Zeilenkameras wird das Messgut aufeinem Schlitten unter dem Sensor verfahren und die Bildaufnahmeerfolgt synchron zur Bewegung. Bei Einsatz von Flächenkamerasruht das Messgut währendder Bildaufnahme. Beide Sensortypen liefern direkt ein farbigesBild (in RGB) und das oben beschriebene Verfahren zur Bestimmungder Farbe des Schüttgutesist direkt einsetzbar. Aus den gewonnenen RGB-Werten für die Farbe des Schüttguteswerden direkt die Lab-Werte bestimmt. Grundlage für die Umrechnungist eine Kalibrierung, die entweder global vorgenommen werden kann(anhand von Proben, die den gesamten Farbraum abdecken) oder auchlokal (anhand von Proben, die den Farbraum in der näheren Umgebungfür dieFarbe abdecken, die fürdas gegebene Schüttgut erwartetwird).When using color-capable cameras as sensor in 1 Two types come into question: area cameras and line scan cameras. In both cases, the lighting is provided by a white light source with the widest possible spectrum. Line scan cameras are advantageous because of their high spatial resolution (eg 2000 colored pixels on the line) and because of the simple measurement geometry. When using line scan cameras, the material to be measured is moved on a carriage under the sensor and the image is recorded synchronously with the movement. When using surface-mounted cameras, the material to be measured rests during image acquisition. Both sensor types directly deliver a color image (in RGB) and the method described above for determining the color of the bulk material can be used directly. The Lab values are determined directly from the RGB values obtained for the color of the bulk material. The conversion is based on a calibration that can be done either globally (using samples that cover the entire color space) or locally (using samples that cover the color gamut in the vicinity of the color for the given bulk material) is expected).
    [0021] Vorteildieser Ausführungist die einfache und kostengünstigeRealisierung. Weiterhin ist vorteilhaft, dass sich in sehr kurzerZeit eine großeAnzahl von Messwerten erfassen lassen, z.B. 20 Millionen RGB-Wertepro Sekunde. Nachteil ist, dass die Umrechnung der RGB-Werte in Lab-Wertevom Prinzip her nicht eindeutig ist und es deshalb immer kritische Farbengibt, bei denen die Messung unbefriedigende Ergebnisse liefert.Der Grund dafürliegt in der schlechten spektralen Auflösung der Messungen (lediglichdrei integrale Werte: R, G und B).advantagethis versionis the simple and inexpensiveRealization. It is also advantageous that in a very short timeTime a big oneMeasure the number of readings, e.g. 20 million RGB valuesper second. Disadvantage is that converting the RGB values into Lab valuesis not unique in principle and therefore always critical colorswhere the measurement gives unsatisfactory results.The reason for thislies in the poor spectral resolution of the measurements (onlythree integral values: R, G and B).
