DE10208287A1

DE10208287A1 - Method for signal evaluation of an electronic image sensor and an arrangement for evaluating the position of a body edge of a test specimen

Info

Publication number: DE10208287A1
Application number: DE2002108287
Authority: DE
Inventors: Bernd Stoeber
Original assignee: Koenig and Bauer AG
Current assignee: Koenig and Bauer AG
Priority date: 2002-02-26
Filing date: 2002-02-26
Publication date: 2003-09-18
Also published as: EP1488378A2; AU2003221587A1; WO2003073379A3; AU2003221587A8; WO2003073379A2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zur Signalauswertung eines elektronischen Bildsensors bei der Auswertung der Lage einer Körperkante eines Prüfkörpers, wobei der Bildsensor eine Oberfläche mit einer Vielzahl von Pixel aufweist, die jeweils eine lichtempfindliche Fläche aufweisen, sodass jeder Pixel in Abhängigkeit des an der entsprechenden Pixelposition empfangenen Lichteingangssignals ein elektrisches Ausgangssignal abgeben kann, dessen Stärke mit dem Lichteingangssignal korreliert und in einer Auswerteeinheit als Bildinformation auswertbar ist.The invention relates to an arrangement and a method for signal evaluation of an electronic image sensor when evaluating the position of a body edge of a test specimen, the image sensor having a surface with a plurality of pixels, each of which has a light-sensitive surface, so that each pixel as a function of the other received light input signal corresponding to the pixel position can emit an electrical output signal, the strength of which correlates with the light input signal and can be evaluated in an evaluation unit as image information.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Signalauswertung eines elektronischen Bildsensors und eine Anordnung zur Auswertung der Lage einer Körperkante eines Prüfkörpers gemäß den Ansprüchen 1 oder 5. The invention relates to a method for signal evaluation of an electronic Image sensor and an arrangement for evaluating the position of a body edge Test specimen according to claims 1 or 5.

Eine häufig gestellte Aufgabe beim Einsatz von elektronischen Bildsensoren in der Mustererkennung von Prüfkörpern ist es, die Lage und den Verlauf von Körperkanten, insbesondere geraden Körperkanten, zu erkennen bzw. zu beurteilen. Insbesondere in der Druckindustrie ist es häufig erforderlich, den Verlauf von Papierkanten zu vermessen, um dadurch eine entsprechende Produktionssteuerung bzw. Qualitätskontrolle zu ermöglichen. A frequently asked task when using electronic image sensors in the Pattern recognition of test specimens is the position and the course of body edges, in particular to recognize or assess straight body edges. Especially in the printing industry often has to measure the course of paper edges, in order to ensure appropriate production control or quality control enable.

Üblicherweise werden für derartige Aufgaben Bildsensoren eingesetzt, die als Zeilensensoren ausgebildet sind. Bei diesen Zeilensensoren sind die lichtempfindlichen Pixel nebeneinander in zumindest einer Zeile angeordnet. Da die Kantenlage der zu beurteilenden Körperkante bei vielen Anwendungen stark variieren kann, muss die absolute Zahl der lichtempfindlichen Pixel entsprechend diesem Erwartungsbereich angepasst werden. Über eine der entsprechenden Anwendung angepasste Optik kann der Erwartungsbereich auf dem Zeilensensor abgebildet werden. Usually, image sensors are used for such tasks, which as Line sensors are formed. These line sensors are photosensitive Pixels arranged side by side in at least one line. Because the edge position of the body edge can vary widely in many applications, the absolute number of light-sensitive pixels corresponding to this expected range be adjusted. Optics adapted to the corresponding application can the expected range can be shown on the line sensor.

