DE102010036550A1 - Method for color characterization in tunnel scanner and/or reverse vending machine, involves recording image by camera, where angular point of wavelengths of light lies at range of angular point of sensitivity of color channels - Google Patents

Method for color characterization in tunnel scanner and/or reverse vending machine, involves recording image by camera, where angular point of wavelengths of light lies at range of angular point of sensitivity of color channels Download PDF

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Abstract

The method involves illuminating empty goods using a light source with small half width that ranges between 3 nanometer and 40 nanometer. Light is filtered by a multi-band filter before the light is recorded by a camera, where center wavelength of the filter lies at a range of angular point of sensitivity of color channels of the camera. An image is recorded by the camera, which comprises the color channels, where angular point of wavelengths of the light lies at a range of the angular point of the sensitivity of the color channels of the camera. An independent claim is also included for a device for color characterization in a tunnel scanner and/or a reverse vending machine.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Farbcharakterisierung in Tunnelscanner und Leergut-Automaten, insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Ausblendung von Fremdlichteinflüssen in einem solchen System.The invention relates to a method and a device for color characterization in tunnel scanners and empties machines, in particular the invention relates to an apparatus and a method for suppressing extraneous light influences in such a system.

Gebiet der Erfindung:Field of the invention:

Bei der optischen Erkennung von Transportbehältnissen, wie sie insbesondere in Leergutrückgabesystemen durchgeführt wird, kommen üblicherweise Kameras und Bildverarbeitungssysteme zum Einsatz, die grafische Kennzeichnungen, wie z. B. Schriftzüge, Bildelemente bzw. sog. Labels, mit denen die Transportbehältnisse versehen sind und Formen von Leergutgebinden etc. erkennen sollen. Dazu machen die Kameras fotografische Aufnahmen, die dann in der Bildverarbeitung anhand von Mustererkennung ausgewertet werden, um das Leegutgebinde zu identifizieren. Die Aufnahmen werden zwar im inneren des Automaten gemacht, jedoch Aufgrund der Öffnungen zum Beladen und Entladen der Geräte gibt es Fremdlichteinflüsse. Da Fremdlicht sich ständig ändert und als breitbandige Beleuchtung wirkt, wird deshalb die Dynamik der Kamera reduziert und die Farbcharakterisierung verfälscht, was zu schlechten Erkennungsleistungen führen kann. Insbesondere für die zuverlässige Klassifizierung von Getränkekästen, die sich häufig nur durch das jeweilige Logo unterscheiden, ist es jedoch erforderlich, dass das jeweilige Logo sicher und eindeutig erkannt wird.In the optical detection of transport containers, as is performed in particular in empties return systems, usually cameras and image processing systems are used, the graphic markings such. B. lettering, pixels or so-called. Labels with which the transport containers are provided and forms of empties containers, etc. should recognize. For this, the cameras take photographic pictures, which are then evaluated in the image processing on the basis of pattern recognition in order to identify the Leegutgebinde. Although the recordings are made inside the machine, but due to the openings for loading and unloading of the devices, there are extraneous light influences. Because extraneous light changes constantly and acts as broadband illumination, therefore, the dynamics of the camera is reduced and the color characterization falsified, which can lead to poor recognition performance. In particular, for the reliable classification of beverage crates, which often differ only by the respective logo, however, it is necessary that the respective logo is detected safely and clearly.

Überblick über die Erfindung:Overview of the invention:

Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer Lösung zur Reduzierung der Fremdlichtauswirkung.The object of the invention is to provide a solution for reducing the extraneous light effect.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung und ein Verfahren nach den unabhängigen Ansprüchen. Die Unteransprüche weisen vorteilhafte Ausgestaltungen auf.This object is achieved by a device and a method according to the independent claims. The dependent claims have advantageous embodiments.

Es wird eine Lösung zur Reduzierung der Fremdlichtauswirkung durch eine Verwendung einer schmalbandigen Beleuchtung vorgeschlagen.A solution for reducing the extraneous light effect by using a narrow-band illumination is proposed.

Hierbei wird eine Selektive/schmalbandige Beleuchtung mit Lichtquellen, die kleine Halbwertsbreiten aufweisen, und bei denen jede Wellenlänge dem Peak/Scheitelpunkt der Empfindlichkeit der einzelnen Kanäle der Kamera entspricht, eingesetzt.Here, a selective / narrow-band illumination with light sources, which have small half-widths, and in which each wavelength corresponds to the peak / peak of the sensitivity of the individual channels of the camera used.