    [0022] Beidieser Realisierung ist der Sensor in 1 eine Grautonkamera(Flächenkameraoder Zeilenkamera) und die Beleuchtung besteht aus mehreren Gruppenvon LEDs unterschiedlicher Farbe; z.B. 8 Gruppen mit den Spektrennach 3. Die LEDs sind so ausgewählt, dass ihre Emissionsspektrendas Spektrum des sichtbaren Lichtes möglichst lückenlos abdecken. Die Bildaufnahmeerfolgt vorteilhaft mit einer Flächenkamera.Bei ruhendem Messgut nimmt die Kamera nacheinander so viele Bilder auf,wie es Gruppen von LEDs gibt. Fürjede der Aufnahmen leuchtet reihum eine andere Gruppe von LEDs.Damit entstehen in diesem Beispiel von einer Szene acht Bilder,wobei jedes Bild das Remissionsvermögen der Probe im Spektralbereichder zugehörigenGruppe von LEDs wiedergibt. Aus diesen acht Bildern wird zunächst wiederein RGB-Bild berechnet und nach dem oben beschriebenen Verfahrenwerden diejenigen Bildpunkte ermittelt, die die Farbe des Schüttguts repräsentieren.Diese Bildpunkte werden in den acht Spektralauszügen markiert und aus den markiertenBildpunkten werden dann durch Mittelung acht Vektorkomponenten für die Bestimmungder Farbe des Schüttgutsberechnet. Bindeglied fürdie Berechnung der Lab-Werte aus den Vektorkomponenten ist entwedereine Kalibrierung (wie in der ersten Realisierung) oder eine Schätzung für den Verlaufdes Remissionsspektrums der Probe (siehe dritte Realisierung).In this realization, the sensor is in 1 a gray-scale camera (area camera or line camera) and the lighting consists of several groups of LEDs of different colors; eg 8 groups with the spectra after 3 , The LEDs are selected so that their emission spectra cover the spectrum of visible light as completely as possible. The image is advantageously taken with a surface camera. When the measurement object is stationary, the camera takes one after the other as many images as there are groups of LEDs. For each of the recordings, a different group of LEDs will turn on in turn. Thus, in this example, one scene produces eight images, each image representing the reflectance of the sample in the spectral range of the associated group of LEDs. From these eight images, an RGB image is first calculated again, and according to the method described above, those pixels are determined which represent the color of the bulk material. These pixels are marked in the eight spectral excerpts and from the marked pixels are then calculated by averaging eight vector components for the determination of the color of the bulk material. The link for calculating the Lab values from the vector components is either a calibration (as in the first implementation) or an estimate for the course of the remission spectrum of the sample (see third implementation).
    [0023] DieseRealisierung ist ein Kompromiß zwischender oben genannten ersten und der folgenden dritten Realisierungim Hinblick auf Ortsauflösung (Zahlder pro Zeiteinheit erfassten Bildpunkte) und spektraler Auflösung.TheseRealization is a compromise betweenthe above first and third implementationwith regard to spatial resolution (numberthe pixels captured per unit of time) and spectral resolution.
    [0024] Indieser Realisierung ist der Sensor in 1 ein bildgebendesSpektrometer. Aus Sicht des Nutzers ist ein bildgebendes Spektrometereine Zeilenkamera mit z.B. 680 oder 1000 Bildpunkten pro Zeile. Für jedenBildpunkt auf der Oberflächedes Prüflings entstehtaber nicht nur ein Messwert (wie bei einer Grautonkamera) oder dreiMesswerte (wie bei einer farbtüchtigenKamera), sondern z.B. 120 Messwerte. Jeder Messwert repräsentiertden Energieanteil des gemessenen Lichtes in einem schmalen Spektralbereich.Bei 120 Messwerten, verteilt überdas Spektrum des sichtbaren Lichtes zwischen 400 nm und 700 nm,liegt die spektrale Auflösungbei 2.5 nm pro Bildpunkt. Das Funktionsprinzip eines bildgebenden Spektrometersist in 4 dargestellt. Bei dem bildgebenden Spektrometerwird eine Linie der Szene 41 über ein Objektiv 42 aufden Eintrittsschlitz 43 eines Spektrographen 44 abgebildet.Der Spektrograph bildet den Eintrittsschlitz 43 auf einenflächigenSensor ab und zwar derart, dass in x-Richtung 45 die Ortsinformationerhalten bleibt und in y-Richtung 46 eine spektrale Zerlegungdes von jedem Linienelement einfallenden Lichtes erfolgt. Als Lichtquellewird wie in der ersten Realisierung eine Lampe (oder eine Kombinationvon Lampen) eingesetzt, die überden gesamten Bereich des sichtbaren Lichtes einen möglichstgleichmäßigen undzeitlich konstanten Lichtstrom (flaches Spektrum) liefert. Die Bildaufnahme erfolgtwie bei einer Zeilenkamera synchron zu der Bewegung des Messtischs.In this realization, the sensor is in 1 an imaging spectrometer. From the user's point of view, an imaging spectrometer is a line scan camera with, for example, 680 or 1000 pixels per line. For each pixel on the surface of the test object, however, not only one measured value (as in the case of a gray-scale camera) or three measured values (as with a color-capable camera) is produced, but, for example, 120 measured values. Each measured value represents the energy portion of the measured light in a narrow spectral range. At 120 measured values, distributed over the spectrum of visible light between 400 nm and 700 nm, the spectral resolution is 2.5 nm per pixel. The functional principle of an imaging spectrometer is in 4 shown. The imaging spectrometer becomes a line of the scene 41 via a lens 42 on the entrance slot 43 a spectrograph 44 displayed. The spectrograph forms the entrance slot 43 on a flat sensor and in such a way that in the x direction 45 the location information is retained and in y-direction 46 a spectral decomposition of the incident of each line element light takes place. As the light source, as in the first embodiment, a lamp (or a combination of lamps) is used, which provides as uniform and temporally constant luminous flux (flat spectrum) over the entire range of visible light. The image acquisition takes place as in a line camera synchronous to the movement of the measuring table.