Da die lichtempfindlichen Pixel im Bildsensor eine bestimmte Mindestgröße haben, führt eine Erhöhung der Pixelanzahl, wie sie bei einem längeren Erwartungsbereich für die Lage der Körperkante bei Erhaltung der gewünschten Auflösung erforderlich ist, immer zur Vergrößerung der Zeilenlänge des Zeilensensors. Die Erhöhung der Zeilenlänge ihrerseits erfordert jedoch einen höheren optischen Aufwand, da mit den vorgelagerten Objektiven ein größerer Bildkreis ausgeleuchtet werden muss. Since the light-sensitive pixels in the image sensor have a certain minimum size, leads an increase in the number of pixels, as is the case with a longer expected range for the Position of the edge of the body is necessary, while maintaining the desired resolution to increase the line length of the line sensor. Increasing the line length in turn, however, requires a higher optical effort, since with the upstream A larger image circle must be illuminated for lenses.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Zeilensensoren ist es, dass Zeilensensoren mit der gewünschten hohen Auflösung hohe Investitionskosten verursachen. Another disadvantage of the known line sensors is that line sensors with the desired high resolution cause high investment costs.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Signalauswertung eines elektronischen Bildsensors und eine Anordnung zur Auswertung der Lage einer Körperkante eines Prüfkörpers zu schaffen. The invention has for its object a method for signal evaluation electronic image sensor and an arrangement for evaluating the location of a To create the body edge of a test specimen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Ansprüche 1 oder 5 gelöst. The object is achieved by the features of claims 1 or 5.

Die Erfindung beruht auf dem Grundgedanken, die bisher bei der Auswertung der Lage einer Körperkante verwendeten Zeilensensoren durch Flächensensoren, die zumindest zwei Pixelzeilen und zwei Pixelspalten aufweisen, zu ersetzen. Aufgrund der großen Verbreitung von Flächensensoren, beispielsweise in digitalen Kameras, sind derartige Flächensensoren kostengünstig verfügbar. Die maximal erreichbare Auflösung beim Einsatz derartiger Flächensensoren wird dadurch erhöht, dass die auszuwertende Körperkante derart am Bildsensor vorbeibewegt wird, dass die Körperkante nicht parallel zu den Pixelzeilen und Pixelspalten verläuft. Die maximale Auflösung der Pixel in nur einer Pixelzeile bzw. nur einer Pixelspalte wird nämlich im Wesentlichen dadurch bestimmt, wie groß der Abstand der lichtempfindlichen Flächen der jeweils benachbarten Pixel ist. Wird aber die auszuwertende Körperkante nicht parallel zu den Pixelzeilen und Pixelspalten am Bildsensor vorbeibewegt, kann dadurch erreicht werden, dass alle Bereiche der Körperkante von den in Bewegungsrichtung hintereinander angeordneten Pixel erfasst werden. Betrachtet man nämlich den Bildsensor in Bewegungsrichtung des Prüfkörpers, so ergibt sich durch den Kippwinkel zwischen Bewegungsrichtung des Prüfkörpers und den Kanten der Pixelzeilen bzw. Pixelspalten, dass jeweils in den Lücken zwischen den lichtempfindlichen Flächen der Pixel in einer Pixelzeile bzw. Pixelspalte die lichtempfindlichen Flächen der Pixel in der nächsten, übernächsten oder noch weiter dahinter verlaufenden Pixelreihe bzw. Pixelspalte angeordnet sind. Da nämlich der Bildsensor nicht in Richtung der Bewegungsrichtung angeordnet ist, ergibt sich zwischen den jeweils hintereinander angeordneten Pixel in einer Pixelreihe bzw. Pixelspalte jeweils ein bestimmter Versatz zwischen den lichtempfindlichen Flächen. Dabei sollte die lichtempfindliche Fläche einen Flächenanteil von ungefähr 30% bis 45% der Gesamtfläche eines Pixels einnehmen. The invention is based on the basic idea that was previously used in evaluating the situation a line edge used line sensors by area sensors, at least have two rows of pixels and two columns of pixels to replace. Because of the big The spread of area sensors, for example in digital cameras, are such Area sensors available at low cost. The maximum achievable resolution at The use of such area sensors is increased in that the one to be evaluated Body edge is moved past the image sensor in such a way that the body edge is not parallel runs to the pixel rows and pixel columns. The maximum resolution of the pixels in only a pixel row or only a pixel column is essentially thereby determines the distance between the light-sensitive surfaces of the neighboring ones Pixel. But if the body edge to be evaluated is not parallel to the pixel lines and Moving pixel columns past the image sensor can be achieved by all Areas of the body edge of those arranged one behind the other in the direction of movement Pixels are captured. If you look at the image sensor in the direction of movement of the Test specimen, it results from the tilt angle between the direction of movement of the Test specimen and the edges of the pixel rows or pixel columns, that each in the gaps between the light-sensitive areas of the pixels in a pixel row or pixel column light-sensitive areas of the pixels in the next, the next but one or even further behind it are arranged row of pixels or pixel column. Because the Image sensor is not arranged in the direction of the direction of movement, results between the pixels one behind the other in a row of pixels or column of pixels a certain offset between the photosensitive surfaces. The photosensitive surface has an area ratio of approximately 30% to 45% of the Take up the total area of a pixel.

