DE102014007176B3

DE102014007176B3 - Verfahren zur Ermittlung eines Metamerie-Indexes

Info

Publication number: DE102014007176B3
Application number: DE102014007176.6A
Authority: DE
Inventors: Saskia Polster; Frank Schmid
Original assignee: Diehl Aerospace GmbH
Current assignee: Diehl Aerospace GmbH
Priority date: 2014-05-15
Filing date: 2014-05-15
Publication date: 2015-08-20
Anticipated expiration: 2034-05-16

Abstract

Im Rahmen der Erfindung wird ein Verfahren zur Ermittlung eines Metamerie-Indexes für Beobachterfeldgrößenabhängigkeit zwischen einer ersten und einer zweiten Beleuchtungsvorrichtung vorgeschlagen. Es wird ein Verfahren zur Ermittlung eines Metamerie-Indexes (MIB) zwischen einer ersten und einer zweiten Beleuchtungsvorrichtung 1a, b vorgeschlagen, wobei die zwei Beleuchtungsvorrichtungen 1a, b auf einen gemeinsamen Zielfarbort u'poi, v'poi in einem ersten Farbmodell SW_BFG1 mit einer erste Beobachterfeldgröße BFG1 in einen metameren Zustand insbesondere real oder virtuell eingestellt werden, wobei für die zwei Beleuchtungsvorrichtungen 1a, b in einem zweiten Farbmodell SW_BFG2 mit einer zweiten Beobachterfeldgröße BFG2 ein Farbortabstand delta u'v'MIBBFG1/BFG2 bestimmt wird, und wobei der Farbortabstand delta u'v'MIBBFG1/BFG2 in dem zweiten Farbmodell SW_BFG1 den Metamerie-Index (MIB) zwischen den zwei Beleuchtungsvorrichtungen 1a, b bildet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung eines Metamerie-Indexes für Beobachterfeldgrößenabhängigkeit für zwei Beleuchtungsvorrichtungen.
In Beleuchtungssystemen werden oftmals Beleuchtungssysteme mit unterschiedlichen Leuchtmitteln und damit mit mehr oder weniger differierenden emittierten Mischspektren miteinander eingesetzt. Um Farbunterschiede zwischen den Beleuchtungssystemen auszugleichen, können diese farblich aufeinander abgestimmt werden. So können – auf den ersten Blick betrachtet – z. B. Beleuchtungssysteme mit unterschiedlichen Leuchtmitteln durch Anpassungen in der Ansteuerung der Leuchtmittel so eingestellt werden, dass die Beleuchtungssysteme eine gewünschte Mischfarbe emittieren.
Werden mehrere Beleuchtungssysteme in einem gemeinsamen Bereich eingesetzt, so werden diese oftmals metamer eingestellt, das heißt die Beleuchtungssysteme werden so angesteuert, dass die emittierten Mischspektren denselben Farbort aufweisen.
Aus dem Bereich der LED-Anwendung ist bekannt, dass es bei der Produktion von Leuchtdioden fertigungsbedingt kleine Abweichungen der Farbörter und der Helligkeitswerte geben kann, die bei dem Einsatz der Leuchtdioden im direkten Vergleich auffallen könnten. Aus diesem Grund werden die Leuchtdioden nach der Fertigung einzeln klassifiziert und entsprechend fein abgestufter Parameter in sogenannte Bins eingeteilt. Dabei werden einem Bin, also einer Gruppe, Leuchtdioden mit dem gleichen Farbort und den gleichen Helligkeitswerten zugeordnet. Werden nun Beleuchtungssysteme mit mehreren Leuchtdioden aufgebaut, so werden nur Leuchtdioden aus definierten Bins verwendet, so dass alle Leuchtdioden den gleichen Farbort und den gleichen Helligkeitswert aufweisen.
Aus der US 2014/0028699 A1 ist ein Farbanzeigesystem bekannt, das reduzierte Beobachter-Metamerie-Fehler für eine Menge von Zielbeobachtern bietet, mit einem Bildbearbeitungssystem mit schmalbandigen Primärfarben. Ein Datenverarbeitungssystem wird verwendet, um ein Verfahren zu implementieren zur Farbkorrektur eines Eingangsfarbbildes mit Eingangsfarbwerten, die angepasst sind zur Anzeige auf einem Referenzanzeigegerät mit einer Mehrzahl von Eingangsprimärfarben. Eine Metamerie-Korrekturtransformation wird auf das Eingangsfarbbild angewendet, um ein Ausgangsfarbbild zu ermitteln, das Ausgangsfarbwerte in einem Ausgangsfarbraum aufweist, die zur Anzeige auf dem Bildbearbeitungssystem geeignet sind. Die Metamerie-Korrekturtransformation modifiziert die Farbmetrik der Eingangsfarben, um Ausgangsfarbwerte bereitzustellen, so dass ein durchschnittlicher Betrachter-Metamerie-Fehler für eine Verteilung von Zielbeobachtern reduziert ist.
Aus der US 2012/0224177 A1 sind LED-basierte Beleuchtungsmodule bekannt, die visuell farblich abgestimmt sind auf Lichtquellen, die nicht auf LEDs beruhen, basierend auf optisch abgestimmten Farbräumen. Ein optisch abgestimmter Farbraum wird benutzt, um sowohl instrumentell als auch optisch eine LED-basierte Lichtquelle mit einer Lichtquelle, die nicht auf LEDs basiert, abzustimmen. In einem Aspekt wird ein LED-basiertes Beleuchtungsmodul realisiert, um einen Zielfarbpunkt in einem optisch angepassten Farbraum innerhalb einer vorbestimmten Toleranz zu erzielen. In einem weiteren Aspekt wird ein LED-basiertes Beleuchtungsmodul realisiert, um optisch mit einer Lichtquelle, die nicht auf LEDs basiert, übereinzustimmen. Ein Zielfarbpunkt im CIE 1931 XYZ-Farbraum wird abgeleitet basierend zumindest teilweise auf dem Spektrum des optisch abgestimmt LED-basierten Beleuchtungsmoduls. LED-basierte Beleuchtungsmodule, die optisch auf nicht LED-basierte Lichtquellen abgestimmt sind, werden realisiert, basierend auf dem abgeleiteten Zielfarbpunkt.
