DE102010047278A1

DE102010047278A1 - Method for automatic determination of center line of free-formed object, involves closely continuing detection process in scanning direction within test area, where scanning and detection directions are formed as determination parameters

Info

Publication number: DE102010047278A1
Application number: DE102010047278A
Authority: DE
Inventors: Dr.-Ing. Louban Roman
Original assignee: Thermosensorik GmbH
Current assignee: FEI EFA Inc
Priority date: 2010-10-01
Filing date: 2010-10-01
Publication date: 2012-04-05

Abstract

The method involves detecting a free-formed object (1) in a detection device. Individual points (5) of a center line (7) are determined within a test area (4) around the object at a test position. The individual points are computed as center points of a line segment between lateral end points of the object. The detection process is closely continued in a scanning direction within the test area, where length of the center line represents length of the object. The scanning direction and a detection direction are formed as determination parameters.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a method according to the preamble of claim 1.

Die Erfindung betrifft die zerstörungsfreien, bildgebenden Prüfungsmethoden eines Objektes. Dabei wird ein Bild von einem zu untersuchenden Objekt mit Hilfe einer VIS-, High-Dynamic-Range-Kamera oder einer Infrarot-, Röntgen-Kamera oder einem Ultraschallgerät erfasst, zu einer Recheneinheit weiter übertragen und dort mittels Bildverarbeitungsmethoden ausgewertet. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine automatische Ermittlung der Mittellinie eines freiförmigen Objektes, die aus inneren Punkten eines Objektes gebildet ist, welche sich entlang des länglichen Ablaufs des Objektes erstrecken und jeweils auf gleichen Abständen von nächsten gegenüberliegenden seitlichen Grenzen des Objektes befinden. Die Länge der Mittellinie repräsentiert die Länge des zu untersuchenden Objektes. Deswegen kann die Ermittlung einer Mittellinie bei unterschiedlichen digital-geometrischen bzw. topologischen Problemen, beispielsweise bei der Vermessung eines Objektes, zur Hilfe genommen werden. Außerdem beinhaltet die Punkte der Mittellinie eine Information aus dem inneren Bereich des zu untersuchenden Objektes. Somit ist ein automatisches Verfahren zur Ermittlung der Mittellinie eines Objektes von erheblicher wirtschaftlicher Bedeutung.The invention relates to the non-destructive, imaging test methods of an object. An image of an object to be examined is recorded with the aid of a VIS, high-dynamic-range camera or an infrared, X-ray camera or an ultrasound device, transmitted to a computing unit and evaluated there by means of image processing methods. In particular, the invention relates to an automatic determination of the centerline of a free-form object formed from interior points of an object which extend along the elongated path of the object and are equidistant from nearest opposite lateral boundaries of the object. The length of the center line represents the length of the object to be examined. Therefore, the determination of a center line can be used for different digital-geometric or topological problems, for example when measuring an object. In addition, the points of the center line includes information from the inner area of the object to be examined. Thus, an automatic method for determining the centerline of an object is of considerable economic importance.

In der industriellen Bildverarbeitung ist bereits eine Methode bekannt, mit der die Länge der Mittellinie eines Objektes, die sogenannte Bogenlange, mathematisch geschätzt wird ( Industrielle Bildverarbeitung/Christian Demant, Bernd Streicher-Abel, Peter Waszkewitz. – Berlin; Heidelberg: Springer, 1998 ). Diese hilft jedoch nicht weiter, falls die Koordinaten der einzelnen Punkte einer Mittellinie, beispielsweise zur Gewinnung der Information aus dem Inneren des zu untersuchenden Objektes, ermittelt werden sollen.In industrial image processing, a method is already known with which the length of the center line of an object, the so-called arc length, is mathematically estimated ( Industrial Image Processing / Christian Demant, Bernd Streicher-Abel, Peter Waszkewitz. - Berlin; Heidelberg: Springer, 1998 ). However, this does not help, if the coordinates of the individual points of a center line, for example, to obtain the information from the interior of the object to be examined, to be determined.