Vor der Aufnahme durch eine Kamera wird ein Multi-band-PassFilter, dessen Center-Wellenlängen auch dem Peak der Empfindlichkeit der einzelnen Kanäle der Kamera entsprechen, eingesetzt.Before being recorded by a camera, a multi-band pass filter whose center wavelengths also correspond to the peak of the sensitivity of each channel of the camera is used.

Diese Kombination ermöglicht das Beibehalten der Vorteile einer selektiven Beleuchtung unter Fremdlicht.This combination allows the advantages of selective ambient light illumination to be maintained.

Die Definition einer Halbwertsbreite einer Funktion mit einem Maximum ist die Differenz zwischen den beiden Argumentwerten, für die die Funktionswerte auf die Hälfte des Maximums abgesunken sind, anschaulich also die „Breite bei halber Höhe”.The definition of a half width of a function with a maximum is the difference between the two argument values for which the function values have fallen to half of the maximum, vividly the "width at half height".

Im Einzelnen handelt es sich um ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Farbcharakterisierung in Tunnelscannern und/oder Leergut-Automaten, die eine Reihe von Schritten ausführt. Nach dem Laden des Leergutes in den Automaten erfolgt im ersten Schritt ein Beleuchten des Leergutes mit einer Lichtquelle mit kleiner Halbwertsbreite, die zwischen 5–30 nm liegt. Vorzugsweise liegt diese zwischen 10–20 nm. Dies kann am einfachsten mit RGB-LEDs erfolgen.Specifically, it is a method and apparatus for color characterization in tunnel scanners and / or reverse vending machines that performs a series of steps. After loading the empties into the machine takes place in the first step, a lighting of the empties with a light source with a small half-width, which is between 5-30 nm. Preferably, this is between 10-20 nm. This can be done most easily with RGB LEDs.

Dann erfolgt ein Filtern des Lichtes durch einen Multibandfilter bevor es von einer Kamera aufgenommen wird, wobei die Center-Wellenlänge des Filters, im Bereich des Scheitelpunkts der Empfindlichkeit der einzelnen Farbkanäle der Kamera liegt. Die Kamera die mehrere Farbkanäle aufweist, nimmt dann das Bild auf, wobei die Scheitelpunkte der Wellenlängen des Lichtes im Bereich der Scheitelpunkte der Empfindlichkeit der einzelnen Kanäle der Kamera liegen.Then the light is filtered through a multiband filter before it is picked up by a camera, the center wavelength of the filter being in the range of the peak of the sensitivity of the individual color channels of the camera. The camera having multiple color channels then captures the image, with the peaks of the wavelengths of light in the range of the peaks of the sensitivity of the individual channels of the camera.

Als vorteilhaft hat sich eine LED-RGB-Lichtquelle herausgestellt, deren Scheitelpunkte jeweils im Bereich von 450–490 nm, 510–560 nm, 610–670 nm und vorzugsweise bei 470 nm, 530 nm und 640 nm liegen.An LED RGB light source has proven to be advantageous, the vertices of which are each in the range of 450-490 nm, 510-560 nm, 610-670 nm and preferably 470 nm, 530 nm and 640 nm.

Die Center-Wellenlänge des Multibandfilters liegt im Bereich von 450–490 nm, 510–560 nm und 610–670 nm und vorzugsweise bei 464 nm, 542 nm und 639 nm.The center wavelength of the multi-band filter is in the range of 450-490 nm, 510-560 nm and 610-670 nm and preferably 464 nm, 542 nm and 639 nm.

Die Kamera weist vorzugsweise blaue, grüne und rote Farbsensoren auf, deren Empfindlichkeitsscheitelpunkte im Bereich von 430–470 nm, 510–560 nm und 580–670 nm liegen, vorzugsweise bei 450 nm, 530 nm und 600 nm.The camera preferably has blue, green and red color sensors whose sensitivity apexes are in the range of 430-470 nm, 510-560 nm and 580-670 nm, preferably 450 nm, 530 nm and 600 nm.