Die WO 2012/119158 A1 betrifft allgemein optische Filter, die eine Regulierung und/oder Verbesserung der Farb- und Leuchtaspekte des Farbeindrucks von Licht beim menschlichen Sehen bereitstellen, allgemein die Anwendungen solcher optischen Filter, den therapeutischen Einsatz derartiger optischer Filter, Industrie- und Sicherheitsanwendungen solcher optischer Filter, wenn diese eingebaut sind, beispielsweise in Strahlungsschutzbrillen, Verfahren zum Entwurf solcher optischer Filter, Verfahren zur Herstellung solcher optischen Filter, und Ausgestaltungen und Verfahren zum Einbringen solcher optischer Filter in Vorrichtungen einschließlich beispielsweise Brillen und Leuchtmittel.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Homogenität von Beleuchtungen bei einem Einsatz von mehreren Beleuchtungsvorrichtungen zu klassifizieren. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
Im Rahmen der Erfindung wird ein Verfahren bzw. Teilverfahren zur Ermittlung eines Metamerie-Indexes für Beobachterfeldgrößenabhängigkeit zwischen einer ersten und einer zweiten Beleuchtungsvorrichtung vorgeschlagen.
Als Metamerie wird allgemein der Zustand verstanden, dass verschieden zusammengesetzte Mischspektren bei einem Beobachter die gleiche Farbvalenz oder Farbwahrnehmung hervorrufen. Die Farbwahrnehmung ändert sich jedoch abhängig von der Beobachterfeldgröße unter welcher der Farbreiz der Beleuchtungsvorrichtungen wahrgenommen wird. Als metamer werden somit Beleuchtungsvorrichtungen bezeichnet, die ein unterschiedliches Mischspektrum emittieren, wobei die Mischspektren unter Verwendung von Spektralwertfunktionen für eine definierte Beobachterfeldgröße in einem Farbmodell denselben Farbort besitzen. Mischspektren, die unter Verwendung von Spektralwertfunktionen für ein definiertes kleines Beobachterfeld metamer sind, können bei der Bewertung mit Spektralwertfunktionen für ein größeres Beobachterfeld unterschiedliche Farbörter aufweisen. Unter der Beobachterfeldgröße wird insbesondere ein Sichtwinkel verstanden, unter welchem eine Beobachter einen definierten Flächenbereich sieht. Die Beobachterfeldgröße, insbesondere der Sichtwinkel, unter der derselbe Flächenbereich wahrgenommen wird, kann sich zum einen aufgrund des Abstands zwischen dem Beobachter und der Beleuchtungsvorrichtung ändern. So wird die Beobachterfeldgröße bzw. der Sichtwinkel größer, wenn der Beobachter näher an die Beleuchtungsvorrichtung herankommt, und kleiner, wenn sich der Beobachter von der Beleuchtungsvorrichtung entfernt. Ferner kann sich die Beobachterfeldgröße und/oder der Sichtwinkel durch Änderung des Blickwinkels bei gleichem Abstand verändern. So ergibt sich bei einer frontalen Draufsicht, also einem Blickwinkel von 90 Grad, des Beobachters auf die Beleuchtungsvorrichtung ein erster Sichtwinkel als Beobachterfeldgröße und bei einer schrägen Draufsicht, zum Beispiel unter einem Winkel von 10 Grad, ein schmaler Sichtwinkel und damit eine andere Beobachterfeldgröße. Der Sichtwinkel und/oder die Beobachterfeldgröße kann sich auch durch eine Kombination von Abstand und Betrachtungswinkel ändern.
Durch den Metamerie-Index für Beobachterfeldgrößenabhängigkeit (MiB) wird insbesondere ein Maß definiert, wie gut zwei unterschiedliche Beleuchtungsvorrichtungen in der Lage sind, denselben Farbeindruck, dieselbe Farbvalenz und/oder das gleiche Farbempfinden zu liefern, obwohl sich die Beobachterfeldgröße, insbesondere der Sichtwinkel, auf einen definierten Flächenbereich der Beleuchtungsvorrichtungen ändert.
Die Beleuchtungsvorrichtungen können prinzipiell als beliebige Beleuchtungsvorrichtungen, also insbesondere mit halbleitergestützten Leuchtmitteln, gasentladungsgestützten Leuchtmitteln oder mit thermischen Leuchtmitteln, ausgebildet sein. Die erste und die zweite Beleuchtungsvorrichtung können separat zueinander ausgebildet sein oder als Beleuchtungsabschnitte zum Beispiel in einem gemeinsamen Beleuchtungssystem, insbesondere Flächenbeleuchtungssystem realisiert sein.