Es hat sich als Stand der Technik ein ganzer Komplex verschiedener Methoden etabliert, mit deren Hilfe ein Objekt durch Verdünnung auf ein bis zu ein Pixel breites Objekt verschmälert werden kann. Diese Methoden basieren auf Skelettierung/Verdünnung eines Objektes ( Digitale Bildverarbeitung/Bernd Jähne. – 4. Aufl. – Berlin, Heidelberg, etc.: Springer, 1997 ). Obwohl die Eigenschaften der verschiedenen Skelettierungs- bzw. Verdünnungsverfahren sehr unterschiedlich sind, bietet keines dieser Verfahren eine explizite und stabile Ermittlung der Mittellinie eines Objektes. Die stark variierenden Randbedingungen für die Skelettierung eines Objektes (Breite und Verlauf, zusammenhängende Komponenten, Rauschempfindlichkeit und Konvergenz) verursachen gravierende Abweichungen des erhaltenen ein Pixel breiten Objektes von der gesuchten Mittellinie.As a state of the art, a whole complex of different methods has been established, by means of which an object can be narrowed down by dilution to an object that is up to one pixel wide. These methods are based on skeletonization / dilution of an object ( Digital Image Processing / Bernd Jähne. - 4th edition - Berlin, Heidelberg, etc .: Springer, 1997 ). Although the characteristics of the various skeletonization or dilution methods are very different, none of these methods offers an explicit and stable determination of the center line of an object. The widely varying boundary conditions for the skeletonization of an object (width and course, related components, noise sensitivity and convergence) cause serious deviations of the obtained one pixel wide object from the searched center line.

Der Mittellinie eines Objektes kann ermittelt werden, indem das Objekt entlang seines länglichen Verlaufs in der entsprechenden Querrichtung untersucht wird. An jeder Untersuchungsposition werden die Punkte paarweise ermittelt, die auf den nächsten gegenüberliegenden seitlichen Grenzen des Objektes jeweils eine Strecke abgrenzen, deren Mittelpunkt ein Punkt der Mittellinie bildet. Dieses Verfahren ist jedoch von der lokalen Form und Lage des zu untersuchenden Objektes abhängig und somit sehr aufwendig, da das Detektierungsverfahren für jede Form und Orientierung des zu untersuchenden Objektes extra programmiert werden muss.The centerline of an object can be determined by examining the object along its oblong course in the corresponding transverse direction. At each examination position, the points are determined in pairs, which each delimit on the next opposite lateral boundaries of the object a distance whose center forms a point of the center line. However, this method is dependent on the local shape and position of the object to be examined and thus very expensive, since the detection method for each shape and orientation of the object to be examined must be specially programmed.

Es ist ferner das sogenannte ad-hoc-Verfahren bekannt, bei dem die aufwendigen vorab erfolgenden Segmentierungs- und Bahnberechnungsschritte über das ganze zu untersuchende Objekt dadurch ersetzt werden, dass die Mittellinie jeweils für den aktuell gegebenen Ort berechnet wird. Diese Methode wird beispielsweise für automatische lokale Wegplanung benutzt, wie sie für die virtuelle Endoskopie und virtuelle Kolonoskopie verwendet werden kann ( US 10/322,326 ). Dieses Verfahren versagt jedoch, falls z. B. eine scharfe Krümmung im zu untersuchenden Objekt vorkommt.There is also known the so-called ad-hoc method, in which the complex pre-segmentation and path calculation steps over the entire object to be examined are replaced by the fact that the center line is calculated in each case for the currently given location. This method is used, for example, for automatic local path planning, as it can be used for virtual endoscopy and virtual colonoscopy ( US 10 / 322,326 ). This method fails, however, if z. B. a sharp curvature occurs in the object to be examined.

Ein „Schritt-für-Schritt”-Verfahren ( DE 11 2004 000 128 B4 ) hilft dabei an jeder Position mittels eines Clusters der Schnittfläche den entsprechenden Mittellinienpunkt zu ermitteln. Für dieses Verfahren ist jedoch das Wissen des Koordinatendatensatzes sowie der allerersten Start-Position des zu untersuchenden Objektes im Vorfeld notwendig. Darüber hinaus verlangt dieses Verfahren einen sehr aufwendigen Ablauf, dessen Vereinfachung in vielen technischen Anwendungen, in denen z. B. die Mittellinie eines zu untersuchenden Objektes als sich nicht schneidende bzw. nicht berührende Linie ausgebildet ist, von Vorteil wäre.A "step-by-step" procedure ( DE 11 2004 000 128 B4 ) helps in each position by means of a cluster of the cut surface to determine the corresponding center line point. For this method, however, the knowledge of the coordinate data set as well as the very first start position of the object to be examined is necessary in advance. In addition, this method requires a very complex process whose simplification in many technical applications in which z. B. the center line of an object to be examined is designed as a non-cutting or non-touching line, would be advantageous.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, das eine präzise Ermittlung der Mittellinie unterschiedlicher freiförmiger Objekte gewährleistet. Dabei soll dieses Verfahren sich als automatisches, universales und flexibles Verfahren auszeichnen, welches ohne jegliche Änderung des Quellcodes sondern durch eine einfache Parametrierung auf der Benutzeroberfläche eingerichtet wird.The invention has for its object to provide a method which ensures a precise determination of the center line of different free-shaped objects. This method should be characterized as an automatic, universal and flexible method, which is set up without any change of the source code but by a simple parameterization on the user interface.

Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Merkmale der Patentansprüche 1 bis 9.The solution of the technical problem results from the features of claims 1 to 9.

Erfindungsgemäß wird die Ermittlung der einzelnen Punkte der Mittellinie eines Objektes innerhalb mindestens eines Testbereiches durchgeführt, in dem das Objekt (1) detektiert wird. Gemäß Anspruch 1 wird für den Testbereich eine Detektierungsrichtung und eine Abtastrichtung definiert, welche als Ermittlungsparameter benutzt werden. Somit kann eine Ermittlung der Mittellinie unterschiedlicher freiförmigen Objekten durch eine einfache Parametrierung ohne jegliche Änderung des Quellcodes gewährleistet werden. Eine Festlegung der passenden Detektierungs- und Abtastrichtung kommt bei jeder standardmäßigen Definition jedes Testbereiches zu Stande.According to the invention, the determination of the individual points of the center line of an object is carried out within at least one test area in which the object (FIG. 1 ) is detected. According to claim 1, a detection direction and a scanning direction are defined for the test area, which are used as a determination parameter. Thus, can a determination of the center line of different free-form objects can be ensured by a simple parameterization without any change of the source code. Determining the appropriate detection and scanning direction is accomplished with each standard definition of each test area.

Dabei wird das Objekt gemäß Anspruch 2 entlang seines länglichen Verlaufs schrittweise in Detektierungsrichtung, die als Querrichtung zum länglichen Verlauf gilt, hinsichtlich seiner nächsten gegenüberliegenden seitlichen Grenzen untersucht. Auf jeder Strecke, welche die detektierten Grenzpunkte verbindet, wird ein Mittelpunkt ermittelt, der jeweils einen einzelnen Punkt der Mittellinie bildet. Dieses Detektierungsverfahren wird lückenlos in der vorgegebenen Abtastrichtung innerhalb des Testbereiches (4) fortgesetzt. Zur Definition der Detektierungs- und Abtastrichtungen wird erfindungsgemäß eine Richtungskodierung verwendet, welche für die Kodierung einer Objektkontur in der Bildverarbeitung standardgemäß benutzt wird ( Industrielle Bildverarbeitung/Christian Demant, Bernd Streicher-Abel, Peter Waszkewitz. – Berlin; Heidelberg: Springer, 1998 ). Dabei kann eine Detektierungs- sowie eine Abtastrichtung als eine von insgesamt 8 Richtungen (von 0 bis 7) definiert werden. Somit kann ein Objekt unabhängig von seiner Form und Lage untersucht werden. Dabei ist keine neue Programmierung (Quellcodeänderung) zur Untersuchung jedes neuen Objektes notwendig.In this case, the object is examined according to claim 2 along its elongated course gradually in the detection direction, which is considered to be transverse to the elongated course, with respect to its nearest opposite lateral boundaries. On each track that connects the detected boundary points, a center point is determined, each of which forms a single point of the center line. This detection method is carried out continuously in the predetermined scanning direction within the test area (FIG. 4 ). For definition of the detection and scanning directions, a direction coding is used according to the invention which is used by default for the coding of an object contour in image processing ( Industrial Image Processing / Christian Demant, Bernd Streicher-Abel, Peter Waszkewitz. - Berlin; Heidelberg: Springer, 1998 ). In this case, a detection direction as well as a scanning direction can be defined as one of a total of 8 directions (from 0 to 7). Thus, an object can be examined regardless of its shape and location. No new programming (source code change) is necessary to examine every new object.

Falls die Ermittlung der Mittellinie eines Objektes innerhalb mehrerer Testbereiche durchgeführt wird, werden erfindungsgemäß eine Detektierungsrichtung und eine Abtastrichtung für jeden Testbereich festgelegt. Gemäß Anspruch 3 werden diese Testbereiche sich überlappen. Somit wird die Mittellinie aus den Stücken zusammengesetzt, die in jedem Testbereich aus den dort ermittelten Punkten gebildet sind. Dabei werden die Überlappungen von jeweils zwei benachbarten Testbereichen berücksichtigt. Dafür können die für jeden Fachmann bekannten Methoden der Bildverarbeitung benutzt werden. Somit kann die Mittellinie sämtlicher freiförmigen Objekte ermittelt werden, die sogar eine geschlossene Kontur aber keine Abzweigungen aufweisen dürfen.If the determination of the center line of an object is carried out within a plurality of test areas, according to the invention a detection direction and a scanning direction are determined for each test area. According to claim 3, these test areas will overlap. Thus, the center line is composed of the pieces formed in each test area from the points determined there. The overlaps of two adjacent test areas are taken into account. The methods of image processing known to any person skilled in the art can be used for this. Thus, the center line of all free-shaped objects can be determined, which must even have a closed contour but no branches.