    [0025] Analogzum Vorgehen in der zweiten Realisierung wird aus den primär gewonnenenSpektralbildern zunächstein RGB-Bild berechnet. Daraus werden (wie oben beschrieben) durchBallungsanalyse diejenigen Bildpunkte ermittelt, die die Farbe des Schüttguts repräsentieren.Diese Bildpunkte werden in den Spektralbildern markiert und ausden markierten Spektren wird ein mittleres Spektrum berechnet. Mitdem mittleren Spektrum sind die Kennwerte für die Farbe des Schüttguts inLab eindeutig bestimmt (siehe Definition des L*a*b*-Farbraumes inCIE 1964 und DIN 5033 DIN 6174).Analogousto proceed in the second realization is derived from the primarySpectral images firstcalculates an RGB image. From this (as described above) byConstraint analysis determines those pixels that represent the color of the bulk material.These pixels are marked in the spectral images and offThe marked spectra are calculated using a mean spectrum. Within the middle spectrum are the characteristic values for the color of the bulk material inLab uniquely determined (see definition of L * a * b * color space inCIE 1964 and DIN 5033 DIN 6174).
    [0026] Vorteildieser dritten Realisierung ist die hohe spektrale Auflösung derMesswerte. Damit ist es möglich,für jedebeliebige Farbe die entscheidenden Kenngrößen in Lab eindeutig zu bestimmen.advantageThis third realization is the high spectral resolution of theReadings. This makes it possiblefor everyAny color to clearly determine the key parameters in Lab.
    [0027] VonNachteil ist der höhereapparative Aufwand fürdas bildgebende Spektrometer und eine relativ lange Zeit für die Datenerfassung.Bei gleicher Datenrate des Sensors müssen wesentlich größere Datenmengenerfasst werden. Im Vergleich zur ersten Realisierung sind es z.B.120 Messwerte pro Oberflächenelementanstatt von drei Messwerten.FromDisadvantage is the higherapparative effort forthe imaging spectrometer and a relatively long time for data acquisition.At the same data rate of the sensor, much larger amounts of data must be availablebe recorded. Compared to the first realization, e.g.120 measured values per surface elementinstead of three readings.
    权利要求:
    Claims (21)
    [1]
    Verfahren zur genauen Ermittlung der Farbe vonsowohl undurchsichtigem als auch transparentem Schüttgut, insbesonderevon Kunststoffgranulat oder pulverförmigem Schüttgut, das folgende Schritteaufweist: – Aufnahmeeines oder mehrerer hoch aufgelöster Bilderdes Schüttguts,das eine nicht-ebene und farblich inhomogene Oberfläche aufweist;und – Ermittlungder Farbe des Schüttgutsdurch Auswertung der Messwerte des oder der hoch aufgelösten Bilder.Method for accurately determining the color ofboth opaque and transparent bulk material, in particularof plastic granules or powdered bulk material, the following stepshaving:- Admissionone or more high-resolution imagesof the bulk material,which has a non-planar and color-inhomogeneous surface;and- Detectionthe color of the bulk materialby evaluating the measured values of the high resolution image (s).