Im Rahmen des Verfahrens werden die zwei Beleuchtungsvorrichtungen in einem ersten Schritt auf einen gemeinsamen Zielfarbort in einem ersten Farbmodell mit einer ersten Beobachterfeldgröße insbesondere unter Verwendung eines ersten Spektralwertfunktionensatzes für die erste Beobachterfeldgröße eingestellt. Bei den zwei Beleuchtungsvorrichtungen kann es sich um eine Referenzbeleuchtungsvorrichtung und um eine oder mehrere Testbeleuchtungsvorrichtung handeln. Die erfolgte Einstellung auf den gemeinsamen Zielfarbort wird als metamerer Zustand der zwei Beleuchtungsvorrichtungen definiert. Die Einstellung kann wahlweise virtuell, also zum Beispiel im Rahmen einer Rechnersimulation, oder real, also durch Anpassung einer elektrischen oder elektronischen Schaltung, für die Beleuchtungsvorrichtungen, umgesetzt werden. Die Beleuchtungsvorrichtungen definieren und/oder emittieren in dem metameren Zustand in Bezug auf den gemeinsamen Zielfarbort und die erste Beobachterfeldgröße jeweils ein Mischspektrum. Das Mischspektrum ist insbesondere als ein Leistungsspektrum ausgebildet, wobei zum Beispiel eine Leistung über eine Wellenlänge aufgetragen ist.
In einem zweiten Schritt wird für die zwei Beleuchtungsvorrichtungen in dem metameren Zustand, also mit den zuvor genannten Mischspektren, für ein zweites Farbmodell für eine zweite Beobachterfeldgröße, welche anders ausgebildet ist als die erste Beobachterfeldgröße, insbesondere unter Verwendung eines zweiten Spektralwertfunktionensatzes für die zweite Beobachterfeldgröße ein Farbortabstand in dem zweiten Farbmodell bestimmt. Der Farbortabstand kann je nach Bestimmungsmethode unmittelbar bestimmt werden. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass zunächst ein erster Farbort in dem zweiten Farbmodell für die erste Beleuchtungsvorrichtung und nachfolgend ein zweiter Farbort in dem zweiten Farbmodell für die zweite Beleuchtungsvorrichtung, jeweils in Bezug auf die zweite Beobachterfeldgröße, bestimmt werden und nachfolgend der Abstand der beiden Farbörter als Farbortabstand bestimmt wird.
Der auf diese Weise bestimmte Farbortabstand bildet den Metamerie-Index für Beobachterfeldgrößenabhängigkeit zwischen den zwei Beleuchtungsvorrichtungen.
Der Hintergrund der Erfindung kann bezogen auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel wie folgt zusammengefasst werden: In einem Flächenbeleuchtungssystem werden in der Regel Beleuchtungsvorrichtungen mit mehr oder weniger differierenden Spektren miteinander eingesetzt. Verwendet man beispielsweise RGBW-LED-Systeme als Beleuchtungsvorrichtungen, so können die resultierenden Mischspektren mithilfe von Spektralwertfunktionen so ermittelt werden, dass sie denselben Farbort und dieselbe Helligkeit besitzen. Ein Spektralwertfunktionensatz besitzt allerdings immer nur für eine definierte Beobachterfeldgröße Gültigkeit. Daher kann sich der Effekt ergeben, dass die Mischspektren der beiden Beleuchtungsvorrichtungen unter einer definierten Beobachterfeldgröße (zum Beispiel 2 Grad) zwar denselben Farbeindruck liefern, unter einer anderen Beobachterfeldgröße (zum Beispiel 10 Grad) aber einen deutlich unterschiedlichen Farbeindruck hervorrufen. Die Beobachterfeldgröße, unter der ein definierter Flächenbereich der Beleuchtungsvorrichtungen wahrgenommen wird, ändert sich über die Entfernung, aus der dieser definierte Flächenbereich betrachtet wird oder über den Winkel, unter dem der Flächenbereich betrachtet wird. Mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens kann ein Metamerie-Index für Beobachterfeldgrößenabhängigkeit (MIB) ermittelt werden. Auf Basis des Metamerie-Indexes für Beobachterfeldgrößenabhängigkeit kann eine Aussage darüber getroffen werden, wie gut zwei unterschiedliche Beleuchtungsvorrichtungen dafür geeignet sind (für einen definierten Farbort, unabhängig von der Beobachterfeldgröße) denselben Farbeindruck bei einem Beobachter hervorzurufen.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Sortieren von Beleuchtungsvorrichtungen mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Dabei wird eine der Beleuchtungsvorrichtungen als eine Referenzbeleuchtungsvorrichtung und die zweite und weitere Beleuchtungsvorrichtungen als Testbeleuchtungsvorrichtungen definiert. Im Rahmen des Verfahrens werden die Metamerie-Indizes (MIB) zwischen der Referenzbeleuchtungsvorrichtung und den Testbeleuchtungsvorrichtungen mit dem Teilverfahren ermittelt, wie dies zuvor beschrieben wurde. Allerdings ist es möglich, dass doppelte Schritte ausgelassen werden, so wird für die Referenzbeleuchtungsvorrichtung z. B. nur einmal das Mischspektrum ermittelt oder nur einmal der Änderungsempfindlichkeitsfunktionensatz für den Farbort mit Bezug auf die Referenzbeleuchtungsvorrichtung ermittelt.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die erste Beobachterfeldgröße als ein 2-Grad-Beobachterfeld und/oder die zweite Beobachterfeldgröße als ein 10-Grad-Beobachterfeld ausgebildet. Diese gewählten Beobachterfeldgrößen haben sich mittlerweile als Normbeobachter etabliert, sodass zum einen auf analytische Formeln für diese Beobachterfeldgrößen und zum anderen auf umfangreiches Mess- und damit Vergleichsmaterial zurückgegriffen werden kann. Physikalisch betrachtet werden durch die beiden stark unterschiedlichen Beobachterfeldgrößen unterschiedliche Bereiche des menschlichen Auges berücksichtigt, welche zu den größten Farbortänderungen beim Wechsel der Beobachterfeldgröße führen, sodass das Verfahren mit den vorgeschlagenen Beobachterfeldgrößen besonders aussagekräftig ist.