Gemäß Anspruch 4 wird eine Detektierungsrichtung für jeden Testbereich je nach Form und Lage des in diesem Testbereich erfassten Teils des Objektes festgelegt. Vorzugsweise wird die Detektierungsrichtung zur Vereinfachung des Verfahrens in einer von vier Richtungen definiert. Dabei werden zwei Grundrichtungen und zwei Nebenrichtungen unterschieden. Zu den Grundrichtungen gehören die Richtungen von links nach rechts (0-Richtung) und von oben nach unten (6-Richtung), wobei zu den Nebenrichtungen die Richtungen von links unten nach rechts oben (1-Richtung) und von links oben nach rechts unten (7-Richtung) gehören. Damit kann ein Objekt in sämtlichen Orientierungen untersucht werden.According to claim 4, a detection direction for each test area is determined depending on the shape and location of the part of the object detected in this test area. Preferably, the detection direction is defined in one of four directions to simplify the process. There are two basic directions and two secondary directions. The basic directions include the directions from left to right (0-direction) and from top to bottom (6-direction), to the secondary directions, the directions from bottom left to top right (1-direction) and from top left to bottom right (7-direction) belong. This allows an object to be examined in all orientations.

Gemäß Anspruch 5 wird eine Abtastrichtung für jeden Testbereich in Abhängigkeit von der für ihn bereits definierten Detektierungsrichtung sowie der Lage seiner benachbarten Testbereiche festgelegt. Zur Vereinfachung des Verfahrens wird eine Abtastrichtung vorzugsweise in einer von folgenden Richtungen festgelegt. Falls die Detektierungsrichtung für den Testbereich von oben nach unten (6-Richtung) definiert ist, wird die entsprechende Abtastrichtung vorzugsweise von links nach rechts (0-Richtung) oder von rechts nach links (4-Richtung) festgelegt, je nach dem, in welcher Richtung das gesamte Verfahren verläuft. Falls die Detektierungsrichtung als die andere Grundrichtung bzw. eine der beiden Nebenrichtungen definiert ist, wird die Abtastrichtung vorzugsweise ebenfalls in der Abhängigkeit der Richtung des gesamten Verfahrenverlaufs von oben nach unten (6-Richtung) oder von unten nach oben (2-Richtung) festgelegt. Dabei soll gewährleistet werden, dass die Detektierung einer Mittellinie vom vorherigen zum nachfolgenden Testbereich verläuft. Damit kann ein Objekt in sämtlichen Orientierungen untersucht werden.According to claim 5, a scanning direction for each test area is determined depending on the already defined for him detection direction and the location of its adjacent test areas. For simplification of the method, a scanning direction is preferably set in one of following directions. If the detection direction for the test area is defined from top to bottom (6-direction), the corresponding scanning direction is preferably set from left to right (0-direction) or from right to left (4-direction), depending on which Direction the entire process runs. If the detection direction is defined as the other basic direction or one of the two secondary directions, the scanning direction is preferably likewise determined as a function of the direction of the entire process from top to bottom (6-direction) or from bottom to top (2-direction). It should be ensured that the detection of a center line from the previous to the subsequent test area. This allows an object to be examined in all orientations.

Gemäß Anspruch 6 wird eine Abtastrichtung für jeden Testbereich in der Abhängigkeit der für ihn bereits definierten Detektierungsrichtung sowie der Lage seiner benachbarten Testbereiche automatisch ermittelt. Somit kann die entsprechende Parametrierung des Verfahrens vereinfacht werden.According to claim 6, a scanning direction is automatically determined for each test area as a function of the detection direction already defined for it as well as the position of its adjacent test areas. Thus, the corresponding parameterization of the method can be simplified.

Die sich ergebende Mittellinie wird erfindungsgemäß aus mehreren detektierten Stücken, je ein Stück pro Testbereich, zusammengesetzt. Dabei stellt jedes Stück im Allgemeinen wegen der Unregelmäßigkeiten der Außenkontur des zu untersuchenden Objektes keine glatte Kurve dar. Diese Stücke der Mittellinie werden gemäß Anspruch 7 einzeln geglättet. Somit kann für jedes detektiertes Stück ein passendes Glättungsverfahren eingesetzt werden, wobei die Glättungsart ebenso als Parameter des erfindungsgemäßen Verfahrens benutzt wird.The resulting centerline is composed of several detected pieces, one piece per test area, according to the invention. In this case, each piece is generally not a smooth curve because of the irregularities of the outer contour of the object to be examined. These pieces of the center line are individually smoothed according to claim 7. Thus, a suitable smoothing method can be used for each piece detected, the smoothing method also being used as a parameter of the method according to the invention.