    [2]
    Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass zur genauen Ermittlung der Farbe von undurchsichtigem Schüttgut dieBeleuchtung fürdie Aufnahme der hoch aufgelöstenBilder des Schüttguts über eineUlbrichtkugel (14) indirekt mit diffusem Licht im Auflichterfolgt.A method according to claim 1, characterized in that for the accurate determination of the color of opaque bulk material, the illumination for the recording of the high-resolution images of the bulk material via an integrating sphere ( 14 ) takes place indirectly with diffused light in incident light.
    [3]
    Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass zur genauen Ermittlung der Farbe von transparentem Schüttgut dieBeleuchtung fürdie Aufnahme der hoch aufgelöstenBilder des Schüttguts über eineUlbrichtkugel (14) im Durchlicht erfolgt.A method according to claim 1, characterized in that for the accurate determination of the color of transparent bulk material, the illumination for the recording of the high-resolution images of the bulk material via an integrating sphere ( 14 ) in transmitted light.
    [4]
    Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,dass der Sensor unter einem Winkel größer oder gleich 0° Grad gegenüber derSenkrechten zum Messtisch (15), insbesondere von 8° Grad, aufdas zu messende Schüttgutgerichtet ist.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the sensor at an angle greater than or equal to 0 ° degrees relative to the perpendicular to the measuring table ( 15 ), in particular of 8 ° degrees, is directed to the bulk material to be measured.
    [5]
    Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,dass die Auswertung der Messwerte folgende Schritte aufweist: – Bestimmungder zu den farblich homogenen Teilflächen des Schüttguts gehörenden Bildpunkte(ausgewählteBildpunkte); und – Mittelungder den ausgewähltenBildpunkten zugehörigenMesswerten; und – Bestimmungder Farbe des Schüttguts,insbesondere in einer an das menschliche Sehvermögen angepassten Maßeinheitwie beispielsweise Lab, und/oder der Farbabweichung zwischen demSchüttgutund einer Referenzprobe aus den gemittelten Messwerten.Method according to one of claims 1 to 4, characterizedthe evaluation of the measured values has the following steps:- Determinationthe pixels belonging to the color-homogeneous partial surfaces of the bulk material(selectedPixels); and- averagingthe one selectedAssociated pixelsMeasurements; and- Determinationthe color of the bulk material,in particular in a unit of measurement adapted to human visionsuch as Lab, and / or the color deviation between thebulkand a reference sample from the averaged readings.
    [6]
    Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,dass ein Farbbild, insbesondere ein RGB-Bild, entweder direkt durchMessung erlangt wird oder aus mehreren Bildaufnahmen berechnet wirdund die Bestimmung der ausgewähltenBildpunkte anhand einer Ballungsanalyse im ein- oder mehrdimensionalenHistogramm des Farbbildes durchgeführt wird.Method according to claim 5, characterized in thatthat a color image, in particular an RGB image, either directly throughMeasurement is obtained or is calculated from multiple imagesand the determination of the selectedPixels based on an agglomeration analysis in one- or multi-dimensionalHistogram of the color image is performed.
    [7]
    Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,dass als Sensor (11) fürdie Aufnahme des hoch aufgelöstenBildes des Schüttguteseine farbtüchtigeKamera und zur Beleuchtung eine Weißlichtquelle mit möglichstflachem Spektrum verwendet werden.Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that as a sensor ( 11 ) for the high-resolution image of the bulk material, a color-capable camera and for lighting a white light source with the widest possible spectrum are used.