Bei einer bevorzugten Realisierung der Erfindung ist das erste und/oder das zweite Farbmodell als ein CIE-LUV-Farbraumsystem ausgebildet, wobei die Farbörter mit den Koordinaten u' und v' dargestellt werden. Der Vorteil dieser Farbmodelle ist, dass der geometrische Abstand der Farbörter annähernd den empfindungsgemäßen Abstand der Farben der Farbörter beschreibt. Die Wahl dieser Farbmodelle hat somit den Vorteil, dass der Metamerie-Index für Beobachterfeldgrößenabhängigkeit unmittelbar eine Aussagekraft hat. Es ist nämlich unmittelbar verständlich, dass je kleiner der Metamerie-Index ausfällt, umso geringer die Auswirkungen eines Wechsels der Beobachterfeldgröße auf die wahrgenommene Farbdifferenz zwischen den beiden Beleuchtungsvorrichtungen sind.
Besonders einfach und insbesondere unabhängig vom Blickwinkel (Abweichung von der Flächennormalen) lässt sich das Verfahren umsetzen, wenn die Beleuchtungsvorrichtungen jeweils als Diffusstrahler und/oder als indirekte Beleuchtungen ausgebildet sind.
Bei einer ersten möglichen Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt die Einstellung des metameren Zustandes der Beleuchtungsvorrichtungen experimentell, insbesondere wird die Einstellung messtechnisch unterstützt. Beispielsweise kann durch den Einsatz eines Farbsensors und Variation der Einstellungen der Beleuchtungsvorrichtungen experimentell so lange probiert werden, bis der gewünschte Zielfarbort in dem ersten Farbmodell für beide Beleuchtungsvorrichtungen ermittelt und erreicht ist. Dabei wird die Messtechnik so eingesetzt, dass bei der Messung und bei der Einstellung der Beleuchtungsvorrichtungen die Beobachterfeldgröße der ersten Beobachterfeldgröße entspricht.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung folgt die Bestimmung des Farbortabstandes experimentell, insbesondere messtechnisch unterstützt, wobei der Farbortabstand in dem zweiten Farbmodell für die zweite Beobachterfeldgröße zum Beispiel mit einem oder dem Farbsensor ausgemessen wird. Es kann auch vorgesehen sein, dass für jede der Beleuchtungsvorrichtungen der Farbort in dem zweiten Farbmodell in Bezug auf die zweite Beobachterfeldgröße ausgemessen wird und nachfolgend die beiden Farbörter hinsichtlich deren Farbortabstands ausgewertet werden. Diese Umsetzung des Verfahrens ist zwar messtechnisch aufwendig, jedoch experimentell einfach.
Bei einer möglichen Konkretisierung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Beleuchtungsvorrichtungen jeweils mehrere Einzelkomponenten mit unterschiedlichen Farben aufweisen. Insbesondere emittieren die Einzelkomponenten einer einzigen Beleuchtungsvorrichtung mit unterschiedlichen Grundspektren. Unter Grundspektrum wird bevorzugt das Einzelemissionsspektrum einer Einzelkomponente verstanden. Besonders bevorzugt sind die Beleuchtungsvorrichtungen jeweils als mehrfarbige LED- und/oder OLED-Beleuchtungsvorrichtungen ausgebildet, wobei die Beleuchtungsvorrichtungen mehrere LEDs und/oder OLEDs mit unterschiedlichen Farben aufweisen. Besonders bevorzugt sind die Beleuchtungsvorrichtungen jeweils als RGBW-Beleuchtungsvorrichtungen, insbesondere RGBW-LED-Beleuchtungsvorrichtungen realisiert.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird von den Grundspektren der Einzelkomponenten der Beleuchtungsvorrichtungen ausgegangen. Insbesondere können die Grundspektren messtechnisch ermittelt werden oder werden von den Herstellern der Einzelkomponenten bereitgestellt.
Über den ersten Spektralwertfunktionensatz für die erste Beobachterfeldgröße werden in einem ersten Zwischenschritt für die unterschiedlichen Einzelkomponenten, insbesondere für die Einzelkomponenten mit unterschiedlichen Grundspektren, der Beleuchtungsvorrichtungen die Farbörter und die verfügbaren oder maximalen Leuchtdichten in dem ersten Farbmodell ermittelt. Somit werden für die erste Beleuchtungsvorrichtung mit dem ersten Spektralwertfunktionensatz die Farbörter und die verfügbaren oder maximalen Leuchtdichten in dem ersten Farbmodell ermittelt und für die zweite Beleuchtungsvorrichtung ebenfalls mit dem ersten Spektralwertfunktionensatz die Farbörter und die verfügbaren oder maximalen Leuchtdichten in dem ersten Farbmodell ermittelt.
Ein derartiger Spektralwertfunktionensatz, insbesondere für eine 2°-Beobachterfeldgröße, ist z. B. in der folgenden Quelle offenbart:
CIE 1931: Colorimetrie, Resolutions 1–4. In: Recueil des travaux et compte rendu des séances, Hutième Session Cambridge, The National Physical Laboratory Teddington, Cambridge at the University Press, 1931, S. 19–29.
Ein ähnlicher Spektralwertfunktionensatz kann auch aus der Empfehlung der CIE von 2007 abgeleitet werden.
In einem zweiten Zwischenschritt werden ausgehend von den ermittelten Farbörtern der Einzelkomponenten in dem ersten Farbmodell und den ermittelten, verfügbaren oder maximalen Leuchtdichten der Einzelkomponenten über einen Mischalgorithmus insbesondere einen Farbmischalgorithmus, die Verhältnisse ermittelt, in denen die Einzelkomponenten der Beleuchtungsvorrichtung jeweils emittieren bzw. angesteuert werden müssen, sodass die Beleuchtungsvorrichtungen den gemeinsamen Zielfarbort in dem ersten Farbmodell erreichen und/oder den metameren Zustand einnehmen. Der erste und der zweite Zwischenschritt können jeweils real oder virtuell durchgeführt werden.
