Was ist ein bildgebendes Kolorimeter? Anwendungen & Eigenschaften

Einführung

Was ist ein Bildkolorimeter?

Was das Funktionsprinzip eines Bildfarbmessgeräts betrifft, so handelt es sich bei einem Bildfarbmessgerät, wie beispielsweise dem UPRtek-Bildfarbmessgerät, um ein spezielles optisches Gerät, das eine hochauflösende Kamera mit präzisen photometrischen Filtern kombiniert (XYZ-Filter) , um die räumliche Luminanz- und Farbverteilung über ein Bild hinweg , und zwar entsprechend jedem einzelnen Pixel des Kamerasensors. Das Gerät erfasst detaillierte Daten für jedes einzelne Pixel und eignet sich somit ideal zur Bewertung der Gleichmäßigkeit, Helligkeit und Farbkonsistenz von Displays, LEDs und Beleuchtungssystemen.

Wie genau ist ein Bildkolorimeter?

Durch den Einsatz einer Mehrpunktkalibrierung mit einem Spektralradiometer kann ein Bildfarbmessgerät die mit dem Sichtfeld der Kamera verbundenen Probleme beheben und die Gleichmäßigkeit des Flat-Fields verbessern , um hinsichtlich der räumlichen Leuchtdichte- und Farbverteilung eine Präzision zu erreichen, die der eines Spektralradiometers entspricht.

1. Was ist ein Bildkolorimeter?
2. Wie genau ist ein Bildkolorimeter?
3. Wozu dient ein Bildfarbmessgerät?
4. Wie verwendet man ein Bildfarbmessgerät?
5. Was ist der Unterschied zwischen einem Bildfarbmessgerät und einem Spektralradiometer?
6. Merkmale des Bildfarbmessgeräts von UPRtek
7. Häufig gestellte Fragen zu einem Bildfarbmessgerät
8. Herausforderungen bei der Bildgebung mit einem Kolorimeter

Wozu dient ein Bildfarbmessgerät?

Das Gerät misst mehrere Punkte gleichzeitig und eignet sich daher zur Beurteilung der Gleichmäßigkeit, von Mängeln und der Farbkonsistenz bei Displays oder großen Beleuchtungssystemen. Ein Bildfarbmessgerät bietet eine höhere Messleistung und Messgeschwindigkeit.

Bildgebende Kolorimeter finden breite Anwendung in:

Anzeigetests:

Bei Technologien wie LCD, OLED, Mini-LED und Micro-LED werden Leuchtdichte, Gleichmäßigkeit und Farbkonsistenz bewertet.

Beleuchtungssysteme:

Bewertung von LEDs, Fahrzeugbeleuchtung und Digital Signage hinsichtlich Helligkeit und Farbverteilung.

Qualitätskontrolle:

Gewährleistung der Gleichmäßigkeit und Erkennung von Mängeln in Produktionslinien.

Optische Prüfung:

Analyse virtueller Bildgebungssysteme (z. B. AR-Brillen) und kleinformatiger Geräte wie Micro-LED-Displays.

Displays für Kraftfahrzeuge und Smart Cockpit:

Prüfung der Gleichmäßigkeit, von MURA und BlackMura im Rahmen optischer Messungen an Displays für die Automobilindustrie.

Was ist der Unterschied zwischen einem Bildfarbmessgerät und einem Spektralradiometer?

Spektroradiometer

Misst das Licht an einem einzelnen Punkt mit hoher spektraler Genauigkeit und eignet sich für Forschungszwecke und Kalibrierungen.

Bildgebendes Kolorimeter

Misst räumliche Eigenschaften über das gesamte Bild hinweg, wodurch sich die Bewertung von Gleichmäßigkeit, Fehlern und großen Bereichen effizienter gestalten lässt.

Die Bildverarbeitungs-Farbmessgeräte der UPRtek MA-Serie stehen für modernste Technologie im Bereich der Bildverarbeitungs-Farbmessgeräte und bieten eine ausgewogene Kombination aus Geschwindigkeit, Präzision und Vielseitigkeit, die speziell auf Produktions- und Forschungsumgebungen zugeschnitten ist.