    [8]
    Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,dass als farbtüchtigeKamera eine Flächenkameraverwendet wird und das Schüttgutbei der Aufnahme ruht.Method according to claim 7, characterized in thatthat as color-ableCamera an area camerais used and the bulk materialresting during the recording.
    [9]
    Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,dass als farbtüchtigeKamera eine Zeilenkamera verwendet wird und das Schüttgut beider Aufnahme unter dem Sensor bewegt wird und die Aufnahme synchronzur Bewegung des Schüttguts erfolgt.A method according to claim 7, characterized gekenn records that as a color-capable camera, a line scan camera is used and the bulk material is moved when shooting under the sensor and the recording takes place synchronously to the movement of the bulk material.
    [10]
    Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet,dass die gemessenen Farbwerte, insbesondere RGB-Werte, der ausgewählten Bildpunktegemittelt und aus diesen gemittelten Farbwerten die Farbe des Schüttgutes,insbesondere die Lab-Werte, auf Grundlage einer Kalibrierung, dieentweder global oder lokal vorgenommen werden kann, berechnet werden.Method according to one of claims 7 to 9, characterizedthat the measured color values, in particular RGB values, of the selected pixelsaveraged and from these averaged color values the color of the bulk material,in particular the Lab values, based on a calibration, thecan be calculated either globally or locally.
    [11]
    Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,dass als Sensor (11) fürdie Aufnahme hoch aufgelösterBilder des Schüttgutes eineGrautonkamera und zur Beleuchtung mehrere Gruppen von Leuchtdioden(LEDs) unterschiedlicher Farbe verwendet werden.Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that as a sensor ( 11 ) are used for the recording of high-resolution images of the bulk material, a gray-scale camera and lighting several groups of light emitting diodes (LEDs) of different colors.
    [12]
    Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,dass die LEDs so ausgewähltsind, dass ihre Emissionsspektren das Spektrum des sichtbaren Lichtsmöglichstlückenlosabdecken.Method according to claim 11, characterized in thatthat the LEDs are so selectedare that their emission spectra are the spectrum of visible lightpreferablygaplesscover.
    [13]
    Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet,dass eine Grauton-Flächenkameraverwendet wird und das ruhende Schüttgut entsprechend oft derAnzahl der Gruppen von LEDs aufgenommen wird, wobei für jede Aufnahmeeine andere LED-Gruppe zur Beleuchtung verwendet wird; und aus diesenAufnahmen ein Farbbild, insbesondere ein RGB-Bild, für die Ballungsanalyseberechnet wird.Method according to one of claims 11 or 12, characterizedthat a gray-tone area camerais used and the dormant bulk corresponding to the oftenNumber of groups of LEDs is recorded, taking for each shotanother LED group is used for lighting; and from theseShooting a color image, in particular an RGB image, for the agglomeration analysisis calculated.
    [14]
    Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet,dass überden ausgewähltenBildpunkten die Messwerte der Aufnahmen mit unterschiedlicher LED-BeleuchtungBemittelt werden und aus den gemittelten Messwerten die Berechnungder Farbe des Schüttguts,insbesondere die Lab-Werte, auf Grundlage einer Kalibrierung oder durcheine Schätzungfür denVerlauf des Remissionsspektrums des Schüttguts erfolgt.Method according to one of claims 11 to 13, characterizedthat overthe selected onePixels the measured values of the images with different LED illuminationAveraging and from the averaged measured values the calculationthe color of the bulk material,in particular the Lab values, based on a calibration or byan estimatefor theCourse of the remission spectrum of the bulk material takes place.
    [15]
    Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,dass als Sensor (11) fürdie Aufnahme hoch aufgelösterBilder des Schüttgutes einbildgebendes Spektrometer und zur Beleuchtung eine Weißlichtquellemit möglichstflachem Spektrum verwendet werden und aus den gewonnenen Spektralbildernein Farbbild, insbesondere ein RGB-Bild, für die Ballungsanalyse berechnetwird.Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that as a sensor ( 11 ) for the recording of high-resolution images of the bulk material, an imaging spectrometer and for illuminating a white light source with flat as possible spectrum are used and from the obtained spectral images, a color image, in particular an RGB image, is calculated for the agglomeration.