Gemäß Anspruch 8 wird für die Glättung eines detektierten Stückes der Mittellinie, welches aus einem geraden Teil des zu untersuchenden Objektes stammt, eine Methode zur Berechnung einer Gerade verwendet. Beispielsweise kann dafür die Methode der kleinsten Quadrate ( Taschenbuch der Mathematik/I. N. Bronstein, K. A. Semendjajew. – 25. Aufl. – B. G. Teubner Verlagsgesellschaft, Stuttgart, Leipzig und Verlag Nauka, Moskau, 1991 ) benutzt werden.According to claim 8, a method for calculating a straight line is used for the smoothing of a detected piece of the center line, which originates from a straight part of the object to be examined. For example, the method of least squares ( Paperback of Mathematics / IN Bronstein, KA Semendjajew. - 25th ed. - BG Teubner Verlagsgesellschaft, Stuttgart, Leipzig and publisher Nauka, Moscow, 1991 ) to be used.

Ein detektiertes Stück der Mittellinie, welches aus einem ungeraden Teil des zu untersuchenden Objektes stammt, soll aber aus den oben genannten Gründen auch geglättet werden. Beim Einsatz konventioneller Filterungsmethoden, besonders bei freiförmiger Krümmung einer zu untersuchenden Kurve, wird jedoch das Kurvenprofil verfälscht. Die Nachteile dieser Filter können durch den Einsatz einer morphologischen Filterung vermieden werden, die gemäß Anspruch 9 für die Glättung eines solchen Stückes vorgesehen ist.A detected piece of the center line, which comes from an odd part of the object to be examined, but should also be smoothed for the reasons mentioned above. When used Conventional filtering methods, however, especially in the case of free-curved curves of a curve to be examined, however, distort the curve profile. The disadvantages of these filters can be avoided by the use of a morphological filtering, which is provided according to claim 9 for the smoothing of such a piece.

Die Einzelheiten der Erfindung sowie ihre weiteren Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile werden in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen anhand der 1–3 erläutert. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in den Zeichnungen. Es zeigen:The details of the invention and its further features, applications and advantages are described in the following embodiments with reference to the 1 - 3 explained. All described or illustrated features, alone or in any combination form the subject of the invention, regardless of their combination in the claims or their dependency and regardless of their formulation or representation in the description or in the drawings. Show it:

1 ein zu untersuchendes Objekt, dessen Kontur und Mittellinie innerhalb eines Testbereiches detektiert werden, sowie die Detektierungs- und Abtastrichtung des Objektes, die zur Ermittlung seiner Mittellinie benutzt werden. 1 an object to be examined, whose contour and center line are detected within a test area, as well as the detection and scanning direction of the object used to determine its center line.

2 ein zu untersuchendes Objekt, dessen Kontur und Mittellinie innerhalb von mehreren Testbereichen detektiert werden. 2 an object to be examined whose contour and center line are detected within several test areas.

3 die Richtungskodierung, welche in der Bildverarbeitung standardmäßig zur Beschreibung einer Objektkontur verwendet wird. 3 the direction coding, which is used in image processing by default for describing an object contour.

Als Beispiel kann ein Bild einer Schweißnaht angenommen werden, das mit Hilfe der Wärmefluss-Thermographie gewonnen und mittels Bildverarbeitungsmethoden untersucht wird. Dabei wird die Schweißnaht auf dem Bild als ein dunkles Objekt (1) auf einem hellen Hintergrund (2) dargestellt (1 und 2).As an example, an image of a weld can be taken which is obtained by means of heat flow thermography and examined by means of image processing methods. The weld seam on the image is considered a dark object ( 1 ) on a light background ( 2 ) ( 1 and 2 ).

