WO2002057752A1 - Verfahren und vorrichtung zur prüfung der farb- und/oder der glanz-qualität von stoffen und ähnlichen materialien - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur prüfung der farb- und/oder der glanz-qualität von stoffen und ähnlichen materialien Download PDF

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    • G01J2003/466—Coded colour; Recognition of predetermined colour; Determining proximity to predetermined colour

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for testing the color and / or gloss quality of fabrics and similar materials
  • the invention is therefore initially based on the object of providing a method for carrying out color tests on templates which, while avoiding the abovementioned disadvantages, provides reproducible measurement results which are similar to those of a visual color test, but at least come so close to them that their deviations are objectified, test results that are actually visually determined lie within the permissible tolerance limits for these.
  • the invention is based on the knowledge that the differences that arise in the known color measurement methods or the known color measurement devices from the result of a visual assessment are based on a plurality of facts that are to be seen therein first are that the color distance formulas used here do not represent human color vision with sufficient accuracy, so that there are different tolerance thresholds which depend, for example, on the position in the color space and also on the direction of the color deviation. Since these different tolerance thresholds also differ from substance type to substance type and are also not known, they would have to be determined experimentally for each substance type. Since this is practically impossible, the difference between the achievable measurement result and the visual observation cannot be eliminated.
  • Color measuring devices always follow one of the standard geometries due to their structure, while a person is not able to view the templates under an exact standard geometry throughout their entire daily working hours. While color measuring devices therefore always provide an objective measurement result, the result of the visual observation is always dependent on the current viewing conditions and thus subjectively influenced or subjectively influenceable.
  • UV light ultraviolet light
  • Daylight simulator tubes usually emit a considerable amount of UV Light off. This leads to substances with optical brighteners
  • Substances are used that look different in visual observation than when measured.
  • Color measuring devices work either with directional or with diffuse
  • both the fluorescent tubes used in the visual inspection and the daylight simulators emit both directed light and a significant proportion of diffuse
  • a white image original with a known spectral reflection factor is placed on an object table and illuminated by means of a light source whose spectral properties are known;
  • a digital image recorder preferably a multispectral image recording system with a plurality of spectral filters that can be introduced into the optical beam path, or by means of an electronically tunable filter, the white image original is recorded and digitized;
  • Each channel of the white image recording is opened when the Shutter of the image sensor made a black picture;
  • the template to be measured is placed and illuminated by the light source;
  • the template is recorded and digitized by means of the digital image sensor;
  • the values of the white image original and the black images are included in the digital values of the original in order to eliminate inhomogeneities and the spectral properties of the light source and to produce a corrected image;
  • the areas to be evaluated are determined using the digital image of the template
  • the reconstruction of the reflection spectra of the respective areas of the digitized and corrected image is carried out using a suitable method, which is based on the known spectral properties of the image recorder, the spectral filter, the white image original and the illumination;
  • the reflection spectra are multiplied separately for each area by the spectral radiation distribution of one or more types of light and by the spectral sensitivities of a human viewer (e.g. normal spectral value curves) and integrated over the visible area of the spectrum;
  • the color values XYZ obtained in this way are transformed into a suitable color space adapted to human color perception, such as CIELAB, L.
  • the CIELAB color values are compared with the CIELAB color values of a reference template determined according to the same method and according to a color distance formula adapted to human color perception, e.g. B. DELTA-E, CIE94, CMC or CIE2000, optionally broken down according to the components contributing to the color difference, such as brightness, chroma, hue, mathematically evaluated;
  • the color difference for one or more types of light or its subcomponents is / are compared with a predetermined tolerance threshold, which may differ for the subcomponents, exceeding the tolerance threshold leading to the output of an error message.
  • the measuring system according to the invention is an image processing system
  • colored patterned substances can also be checked, in which the respective color-related image areas are separated and measured separately by suitable image processing algorithms and compared with the reference template.
  • An apparatus for carrying out the method according to the invention has a multispectral image recording system for recording and digitizing both the white image original and the original as well as a data processing device with a memory in which comparative values of a reference template can be called up, the data processing device in turn having means for: a) the values the white picture original and the black pictures in the include digital values of the template in order to eliminate inhomogeneities and the spectral properties of the light source in order to generate a corrected image of the template; b) use the digital image of the template to determine those areas that are to be evaluated; c) averaging all digital values of the corrected image separately for each area and channel; d) to carry out the reconstruction of the reflection spectra of the respective areas of the digitized and corrected image using a suitable method based on the known spectral properties of the image recorder, the spectral filter, the white image original and the illumination, from the averaged values of all channels; e) multiply the reflection spectra separately for each area with the spectral radiation distribution of one or
  • the device for carrying out the method according to the invention has a multispectral image recording system in the form of a digital image sensor of a multispectral scanner, which is provided with several light sources for illuminating an object table, which serves to record both the white image template and the template to be measured. Both the white image template and the template to be measured are preferably recorded on this in a horizontal position, but it is of course possible to change the recording position as desired.
  • a digital camera is arranged above the object table and is assigned a device for modifying the spectral properties of the entire system. This device can be, for example, a mechanical filter changer that brings the spectral filters of the image recorder into its beam path in a predeterminable order; but it can also be an electronically tunable optical filter.
  • light sources in addition to halogen lamps, especially fluorescent tubes.
  • Light sources with different proportions of directed and diffuse light can also be used.
  • Xenon lamps designed as static or flash lamps can also be used as the light source.