In dem metameren Zustand definieren die zwei Beleuchtungsvorrichtungen jeweils ein Mischspektrum.
Bei einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung wird ausgehend von den Mischspektren der Beleuchtungsvorrichtungen in dem metameren Zustand für das erste Farbmodell mit der ersten Beobachterfeldgröße über den zweiten Spektralwertfunktionensatz für die zweite Beobachterfeldgröße für jede der Beleuchtungsvorrichtungen ein Farbort in dem zweiten Farbmodell ermittelt. Über die ermittelten Farbörter in dem zweiten Farbmodell kann der Farbortabstand im Rahmen der Metrik des zweiten Farbortmodells einfach berechnet werden.
Derartige Spektralwertfunktionen, insbesondere für eine 10°-Beobachterfeldgröße, sind z. B. in der folgenden Quelle offenbart:
CIE 1964: Offizielle Empfehlungen, Komitee E-1.3.1. – Farbmessung. In: 15. Hauptversammlung in Wien, CIE Publication 11A, 1963, S. 37.
Bei einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung werden in gleicher Weise der erste und der zweite Zwischenschritt durchgeführt. Nachfolgend wird jedoch ein Differenzspektrum der beiden Mischspektren z. B. durch eine simple Subtraktion der beiden Mischspektren gebildet. In einem vorhergehenden oder nachfolgenden Schritt wird ein Änderungsempfindlichkeitsfunktionensatz erstellt. Der Änderungsempfindlichkeitsfunktionensatz definiert ein Maß, wie die Abweichungen der Mischspektren in dem Differenzspektrum zu dem Metamere-Index (MIB) beitragen. Der Änderungsempfindlichkeitsfunktionensatz wird in Abhängigkeit des Farbmodells, in diesem Fall in Abhängigkeit des zweiten Farbmodells und in Abhängigkeit des Farborts in dem zweiten Farbmodell erstellt. Insbesondere ist der Änderungsempfindlichkeitsfunktionensatz unabhängig von dem Verlauf des Mischspektrums der ersten und/oder der zweiten Beleuchtungsvorrichtung.
Der Änderungsempfindlichkeitsfunktionensatz kann wie folgt erstellt werden: Der Grundgedanke ist es, zu untersuchen, wie sich Änderungen in den Spektralwerten X, Y, Z auf die u'-Komponente bzw. v'-Komponente in dem zweiten Farbmodell auswirken. Mathematisch ausgedrückt ist dies die folgende partielle Ableitung: Δu' = ∂u' / ∂X·ΔX + ∂u' / ∂YΔY + ∂u' / ∂Z·ΔZ mit:

X, Y, Z: Farbwerte im zweiten Farbsystem
u': Farbkomponente in dem zweiten Farbmodell

u' = 4X / X + 15Y + 3Z

Somit ergibt sich aus der oben-genannten partiellen Ableitung:
Damit ergibt sich die Änderungsempfindlichkeitsfunktion für die u'-Komponente zu:
Die Änderungsempfindlichkeitsfunktion für die v'-Komponente kann analog berechnet werden, wobei beide Änderungsempfindlichkeitsfunktionen den Änderungsempfindlichkeitsfunktionensatz bilden.
Ausgehend von dem Änderungsempfindlichkeitsfunktionensatz und dem Differenzspektrum kann der Farbort-Abstand und damit der Metamerie-Index (MIB) wie folgt bestimmt werden: Δu'_{MIB(Farbmodell1|Farbmodell2)} = ∫Δu'_empf·S_diff(λ)dλ Δv'_{MIB(Farbmodell1|Farbmodell2)} = ∫Δv'_empf·S_diff(λ)dλ Δu'v'_{MIB(Farbmodell1|Farbmodell2)} = √Δu'² + Δv'² mit:

S_diff(λ): Differenzspektrum
Δu'_empf: Änderungsempfindlichkeitsfunktion für die u'-Komponente
Δv'_empf: Änderungsempfindlichkeitsfunktion für die v'-Komponente
Δu'_{MIB(Farbmodell1|Farbmodell2)}: u'-Komponente des Farbortabstands in dem zweiten Farbmodell
Δv'_{MIB(Farbmodell1|Farbmodell2)}: v'-Komponente des Farbortabstands in dem zweiten Farbmodell
Δu'v'_{MIB(Farbmodell1|Farbmodell2)}: Farbortabstand in dem zweiten Farbmodell/Metamerie-Index für Beobachterfeldgrößenabhängigkeit

Weitere Merkmale, Wirkungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung sowie der beigefügten Figuren. Dabei zeigen:
1a ein Beleuchtungssystem bestehend aus oder umfassend zwei Beleuchtungsvorrichtungen mit zwei zugehörigen Grundspektrensätzen;
1b eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Änderung der Beobachterfeldgröße bei Änderung eines Beobachtungsabstands;
1c eine schematische Darstellung zur Beschreibung der Änderung der Beobachterfeldgröße bei Änderung eines Blickwinkels;
2 ein Diagramm zur Erläuterung einer ersten möglichen Ausgestaltung der Erfindung;
3 ein Diagramm zur Erläuterung einer zweiten möglichen Ausgestaltung der Erfindung.