Zur Untersuchung eines Objektes (1) mit Hilfe von Bildverarbeitungsmethoden wird standardgemäß, je nach seiner Form und Lage, ein (1, a) bzw. mehrere (2, a) Testbereiche (4) definiert. Dabei werden für jeden Testbereich (4) die entsprechenden Detektierungs- und Abtastrichtung sowie die Glättungsart des zu ermittelten Stückes (6) der Mittellinie (7) als Parameter festgelegt. Der Quellcode des Verfahrens bleibt in jedem Fall unverändert, wobei das Verfahren zur Ermittlung der Mittellinie (7) eines Objektes (1) nach dem Baukasten-Prinzip gestaltet wird.To examine an object ( 1 ) using image processing methods, by default, depending on its shape and position, a ( 1 , a) or several ( 2 , a) test areas ( 4 ) Are defined. For each test area ( 4 ) the corresponding detection and scanning direction and the smoothing of the piece to be determined ( 6 ) of the center line ( 7 ) as a parameter. The source code of the method remains unchanged in each case, whereby the method for determining the center line ( 7 ) of an object ( 1 ) is designed according to the modular principle.

Um eine Detektierung- sowie Abtastrichtung zu definieren, wird eine Richtungskodierung mit insgesamt 8 Richtungen benutzt (3), welche in der Bildverarbeitung standardmäßig zur Beschreibung einer Objektkontur verwendet wird.In order to define a detection and scanning direction, a direction coding with a total of 8 directions is used ( 3 ), which is used by default in image processing to describe an object contour.

Für ein vertikales Objekt (1) bzw. für ein entsprechend eingeordnetes Teilstück des Objektes (1) kann am besten die Detektierungsrichtung von links nach rechts, bekannt als 0-Richtung, benutzt werden. Damit findet die Ermittlung der entsprechenden Punkte (5) der Mittellinie (7) in der Querrichtung zum länglichen Objektverlauf statt. Für ein horizontales Objekt (1) bzw. für ein entsprechend eingeordnetes Teilstück des Objektes (1) kann am besten die Detektierungsrichtung von oben nach unten, bekannt als 6-Richtung, benutzt werden. Diese Detektierungsrichtungen werden als Grundrichtungen bezeichnet. Für ein schräg angeordnetes Objekt (1) bzw. für ein entsprechend angeordnetes Teilstück des Objektes (1) kann, je nach Lage, am besten eine von zwei Nebenrichtungen, und zwar von links unten nach rechts oben (1-Richtung) oder von links oben nach rechts unten (7-Richtung), verwendet werden. Diese Richtungen werden im dargestellten Verfahren vorzugsweise benutzt.For a vertical object ( 1 ) or for a correspondingly arranged section of the object ( 1 ), the detection direction from left to right, known as the 0 direction, can best be used. Thus, the determination of the corresponding points ( 5 ) of the center line ( 7 ) in the transverse direction to the elongated object course. For a horizontal object ( 1 ) or for a correspondingly arranged section of the object ( 1 ), the detection direction from top to bottom, known as the 6 direction, can best be used. These detection directions are referred to as basic directions. For an obliquely arranged object ( 1 ) or for a correspondingly arranged section of the object ( 1 ), depending on the situation, one of two secondary directions, from bottom left to top right (1-direction) or from top left to bottom right (7-direction), can be used. These directions are preferably used in the illustrated method.

Eine Abtastrichtung von links nach rechts (0-Richtung) bzw. von recht nach links (4-Richtung) ist für den Testbereich (4), für den die Detektierungsrichtung als 0-Richtung definiert wurde, am sinnvollsten. Falls die Detektierungsrichtung als die andere Grundrichtung bzw. eine der beiden Nebenrichtungen definiert ist, wird eine Abtastrichtung von oben nach unten (6-Richtung) oder von unten nach oben (2-Richtung) gewählt. Die Abtastrichtung, die für einen konkreten Fall passt, wird dann in der Abhängigkeit der Reihenfolge der benachbarten Testbereiche (4) ausgewählt, sodass die Mittellinie (6) konsequent vom Anfang bis zum Ende des zu untersuchenden Objektes (1) verläuft. Diese Abtastrichtungen werden im dargestellten Verfahren vorzugsweise benutzt.A scan direction from left to right (0-direction) or from right to left (4-direction) is for the test area ( 4 ), for which the direction of detection was defined as the 0 direction, makes the most sense. If the detection direction is defined as the other basic direction or one of the two secondary directions, a scanning direction is selected from top to bottom (6-direction) or from bottom to top (2-direction). The scan direction that fits a specific case is then dependent on the order of the adjacent test areas ( 4 ), so that the center line ( 6 ) consistently from the beginning to the end of the object to be examined ( 1 ) runs. These scanning directions are preferably used in the illustrated method.