Grundsätzlich sind auch andere Wellenlängenbereiche denkbar, jedoch gilt es die Komponenten gut aufeinander abzustimmen, um Verfälschungen herauszufiltern. Ferner können auch Einzelfilter verwendet werden. Dann jedoch braucht man eine Kamera pro Farbkanal, bzw. eine Optik, die das Licht der Einzelfilter bündelt, um es auf eine Kamera abzubilden. Es ist zu beachten, dass dieser Ansatz ebenfalls unter den Multibandfilter fallen soll.Basically, other wavelength ranges are conceivable, but it is important to tune the components well to filter out falsifications. Furthermore, individual filters can also be used. But then you need a camera per color channel, or optics that bundles the light of the individual filters to image it on a camera. It should be noted that this approach should also fall under the multiband filter.

Figurenbeschreibung:Brief Description:

Im Folgenden werden die Figuren kurz beschrieben, auf die sich die folgende Beschreibung bezieht:In the following the figures are briefly described, to which the following description refers:

1–3 zeigen unterschiedliche Kurven, die das Verhältnis der Reflektion des Objektes, der Empfindlichkeit der Sensoren und der Intensität der Beleuchtung im Verhältnis zeigen. 1 - 3 show different curves that show in proportion the ratio of the reflection of the object, the sensitivity of the sensors and the intensity of the illumination.

4 zeigt die Diagramme der einzelnen Komponenten Beleuchtung, Kamera und Filter übereinander, um deren Verhältnis zueinander darzustellen. 4 shows the diagrams of the individual components lighting, camera and filter on top of each other to represent their relationship to each other.

5 zeigt die Center-Wellenlänge eines Multipath-Filters vom Typ FF01-464/542/639-25 von der Firma Semrock. 5 shows the center wavelength of a multipath filter of the type FF01-464 / 542 / 639-25 from Semrock.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung:Detailed description of the invention:

Ein wesentlicher Teil der Erfindung ist die Beleuchtung der Gegenstände mit einer Lichtquelle mit kleiner Halbwertsbreite, wobei die Peak/Scheitelpunkt-Wellenlänge der Beleuchtung zur spektralen Charakteristik des Bildsensors so angepasst wird, dass die Peak-Wellenlänge dem Maximum der einzelnen Farbkanäle entspricht.An essential part of the invention is the illumination of the objects with a light source having a small half-width, wherein the peak / peak wavelength of the illumination is adapted to the spectral characteristics of the image sensor so that the peak wavelength corresponds to the maximum of the individual color channels.

Für die Vereinfachung wird weiter angenommen, dass für die Farbauswertung nur zwei Kanäle, der blaue und der grüne Kanal, verwendet werden, wie man den 1 bis 3 entnehmen kann.For the sake of simplification, it is further assumed that only two channels, the blue and the green channel, are used for the color evaluation, as the 1 to 3 can take.

Als Beispiel wird die spektrale Charakteristik des Micron MT9P031 Aptina Sensors herangezogen. Eine Beschränkung der Erfindung auf diesen Sensor ist nicht gegeben.As an example, the spectral characteristics of the Micron MT9P031 Aptina Sensor are used. A limitation of the invention to this sensor is not given.

Die 1 zeigt ein Beispiel, bei dem die verwendete Beleuchtung ungünstig zur spektralen Charakteristik des Sensors liegt. Offensichtlich gibt es keinen Unterschied in dem Antwortverhalten des blauen und grünen Kanals, und Farbinformationen des Objektes lassen sich nicht selektieren. Hierbei steht RO für Reflektion des Objektes, Ebl, Egr, Ert für die Empfindlichkeit des Sensors für blau, grün, rot, und Bl für die Intensität der Beleuchtung. Tatsächlich ergeben sich die Farbcharakterisierungen aus dem Verhältnis (1): BI × ∫Ebl × ROdλ/BI × ∫Egr × ∫ROdλ ≈ 1 The 1 shows an example in which the illumination used is unfavorable to the spectral characteristics of the sensor. Obviously, there is no difference in the response of the blue and green channels, and color information of the object can not be selected. Here RO stands for reflection of the object, Ebl, Egr, Ert for the sensitivity of the sensor for blue, green, red, and Bl for the intensity of the illumination. In fact, the color characterizations result from the ratio ( 1 ): BI × ∫Ebl × ROdλ / BI × ∫Egr × ∫ROdλ ≈ 1

Für eine breitbandige Beleuchtung ( 2) ergeben sich die Farbcharakterisierungen zu: BI × ∫Ebl × ROdλ/BI × ∫Egr × ∫ROdλ ≈ 1,2 For a broadband illumination ( 2 ) the color characterizations result in: BI × ∫Ebl × ROdλ / BI × ∫Egr × ∫ROdλ≈1.2