Die 1a zeigt in einer stark schematisierten Darstellung eine erste und eine zweite Beleuchtungsvorrichtung 1a, b, die gemeinsam ein Flächenbeleuchtungssystem bilden. Die Beleuchtungsvorrichtungen 1a, b weisen jeweils eine Mehrzahl von Einzelkomponenten 2a, b, c, d in Form von verschiedenfarbigen LEDs auf. Die Beleuchtungsvorrichtungen 1a, b werden beispielsweise als Flugzeugbeleuchtungen für den Innenraum verwendet und sind z. B. als Flächenleuchten realisiert.
Rechts daneben sind für die erste Beleuchtungsvorrichtung 1a und für die zweite Beleuchtungsvorrichtung 1b jeweils die Grundspektren GS1 beziehungsweise GS2 dargestellt, wobei in den Grundspektren GS1 beziehungsweise GS2 für jede Einzelkomponente 2a, b, c, d das Einzelspektrum dargestellt ist. In dem Graph ist die Intensität oder Leuchtdichte auf 1 normiert über die Wellenlänge Lambda aufgetragen. Beispielsweise bezeichnen die Einzelspektren B1/B2 die spektralen Verläufe von blauen LEDs als Einzelkomponenten 2a, die Einzelspektren G1/G2 die spektralen Verläufe der Einzelkomponenten 2b, welche als grüne LED ausgebildet sind, die Einzelspektren R1/R2 zeigen den spektralen Verlauf der Einzelkomponenten 2c, welche als rote LEDs ausgebildet sind, und die Einzelspektren W1/W2 die spektralen Verläufe der Einzelkomponenten 2d, welche als weiße LEDs ausgebildet sind. Aus den beiden Gesamtspektren GS1 und GS2 ist zu entnehmen, dass sich die spektralen Verläufe der Beleuchtungsvorrichtungen 1a und 1b unterscheiden.
Um die Beleuchtungsvorrichtungen 1a und 1b gemeinsam einsetzen zu können, werden diese auf einen gemeinsamen Farbort in einem ersten Farbmodell eingestellt. Das erste Farbmodell wird über eine erste Beobachterfeldgröße, in diesem Beispiel mit einem Winkel von 2°, und einen an die Beobachterfeldgröße angepassten, ersten Spektralwertfunktionensatz festgelegt. Hierzu werden die Intensitäten der Einzelkomponenten 2a, b, c, d so gewählt, dass sich ein gemeinsamer Zielfarbort in dem ersten Farbmodell für die erste Beobachterfeldgröße für die zwei Beleuchtungsvorrichtungen 1a und 1b ergibt. Sobald der gemeinsame Zielfarbort eingestellt ist, befinden sich die Beleuchtungsvorrichtungen 1a, b in einem metameren Zustand für das erste Farbmodell.
Allerdings kann dieser gemeinsame Zielfarbort nur in Bezug auf das erste Farbmodell mit der ersten Beobachterfeldgröße eingestellt werden. So wurde nämlich festgestellt, dass sich bei unterschiedlichen Beobachterfeldgrößen das Farbempfinden oder die Farbvalenz ändert. Somit gilt der metamere Zustand nur für die Bedingungen der ersten Beobachterfeldgröße, bei anderen Beobachterfeldgrößen kann sich die Farbähnlichkeit der Beleuchtungsvorrichtungen 1a, b verschlechtern. Eine Änderung der Beobachterfeldgröße kann sich im Betrieb der Beleuchtungsvorrichtungen 1a, b zum einen durch eine Änderung des Beobachtungsabstands ergeben, wie dies in der 1b dargestellt ist.
In der 1b ist ein Beobachter B visualisiert, welcher in zwei unterschiedlichen Beobachtungsabständen zu der Beleuchtungsvorrichtung 1a, b angeordnet ist und auf die Beleuchtungsvorrichtung 1a, b blickt. Bei einem größeren Abstand ergibt sich eine erste Beobachterfeldgröße BFG1, welche in diesem Beispiel einen Gesamtwinkel von 2 Grad einnimmt. Bei einem kleineren Abstand ergibt sich eine zweite Beobachterfeldgröße BFG2, welche in diesem Beispiel einen Gesamtwinkel von 10 Grad einnimmt. Gemäß der 1c können sich unterschiedliche Beobachterfeldgrößen BFG 1/2 auch durch unterschiedliche Blickwinkel ergeben. So ergibt sich in dem Beispiel in der 1c die zweite Beobachterfeldgröße BFG2, wenn der Beobachter B senkrecht, das heißt mit einem Blickwinkel von 90 Grad oder nahezu 90 Grad, auf die Beleuchtungsvorrichtung 1a, b blickt und die erste Beobachtungsfeldgröße BFG1, wenn der Beobachter B mit einem Blickwinkel von 0 Grad auf die Beleuchtungsvorrichtung 1a, b blickt.
Die 2 zeigt stark schematisiert eine erste Ausführungsform des erfinderischen Verfahrens zur Bestimmung des Metamerie-Indexes (MIB) für die zwei Beleuchtungsvorrichtungen 1a, b. Auf der linken Seite sind wieder die Grundspektren GS1 beziehungsweise GS2 gezeigt.
Ausgehend von den Grundspektren GS1 und GS2 werden in einem ersten Zwischenschritt Ia über einen ersten Spektralwertfunktionensatz SW_BFG1, welcher für das erste Farbmodell mit der ersten Beobachterfeldgröße BFG1 (zum Beispiel 2 Grad) gültig ist, die Farbkoordinaten u'v' und die maximale Leuchtdichte L der Einzelkomponenten 2a, b, c, d bestimmt, sodass sich bei jeder Beleuchtungsvorrichtung 1a, b für jede Einzelkomponente 2a, b, c, d ein Triple u' v' L wie folgt ergibt:
u'_R1 v'_R1 L_R1
u'_G1 v'_G1 L_G1
u'_B1 v'_B1 L_B1
u'_W1 v'_W1 L_W1
u'_R2 v'_R2 L_R2
u'_G2 v'_G2 L_G2
u'_B2 v'_B2 L_B2
u'_W2 v'_W2 L_W2
Ferner wird ein Zielfarbort u'_POI v'_POI L_POI definiert, wobei der Zielfarbort die gewünschte Farbe in dem ersten Farbmodell repräsentiert.