Anhand von diesen Parameter werden die Koordinaten der Punkte (5), welche die entsprechenden Stücke (6) der Mittellinie (7) in jedem Testbereich (4) bilden, folgenderweise detektiert. Das Objekt (1) wird schrittweise entlang seines länglichen Verlaufs in die entsprechende Detektierungsrichtung, die als Querrichtung zu ihm gilt, untersucht. Dabei bewegt sich die Linie, entlang der eine Detektierung durchgeführt wird, lückenlos in Abtastrichtung (1, b). An jeder Stelle werden jeweils die Koordinaten zweier am nächsten gegenüberliegenden Punkte der Außenkontur (3) des Objektes (1) ermittelt. Der Mittelpunkt (5) jeder Strecke zwischen solchen Punkten stellt einen lokalen Punkt (5) der Mittellinie (7) dar. Somit wird jeweils ein Stück (6) der Mittellinie (7) in jedem Testbereich (4) ermittelt. Falls das Objekt (1) innerhalb eines einzelnen Testbereiches (4) untersucht wird, stellt dieses Stück (6) die gesamte Mittellinie (7) des Objektes (1) dar (1, c).Based on this parameter, the coordinates of the points ( 5 ), which the corresponding pieces ( 6 ) of the center line ( 7 ) in each test area ( 4 ), detected as follows. The object ( 1 ) is examined stepwise along its elongated course in the corresponding direction of detection, which is considered to be transverse to it. In this case, the line along which a detection is carried out moves completely in the scanning direction ( 1 , b). At each point, the coordinates of two closest points of the outer contour ( 3 ) of the object ( 1 ). The middle-point ( 5 ) every distance between such points represents a local point ( 5 ) of the center line ( 7 ). Thus, one piece ( 6 ) of the center line ( 7 ) in each test area ( 4 ). If the object ( 1 ) within a single test area ( 4 ), this piece represents ( 6 ) the entire center line ( 7 ) of the object ( 1 ) ( 1 , c).

Wenn das zu untersuchende Objekt (1) innerhalb mehrerer Testbereiche (4) untersucht wird (2, a), müssen diese Testbereiche (4) sich überlappen. Eine Detektierungs- und eine Abtastrichtung werden dann für jeden Testbereich (4) mit entsprechenden Parameter festgelegt. Dabei wird in jedem Testbereich (4) ein eigenes Stück (6) der Mittellinie (7) nach dem oben beschriebenen Verfahren ermittelt (2, b). Anschließend wird die gesamte Mittellinie (7) des Objektes (1) aus allen ermittelten Stücken (6) zusammengesetzt, wobei die Überlappungen von jeweils zwei benachbarten Testbereichen (4) berücksichtigt werden. Dafür können die Standardmethoden der Bildverarbeitung benutzt werden.If the object to be examined ( 1 ) within several test areas ( 4 ) ( 2 , a), these test areas ( 4 ) yourself overlap. A detection and a scanning direction are then determined for each test area ( 4 ) with corresponding parameters. In each test area ( 4 ) own piece ( 6 ) of the center line ( 7 ) determined by the method described above ( 2 , b). Then the entire center line ( 7 ) of the object ( 1 ) from all pieces determined ( 6 ), wherein the overlaps of each two adjacent test areas ( 4 ). The standard methods of image processing can be used for this.

Die ermittelte Mittellinie (7) des Objektes (1) muss dabei geglättet werden, damit sie die kürzeste Linie bildet, welche die lokale Form des Objektes (1) wiedergibt. Dementsprechend wird zur Glättung eines Stückes (6) der ermittelten Mittellinie (7), das aus einem geraden Teil des zu untersuchenden Objektes (1) stammt, beispielsweise die Methode der kleinsten Quadrate verwendet. Andernfalls wird eine morphologische Filterung benutzt. Somit kann eine einwandfreie Glättung jeder freiförmigen Kurve, welche die Mittellinie (7) eines zu untersuchenden Objektes (1) bildet, gewährleistet werden (2, c).The determined center line ( 7 ) of the object ( 1 ) must be smoothed so that it forms the shortest line representing the local shape of the object ( 1 ). Accordingly, to smooth a piece ( 6 ) of the determined center line ( 7 ), which consists of a straight part of the object to be examined ( 1 ), for example, using the least squares method. Otherwise, morphological filtering is used. Thus, a perfect smoothing of any free-shaped curve, which the center line ( 7 ) of an object to be examined ( 1 ) ( 2 , c).