Die Körperkante des Prüfkörpers wird dann beim Vorbeibewegen am Bildsensor zumindest in zwei Relativpositionen hintereinander aufgenommen und die dabei von den entsprechenden Pixel, die zu den jeweiligen Aufnahmezeitpunkten unterhalb der Körperkante angeordnet sind, abgegebenen Ausgangssignale zusammen in der Auswerteeinheit ausgewertet. Ist nämlich die Bewegungsgeschwindigkeit des Prüfkörpers und der Zeitabstand zwischen den einzelnen Aufnahmen bekannt, können durch entsprechende Umrechnung die Bilddaten der nacheinander angefertigten Aufnahmen derart miteinander in Beziehung gesetzt werden, dass die auszuwertende Körperkante in allen Bereichen beurteilt werden kann. The body edge of the test specimen is then moved past the image sensor at least taken in two relative positions one behind the other and thereby by the corresponding pixels, which are below the Body edge are arranged, output signals emitted together in the Evaluation unit evaluated. Namely is the speed of movement of the test specimen and the time interval between the individual shots can be known by corresponding conversion of the image data of the pictures taken one after the other are related to each other in such a way that the body edge to be evaluated in can be assessed in all areas.

Bei einer erfindungsgemäßen Anordnung ist es besonders vorteilhaft, wenn der Bildsensor verstellbar gelagert ist, so dass die Lage der Pixelzeilen bzw. Pixelspalten relativ zum Verlauf der auszuwertenden Körperkante bei der Förderbewegung vorbei am Bildsensor einstellbar ist. Dadurch gelingt es je nach Anwendung den Versatz zwischen den lichtempfindlichen Flächen der Pixel in hintereinander verlaufenden Zeilen bzw. Spalten verändern zu können. Insbesondere kann dadurch auch die Auflösung des eingesetzten Flächensensors verändert werden, wobei allerdings zu berücksichtigen ist, dass die effektive Breite des Bildsensors entsprechend dem Kippwinkel abnimmt. In an arrangement according to the invention, it is particularly advantageous if the Image sensor is adjustably mounted so that the position of the pixel rows or pixel columns relative to the course of the body edge to be evaluated during the conveying movement past Image sensor is adjustable. Depending on the application, this enables the offset between the light-sensitive areas of the pixels in successive lines or To be able to change columns. In particular, the resolution of the surface sensor used are changed, although it must be taken into account that the effective width of the image sensor decreases in accordance with the tilt angle.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. An embodiment of the invention is shown in the drawing and is in following described in more detail.

Die einzige Zeichnung zeigt das Prinzip der Auswertung der Lage einer Körperkante eines Prüfkörpers mit einem Flächensensor. The only drawing shows the principle of evaluating the position of a body edge Test specimen with a surface sensor.

Ein Prüfkörper 01, beispielsweise ein Druckbogen, mit in der Zeichnung strichliniert eingezeichneten Körperkanten 02, 03, 04 und 06 soll mittels eines Flächensensors 07, der insbesondere in der Art eines CMOS-Bildsensors ausgebildet ist, und einer darin angeschlossenen Auswerteelektronik in seiner Lage und seinem Zuschnitt überprüft werden. A test specimen 01 , for example a printed sheet, with body edges 02 , 03 , 04 and 06 drawn in dash-dotted lines in the drawing, is to be positioned and positioned using a surface sensor 07 , which is designed in particular in the manner of a CMOS image sensor, and evaluation electronics connected therein Be checked.