  • the spectral properties of the light source used for recording / measurement are eliminated by channel-wise white balance.
  • a white image template with a known spectral reflection factor that is as homogeneous as possible, as good as possible and diffusely reflecting is recorded once or at certain intervals and used to correct the individual channels.
  • the position of both the light sources, the template to be measured and the camera can be varied.
  • the respective position can be fixed for a series of measurements, or change in parts during a measurement, so that all the more information about the template to be measured, in particular its gloss behavior, is obtained.
  • Area sensors with, for example, 2000 x 3000 pixels can be used as digital image recorders, as can line sensors that are mechanically adjusted in order to "scan" the entire original to be measured. NEN ".
  • Multispectral scanners take color-free image acquisition.
  • the software can be designed in such a way that a certain area of the image is only evaluated automatically or with the help of a user after the multispectral image has been recorded and displayed on the screen, or a previously set area is recorded within the entire recording area during the recording. Since a large number of pixels and thus spectral individual measurements are available, averaging can be carried out over the respective selected area, which serves to reduce the noise, but also for averaging over a sufficiently large area of the structured template to be measured. By modifying the optics, it is also possible to adapt to roughly patterned templates.
  • the spectra are reconstructed using software, using one of various scientifically published methods, with only possible details having to be adapted to the specific circumstances.
  • the geometry of lighting - template - measurement / camera is adjusted to the geometry of lighting - template - eye used for visual inspection.
  • a standard geometry e.g. 45/0 or d / 89
  • a standard geometry is just as little used as any other circular or purely diffuse symmetry of the measurement.
  • the template can be rotated about a vertical or horizontal axis and then measured again, or the position of the light source can be changed between the measurements, or several light sources arranged at different locations can be switched on one after the other and used for the measurement, or the position of the image sensor can be changed between the measurements, or several image sensors can be used.
  • the light used for viewing can be included in the mathematical color distance calculation.
  • either the UV light of the light source is filtered out, or the same light source is used for measurement as for the visual inspection.
  • the light source used for the measurement contains directed and diffuse components as in the visual control; this is achieved by using the same light source as in the visual inspection or by a device that partially diffuses directed light.
  • the multispectral recording system is designed for the simultaneous processing of many (e.g. 2000 x 3000) measuring points, averaging can also take place over quite large areas, so that even patterned samples can be measured reproducibly.
  • the method according to the invention can be integrated "online" into the production process both in the manufacturing process of fabrics or similar materials and in the production of garments. In this way it is achieved, for example, in the manufacture of the substances that color defects can be detected even during production, so that it is not necessary to produce a certain quantity of defective substances before color defects are detected.
  • 1 shows a front view of the device for the continuous or area-wise checking of a fabric web. during their manufacture; 2 shows a diagrammatic representation of an integrated multispectral scanner;
  • a digital image sensor in the form of a multispectral scanner 3 of a multispectral image recording system is arranged downstream of the outlet point of a fabric web 1 from a production system 2.
  • the multispectral scanner 3 has a plurality, for example 16, spectral filters, not shown, which can be introduced into its beam path in a predeterminable order.
  • the white image template (not shown in detail) can be placed on the fabric web 1, which also serves as an object table and is guided over a dancer roller arrangement 4. At its outlet end, the fabric web 1 is guided over a deflection roller, which is not described in more detail, and is paneled on a fabric carriage 6 by means of a rocker 5.
  • the multispectral scanner 3 is assigned a plurality of light sources 7, which serve in its recording area both for illuminating the white image original and the fabric web 1.
  • the multispectral scanner 3 is connected via a data line 8 to the computer 9 of a data processing device 10, so that the digitized and possibly transformed values of the recordings of both the white image original and the material web 1 can be fed to the computer 9 and compared with the corresponding data of a reference original.
  • the result of the comparison and, if appropriate, also the data of relevant intermediate results can then be displayed on the screen 11 of the data processing device 10 and the corresponding data can be reproducibly stored in its memory.
  • the corresponding data can be printed out as a measurement protocol using a printer 12.
  • both the data of the result and the relevant interim results are stored so that they can be retrieved, they can be forwarded to the remote colorimetrically calibrated viewing stations either via online or on-demand via appropriate data transmission lines, so that they can be viewed there at the same time or later to also visually evaluate the fabric produced and, if necessary, to compare it with a reference template also displayed on a screen.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung von Farbprüfungen an Vorlagen, wobei unter Verwendung eines Bildverarbeitungssystems mittels geeigneter Bildverarbeitungsalgorithmen farblich zusammengehörige Bildbereiche separiert und getrennt voneinander gemessen und mit Referenzvorlagen verglichen werden, wodurch reproduzierbare Messergebnisse erzielt werden, die denjenigen einer visuellen Farbprüfung gleichen, diesen zumindest aber so nahe kommen, dass ihre Abweichungen zu verobjektivierten, tatsächlich visuell ermittelten Prüfungsergebnissen innerhalb der für diese zulässigen Toleranzgrenzen liegen.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Prüfung der Färb- und/oder der Glanz-Qualität von Stoffen und ähnlichen Materialien
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Prüfung der Färb- und/oder der Glanz-Qualität von Stoffen und ähnlichen Materialien
In der Textilindustrie, insbesondere der Bekleidungsindustrie ist es üblich, die einzelnen Kleidungsstücke zu bemustern, wobei es sowohl auf deren Gesamtgestaltung, als auch auf die Qualität der Stoffe insbesondere hinsichtlich ihres farblichen Aussehens besonders ankommt. Daher muß einerseits der Hersteller der Stoffe gegenüber dem Verarbeitungsbetrieb für bestimmte Aufträge für die Einhaltung der farblichen Qualität der Stoffe garantieren, anderseits müssen auch die Verarbeitungsbetriebe gegenüber ihren Abnehmern, nämlich dem Groß- und Einzelhandel dafür einstehen, daß das farbliche Aussehen der zum Verkauf vorgesehenen Kleidungsstücke mit dem farblichen Aussehen der entsprechenden Musterteile übereinstimmt.