Für eine selektive Beleuchtung (3) mit zwei Lichtquellen, wobei jede Wellenlänge dem Peak der Empfindlichkeit der einzelner Kanäle entspricht, ergibt sich eine wesentlich bessere Farbcharakterisierung. BI × ∫Ebl × ROdλ/BI × ∫Egr × ∫ROdλ ≈ 2,2 For selective lighting ( 3 ) with two light sources, each wavelength corresponding to the peak of the sensitivity of the individual channels, results in a much better color characterization. BI × ∫Ebl × ROdλ / BI × ∫Egr × ∫ROdλ ≈ 2.2

Die 4 zeigt in drei übereinander angeordneten Diagrammen die Eigenschaften der einzelnen Komponenten.The 4 shows in three superimposed diagrams the properties of the individual components.

Als vorteilhaft hat sich eine LED-RGB-Lichtquelle (B) herausgestellt, deren Scheitelpunkte bei 470 nm, 530 nm und 640 nm liegen.An LED RGB light source (B) with vertices at 470 nm, 530 nm and 640 nm has proved to be advantageous.

Die Eigenschaften der Kamerasensoren (K), deren Diagramm unterhalb des Beleuchtungsdiagramms dargestellt ist, zeigen einen Empfindlichkeitsscheitelpunkt von 450 nm, 530 nm und 600 nm.The properties of the camera sensors (K), whose diagram is shown below the illumination diagram, show a sensitivity peak of 450 nm, 530 nm and 600 nm.

Die Center-Wellenlänge des Multibandfilters liegt bei 464 nm, 542 nm und 639 nm, wie im entsprechenden Diagramm (F) dargestellt wird. Der Bereich des Multibandfilters (F) wird auch im oberen Diagramm der Beleuchtung dargestellt. Die 5 zeigt exemplarisch die Center-Wellenlängen des Filters von Semrock vom Typ FF01-464/542/639-25. Es ist deutlich zu erkennen, dass die Center-Wellenlänge um die 639 nm deutlich breiter ausfällt, was sich auch in 4 wiederfindet.The center wavelength of the multiband filter is 464 nm, 542 nm and 639 nm as shown in the corresponding graph (F). The area of the multiband filter (F) is also shown in the upper diagram of the lighting. The 5 shows by way of example the center wavelengths of the filter from Semrock type FF01-464 / 542 / 639-25. It can be clearly seen that the center wavelength around the 639 nm significantly broader, which is also in 4 finds.

Claims (12)

