Damit die Farbe von Druckerzeugnissen passt, muss diese bislang noch aufwändig durch Abgleichen des Druckkontrollstreifens geprüft werden. Ein neu entwickeltes Farbmesssystem ersetzt diesen zeitintensiven Vorgang, indem es dem Anwender ermöglicht, den Farbabstand ∆E* mit einer Multispektralkamera genau zu ermitteln.

Obwohl die Qualitätskontrolle moderner Druckmaschinen heute meist automatisiert abläuft, musste die korrekte Farbwiedergabe mit viel Aufwand manuell überprüft werden. Abhilfe verspricht hier ein von Chromasens entwickeltes Farbmesssystem, das mit 12 Filtern und mathematischen Algorithmen das Spektrum von Druckfarben schätzt und dem Anwender so ermöglicht, den Farbabstand ∆E* mit der Multispektralkamera genau zu ermitteln.

Um die Druckqualität sicherzustellen, sind moderne Druckmaschinen heute bereits vielfach mit IBV ausgestattet. Automatisiert können damit alle Druckelemente abgebildet und eventuelle Fehler, beispielsweise durch Streifenbildung, vermieden werden. Eine vollflächige Farbmessung ist weder mit diesen Bildverarbeitungssystemen noch mit den bisherigen Farbmessgeräten möglich. Bislang werden die Farben beim Drucken mit Druckkontrollstreifen überprüft. Dabei entnimmt der Mitarbeiter stichprobenartig gedruckte Bögen und kontrolliert sie mit einem Spektralfotometer auf einem separaten Kontrolltisch - ein zeitintensiver Vorgang.

Punktgenaue Berechnung des Farbspektrums

Spektralfotometer messen die Farbe jeweils nur in einem kleinen punktförmigen Bereich von etwa 2 mm Größe. Bei Inline-Messungen wird bisher die Farbdichte im Druckkontrollstreifen gemessen. Eine Farbmessung außerhalb des Streifens ist nur mit großem Aufwand möglich und wird daher kaum durchgeführt. Bislang wurde dieser Arbeitsschritt noch nicht automatisiert, weil die spektrale Auflösung von industriellen Kameras auf drei Sensoren (Rot, Grün, Blau) beschränkt war. Die Folge waren erhebliche Beschränkungen bei der Farbdarstellung und der Farbmessung. Zudem ist die Entwicklung von spektral definierten mehrkanaligen Sensoren nur mit großem Aufwand möglich, da die Herstellung der Filter mittels Farbcoating auf Siliziumsubstraten toleranzbehaftet ist und nur relativ breitbandige Filter ermöglicht. Die von Chromasens in Zusammenarbeit mit der Universität Granada, der Technische Universität Chemnitz und der Hochschule für Technik, Wirtschaft und Gestaltung (HTWG) in Konstanz, entwickelte 12-kanalige Multispektralkamera verfolgt einen neuen Ansatz zur ortsaufgelösten, vollflächigen Farbmessung. Denn sie kombiniert Optik, schnelle Zeilenkameras und optimierte Algorithmen zur Farbberechnung. So lässt sich beispielsweise für beliebige Bereiche im Bild, wie einen Schriftzug oder ein Teil eines Logos, das Farbspektrum punktgenau berechnen. Der Druckkontrollstreifen ist dafür nicht notwendig.Die Zeilenkameratechnik eignet sich für schnell transportierte Objekte. Mit der hohen Zeilenfrequenz der Multispektralkamera von Chromasens können Objekte mit sehr hohen Transportgeschwindigkeiten erfasst werden. Das Verfahren kann außerhalb der Druckmaschine zur Farbmessung am Kontrolltisch oder Inline zum ständigen Monitoring der Farbe während des Druckprozesses eingesetzt werden. Zusätzlich zur spektralen Information liefert das System Farbbilder in hoher Qualität.

Spektrale Informationen in Echtzeit berechnen

Bei dem 12-kanaligen Farbmesssystem werden mit einer mehrkanaligen Zeilenkamera 12 Bilder aus unterschiedlichen Farbbereichen vom Objekt aufgenommen. Neben den bekannten drei Farbauszügen einer RGB-Farbkamera - Rot, Grün und Blau - werden dabei zusätzlich neun weitere Farbbereiche erfasst. Mit diesen 12 Bildern erfolgt eine Abtastung des Farbraumes, ähnlich einem Spektralfotometer. Die 12 vollflächigen Bildaufnahmen bilden die Basis für das von Chromasens entwickelte mathematische Verfahren der spektralen Rekonstruktion, mit dem aus 12 Farbkanälen die spektrale Information für jeden Bildpunkt bestimmt wird. Das Ergebnis ist ein kontinuierliches Spektrum für jeden Bildbereich. Für die Farbmessung werden von dem bewegten Objekt fortlaufend mit der Zeilenkamera 12-kanalige Bilder aufgenommen. Jedes der 12 deckungsgleichen Bilder enthält Farbinformationen aus verschiedenen Wellenlängenbereichen des sichtbaren Spektrums (400 - 700 nm).