Die Forderung nach Einhaltung einer bestimmten Farbqualität und farblichen Konstanz gewinnt insoweit weitergehende Bedeutung, wenn beispielsweise eine Anzugsjacke und eine entsprechende Hose aus verschiedenen Größen miteinander kombiniert werden müssen (sog. "Mix- and Matchbereich"), oder wenn innerhalb einer Saison zu einem bereits gekauften Kleidungsstück ein weiteres gleicher Farbe hinzu gekauft werden soll.
Obwohl zur Überprüfung der farblichen Qualität seit vielen Jahren hochwertige Farbmessgeräte am Markt angeboten werden, wird insbesondere beim Mix- and Matchbereich die visuelle Betrachtung der photometrischen Messung vorgezogen.
Der Grund hierfür ist in erster Linie darin zu sehen, daß sich in der Praxis der Farbprüfung gezeigt hat, daß die eigentlich objektiven Farbmess- daten nicht oder in nicht ausreichendem Maß mit den visuellen
BESTATIGUNGSKOPIE Ergebnissen korrelieren. Hierbei bestehen nicht etwa kleine, subjektive Abweichungen, sondern die auftretenden Abweichungen sind deutlich sichtbar und zeigen auch über mehrere Beobachter hinweg reproduzierbare Farbunterschiede. Dabei kann es vorkommen, daß ein Serienmuster vom Farbmessgerat als absolut innerhalb der Toleranz liegend eingestuft wird, während visuell deutliche, nicht tolerierbare farbliche Unterschiede festgestellt werden. Umgekehrt kann auch der Fall eintreten, daß vom Farbmessgerat große Farbabstände zwischen dem jeweiligen Referenzbereich bzw dem Referenzstück festgestellt werden, während visuell nur eine die Toleranzvorgabe nicht überschreitende und damit tolerierbare Farbabweichung festgestellt wird.
Obwohl die visuelle Farbkontrolle durch Personen stets den Nachteil der Subjektivität verschiedener Beobachter und/oder der mangelnden Konsistenz ein und desselben Beobachters zwischen verschiedenen Tagen oder Tageszeiten aufweist, wobei auch noch psychologische Aspekte wie verschiedene Stimmungslagen des Beobachters sowie dessen Zuverlässigkeit hinzukommen, stellt diese trotz des wesentlichen höheren Zeitaufwandes und der subjektiven Entscheidungsfindung durch den Beobachter, gegenüber der Farbprüfung unter Verwendung von bekannten Farbmessgeräten die überwiegend angewendete Alternative dar.
Der Erfindung liegt daher zunächst die Aufgabe zu Grunde ein Verfahren zur Durchführung von Farbprüfungen an Vorlagen zu schaffen, das unter Vermeidung der vorgenannten Nachteile reproduzierbare Messergebnisse liefert, die denjenigen einer visuellen Farbprüfung gleichen, zumindest diesen aber so nahe kommen, daß ihre Abweichungen zu verobjektivierten, tatsächlich visuell ermittelten Prüfungsergebnissen innerhalb der für diese zulässigen Toleranzgrenzen liegen.
Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, daß die bei den bekannten Farbmessverfahren bzw den bekannten Farbmessgeräten entstehenden Unterschiede zum Ergebnis einer visuellen Beurteilung auf einer Mehrzahl von Fakten beruhen, die zunächst darin zu sehen sind, daß die hierbei verwendeten Farbabstandsformeln das menschliche Farbsehen nicht hinreichend genau repräsentieren, sodaß sich unterschiedliche Toleranzschwellen ergeben, die beispielsweise von der Position im Farbraum und auch von der Richtung der Farbabweichung abhängig sind. Da diese unterschiedlichen Toleranzschwellen auch von Stoffart zu Stoffart unterschiedlich und zudem nicht bekannt sind, müßten sie für jede Stoffart experimentell ermittelt werden. Da dies praktisch nicht durchführbar ist, ist der darauf beruhende Unterschied zwischen dem erzielbaren Messergebnis und der visuellen Betrachtung nicht eliminierbar.
Die Differenzierung zwischen Kette und Schuß, besonders das damit zusammenhängende Glanzverhalten führt zu einer starken Abhängigkeit einer gemessenen und visuell wahrgenommenen Farbe vom Einfallswinkel des beleuchtenden Lichtes, dem Mess- bzw Betrachtungswinkel sowie der Orientierung der Vorlage, d.h. seine etwaige Drehung um eine Achse senkrecht zur Fläche der Vorlage. Auch hierdurch entstehen nicht eliminierbare Unterschiede zwischen einem Messergebnis und der visuellen Beurteilung.