In einem zweiten Zwischenschritt Ib werden über einen Mischalgorithmus f_mix für jede der Beleuchtungsvorrichtungen 1a, b die Verhältnisse ermittelt, in denen die Einzelkomponenten 2a, b, c, d angesteuert werden müssen, damit die resultierenden Mischspektren S1_mix(Lambda) und S2_mix(Lambda) denselben Farbort im u' v'-Diagramm in Bezug auf das erste Farbmodell mit der ersten Beobachterfeldgröße BFG1 besitzen wie der Zielfarbort u'_POI v'_POI sowie die gewünschte Leuchtdichte. Die Mischspektren S1_mix(Lambda) und S2_mix(Lambda) sind in der 2 jeweils über die Wellenlänge Lambda aufgetragen und zeigen die normierten Intensitäten.
In einem zweiten Schritt II werden die Mischspektren S1_mix(Lambda), S2_mix(Lambda) mithilfe eines zweiten Spektralwertfunktionensatzes SW_BFG2 bewertet, der auf ein zweites Farbmodell mit der zweiten Beobachterfeldgröße BFG2 abgestimmt ist. Hierbei werden die Farbörter der Beleuchtungsvorrichtungen 1a und 1b in Bezug auf die zweite Beobachterfeldgröße BFG2 in dem zweiten Farbmodell mit dem zweiten Spektralwertfunktionensatz SW_BFG2 bestimmt und mit u' v' Koordinaten dargestellt.
Der Abstand zwischen den Farbörtern der Beleuchtungsvorrichtungen 1a, b bildet den Farbortabstand delta u'v'_{MIB(BFG1/BFG2} ₎ und damit den Metamerie-Index (MiB).
In der 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung visualisiert, wobei das Verfahren im Schritt I in gleicher Weise wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel in der 2 umgesetzt wird. Nachfolgend wird aus den beiden Mischspektren ein Differenzspektrum berechnet, S_diff(λ) = S1_mix(λ) – S2_mix(λ)
Ferner wird ein Änderungsempfindlichkeitsfunktionensatz für den Farbort der ersten Beleuchtungsvorrichtung 1a in dem zweiten Farbmodell erstellt. Der Änderungsempfindlichkeitsfunktionensatz ist ein Maß für die Änderung wie die Unterschiede der Mischspektren in dem Differenzspektrum zu dem Metamerie-Index (MiB) beitragen. In einem nächsten Schritt wird mit Hilfe des Änderungsempfindlichkeitsfunktionensatzes und dem Differenzspektrum der Metamerie-Index (MiB) wie vorab bereits erläutert berechnet.
Das Verfahren kann in der vorgeschlagenen Weise zur Bestimmung eines Metamerie-Indexes (MiB) herangezogen werden. Das Verfahren wird mit weiteren Schritten erweitert und daraus wird ein Verfahren zum Sortieren von Beleuchtungsvorrichtungen abgeleitet. Hierbei werden ähnlich wie bei dem Binning von LEDs Beleuchtungsvorrichtungen in gemeinsame Klassen oder Bins sortiert, deren Metamerie-Index (MIB) in Bezug auf eine Referenzbeleuchtungsvorrichtung sich in dem gleichen Bereich befinden und/oder unter einem definierten Schwellwert liegt. Bei dem Verfahren zum Sortieren wird eine der Beleuchtungsvorrichtungen als die Referenzbeleuchtungsvorrichtung angenommen, so dass diese Beleuchtungsvorrichtung nur einmal vermessen oder berechnet werden muss. Nachfolgend werden weitere Beleuchtungsvorrichtungen als Testbeleuchtungsvorrichtungen gegen die Referenzbeleuchtungsvorrichtung in der Weise getestet, dass der Metamerie-Index (MIB) bestimmt wird, wobei jeder Metamerie-Index (MIB) die Farbnähe der Testbeleuchtungsvorrichtung zu der Referenzbeleuchtungsvorrichtung angibt. Auf Basis der Werte der Metamerie-Indizes (MIB) können die Testbeleuchtungsvorrichtungen in Klassen oder Bins eingeteilt werden.