    [16]
    Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet,dass das Schüttgutbei der Aufnahme unter dem Sensor bewegt wird und die Aufnahme synchronzur Bewegung des Schüttgutserfolgt.Method according to claim 15, characterized in thatthat the bulk materialwhen recording under the sensor is moved and recording synchronouslyto move the bulk materialhe follows.
    [17]
    Verfahren nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet,dass die gemessenen Spektralwerte der ausgewählten Bildpunkte gemittelt undaus dem Bemittelten Spektrum die Farbe des Schüttguts, insbesondere die Lab-Werte,bestimmt werden.Method according to one of claims 15 or 16, characterizedthat the measured spectral values of the selected pixels are averaged andfrom the averaged spectrum the color of the bulk material, in particular the Lab values,be determined.
    [18]
    Vorrichtung zur genauen Ermittlung der Farbe vonsowohl undurchsichtigem als auch transparentem Schüttgut, insbesonderevon Kunststoffgranulat oder pulverförmigen Schüttgut, mit: – einerEinrichtung zur Aufnahme eines oder mehrerer hoch aufgelöster Bilderdes Schüttguts,das eine nicht-ebene und farblich inhomogene Oberfläche aufweist;und – einerEinrichtung zur Ermittlung der Farbe des Schüttguts durch Auswertung derMesswerte des oder der hoch aufgelösten Bilder.Device for accurately determining the color ofboth opaque and transparent bulk material, in particularof plastic granules or bulk powder, with:- oneDevice for taking one or more high-resolution imagesof the bulk material,which has a non-planar and color-inhomogeneous surface;and- oneDevice for determining the color of the bulk material by evaluating theReadings of the high resolution image (s).
    [19]
    Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet,dass als Sensor (11) fürdie Aufnahme des hoch aufgelöstenBildes des Schüttguteseine farbtüchtigeKamera und zur Beleuchtung eine Weißlichtquelle mit möglichstflachem Spektrum vorgesehen sind.Device according to claim 18, characterized in that as sensor ( 11 ) are provided for the recording of the high-resolution image of the bulk material a color-capable camera and lighting a white light source with a flat spectrum as possible.
    [20]
    Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet,dass als Sensor (11) fürdie Aufnahme hoch aufgelösterBilder des Schüttguteseine Grautonkamera und zur Beleuchtung mehrere Gruppen von Leuchtdioden(LEDs) unterschiedlicher Farbe vorgesehen sind, wobei die LEDs vorzugsweiseso ausgewähltsind, dass ihre Emissionsspektren das Spektrum des sichtbaren Lichtsmöglichstlückenlos abdecken.Device according to claim 18, characterized in that as sensor ( 11 ) are provided for the recording of high-resolution images of the bulk material, a gray-scale camera and lighting several groups of light emitting diodes (LEDs) of different colors, the LEDs are preferably selected so that their emission spectra cover the spectrum of visible light as completely as possible.
    [21]
    Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet,dass als Sensor (11) fürdie Aufnahme hoch aufgelösterBilder des Schüttgutesein bildgebendes Spektrometer und zur Beleuchtung eine Weißlichtquellemit möglichstflachem Spektrum vorgesehen sind.Device according to claim 18, characterized in that as sensor ( 11 ) are provided for the recording of high-resolution images of the bulk material an imaging spectrometer and for lighting a white light source with a flat spectrum as possible.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    DE102004016829B4|2007-06-06|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2005-11-03| OP8| Request for examination as to paragraph 44 patent law|
    2007-11-15| 8363| Opposition against the patent|
    2008-08-21| 8330| Complete disclaimer|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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