Farbmessgeräte folgen aufgrund ihres Aufbaues stets einer der Normgeometrien, während eine Person nicht in der Lage ist, über ihre gesamte tägliche Arbeitszeit hinweg die Vorlagen stets unter einer exakten Normgeometrie zu betrachten. Während Farbmessgeräte daher stets ein objektives Messergebnis liefern, ist das Ergebnis der visuellen Betrachtung stets von den momentanen Betrachtungsverhältnissen abhängig und damit subjektiv beeinflusst bzw subjektiv beeinflussbar.
Der für das Aussehen eines Stoffes wesentliche Glanz variiert mit der Ausrichtung sowie der Beleuchtungs- und Messgeometrie. Das genaue Ausmaß dieser Variation muß vom Serienmuster im Vergleich zum Referenzmuster reproduziert werden, da andernfalls die Ergebnisse differieren.
Das bei bekannten Farbmessgeräten meist verwendete Licht enthält nur geringe Anteile an ultraviolettem Licht (UV-Licht). Tageslichtsimulatorröhren strahlen jedoch üblicher Weise einen erheblichen Anteil an UV- Licht aus. Dies führt dazu, daß Stoffe mit optischen Aufhellern
(fluoreszierende Farbstoffe), die bei ca einem Drittel aller Garne bzw
Stoffe verwendet werden, in der visuellen Betrachtung anders aussehen als bei einer Messung.
Farbmessgeräte arbeiten entweder mit gerichtetem oder mit diffusem
Licht. Demgegenüber strahlen sowohl die bei der visuellen Betrachtung verwendeten Leuchtstoffröhren als auch die Tageslichtsimulatoren sowohl gerichtetes Licht als auch einen erheblichen Anteil an diffusem
Licht aus.
Auch diese unterschiedlichen Lichtverhältnisse tragen zum Unterschied zwischen einer Messung und der visuellen Betrachtung bei.
Aufgrund der vorstehend aufgeführten Probleme und deren Einfluss auf das Messergebnis ist erkennbar, daß ein zuverlässiges Farbmess- system zur Qualitätskontrolle der Farbe und/oder des Glanzes von Textilien oder ähnlichen Materialen, deren visuelles Aussehen bestimmt werden soll, in der Lage sein muß, einerseits die Betrachtungsgeometrien möglichst genau nachzubilden und andererseits die das Messergebnis beeinflussenden und einen Unterschied zwischen diesem und der visuellen Betrachtung begründenden Fakten hinsichtlich ihrer Auswirkung auf das Messergebnis zu eliminieren.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird unter Berücksichtigung der vorstehend aufgezeigten Probleme ein Verfahren vorgeschlagen, das die folgenden Verfahrensschritte aufweist:
A. Eine Weißbildvorlage mit bekanntem spektralen Reflexionsfaktor wird auf einen Objekttisch aufgelegt und mittels einer Lichtquelle beleuchtet, deren spektrale Eigenschaften bekannt sind;
B. mittels eines digitalen Bildaufnehmers, vorzugsweise eines Multispektralbildaufnahmesystems mit einer Vielzahl in den optischen Strahlengang einbringbaren Spektralfiltern oder mittels eines elektronisch durchstimmbaren Filters wird die Weißbildvorlage aufgenommen und digitalisiert;
C. zu jedem Kanal der Weißbildaufnahme wird bei ungeöffnetem Verschluß des Bildaufnehmers jeweils eine Schwarzaufnahme gemacht;
D. danach wird anstelle der Weißbildvorlage die zu messende Vorlage aufgelegt und mittels der Lichtquelle beleuchtet;
E. mittels des digitalen Bildaufnehmers wird die Vorlage aufgenommen und digitalisiert;
F. in einer Datenverarbeitungseinrichtung werden die Werte der Weißbildvorlage sowie der Schwarzaufnahmen in die digitalen Werte der Vorlage eingerechnet, um Inhomogenitäten sowie die spektralen Eigenschaften der Lichtquelle zu eliminieren und ein korrigiertes Bild zu erzeugen;
G. mit Hilfe des digitalen Bildes der Vorlage werden die Bereiche bestimmt, die ausgewertet werden sollen;
H. für jeden Bereich und Kanal erfolgt getrennt eine Mittelung aller digitalen Werte des korrigierten Bildes;
I. aus den gemittelten Werten aller Kanäle erfolgt nach einem geeigneten Verfahren, welches auf den bekannten spektralen Eigenschaften des Bildaufnehmers, der Spektralfilter, der Weißbildvorlage sowie der Beleuchtung beruht, die Rekonstruktion der Reflexionsspektren der jeweiligen Bereiche der digitalisierten und korrigierten Aufnahme;
J. die Reflexionsspektren werden getrennt für jeden Bereich mit der spektralen Strahlungsverteilung einer oder mehrerer Lichtarten sowie mit den spektralen Empfindlichkeiten eines menschlichen Betrachters (z.B. Normalspektralwertkurven) multipliziert und über den sichtbaren Bereich des Spektrums aufintegriert;
K. die hierdurch erhaltenen Farbwerte XYZ werden in einen geeigneten, an die menschliche Farbwahrnehmung angepaßten Farbraum wie z.B. CIELAB transformiert, L. die CIELAB-Farbwerte werden mit den nach dem gleichen Verfahren ermittelten CIELAB-Farbwerten einer Referenzvorlage verglichen und nach einer an die menschliche Farbwahmehmung angeglichenen Farbabstandsformel wie z. B. DELTA-E, CIE94, CMC oder CIE2000, gegebenenfalls aufgeschlüsselt nach den zum Farbunterschied beitragenden Komponenten, wie Helligkeit, Buntheit, Buntton, mathematisch bewertet;
M. der Farbabstand für eine oder mehrere Lichtarten bzw dessen Teilkkomponenten wird/werden mit einer vorher festgelegten, für die Teilkomponenten gegebenenfalls unterschiedlichen Toleranzschwelle verglichen, wobei ein Überschreiten der Toleranzschwelle zur Ausgabe einer Fehlermeldung führt.
