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Farbsensoren bilden eine Untergruppe innerhalb der Optosensorik. Optosensoren wandeln optische Strahlung in elektrische Signale um. Sie lassen sich in bildgebende (Kameras) und signalgebende Sensoren (z. B. Photometer) einteilen. Weiterhin erfolgt eine Einteilung nach dem erfassten Spektralbereich. Farbsensoren gehören danach zu den signalgebenden Optosensoren, die im sichtbaren Spektralbereich arbeiten. Speziell wird bei Ihnen der sichtbare Spektralbereich in drei oder mehr Bereiche unterteilt und selektiv erfasst sowie ausgewertet.

 

Die Kernkomponenten moderner Farbsensoren bilden eine integrierte Sendelichtquelle, ein farbselektiver Photodetektor sowie ein leistungsfähiger Mikrokontroller. Das Bild zeigt im Blockbild den funktionellen Aufbau eines modernen Farbsensorgerätes.

Blockschaltbild moderner Farbsensoren

Als Sendelichtquelle dient heute bei den modernsten Geräten eine Hochleistungs-Weißlicht-LED. Zwar haben Weißlicht-LEDs gegenüber Halogenlampen eine für die Farbdetektion weniger geeignete spektrale Charakteristik. Jedoch besitzen Sie bezüglich Lebensdauer, Effizienz und Modulierbarkeit deutliche Vorteile. Durch eine geschickte Wärmeankopplung (an das bei hochwertigen Sensoren verwendete Metallgehäuse) kann die Leistungsfähigkeit dieser Hochleistungs-LEDs voll ausgeschöpft werden. Das Messlicht muss beim Dreibereichsverfahren mit Hilfe von optischen Filtern, die in ihrer spektralen Charakteristik den Normspektralwertkurven entsprechen, in drei Kanäle für Rot (X), Grün (Y) und Blau (Z) separiert werden. Das Licht der drei Kanäle gelangt anschließend auf Photodetektoren, die einen elektrischen Strom proportional zur Bestrahlungsintensität erzeugen. Nach Filterung und Strom/Spannungswandlung werden die drei Farbsignale hochauflösend digitalisiert und stehen im Mikrokontroller zur digitalen Weiterverarbeitung zur Verfügung.

Eine wichtige Anforderung an Farbsensoren ist die natürliche (oder perzeptive - d. h. eine dem menschlichen Farbempfinden gerechte) Farbsignalverarbeitung. Dabei geht es darum, dass Farbabstände (und damit Farbunterschiede) vom Farbsensor genauso bewertet werden, wie ein menschlicher Beobachter dies tun würde. Andernfalls würden Entscheidungen des Farbsensors zu Fehlbewertungen führen. Eine wichtige Voraussetzung für eine natürliche Farbverarbeitung besteht in der Transformation der Normfarbwerte XYZ in Farbkoordinaten eines empfindungsgerechten Farbraums. Hier hat sich der CIELAB-Farbenraum bewährt. Die Koordinaten dieses Farbenraums sind die Helligkeitsachse L*, die Rot-Grün-Achse a* und die Blau-Gelb-Achse b* Dieser Farbenraum hat den zusätzlichen Vorteil, dass er nach der Gegenfarbtheorie aufgebaut ist und somit der menschlichen Farbsehphysiologie entspricht.

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