Bezugszeichenliste

1a, b: Beleuchtungsvorrichtungen
2a, b, c, d: Einzelkomponenten
B: Beobachter
L: maximale Leuchtdichte
u'/v': Farbkoordinaten
B1/B2: Einzelspektrum
G1/G2: Einzelspektrum
R1/R2: Einzelspektrum
W1/W2: Einzelspektrum
GS1/GS2: Grundspektrensätze
BFG1: erste Beobachterfeldgröße
BFG2: zweite Beobachterfeldgröße

Claims

Verfahren zum Sortieren von mehr als zwei Beleuchtungsvorrichtungen (1a, b), wobei eine der Beleuchtungsvorrichtungen (1a) eine Referenzbeleuchtungsvorrichtung bildet und die anderen Beleuchtungsvorrichtungen (1b) Testbeleuchtungsvorrichtungen bilden, wobei ein Metamerie-Index (delta u'v'_{MIB(BFG1/BFG2} ₎) zwischen der Referenzbeleuchtungsvorrichtung und einer der Testbeleuchtungsvorrichtungen gemäß einem Teilverfahren ermittelt wird und wobei nachfolgend von weiteren Beleuchtungsvorrichtungen als Testbeleuchtungsvorrichtungen der Metamerie-Index mit Bezug auf die Referenzbeleuchtungsvorrichtung (1a) bestimmt wird und alle Testbeleuchtungsvorrichtungen mit einem Metamerie-Index unter einer definierten Schwelle in eine gemeinsame Klasse einsortiert werden, wobei gemäß dem Teilverfahren zur Ermittlung des Metamerie-Indexes für Beobachterfeldgrößenabhängigkeit zwischen einer ersten und einer zweiten der Beleuchtungsvorrichtungen (1a, b) die zwei Beleuchtungsvorrichtungen (1a, b) auf einen gemeinsamen Zielfarbort (u'poi, v'poi) in einem ersten Farbmodell (SW_BFG1) mit einer ersten Beobachterfeldgröße (BFG1) in einen metameren Zustand eingestellt werden, für die zwei Beleuchtungsvorrichtungen (1a, b) in dem metameren Zustand für ein zweites Farbmodell (SW_BFG2) mit einer zweiten Beobachterfeldgröße (BFG2) ein Farbortabstand (delta u'v'_{MIB(BFG1/BFG2} ₎) bestimmt wird, und der Farbortabstand (delta u'v'_{MIB(BFG1/BFG2} ₎) in dem zweiten Farbmodell (SW_BFG1) den Metamerie-Index für Beobachterfeldgrößenabhängigkeit zwischen den zwei Beleuchtungsvorrichtungen (1a, b) bildet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Teilverfahren die erste Beobachterfeldgröße (BFG1) als ein 2°-Beobachterfeld und/oder die zweite Beobachterfeldgröße (BFG2) als ein 10°-Beobachterfeld ausgebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Teilverfahren das erste und/oder das zweite Farbmodell (SW_BFG1, SW_BFG2) als ein L u'v'-Farbmodell nach CIE ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Teilverfahren die Beleuchtungsvorrichtungen (1a, b) als Diffus- und/oder Flächenlichtstrahler ausgebildet sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Teilverfahren die Einstellung des metameren Zustands experimentell, insbesondere messtechnisch unterstützt, umgesetzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Teilverfahren die Bestimmung des Farbortabstands delta u'v'_{MIB(BFG1/BFG2} ₎ für die zweite Beobachterfeldgröße (BFG2) experimentell, insbesondere messtechnisch unterstützt, umgesetzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Teilverfahren die Beleuchtungsvorrichtungen (1a, b) jeweils mehrere Einzelkomponenten (2a, b, c, d) mit unterschiedlichen Farben aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Teilverfahren die Beleuchtungsvorrichtungen (1a, b) als mehrfarbige LED oder OLED-Beleuchtungsvorrichtungen ausgebildet sind.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Teilverfahren die LED- oder OLED-Beleuchtungsvorrichtungen (1a, b) als RGBW-Beleuchtungsvorrichtungen ausgebildet sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Teilverfahren in einem ersten Zwischenschritt (Ia) aus Grundspektren (GS1, GS2) der Einzelkomponenten (2a, b, c, d) der Beleuchtungsvorrichtungen (1a, b) über einen Spektralwertfunktionensatz (SW_BFG1) für das erste Farbmodell mit der ersten Beobachterfeldgröße (BFG1) die Farbörter der Einzelkomponenten (2a, b, c, d) in dem ersten Farbmodell und verfügbare und/oder maximale Leuchtdichten ermittelt werden und dass in einem zweiten Zwischenschritt (Ib) ausgehend von den ermittelten Farbörtern der Einzelkomponenten (2a, b, c, d) über einen Mischalgorithmus (f_mix) Verhältnisse ermittelt werden, in denen die Einzelkomponenten (2a, b, c, d) der Beleuchtungsvorrichtungen (1a, b) angesteuert werden müssen, so dass die Beleuchtungsvorrichtungen (1a, b) den gemeinsamen Zielfarbort (u'poi, v'poi) in dem ersten Farbmodell erreichen und/oder den metameren Zustand einnehmen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Teilverfahren ausgehend von Mischspektren (S1mix, S2mix) der Beleuchtungsvorrichtungen (1a, b) in dem metameren Zustand für das erste Farbmodell mit der ersten Beobachterfeldgröße (BFG1) über einen zweiten Spektralwertfunktionensatz (SW_BFG2) für das zweite Farbmodell mit der zweiten Beobachterfeldgröße (BFG2) für jedes der Mischspektren ein Farbort in dem zweiten Farbmodell ermittelt wird, die den Farbortabstand (delta u'v'_{MIB(BFG1/BFG2} ₎) definieren.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass im Teilverfahren ein Differenzspektrum (Sdiff) für die beiden Mischspektren (S1mix, S2mix) der zwei Beleuchtungsvorrichtungen (1a, b) ermittelt wird und über einen spektralen Änderungsempfindlichkeitsfunktionensatz (deltau'empf, deltav'empf) bewertet wird, wobei der spektrale Änderungsempfindlichkeitsfunktionensatz (deltau'empf, deltav'empf) ein Maß definiert, wie die Unterschiede der Mischspektren (S1mix, S2mix) in dem Differenzspektrum (Sdiff) zu dem Metamere-Index (MIB) (delta u'v'_{MIB(BFG1/BFG2} ₎) beitragen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Teilverfahren die zwei Beleuchtungsvorrichtungen (1a, b) auf den gemeinsamen Zielfarbort (u'poi, v'poi) im ersten Farbmodell (SW_BFG1) mit der ersten Beobachterfeldgröße (BFG1) im metameren Zustand real oder virtuell eingestellt werden.