Da nicht all diese Verfahrenschritte den im Patentanspruch jeweils voranstehenden Verfahrensschritt als Voraussetzung für ihre Durchführbarkeit bzw Wirkung haben, ist es im Rahmen des gesamten Verfahrens ohne weiteres möglich, die Reihenfolge bestimmter Verfahrensschritte zu verändern.
Da das erfindungsgemäße Messsystem ein Bildverarbeitungssystem ist, können auch farbig gemusterte Stoffe geprüft werden, in dem durch geeignete Bildverarbeitungsalgorithmen die jeweiligen farblich zusammengehörigen Bildbereiche separiert und getrennt voneinander gemessen und mit der Referenzvorlage verglichen werden.
Weitere Vorteile sowohl des Verfahrens als auch der zu seiner Durchführung dienenden Vorrichtung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowohl des Verfahrens als auch der Vorrichtung.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist ein Multispektralbildaufnahmesystems zur Aufnahme und Digitalisierung sowohl der Weißbildvorlage als auch der Vorlage als auch eine Datenverarbeitungseinrichtung mit einem Speicher auf in dem Vergleichswerte einer Referenzvorlage abrufbar gespeichert sind, wobei die Datenverarbeitungseinrichtung ihrerseits Mittel aufweist um: a) die Werte der Weißbildvorlage sowie der Schwarzaufnahmen in die digitalen Werte der Vorlage einzurechnen, um Inhomogenitäten sowie die spektralen Eigenschaften der Lichtquelle zur Erzeugung eines korrigierten Bildes der Vorlage zu eliminieren; b) mit Hilfe des digitalen Bildes der Vorlage diejenigen Bereiche zu bestimmen, die ausgewertet werden sollen; c) für jeden Bereich und Kanal getrennt eine Mittelung aller digitalen Werte des korrigierten Bildes durchzuführen; d) aus den gemittelten Werten aller Kanäle nach einem geeigneten Verfahren, welches auf den bekannten spektralen Eigenschaften des Bildaufnehmers, der Spektralfilter, der Weißbildvorlage sowie der Beleuchtung beruht, die Rekonstruktion der Reflexionsspektren der jeweiligen Bereiche der digitalisierten und korrigierten Aufnahme durchzuführen; e) die Reflexionsspektren getrennt für jeden Bereich mit der spektralen Strahlungsverteilung einer oder mehrerer Lichtarten sowie mit den Norm-spektralkurven (entsprechend den spektralen Eigenschaften des menschlichen Auges) zu multiplizieren und über den sichtbaren Bereich des Spektrums zu integrieren sowie die hierdurch erhaltenen Farbwerte XYZ in einen geeigneten, an die menschliche Farbwahrnehmung angepaßten Farbraum wie z.B. CIELAB zu transformieren, f) die ermittelten CIELAB-Farbwerte mit den nach dem gleichen Verfahren ermittelten CIELAB-Farbwerten der Referenzvorlage zu vergleichen und nach einer an die menschliche Farbwahrnehmung angeglichenen Farbabstandsformel wie z. B. DELTA-E, CIE94, CMC oder CIE2000, gegebenenfalls aufgeschlüsselt nach den zum Farbunterschied beitragenden Komponenten, wie Helligkeit, Buntheit, Buntton, mathematisch zu bewerten; g) den Farbabstand für eine oder mehrere Lichtarten bzw dessen Teilkomponenten mit der vorher festgelegten, für die Teilkomponenten gegebenenfalls unterschiedlichen Toleranzschwelle zu vergleichen und bei einem Überschreiten der Toleranzschwelle entweder eine Fehlermeldung auszugeben, oder die Vorlage durch farbgetreue Darstellung am Bildschirm zu zeigen. xxxxxxxxxxx
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens Ausführungsform als digitalen Bildaufnehmer ein Multispektralbildaufnahmesystem in Form eines Multispektralscanners auf, der mit mehreren Lichtquellen zur Beleuchtung eines Objekttisches versehen ist, der zur Aufnahme sowohl der Weißbildvorlage als auch der zu messenden Vorlage dient. Sowohl die Weißbildvorlage als auch die zu messende Vorlage werden auf diesem bevorzugt in waagrechter Lage aufgenommen, jedoch ist es selbstverständlich möglich, die Aufnahmeposition beliebig zu verändern. Oberhalb des Objekttisches ist eine digitale Kamera angeordnet, der eine Einrichtung zur Modifikation der spektralen Eigenschaften des gesamten Systems zugeordnet ist. Diese Einrichtung kann z.B ein mechanischer Filterwechsler sein, der die Spektralfilter des Bildaufnehmers in vorbestimmbarer Reihenfolge in dessen Strahlengang bringt; sie kann aber auch ein elektronisch durchstimmbares optisches Filter sein.
Als Lichtquellen kommen alle möglichen Technologien in Frage; neben Halogenlampen vor allem Leuchtstoffröhren. Auch können Lichtquellen mit unterschiedlichen Anteilen an gerichtetem und diffusem Licht zur Verwendung kommen. Auch können als statische oder als Blitzlampen ausgebildete Xenon Lampen als Lichtquelle benutzt werden.