Verfahren zur Farbcharakterisierung in einem Tunnelscanner und/oder Leergut-Automaten, mit folgenden Schritten: – Beleuchten des Leergutes mit einer Lichtquelle mit kleiner Halbwertsbreite, die zwischen 3–40 nm liegt, – Filtern des Lichtes durch einen Multibandfilter bevor es von einer Kamera aufgenommen wird, wobei die Center-Wellenlänge des Filters im Bereich des Scheitelpunkts der Empfindlichkeit der einzelnen Farbkanäle der Kamera liegt; – Aufnehmen des Bildes durch eine Kamera, die mehrere Farbkanäle aufweist, wobei die Scheitelpunkte der Wellenlängen des Lichtes im Bereich der Scheitelpunkte der Empfindlichkeit einzelner Kanäle der Kamera liegt.Method for color characterization in a tunnel scanner and / or reverse vending machine, comprising the following steps: - illuminating the empties with a light source with a small half-width, which is between 3-40 nm, Filtering the light through a multi-band filter before being picked up by a camera, the center wavelength of the filter being in the range of the peak of the sensitivity of the individual color channels of the camera; - Recording the image by a camera having a plurality of color channels, wherein the peaks of the wavelengths of light in the range of the vertices of the sensitivity of individual channels of the camera. Das Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Halbwertsbreite zwischen 10–20 nm liegt.The method of the preceding claim, wherein the half width is between 10-20 nm. Das Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Lichtquelle eine RGB-Lichtquelle ist, deren Scheitelpunkte im Bereich von 450–490 nm, 510–560 nm, 610–670 nm und vorzugsweise bei 470 nm, 530 nm und 640 nm liegen. The method of the preceding claim, wherein the light source is an RGB light source having vertices in the range of 450-490 nm, 510-560 nm, 610-670 nm, and preferably 470 nm, 530 nm, and 640 nm. Das Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Licht von einer RGB-LED-Lichtquelle stammt.The method of the preceding claim, wherein the light is from an RGB LED light source. Das Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Center-Wellenlänge des Multibandfilters im Bereich von 450–490 nm, 510–560 nm und 610–670 nm liegt und vorzugsweise bei 464 nm, 542 nm und 639 nm liegt, und eine entsprechende Filterung des Lichtes vorgenommen wird.The method of one or more of the preceding claims, wherein the center wavelength of the multi-band filter is in the range of 450-490 nm, 510-560 nm, and 610-670 nm, and is preferably 464 nm, 542 nm, and 639 nm, and one appropriate filtering of the light is made. Das Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kamera blaue, grüne und rote Farbsensoren aufweist, deren Empfindlichkeitsscheitelpunkte im Bereich von 420–470 nm, 510–560 nm und 580–670 nm liegen, vorzugsweise bei 450 nm, 530 nm und 600 nm.The method according to one or more of the preceding claims, wherein the camera has blue, green and red color sensors whose sensitivity apexes are in the range of 420-470 nm, 510-560 nm and 580-670 nm, preferably 450 nm, 530 nm and 600 nm. Vorrichtung zur Farbcharakterisierung für die Verwendung in einem Tunnelscanner und/oder Leergut-Automaten, mit folgenden Komponenten: – einer Lichtquelle zum Beleuchten des Leergutes mit kleiner Halbwertsbreite, die zwischen 3–40 nm liegt, – einem Multibandfilter zum Filtern des Lichtes bevor es von einer Kamera aufgenommen wird, wobei die Center-Wellenlängen des Filters im Bereich des Scheitelpunkts der Empfindlichkeit der einzelnen Farbkanäle der Kamera liegen; – einer Kamera zum Aufnehmen des Bildes, die mehrere Farbkanäle aufweist, wobei die Scheitelpunkte der Wellenlängen des Lichtes im Bereich der Empfindlichkeitsscheitelpunkte einzelner Kanäle der Kamera liegen.Apparatus for color characterization for use in a tunnel scanner and / or reverse vending machine, comprising the following components: A light source for illuminating the empties with a small half-width, which lies between 3-40 nm, A multiband filter for filtering the light before it is picked up by a camera, the center wavelengths of the filter being in the range of the peak of the sensitivity of the individual color channels of the camera; A camera for capturing the image, which has a plurality of color channels, the vertices of the wavelengths of the light being in the range of the sensitivity vertices of individual channels of the camera. Vorrichtung nach dem vorhergehenden Vorrichtungsanspruch, wobei die Halbwertsbreite zwischen 10–20 nm liegtDevice according to the preceding device claim, wherein the half width is between 10-20 nm Vorrichtung nach dem vorhergehenden Vorrichtungsanspruch, wobei die Lichtquelle eine RGB-Lichtquelle ist, deren Empfindlichkeitsscheitelpunkte im Bereich von 450–490 nm, 510–560 nm, 610–670 nm liegen und vorzugsweise bei 470 nm, 530 nm und 640 nm liegen.A device according to the preceding device claim, wherein the light source is an RGB light source whose sensitivity apexes are in the range of 450-490 nm, 510-560 nm, 610-670 nm and are preferably 470 nm, 530 nm and 640 nm. Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Lichtquelle eine LED-Beleuchtung in RGB ist.Apparatus according to the preceding claim, wherein the light source is LED lighting in RGB. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, wobei die Center-Wellenlängen des Multibandfilters im Bereich von 450–490 nm, 510–560 nm und 610–670 nm liegen, und vorzugsweise bei 464 nm, 542 nm und 639 nm liegen.Apparatus according to one or more of the preceding apparatus claims, wherein the center wavelengths of the multi-band filter are in the range of 450-490 nm, 510-560 nm and 610-670 nm, and preferably 464 nm, 542 nm and 639 nm. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, wobei die Kamera blaue, grüne und rote Farbsensoren aufweist, deren Empfindlichkeitsscheitelpunkte im Bereich von 420–470 nm, 510–560 nm und 580–670 nm liegen, vorzugsweise bei 450 nm, 530 und 600 nm.Apparatus according to one or more of the preceding apparatus claims, wherein the camera has blue, green and red color sensors whose sensitivity apexes are in the range of 420-470 nm, 510-560 nm and 580-670 nm, preferably 450 nm, 530 and 600 nm ,
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