Zusammenfassend bietet das vorgeschlagene Verfahren eine automatische präzise Ermittlung der Mittellinie für unterschiedliche freiförmige Objekte. Dies wird über eine einfache Parametrierung ohne jegliche Änderung des Quellcodes ermöglicht. Als Ergebnis liefert das Verfahren die exakte topographische Lage der ermittelten Mittellinie.In summary, the proposed method provides an automatic accurate determination of the centerline for different freeform objects. This is made possible by a simple parameterization without any change of the source code. As a result, the method provides the exact topographic location of the detected centerline.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Zu untersuchendes ObjektObject to be examined
22: Hintergrundbackground
33: Außenkontur des zu untersuchenden Objektes (1)Outer contour of the object to be examined ( 1 )
44: Testbereich zur Detektierung eines Objektes (1) sowie zur Ermittlung seiner Mittellinie (7)Test area for detecting an object ( 1 ) and to determine its midline ( 7 )
55: Mittelpunkt einer Strecke zwischen den jeweils detektierten nächsten gegenüberliegenden seitlichen Grenzpunkten des Objektes (1)Center point of a distance between the respectively detected next opposite lateral boundary points of the object ( 1 )
66: Stück der Mittellinie (7) eines Objektes (1)Piece of the midline ( 7 ) of an object ( 1 )
77: Mittellinie eines Objektes (1)Center line of an object ( 1 )

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 10/322326 [0006]
DE 112004000128 B4 [0007]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

Industrial Image Processing / Christian Demant, Bernd Streicher-Abel, Peter Waszkewitz. - Berlin; Heidelberg: Springer, 1998 [0003]
Digital Image Processing / Bernd Jähne. - 4th edition - Berlin, Heidelberg, etc .: Springer, 1997 [0004]
Industrial Image Processing / Christian Demant, Bernd Streicher-Abel, Peter Waszkewitz. - Berlin; Heidelberg: Springer, 1998 [0011]
Paperback of Mathematics / IN Bronstein, KA Semendjajew. - 25th ed. - BG Teubner Verlagsgesellschaft, Stuttgart, Leipzig and publisher Nauka, Moscow, 1991 [0017]

Claims

Method for automatically determining the center line ( 7 ) of a free-form object ( 1 ), which a. as a line of inner points ( 5 ) of the object ( 1 ) is formed, which b. along the elongated course of the object ( 1 ) and c. at equal distances from the nearest opposite lateral boundaries of the object ( 1 ), whereby d. the length of the center line ( 7 ) the length of the object ( 1 ), characterized in that the method a. is configured by a parameterization without any change of the source code by b. the identification of individual points ( 5 ) of the center line ( 7 i. within at least one test area ( 4 ) around the object ( 1 ), ii. in which the object ( 1 ), wherein c. as a determination parameter i. a detection direction and ii. a scanning direction can be used.

Method according to claim 1, characterized in that the object ( 1 ) a. is examined step by step in the detection direction, so that b. the point determined at each test position ( 5 ) of the center line ( 7 ) as the center of a distance between the respectively detected next opposite lateral boundary points of the object ( 1 ), where c. the detection method gapless in the scanning direction d. within the test area ( 4 ) is continued.

Method according to claims 1 and 2, wherein the determination of the center line ( 7 ) of an object ( 1 ) within several test areas ( 4 ), characterized in that a. the test areas ( 4 ) overlap and b. the midline ( 7 ) from the pieces ( 6 ), c. in each test area ( 4 ) from the points determined there ( 5 ) are formed, wherein e. in the composition of the midline ( 7 ) from pieces detected there ( 6 ) the overlaps of two adjacent test areas ( 4 ).

Method according to Claims 1 to 3, characterized in that a detection direction for each test area ( 4 ), a. depending on the shape and location of the test area ( 4 ) part of the object ( 1 ), preferably b. in one of two basic directions namely i. from left to right or ii. from top to bottom or c. in one of two secondary directions namely j. from bottom left to top right or ii. from top left to bottom right.

Method according to claims 1 to 4, characterized in that one scanning direction for each test area ( 4 ) a. is determined as a function of the detection direction already defined for it, wherein, b. if the direction of detection is defined from top to bottom, the scanning direction preferably depends on the position of its adjacent test areas i. from left to right or ii. from right to left, or c. if the detection direction is defined as the other basic direction or one of the two secondary directions, the scanning direction, depending on the position of its adjacent test areas, preferably i. from top to bottom or ii. from bottom to top.

Method according to Claims 1 to 3 and 5, characterized in that one scanning direction for each test area ( 4 ) is automatically determined as a function of the direction of detection already defined for it as well as the position of its adjacent test areas.

Method according to claims 1 to 3, characterized in that the detected pieces ( 6 ) of the center line ( 7 ) from the test areas ( 4 ) are smoothed individually.

A method according to claim 7, characterized in that for smoothing a determined piece ( 6 ) of the center line ( 7 ), which consists of a straight part of the object to be examined ( 1 ), a method of calculating a straight line is used.

A method according to claim 7, characterized in that for smoothing a determined piece ( 6 ) of the center line ( 7 ), which consists of an odd part of the object to be examined ( 1 ), a morphological filtering is used.