Die spektralen Eigenschaften der zur Aufnahme/Messung verwendeten Lichtquelle werden durch einen kanalweisen Weißabgleich eliminiert. Hierzu wird eine möglichst homogene, möglichst gut und diffus reflektierende Weißbildvorlage mit bekanntem spektralen Reflexionsfaktor einmalig bzw in bestimmten Abständen aufgenommen und zur Korrektur der einzelnen Kanäle verwendet.
Die Position sowohl der Lichtquellen, als auch der zu messenden Vorlage, als auch der Kamera kann variiert werden. Die jeweilige Position kann für eine Reihe von Messungen fest sein, oder sich in Teilen während einer Messung ändern, damit umso mehr Informationen über die zu messende Vorlage, insbesondere deren Glanzverhalten gewonnen werden.
Als digitale Bildaufnehmer kommen Flächensensoren mit beispielsweise 2000 x 3000 Pixel ebenso in Frage, wie Zeilensensoren, die mechanisch verstellt werden, um so die gesamte zu messende Vorlage "abzuscan- nen".
Da die Vorlage "flächig" aufgenommen wird, kann mit dem
Multispektralscanner eine farbfehlerfreie Bildaufnahme erfolgen.
Die Software kann so ausgelegt werden, daß erst nach Aufnahme des Multispektralbildes und dessen Darstellung am Bildschirm automatisch oder mit Hilfe eines Benutzers ein bestimmter Bereich des Bildes ausgewertet wird, oder bereits während der Aufnahme ein vorher eingestellter Bereich innerhalb des gesamten Aufnahmebereiches erfasst wird. Da hierbei eine große Anzahl von Pixeln und damit spektralen Einzelmessungen zur Verfügung steht, kann über den jeweiligen ausgewählten Bereich eine Mittelung erfolgen, die zur Verringerung des Rauschens, aber auch zur Mittelung über eine hinreichend große Fläche der zu messenden, strukturierten Vorlage dient. Über eine Modifikation der Optik ist hierbei eine Anpassung auch an grob gemusterte Vorlagen möglich.
Die Rekonstruktion der Spektren erfolgt mittels Software, nach einem von verschiedenen wissenschaftlich veröffentlichten Verfahren, wobei lediglich eventuelle Details an die spezifischen Gegebenheiten anzupassen sind.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die eingangs aufgeführten und für einen Unterschied zwischen dem Messergebnis und der visuellen Betrachtung ursächlichen Fakten ganz, zumindest aber überwiegend eliminiert, wodurch ein hinreichend genaues Messergebnis erzielt wird.
Dabei wird die Geometrie von Beleuchtung - Vorlage - Messung/Kamera angeglichen an die bei visueller Betrachtung verwendete Geometrie von Beleuchtung - Vorlage - Auge.
Eine Normgeometrie (z.B. 45/0 oder d/89) wird dabei erfindungsgemäß ebenso wenig verwendet, wie eine sonstige zirkuläre oder rein diffuse Symmetrie der Messung.
Zum Feststellen der Glanz-Variation mit dem Betrachtungs- oder dem Einfalls-Winkel des Lichtes kann die Vorlage um eine senkrechte oder waagrechte Achse gedreht und dann erneut gemessen werden, oder die Position der Lichtquelle kann zwischen den Messungen verändert werden, oder es können mehrere an unterschiedlichen Stellen angeordnete Lichtquellen nacheinander eingeschaltet und für die Messung verwendet werden, oder die Position des Bildaufnehmers wird zwischen den Messungen geändert, oder es werden mehrere Bildaufnehmer verwendet.
Zum direkten Vergleich der Messung mit der visuellen Kontrolle kann das zum Betrachten verwendete Licht (im Gegensatz zu Norm licht) in die mathematische Farbabstandsberechnung einbezogen werden. Zur besseren Behandlung von optischen Aufhellern wird entweder das UV-Licht der Lichtquelle ausgefiltert, oder zum Messen wird die gleiche Lichtquelle verwendet wie bei der visuellen Kontrolle. Die zum Messen verwendete Lichtquelle enthält wie bei der visuellen Kontrolle gerichtete und diffuse Anteile; dies wird erreicht durch Verwendung der gleichen Lichtquelle wie bei der visuellen Kontrolle oder durch eine Einrichtung, die gerichtetes Licht teilweise streut.
Da das Multispektralaufnahmesystem auf die gleichzeitige Verarbeitung vieler (z.B. 2000 x 3000) Messpunkte ausgelegt ist, kann eine Mittelung auch über recht große Flächen erfolgen, sodaß sogar gemusterte Vorlagen reproduzierbar gemessen werden können.
Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich sowohl in den Herstellprozess von Stoffen oder ähnlichen Materialien als auch bei der Fertigung von Kleidungsstücken "online" in den Fertigungsablauf eingliedern. Hierdurch wird beispielsweise bei der Herstellung der Stoffe erreicht, daß Farbfehler schon während der laufenden Fertigung erkannt werden können, sodaß nicht erst eine bestimmte Menge fehlerhafte Stoffe produziert werden muss, bevor Farbfehler erkannt werden.
In der beigefügten Zeichnung ist eine Integrationsmöglichkeit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in den Herstellprozess von Stoffen schematisch dargestellt.