Merkmale des Bildfarbmessgeräts von UPRtek

1. Fortgeschrittene Algorithmen:
   Wir nutzen rechnergestützte Methoden zur Analyse von Daten aus der optischen Sensorik und bieten Funktionen wie Autofokus, MURA-Analyse (Ungleichmäßigkeit) sowie Messungen im Bereich von Interesse (ROI).
2. Räumliche Licht- und Farbmessung:
   Bildgebende Kolorimeter erfassen Daten für jedes einzelne Pixel eines Bildes und ermöglichen so eine detaillierte Analyse von Luminanz, Farbgleichmäßigkeit und Helligkeitsverteilung.
3. Hochpräzise Kalibrierung:
   Bezieht sich auf Spektroradiometer als Referenzinstrumente zur Kalibrierung photometrischer Filter und zur Gewährleistung der Messgenauigkeit. Zudem nutzen wir unseren Algorithmus, um Techniken der Signalverarbeitung einzubeziehen und so die Messgenauigkeit zu verbessern.
4. Dynamischer Helligkeitsbereich:
   Ausgestattet mit Neutraldichtefiltern (ND-Filtern) können Bildkolorimeter einen breiten Helligkeitsbereich abdecken, der von niedrigen bis zu extrem hohen Helligkeitswerten reicht. Die 65-MP-Spezifikation unterstützt Werte von bis zu 100 Millionen cd/m² für Micro-LEDs und andere Messungen im Bereich extrem hoher Helligkeit.
5. Schnelle und effiziente Analyse:
   Wir entwickeln Algorithmen und Sensortechnologie, um die Mess- und Datenverarbeitungszeiten zu verkürzen. Im Vergleich zu anderen Bildfarbmessgeräten beträgt die Messzeit des Bildfarbmessgeräts von UPRtek 1 bis 2 Sekunden, was insbesondere für Produktionsumgebungen mit hohem Durchsatz von Vorteil ist.

Häufig gestellte Fragen zu einem Bildfarbmessgerät

1. Was kann ein Bildfarbmessgerät messen?

• Leuchtdichte (Helligkeit)
• Farbwert (Farbkoordinaten, in der Regel in CIE-Farbräumen)
• Kontrastverhältnis
• Gammakurven
• Gleichmäßigkeit der Darstellung
• MURA-Fehler (Ungleichmäßigkeiten bei Displays)

2. Kann ein Bildfarbmessgerät MURA erkennen?

Ja, Bildkolorimeter werden üblicherweise für die MURA-Analyse bei Displays verwendet. Sie können Fehler wie dunkle Flecken, Helligkeitsschwankungen oder Farbunregelmäßigkeiten erkennen und quantifizieren.

3. Kann es für Displays und Beleuchtung im Automobilbereich verwendet werden?

Auf jeden Fall! Bildverarbeitungskolorimeter werden häufig zur Bewertung von Armaturenbrettanzeigen, HUDs (Head-up-Displays) und der Innenraumbeleuchtung in Fahrzeugen eingesetzt.

4. Welche Faktoren sollte ich beim Kauf eines Bildkolorimeters berücksichtigen?

• Messgenauigkeit und Messgeschwindigkeit
• Sensorauflösung
• Unterstützte Anzeigetypen einschließlich der Fähigkeit, Probleme mit der Helligkeitsregelung zu beheben
• Softwarefunktionen und Kompatibilität mit Automatisierungssystemen
• Kosten und Herstellerunterstützung

Herausforderungen bei der Bildgebung mit einem Kolorimeter

Bildgebende Kolorimeter nutzen Kameras, die mit photometrischen Filtern ausgestattet sind, um Helligkeits- und Farbdaten über einen bestimmten räumlichen Bereich hinweg zu erfassen; es bestehen jedoch inhärente Herausforderungen, die eine Kalibrierung mithilfe eines Spektralradiometers erforderlich machen. Hier finden Sie eine detaillierte technische Erläuterung, warum diese Kalibrierung von entscheidender Bedeutung ist:

1. Flat-Field-Kalibrierung und Gleichmäßigkeit

• Herausforderung:
  Bildkolorimeter messen die Lichtintensität und die Farbe über den gesamten Bildsensor (z. B. einen CMOS- oder CCD-Sensor) hinweg. Diese Sensoren können über ihre Oberfläche hinweg eine ungleichmäßige Empfindlichkeit aufweisen, was zu Ungenauigkeiten wie Helligkeits- und Farbverläufen in den Messdaten führen kann.
• Lösung:
  Die Kalibrierung anhand eines Spektroradiometers stellt sicher, dass das Bildfarbmessgerät Abweichungen in der Empfindlichkeit von Pixel zu Pixel ausgleicht und so eine „Flat-Field“-Charakteristik erzeugt. Diese Korrektur gewährleistet eine einheitliche Messung über das gesamte Sichtfeld (FOV) hinweg.

Datenquelle: techtarget

2. Blickwinkelabhängigkeit und optische Aberrationen

• Herausforderung:
  Bildgebende Kolorimeter unterliegen Blickwinkelfehlern, weil:
  • Die Kameraoptik (Objektive) kann räumliche Verzerrungen, chromatische Aberrationen und Vignettierungseffekte (bei denen die Ränder dunkler erscheinen) verursachen.
  • Licht, das unter schrägen Winkeln in das Objektiv eintritt, durchdringt Filter und Linsen möglicherweise nicht gleichmäßig, was zu Abweichungen bei Farbe und Helligkeit führen kann.
• Lösung:
  Ein Spektroradiometer liefert eine präzise Einzelpunktmessung bei einem Referenzwinkel, der in der Regel senkrecht zur zu messenden Oberfläche steht. Durch den Vergleich mit den Messwerten des Bildkolorimeters lassen sich Korrekturen vornehmen, um Blickwinkelabhängigkeiten und optische Verzerrungen zu berücksichtigen.

3. Spektrale Fehlanpassung von Filtern

• Herausforderung:
  Bildverarbeitungskolorimeter verwenden RGB- oder XYZ-Filter, um die Empfindlichkeit des menschlichen Auges nachzubilden (CIE-Standard von 1931). Allerdings:
  • Diese Filter stellen Annäherungen dar und stimmen möglicherweise nicht vollständig mit den CIE-Farbabgleichsfunktionen überein.
  • Jede Abweichung (spektrale Diskrepanz) führt zu Fehlern bei der Farbmessung, insbesondere bei der Messung von Lichtquellen mit komplexen Spektren wie OLEDs oder Micro-LEDs.
• Lösung:
  Ein Spektroradiometer misst direkt die spektrale Leistungsverteilung der Lichtquelle. Diese Daten werden zur Kalibrierung der Filter des Kolorimeters verwendet, um Abweichungen auszugleichen und genaue kolorimetrische Werte (z. B. CIE XYZ, u’v’, CCT) zu gewährleisten.

4. Zeitliche und räumliche Kalibrierung

• Herausforderung:
  Bildgebende Kolorimeter können im Laufe der Zeit aufgrund von Sensoralterung, Umgebungsbedingungen oder mechanischen Faktoren Abweichungen aufweisen. Zudem können während der Produktion räumliche Nichtlinearitäten (z. B. Unterschiede in der Reaktion innerhalb des Sichtfelds) auftreten.
• Lösung:
  Eine regelmäßige Neukalibrierung mithilfe eines Spektralradiometers gewährleistet, dass das Bildfarbmessgerät auf einen Standard rückführbar bleibt und somit seine Genauigkeit über einen längeren Zeitraum hinweg gewährleistet ist. Dazu gehört auch die Korrektur von Linearitätsfehlern in Abhängigkeit von den Helligkeitsstufen.

