Abhängigkeit von Reflexion und Abstand an einer optischen Messeinrichtung?

[Besserwessi]

So viel Licht sollte nicht nötig sein. Man kann durch Modulation das Licht der LEDs recht gut vom Hintergrundlicht (Sonne) trennen. Allerdings sind dafür die Sensoren mit Frequenzausgang nicht so gut geeignet, weil man da keine Verstärkung hat, die nur auf den modulierten Teil wirkt. Wenn man sich etwas anstrengt kann man aber auch sehr kleine Frequenzänderungen auch direkt messen. In der Sonne wäre ein Schirm gegen die direkte Sonneneinstrahlung schon sinnvoll. Ein Filter bringt dagegen eher wenig, denn auch das Licht der Sonne hat die meiste Intensität im Roten bzw, nahen IR Bereich. Das ist nur durch die Empfindlichkeit des Auges, dass wir Grün bzw. Gelb als besonders stark empfinden.

Ein Schutz vor einer seitlichen Leichteinstrahlung sollte selbstverständlich sein. Auch um eine Linse oder ähnliche Optik kommt man kaum herum, damit man bei größerem Abstand wirklich nur das Licht aus dem beleuchteten Teil sieht. Beim Focussieren muss man schon etwas aufpassen, denn es kommt auf den Überlapp aus dem Empfindlichen Bereich und dem ausgeleuchteten Teil an - einen der beiden wird man vermutlich deutlich größer als den anderen Wählen müssen, denn mit variablem Abstand verschieben sich die Bereiche gegeneinander.

[wkrug]

So viel Licht sollte nicht nötig sein...

Im Prinzip hast Du recht, allerdings soll die Auswertung bei einem fahrenden Fahrzeug stattfinden.
Also ist die Reflexion nicht immer zu 100% gleich.
Darum wäre es besser wenn die LED's mehr Licht machen würden.
Ich hab deshalb in die Software schon eine Auswertung reingebastelt, der die letzten 10 Werte mittelt
Die Optik des Empfängers hat bereits einen kleineren Öffnungswinkel als die der Sendedioden.

Eventuell montiere ich die Sendedioden etwas schräg zur Empfängerachse hin, damit der Lichtkegel im Zentrum der Empfängerdiode zu liegen kommt.

Beim Tageslicht hast Du im Prinzip auch recht, allerdings schneide ich durch ein rotes Filter alle nicht roten Lichtanteile ab, was in der Summe zu einer Verringerung der empfangenen Lichtintensität führen müsste - Oder liege ich da falsch?

Der TCS 3200 miss nun ohne Filter ohne Beleuchtung, mit 595nm Beleuchtung ( Amber ) und 670nm ( Dunkelrot ).
Mit Rotfilter werden dann noch mal die Wellenlängen 670, 700, 740 und 780 gemessen.
Meine leistungsstärkeren LED's hab ich noch nicht gekriegt, mit den "schwachen" funktionierts aber im Prinzip.

[Besserwessi]

Ein bisschen bringt der rote Filter schon, aber halt nicht viel. Vom Sonnenlicht würde ich mal schätzen dass etwa 75% über 600 nm liegen. Ich weiss nicht, ob es sich für den relativ kleine Effekt lohnt so einen Filter zu nehmen, denn man verliert auch etwas vom gewünschten Licht.

Für 780 nm gäbe es als Lichtquellen noch Laserdioden (die Wellenlänge für normale CD Laufwerke liegt bei etwa 780 nm - 785 nm).
Mehr Intensität für die LEDs hilft natürlich, und so lange es erschwinglich ist, spricht auch nicht viel dagegen. Bei den schwachen Wellenlängen (vor allem wohl 595 nm) kann man ggf. auch 2 oder 3 LEDs nehmen. Wenn einfach nur das Signal zu schwach ist, hilft ggf. auch eine größere Linse um mehr Licht auf den Sensor zu bekommen - der Hintergrund wird aber natürlich damit auch mehr.

[Bernina]

Das mit der unterschiedlichen abstandsabhängigkeit von verschiedenen Farbbereichen kenne ich. Es liegt hauptsächlich an den Linsen im System. Bei reiner Freistrahloptik dürfte der Effekt deutlich geringer sein. Wenn Interferenzfilter im System sind (bei einigen Farbfiltern und Antireflektionsschichten üblich), dann gibt es einen weiteren Effekt, da die Filterwirkung nur bei senkrechter Einstrahlung richtig ist (Lamdaviertelschichten).