Es zeigt:
Fig.1 : eine Frontansicht der Vorrichtung zur fortlaufenden oder bereichsweisen Überprüfung einer Stoffbahn wäh- rend ihrer Herstellung; Fig.2: eine schaubildliche Darstellung eines integrierten Multispektralscanners;
In Fig.1 ist der Auslaufstelle einer Stoffbahn 1 aus einer Fertigungsanlage 2 ein digitaler Bildaufnehmer in Form eines Multispektralscanners 3 eines Multispektralbildaufnahmesystems nachgeordnet. Der Multispektralscanner 3 weist eine Vielzahl, beispielsweise 16, nicht dargestellte Spektralfilter auf, die in vorbestimmbarer Reihenfolge in seinen Strahlengang einbringbar sind.
Auf die gleichzeitig als Objekttisch dienende und über eine Tänzerwalzenanordnung 4 geführte Stoffbahn 1 kann die nicht näher dargestellte Weißbildvorlage aufgelegt werden. Die Stoffbahn 1 ist an ihrem Auslaufende über eine nicht näher bezeichnete Umlenkwalze geführt und wird mittels einer Schwinge 5 auf einem Stoffwagen 6 abgetafelt.
Dem Multispektralscanner 3 sind, wie aus Fig. 2 hervorgeht, mehrere Lichtquellen 7 zugeordnet, die in seinem Aufnahmebereich sowohl zur Beleuchtung der Weißbildvorlage als auch der Stoffbahn 1 dienen. Der Multispektralscanner 3 ist über eine Datenleitung 8 mit dem Rechner 9 einer Datenverarbeitungseinrichtung 10 verbunden, sodaß die digitalisierten und gegebenfalls transformierten Werte der Aufnahmen sowohl der Weißbildvorlage als auch der Stoffbahn 1 dem Rechner 9 zugeführt und mit den entsprechenden Daten einer Referenzvorlage verglichen werden können. Auf dem Bildschirm 11 der Datenverarbeitungseinrichtung 10 können dann das Ergebnis des Vergleichs sowie gegebenenfalls auch die Daten von relevanten Zwischenergebnissen dargestellt und die entsprechenden Daten in deren Speicher reproduzierbar abgelegt werden. Gleichzeitig können die entsprechenden Daten mittels eines Druckers 12 als Messprotokoll ausgedruckt werden.
Da somit sowohl die Daten des Ergebnisses als auch diejenigen relevanter Zwischenergebnisse abrufbar gespeichert sind, können diese über entsprechende Datenfernleitungen entweder online oder auf Abruf an entfernt liegende farbmetrisch kalibrierte Betrachtungsplätze weitergeleitet werden, um dort zur selben Zeit oder später den produzierten Stoff zusätzlich visuell zu bewerten und gegebenenfalls mit einer ebenfalls an einem Bildschirm dargestellten Referenzvorlage zu vergleichen.

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Prüfung der Färb- und/oder der Glanz-Qualität von Stoffen und ähnlichen Materialien, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
A. Eine Weißbildvorlage mit bekanntem spektralen Reflexionsfaktor wird auf einen Objekttisch aufgelegt und mittels einer Lichtquelle beleuchtet, deren spektrale Eigenschaften bekannt sind;
B. mittels eines digitalen Bildaufnehmers, vorzugsweise eines Multispektralbildaufnahmesystems mit einer Vielzahl in den optischen Strahlengang einbringbaren Spektralfiltern oder mittels eines elektronisch durchstimmbaren Filters wird die Weißbildvorlage aufgenommen und digitalisiert;
C. zu jedem Kanal der Weißbildaufnahme wird bei ungeöffnetem Verschluß des Bildaufnehmers jeweils eine Schwarzaufnahme gemacht;
D. danach wird anstelle der Weißbildvorlage die zu messende Vorlage aufgelegt und mittels der Lichtquelle beleuchtet;
E. mittels des digitalen Bildaufnehmers wird die Vorlage aufgenommen und digitalisiert;
F. in einer Datenverarbeitungseinrichtung werden die Werte der Weißbildvorlage sowie der Schwarzaufnahmen in die digitalen Werte der Vorlage eingerechnet, um Inhomogenitäten sowie die spektralen Eigenschaften der Lichtquelle zu eliminieren und ein korrigiertes Bild zu erzeugen;
G. mit Hilfe des digitalen Bildes der Vorlage werden die Bereiche bestimmt, die ausgewertet werden sollen; H. für jeden Bereich und Kanal erfolgt getrennt eine Mittelung aller digitalen Werte des korrigierten Bildes;
I. aus den gemittelten Werten aller Kanäle erfolgt nach einem geeigneten Verfahren, welches auf den bekannten spektralen Eigenschaften des Bildaufnehmers, der Spektralfilter, der Weißbildvorlage sowie der Beleuchtung beruht, die Rekonstruktion der Reflexionsspektren der jeweiligen Bereiche der digitalisierten und korrigierten Aufnahme;
J. die Reflexionsspektren werden getrennt für jeden Bereich mit der spektralen Strahlungsverteilung einer oder mehrerer Lichtarten sowie mit den spektralen Empfindlichkeiten eines menschlichen Betrachters (z.B. Normalspektralwertkurven) multipliziert und über den sichtbaren Bereich des Spektrums aufintegriert;
K. die hierdurch erhaltenen Farbwerte XYZ werden in einen geeigneten, an die menschliche Farbwahrnehmung angepaßten Farbraum wie z.B. CIELAB transformiert,
L. die CIELAB-Farbwerte werden mit den nach dem gleichen Verfahren ermittelten CIELAB-Farbwerten einer Referenzvorlage verglichen und nach einer an die menschliche Farbwahrnehmung angeglichenen Farbabstandsformel wie z. B. DELTA-E, CIE94, CMC oder CIE2000, gegebenenfalls aufgeschlüsselt nach den zum Farbunterschied beitragenden Komponenten, wie Helligkeit, Buntheit, Buntton, mathematisch bewertet;