Zusammenfassung: Warum Kalibrierung unerlässlich ist

Bildkolorimeter nutzen räumliche Daten über Tausende oder Millionen von Pixeln, während Spektroradiometer sich durch Einzelpunktmessungen mit hoher spektraler Genauigkeit auszeichnen. Unter Bezugnahme auf Spektroradiometerdaten:

• Flat-Field-Kalibrierung korrigiert Ungleichmäßigkeiten auf dem Bildsensor.
• Korrekturen des Blickwinkels mindern Fehler, die durch die Kameraoptik entstehen.
• Spektralkalibrierung gleicht Filterabweichungen aus.
• Rückverfolgbarkeit und Genauigkeit bleiben über die Zeit hinweg gewährleistet, was die Zuverlässigkeit in vielfältigen Anwendungsbereichen sicherstellt.

Diese sich ergänzende Beziehung ermöglicht es Bildkolorimetern, schnelle, räumlich aufgelöste Messungen zu liefern und gleichzeitig die hohe Genauigkeit beizubehalten, die für Spektroradiometer charakteristisch ist.

Fazit

Das UPRtek Imaging-Kolorimeter ist ein äußerst vielseitiges Messgerät, das in den Bereichen Qualitätskontrolle, Displayprüfung und in Produktionsumgebungen weit verbreitet ist. Dank seiner fortschrittlichen Funktionen ist es die erste Wahl für Fachleute, die komplexe Bild- und Beleuchtungssysteme effizient und mit hoher Geschwindigkeit bewerten müssen. Im Gegensatz zu Einzelpunkt-Messgeräten analysieren Bildfarbmessgeräte ganze Oberflächen in einer einzigen Aufnahme, was sie zur effektivsten Lösung für Bewertungen mit hohem Durchsatz macht.

Wir haben Berechnungsmethoden zur Analyse von Daten aus der optischen Sensorik entwickelt, wobei Signalverarbeitungsverfahren zum Einsatz kommen, um die Messgenauigkeit zu verbessern.

Die Imaging-Kolorimeter von UPRtek bieten eine Reihe von Lösungen für unterschiedliche Auflösungen, darunter die Modelle MA120S/MA120C (12 MP), MA310S (31 MP) und MA650S (65 MP), um den vielfältigen Messanforderungen in verschiedenen Anwendungsbereichen gerecht zu werden. Das brillanteste Bildfarbmessgerät aller Zeiten.

Von Pixeln zur Perfektion:
Farbmessung neu definiert durch das UPRtek Imaging-Farbmessgerät

Referenzen

1. Wuyi Ming, Shengfei Zhang, Xuewen Liu, Kun Liu, Jie Yuan, Zhuobin Xie, Peiyan Sun, Xudong Guo (2021). Übersicht über die Erkennung von Mura-Fehlern in Flüssigkristallanzeigen auf der Grundlage maschineller Bildverarbeitung. Sonderausgabe „Flüssigkristalle in China“
   https://www.mdpi.com/2073-4352/11/12/1444?utm_source=chatgpt.com
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   https://www.techtarget.com/whatis/definition/field-of-view-FOV
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4. Xie, Bin & Hu, Run & Chen, Qi & Yu, Xingjian & Wu, Dan & Wang, Kai & Luo, Xiaobing. (2015). Entwurf einer an eine Helligkeitsverstärkungsfolie angepassten Freiformlinse zur Verbesserung der Gesamtleistung bei direkt beleuchteten LED-Hintergrundbeleuchtungen. Applied Optics. 54. 5542. 10.1364/AO.54.005542. https://www.researchgate.net/figure/Spatial-luminance-distribution-of-the-backlight-system-including-a-diffuser-sheet_fig11_279210355
5. BenQ (2024) Die Bedeutung der Gleichmäßigkeit für die präzise Darstellung von Bildern auf dem Bildschirm.
   https://www.benq.com/en-us/knowledge-center/knowledge/screen-uniformity.html
   
6. Mark Williamson. (2018). Optik für hochpräzise Bildverarbeitung
   https://www.qualitymag.com/articles/94676-optics-for-high-accuracy-machine-vision

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