Im nächsten Schritt bestimmt man die interessierenden Bildbereiche. Nur für diese wird dann die spektrale Rekonstruktion durchgeführt. Der Vorteil dabei ist, dass die Datenmenge deutlich reduziert und die Farbe an definierten Stellen bestimmt wird. Die Bereiche können beispielsweise manuell oder in der Druckvorstufe fest vorgegebene Bereiche im Bild sein. Es ist damit prinzipiell möglich, die Bereiche im aktuellen Bild mit anderen Verarbeitungsschritten - wie zum Beispiel Mustervergleich - dynamisch anhand der Bildinformationen jeweils zu bestimmen. Für diese ausgewählten Bildbereiche kommt das spektrale Rekonstruktions-verfahren zum Einsatz. Aus der bekannten spektralen Empfindlichkeit der 12 Farbkanäle wird aus den 12 Bildern für jeden dieser Bereiche im Bild das Farbspektrum in Echtzeit berechnet. Das Ergebnis ist das Farbspektrum für jeden ausgewählten Bildbereich. Damit liegt für jeden Bildbereich die gleiche Information vor, wie sie mit einem Spektralfotometer gemessen werden könnte. Im Gegensatz zum Spektralfotometer wird die Farbe hier für alle Bereiche auf dem Objekt (im Bild) erfasst.

Applikationen über Druckqualitätskontrolle hinaus

Grundlage für eine hohe Farbgenauigkeit ist die genaue Abstimmung und spektrale Vermessung aller Komponenten, inklusive Beleuchtung. Für eine hohe Farbmessgenauigkeit wird für jedes System eine genaue Farbkalibrierung mit genau vermessenen Keramikfarbkacheln und präzisen Spektralphotometern durchgeführt. In Praxistests wurden zum Vergleich verschiedene Farbproben mit der 12-kanaligen Multispektralkamera und einem handelsüblichen Spektralfotometer vermessen. Ein wichtiges Vergleichskriterium ist der Farbabstand ∆E gemessen in L*a*b*- Werten*. Wiederholgenauigkeitsmessungen zeigen die hohe Stabilität des Systems. Als typischer Wert wird eine Standardabweichung von ∆E <1 erreicht.
Im Vergleich zu traditionellen Methoden der Farbmessung, besitzt das von Chromasens entwickelte Verfahren folgende Vorteile:

• Die Farbe wird direkt im Druckbild gemessen und nicht nur im Druckkontrollstreifen. Damit können Farbflächen z.B. in den Logos direkt zur Farbregelung verwendet werden.
• Für die lückenlose Überwachung und für Reports lassen sich die im Druckbild gemessenen Farbwerte über die gesamte Auflage abspeichern.
• Bei Verwendung von Druckkontrollstreifen kann dieser an beliebiger Stelle des Druckbildes liegen und muss sich nicht unbedingt am Rand des Bogens befinden.
• Für bestimmte Applikation kann eventuell auf den Druckkontrollstreifen komplett verzichtet werden.

Die Einsatzbereiche hochgenauer, spektraler Kamerasysteme sind mannigfaltig und reichen weit über die hier beschriebene Nutzung in der Druckqualitätskontrolle hinaus. Applikationsfelder bestehen unter anderem in der Sicherheitstechnik, zum Beispiel bei der Echtheitsprüfung von Dokumenten oder bei der Materialsortierung, wenn es um die Verbesserung der Messgenauigkeit der Farbwerte von Lebensmitteln oder der Bewertung von Inhaltsstoffen geht. Auch dem E-Commerce könnte die farbrichtige Darstellung der angebotenen Produkte positive Impulse geben. Letztlich wird auch die Telemedizin in Zukunft von spektralen Kamerasystemen profitieren, beispielsweise wenn es im Rahmen von Ferndiagnosen um die Beurteilungen von Veränderungen an der Hautoberfläche geht.