Heterogene Farbregistrierung von typgleichen Spektralsensoren

Intelligente Beleuchtung in Innenräumen, welche dynamisch auf die Bedürfnisse des Menschen eingeht, benötigt Sensoren, um die aktuelle Beleuchtungssituation im Raum zu erfassen. Zur Regelung des Beleuchtungsfarbortes sind dabei optische Sensoren mit mindestens drei Kanälen erforderlich, um das trichromatische Sehen des Menschen technisch nachzubilden. Bereits typgleiche Farbsensoren weisen produktionsbedingte Differenzen in ihren spektralen Kanalempfindlichkeiten auf. Sollen also in einem farbortgeregelten Beleuchtungssystem mehrere Farbsensoren parallel eingesetzt werden, ist sicherzustellen, dass die Unterschiede in der Farbregistrierung der Sensoren für die Regelung mathematisch korrigiert werden. Diese Anforderung gilt für weitere Anwendungsbereiche der Sensoren wie Farbauswahl und -abgleich, Authentifizierung sowie Farb- und Spektralanalyse von Materialien und Flüssigkeiten in gleichem Maß. Das standardisierte Vorgehen zur Farbkorrektur von Sensorantworten in den CIE-XYZ -Farbraum nach ISO 17321-1:2012 sieht die Bestimmung und Anwendung einer Transformationsmatrix zwischen dem Sensorfarbraum und dem XYZ-Farbraum vor. Dabei kann über die Berechnung von Sensorantworten bei bekannten spektralen Empfindlichkeiten oder über standardisierte Reflexionstargets vorgegangen werden. In diesem Beitrag werden zunächst die realen spektralen Empfindlichkeiten von 24 typgleichen Farbsensoren den im Datenblatt angegebenen Kurven gegenübergestellt. Ausgehend davon werden beispielhaft die Farbabstände für Testfarborte eines Colorcheckers berechnet, welche sich ergeben, wenn die über die Kurven eines Referenzsensors bestimmte Transformationsmatrix für alle 24 Sensoren verwendet wird. Um in der Praxis nicht tatsächlich für jeden Sensor eine eigene Transformationsmatrix bestimmen zu müssen, wird abschließend die Realisierbarkeit eines Binning-Verfahrens für die untersuchten Sensoren eruiert. Intelligent indoor lighting that responds dynamically to the human users’ needs in terms of illumination levels and comfort requires sensors to detect the current lighting situation in the room. Optical sensors with at least three channels are required to control the chromaticity of the lighting in order to technically simulate the trichromatic vision of humans. Color sensors of the same type already exhibit production-related differences in the spectral sensitivity of their channels. Therefore, if several color sensors are to be used in parallel in a chromaticity-controlled lighting system, it must be ensured that the differences in the color registration of the sensors are mathematically corrected. This requirement applies equally to other application areas, such as color selection and matching, authentication, as well as color and spectral analysis of materials and liquids. The standardized procedure for color correction of sensor responses into the CIE XYZ color space according to ISO 17321-1:2012 is to determine and apply a transformation matrix between the sensor color space and the XYZ color space. This can be done by calculating sensor responses in case that the spectral sensitivities are known, or by using standardized reflectance targets. In this paper, the real spectral sensitivities of 24 color sensors of the same type are first compared with the curves given in the data sheet. From these sensitivities, the resulting color distances for multiple test chromaticity coordinates of a color checker are calculated by using the same transformation matrix determined from a single reference sensor for all 24 sensors. In order to avoid having to determine a separate transformation matrix for each sensor in practice, the feasibility of a binning procedure is explored for the investigated sensors.