Wie funktionieren Farbsensoren?
Farbsensoren beleuchten Objekte mit Weißlicht und messen die Stärke des reflektierten Lichts in den drei Spektralbereichen Rot, Grün und Blau. Aus diesen Intensitäten entstehen drei digitale Signalwerte, die für die physikalische Stärke des empfangenen Lichts in jedem Kanal stehen. Das Verhältnis dieser drei Kanäle beschreibt die vom Objekt reflektierte Farbe. Die Intensitäten der drei Kanäle werden miteinander verglichen und aus diesen Verhältnissen entsteht ein Farbprofil, das mit zuvor eingelernten Referenzen abgeglichen wird. Auf dieser Basis schaltet der Sensor, wenn eine definierte Farbe erkannt wird.
Weshalb arbeiten Farbsensoren mit Weißlicht?
Die Weißlicht-LED erzeugt ein kontinuierliches Spektrum. Dieses Licht wird vom Objekt reflektiert und enthält alle für die Farberkennung relevanten Anteile. Somit wird jede Farbe unter konstanten spektralen Bedingungen beleuchtet. Außerdem wird eine höhere Schaltgeschwindigkeit möglich, da der Sensor dauerhaft die gleiche Lichtfarbe aussendet und direkt auswerten kann.
Wofür stehen RGB und HSL?
RGB-Farbraum
RGB ist die technische Beschreibung einer Farbe anhand der messbaren Intensitäten der drei Grundfarben des sichtbaren Lichts: Rot, Grün und Blau. Jede sichtbare Farbe entsteht durch die Kombination dieser drei Farben, weshalb man von einem additiven Farbraum spricht. Werden alle drei Farbkanäle mit gleicher Intensität gemischt, entstehen Grautöne bis hin zu Weiß, während ein dominanter Farbkanal zu einer kräftigen, gesättigten Farbe führt.
HSL-Farbraum
HSL ist eine Transformation der RGB-Werte in eine Form, die näher an der menschlichen Wahrnehmung liegt und daher intuitiver anwendbar ist. Im HSL-Farbraum wird eine Farbe über Farbton (Hue), Sättigung (Saturation) und Helligkeit (Lightness) beschrieben. Der Farbton entspricht dem zugehörigen Farbwinkel im Farbrad, wie z. B. Orange, Grün oder Blau, während die Sättigung beschreibt, wie intensiv eine Farbe erscheint, von einem grauen, entsättigten Ton bis zu einem kräftigen, reinen Farbton. Die Helligkeit gibt an, wie hell oder dunkel eine Farbe ist, von schwarz über eine mittlere Helligkeit bis weiß.
Wie sind die Signalwerte von Farbsensoren zu verstehen?
Die gemessenen RGB-Kanalsignale sind Rohwerte des Sensors und liegen typischerweise im Bereich von 0 bis 1023. Diese Werte müssen klar von den genormten Standard-RGB-Farben (auch sRGB-Farben), wie sie etwa in der Bilddarstellung verwendet werden, unterschieden werden. Eine direkte Umrechnung ist nicht möglich, da die Signale von Beleuchtung, Objektabstand, Material und Einfallswinkel abhängen. RGB bildet somit die technische Grundlage der Farberkennung und beschreibt, was der Sensor physikalisch misst.
Zur weiteren Verarbeitung werden diese RGB-Rohdaten im Sensor in den HSL-Farbraum umgerechnet. Dadurch können die Farbanteile zusätzlich nach Farbton, Sättigung und Helligkeit ausgewertet werden. Diese Umrechnung ermöglicht eine wahrnehmungsnahe Interpretation der Messwerte und vereinfacht die Parametrierung: Anstelle einzelner Kanalwerte können Farbton, Farbkraft und Helligkeit gezielt eingestellt und bewertet werden.
Worin unterscheiden sich Farb- von Kontrastsensoren mit Weißlicht?
| Farbsensoren | Kontrastsensoren mit Weißlicht | |
|---|---|---|
| Schaltgeschwindigkeit | 8 kHz | bis zu 50 kHz |
| Anzahl der Schaltausgänge | 2, plus 6 digitale | 1 |
| Farbräume | RGB, HSL | RGB |
| Farbkalibrierung | ja | nein |
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Schaltgeschwindigkeit
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Farbsensoren
8 kHz
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Kontrastsensoren mit Weißlicht
bis zu 50 kHz
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Anzahl der Schaltausgänge
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Farbsensoren
2, plus 6 digitale
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Kontrastsensoren mit Weißlicht
1
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Farbräume
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Farbsensoren
RGB, HSL
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Kontrastsensoren mit Weißlicht
RGB
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Farbkalibrierung
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Farbsensoren
ja
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Kontrastsensoren mit Weißlicht
nein
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