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Revolutionär einfache Farbeinstellung mit dem Color FEX : Ausgabe 10/2014, 15.10.2014

«Bunt ist meine neue Lieblingsfarbe»

«Bunt» in Anlehnung an das etwas erweiterte Zitat von Walter Gropius («Bunt ist meine Lieblingsfarbe») ist in der Bildverarbeitung weit mehr als nur ein zusätzlicher Parameter. Wer sich in diesem Zusammenhang das erste Mal mit Farbe beschäftigt, denkt am Anfang vielleicht an Buntstifte und wie einfach diese von Kindern nach «Rot», «Grün» oder «Blau» eingeteilt werden. Der neue Vision Sensor VeriSens Color von Baumer kann fast genauso einfach Objekte nach Farben sortieren.

Bilder: Baumer

Farbe ist eine Empfindung – erst durch spezielle anatomische Bausteine können wir überhaupt farbig sehen. Bei Tageslicht werden unserem Gehirn dazu in Ergänzung der Helligkeit Informationen über Farbton und Sättigung geliefert. Die entsprechend der Natur individuelle Wahrnehmung des Menschen wurde anhand von Testgruppen und Statistik «normiert» und dann verschieden modelliert. Dabei kommt in einigen Farbmodellen auch die Aufteilung in Helligkeit, Farbton und Sättigung ins Spiel. Als Beispiel sei hierzu das HSV-Modell genannt, das mit Hue (Farbton), Saturation (Sättigung) und Value (in Bezug zur Helligkeit) eine analoge Beschreibung abliefert. Anders angelegt ist beispielsweise das bekannte RGB-Farbmodell, aber keines der Modelle kann auf eine dritte Dimension verzichten.

Schlechte Nachrichten

Das ist zunächst keine gute Nachricht für einfach einzurichtende Systeme der industriellen Bildverarbeitung – zumal hier klare Gut/Schlecht-Grenzen gesetzt werden müssen. Die bekannten Limits, die man typischerweise bei Vision Sensoren einstellt, sind z. B. Anzahl der Flächen, Kanten, Abstände usw. – immer wieder handelt es sich um einen numerischen Wert und dessen Minimum bzw. Maximum.

Überträgt man dies auf den nun notwendigen dreidimensionalen Raum, wird das Problem deutlich: Man nutzt drei unabhängige Einstellregler (z. B. für Farbton, Sättigung, Helligkeit), um die zu untersuchende Farbe abzubilden. Unter Berücksichtigung der Toleranzen sind dies sechs Grenzen pro Farbe – nämlich Minima und Maxima in jeweils drei Dimensionen. Geht es um die Abgrenzung zwischen mehreren Farben, wird das Ganze schnell komplex. Trotz zahlreicher Limits in Beziehung untereinander darf keine Überschneidung der Farbbereiche im Raum entstehen. Das ist umso weniger trivial, wenn man an die vielen Varianzen der Objekte im Schein der Bildverarbeitungsbeleuchtung denkt.

Inspiration Buntstifte

Andererseits sortieren Kinder Buntstifte nach Rot, Grün oder Blau, ohne über dreidimensionale Vektoren nachzudenken. Baumer VeriSens Vision Sensoren mit Color FEX setzen genau hier an. Eines der entscheidenden Entwicklungsziele war, Farb­einstellungen so revolutionär einfach zu gestalten, dass praktisch jedermann den Vision Sensor – möglichst sogar ohne die Anleitung zu lesen – para­metrieren kann. Hinzu kommt, dass Vision Sensoren gern zu genau solchen Aufgaben eingesetzt werden, wie z. B. die richtige Reihenfolge von Farben sicherzustellen. Auch bei typischen Applikationen, wie Farbcodes erkennen, farbige (selbstleuchtende) LEDs prüfen oder Kontrollieren der Anordnung farbiger Produkte, spricht man letztendlich beispielsweise über «rote», «grüne» oder «blaue» Objekte. Das schliesst in diesem Bereich sogenannte «Farbmessung» oder «Farbmetrik» aus – im Bereich der Anwendung von Vision Sensoren ist das auch eher die Praxis.

Die Frage, die sich damit stellt ist: Wie kommt man von komplexen 3D-Farbmodellen zu einer «kinderleichten» Farbunterscheidung? Baumer führt bei den aktuellen Vision Sensoren der VeriSens-Familie mit Color FEX eine neue Funktionalität ein, die man sich am besten als intelligenten Assistenten vorstellt. Dabei werden die relevanten Objektfarben eingelernt und der Sensor bestimmt dafür den entsprechenden repräsentativen Farbraum. Diese Kugeln, deren Radius die vorgegebene Farbtoleranz ist, werden zusätzlich im dreidimensionalen Raum visualisiert und untereinander auf «Kollision» geprüft. Sie weisen im Kern die repräsentative Farbe aus, der vom System bereits ein Name zugeordnet wird – ein gelber Bereich ist nicht nur Gelb, er heisst auch so.

Man muss kein Farbexperte sein

Dem typischen Anwender bringt dies einen klaren Nutzen: Man holt ihn dort ab, wo er das Produkt auch einsetzt, bei der Unterscheidung blauer von grünen Objekten oder bei der Sicherstellung, dass die rote LED an der richtigen Stelle neben der grünen leuchtet – und nicht falsch herum bestückt wurde.

Der Anwender steht im Mittelpunkt und hantiert im wörtlichen Sinne kinderleicht mit einer bekannten Grösse – nämlich einfach nur «der» Farbe. Zum Abgrenzen genügt eine Toleranz, die verändert werden kann und somit die Grösse der Kugel definiert. Damit ist auch eine klare Abgrenzung der Farben untereinander gelöst: Gibt es keine Kollision der Kugeln im «Kugeluniversum», werden auch die Farben klar unterschieden. Das sieht der Nutzer beim Einrichten und kann so auch sichergehen, dass ein helles Orange nicht doch vielleicht das Gelb des Nachbarobjekts ist.

Bleibt noch die Frage offen, ob man sich als Anwender mit Farbtheorie und Farbmodellen beschäftigen muss. Klare Antwort: nein. Auch wenn VeriSens die Farbmodelle nicht versteckt und in der 3D-Grafik der Paramet­riersoftware offen präsentiert – man muss sich dazu nicht mit Farbtheorie beschäftigen und Farbmodelle kennen. Die Kugeln im Raum sind selbsterklärend. Baumer hat dazu erfolgreich Usability-Tests durchgeführt und gezeigt, dass praktisch jedermann mit VeriSens Color in der Lage ist, Farbapplikationen zu lösen und dabei in wenigen Minuten richtig zu parametrieren. Buntstifte sortieren wird damit endlich auch für Erwachsene zum Kinderspiel.

Vision: Halle 1, Stand F32


Info
Baumer Electric AG
8501 Frauenfeld
Tel. 052 72 81 122, Fax 052 72 81 144
sales.ch@baumer.com, www.baumer.com



Prinzip «Kugeluniversum» der Farbmodellierung.


VeriSens Vision Sensor der XC-Serie von Baumer mit Color FEX.


Zur Kontrolle der Anordnung von Buntstiften sind in der VeriSens Application Suite vier zu prüfende Farben eingelernt. Berühren sich die Kugeln nicht, werden die Farben klar unterschieden.