M. der Farbabstand für eine oder mehrere Lichtarten bzw dessen Teiikkomponenten wird/werden mit einer vorher festgelegten, für die Teilkomponenten gegebenenfalls unterschiedlichen Toleranzschwelle verglichen, wobei ein Überschreiten der Toleranzschwelle zur Ausgabe einer Fehlermeldung führt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei farbig gemusterten Stoffen farblich zusammengehörige Bildbereiche separiert und getrennt voneinander gemessen und mit der Referenzvorlage verglichen werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die CIELAB-Farbwerte sowohl der Referenzvorlage als auch diejenigen der jeweils gemessenen Vorlage im Speicher der Datenverarbeitungseinrichtung abgelegt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Weißbildvorlage und die Vorlage mittels mehrerer Lichtquellen beleuchtet werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der (die) Einfallswinkel der Lichtquellen und/oder der (die) Betrachtungswinkel während den Messungen verändert werden.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehwinkel um die Flächennormale der Vorlage während den Messungen verändert wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß beim Vergleich der Messung mit der visuellen Kontrolle das gemessene Spektrum der bei dieser verwendeten Lichtquelle in die mathematische Farbabstandsberechnung einbezogen wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß zum Messen und zum Toleranzvergleichen vonBereichen mit optischen Aufhellern das gemessene Spektrum der verwendeten Tageslichtsimulationslampe berücksichtigt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der UV-Anteil der zu visuellen Vergleichen verwendeten Lichtquelle und der UV-Anteil der in die mathematischen Berechnungen einfließenden Lampe aufeinander abgestimmt sind.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden UV-Anteile im wesentlchen übereinstimmen.
11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spektralfilter des Bildaufnehmers in vorwählbarer Reihenfolge in dessen Strahlengang einbringbar sind, oder ein optisches Filter elektronisch durchgestimmt wird.
12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch
~ die Verwendung eines Multispektralbildaufnahmesystems zur Aufnahme und Digitalisierung sowohl der Weißbildvorlage als auch der Vorlage;
~ eine Datenverarbeitungseinrichtung mit einem Speicher in dem Vergleichswerte einer Referenzvorlage abrufbar gespeichert sind, wobei die Datenverarbeitungseinrichtung Mittel aufweist um: a) die Werte der Weißbildvorlage sowie der Schwarzaufnahmen in die digitalen Werte der Vorlage einzurechnen, um Inhomogenitäten sowie die spektralen Eigenschaften der Lichtquelle zur Erzeugung eines korrigierten Bildes der Vorlage zu eliminieren; b) mit Hilfe des digitalen Bildes der Vorlage diejenigen Bereiche zu bestimmen, die ausgewertet werden sollen; c) für jeden Bereich und Kanal getrennt eine Mittelung aller digitalen Werte des korrigierten Bildes durchzuführen; d) aus den gemittelten Werten aller Kanäle nach einem geeigneten Verfahren, welches auf den bekannten spektralen Eigenschaften des Bildaufnehmers, der Spektralfilter, der Weißbildvorlage sowie der Beleuchtung beruht, die Rekonstruktion der Reflexionsspektren der jeweiligen Bereiche der digitalisierten und korrigierten Aufnahme durchzuführen; e) die Reflexionsspektren getrennt für jeden Bereich mit der spektralen Strahlungsverteilung einer oder mehrerer Lichtarten sowie mit den Normspektralkurven (entsprechend den spektralen Eigenschaften des menschlichen Auges) zu multiplizieren und über den sichtbaren Bereich des Spektrums zu integrieren sowie die hierdurch erhaltenen Farbwerte XYZ in einen geeigneten, an die menschliche Farbwahrnehmung angepaßten Farbraum wie z.B. CIELAB zu transformieren, f) die ermittelten CIELAB-Farbwerte mit den nach dem gleichen Verfahren ermittelten CIELAB-Farbwerten der Referenzvorlage zu vergleichen und nach einer an die menschliche Farbwahrnehmung angeglichenen Farbabstandsformel wie z. B. DELTA- E, CIE94, CMC oder CIE2000, gegebenenfalls aufgeschlüsselt nach den zum Farbunterschied beitragenden Komponenten, wie Helligkeit, Buntheit, Buntton, mathematisch zu bewerten; g) den Farbabstand für eine oder mehrere Lichtarten bzw dessen Teilkkomponenten mit der vorher festgelegten, für die Teilkomponenten gegebenenfalls unterschiedlichen Toleranzschwelle zu vergleichen und bei einem Überschreiten der Toleranzschwelle entweder eine Fehler-meldung auszugeben, oder die Vorlage durch farbgetreue Darstellung am Bildschirm zu zeigen.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß dem Speicher die Daten einer entfernt von der Vorrichtung digitalisierten Referenzvorlage über eine Datenfernleitung zuführbar und in farbgetreuer Darstellung auf dem Bildschirm darstellbar oder im Speicher speicherbar sind.
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