[wkrug]

Das mit der unterschiedlichen abstandsabhängigkeit von verschiedenen Farbbereichen kenne ich. Es liegt hauptsächlich an den Linsen im System. Bei reiner Freistrahloptik dürfte der Effekt deutlich geringer sein.

Danke für den Hinweis - Das werd ich mal genauer untersuchen.

Ein bisschen bringt der rote Filter schon, aber halt nicht viel. Vom Sonnenlicht würde ich mal schätzen dass etwa 75% über 600 nm liegen. Ich weiss nicht, ob es sich für den relativ kleine Effekt lohnt so einen Filter zu nehmen, denn man verliert auch etwas vom gewünschten Licht.

Der Farbfiler ist ja bereits im TCS3200 integriert also nicht extern vorgeschaltet.
Dadurch denk im mal, das ich hier nicht besonders viel verlieren werde.
Im TCS sind Farbfilter für Rot - Grün - Blau und ohne Filterung bereits integriert.
Es ist da so gelöst, das es für die einzelnen Wellenbereiche eigene Fotodioden Arrays gibt.
Ein lustiger Effekt ist noch, das der grüne und blaue Bereich des Sensors wieder einen Durchgang oberhalb 700nm haben.
Da ich die aber nicht nutze ist mir das vorerst mal egal.

Wenn ich die spektrale Verteilung von Tageslicht anschaue würde ich den Bereich über 650nm auf ca. 45 - 50% der gesamten Lichtleistung abschätzen. Da sollte der integrierte Filter schon etwas helfen.

Die benötigten LED's hab ich übrigens bei roithner Laser aus Wien bekommen. Andere Quellen in Europa hab ich nicht gefunden.
Ein 1W Emitter mit den benötigten Wellenlänge kostet da so um die 8,-€ - Also noch im Rahmen.
Allerdings sind die Star Kühlkörper noch extra zu besorgen.

[Besserwessi]

Beim Vergleich der Strahlung bei hoher und niedriger Wellenlänge kommt es darauf an, wie man das Licht gewichtet: rein nach der Energie stimme ich zu mit etwa der Hälfte oberhalb und unterhab von 650 nm. Bei den Fotodioden nimmt aber die Empfindlich großen Wellenlänge (bis ca. 900 nm) zu. Bei 800 nm hat man etwa die doppelte Empfindlich wie bei 400 nm.
Wenn man im Empfänger schon den Filter drin hat, kann man den natürlich auch nutzen.

Bei 700 nm sind übrigens selbst die low Cost LEDs von Reichelt schon relativ intensiv - die relativ geringe Helligkeit kommt durch die geringe Empfindlichkeit des Auges.

[wkrug]

Ich hol mal diesen Threat wieder hoch...

In der Zwischenzeit konnte ich schon mal einen Teil meiner Probleme lösen.
1. Ich hab LED's mit mehr Leuchtkraft verwendet.
2. Jede LED hat eine eigene Linse bekommen.
3. Der Licht Frequenz Wandler wurde gegen ein Spekreumselektives Modell ausgetauscht ( siehe oben ).
4. Der Lich Frequenz wandler hat einen eigene Linse und einen Lichschutztubus erhalten.
5. Es wird jeder Messwert 10mal aufgezeichnet. Die Minimal und Maximalwerte verworfen und die restlichen Messwerte für die Berechnung herangezogen.
6. Die Abstandsabhängigkeit hat sich wesentlich verbessert.

So lange die Tageshelligkeit nicht allzu groß ist funktioniert die Sache wunderbar.

Nun zu meinen Neuen Problem.
Sobald es zu hell wird, heben sich die Messwerte nicht deutlich genug von der Hintergrundhelligkeit ab um "richtige" Ergebnisse zu liefern.

Ich hab mich deshalb schon mit einigen Filterstrategien auseinandergesetzt.
Bringt es etwas, mal ein anderes Filter ( bzw. andere Mittelwertbildung ) zu verwenden?
Welches wäre wohl für meine Aufgabe am Besten geeignet ( Das man auch in einem Microcontroller umsetzen kann )?

Über das Kalman Filter hab ich schon ein wenig gelesen - Ich denk auch, das das passen könnte - Umsetzen für einen Microcontroller könnte ich das nicht, da die Sache doch reichlich komplex ist ( Rekursive Parameter usw. )!