Der Flächensensor 07 weist eine Vielzahl von Pixel 08 auf, in deren Zentrum sich jeweils eine lichtempfindliche Fläche 09 befindet. Ein an den lichtempfindlichen Flächen 09 empfangenes Lichtsignal wird in den Pixel 08 in ein elektrisches Ausgangssignal umgewandelt, das in der nachgeordneten Auswerteelektronik als Bildinformation auswertbar ist. Die Pixel 08 bilden im Flächensensor 07 mehrere hintereinander angeordnete Pixelzeilen 11 und mehrere nebeneinander angeordnete Pixelspalten 12. The surface sensor 07 has a plurality of pixels 08 , in the center of which there is a light-sensitive surface 09 . A light signal received at the light-sensitive surfaces 09 is converted into an electrical output signal in the pixel 08 , which can be evaluated as image information in the downstream evaluation electronics. The pixels 08 form in the area sensor 07 a plurality of pixel rows 11 arranged one behind the other and a plurality of pixel columns 12 arranged side by side.

Bei der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform soll durch den Flächensensor 07 die Körperkante 02 des Prüfkörpers 01 beurteilt werden. Dazu wird der Prüfkörper 01 mit einer bestimmten Geschwindigkeit am Flächensensor 07 vorbeibewegt. Die Bewegungsrichtung des Prüfkörpers 01 ergibt sich in der Zeichnung aus dem Bewegungspfeil 13. Relativ zur Bewegungsrichtung 13 ist der Flächensensor 07 um einen Kippwinkel 14 entgegen den Uhrzeigersinn verdreht. Im Ergebnis wird dadurch erreicht, dass die Körperkante 02 derart über den Flächensensor 07 hinweggezogen wird, dass die Körperkante 02 nicht parallel zu den Pixelzeilen 11 und den Pixelspalten 12 verläuft. In the embodiment shown in the drawing, the body edge 02 of the test specimen 01 is to be assessed by the surface sensor 07 . For this purpose, the test specimen 01 is moved past the surface sensor 07 at a specific speed. The direction of movement of the test specimen 01 results from the movement arrow 13 in the drawing. Relative to the direction of movement 13 , the surface sensor 07 is rotated counterclockwise by a tilt angle 14 . As a result, the body edge 02 is pulled over the surface sensor 07 in such a way that the body edge 02 does not run parallel to the pixel rows 11 and the pixel columns 12 .

Während der Prüfkörper 01 mit der Köperkante 02 am Flächensensor 07 vorbeibewegt wird, wird die Körperkante 02 in äquidistanten Zeitabständen mehrfach hintereinander von den Pixel 08 des Flächensensors 07 aufgenommen. Die Lage der Körperkante 02 während der ersten vier Aufnahmen ist in der Zeichnung strichliniert angedeutet. Durch den Versatz zwischen den lichtempfindlichen Flächen der Pixel 08 in hintereinander angeordneten Pixelzeilen 11 wird es möglich, trotz der Abtastlücken zwischen den Pixel 08 in den einzelnen Pixelzeile 11 die Körperkante 02 mit sehr hoher Auflösung zu beurteilen. Dazu werden in der Auswerteelektronik die nacheinander in unterschiedlichen Relativpositionen zwischen Prüfkörper 01 und Bildsensor 07 von der Körperkante 02 aufgenommenen Bilddaten miteinander verrechnet. In diese Rechnung fließt insbesondere die Bewegungsgeschwindigkeit des Prüfkörpers 01 und die Zeitabstände zwischen den einzelnen Aufnahmen ein. While the specimen 01 is moved past the body edge 02 on the area sensor 07, the body edge is repeatedly recorded in succession 02 at equidistant time intervals from the pixels of the area sensor 08 07th The position of the body edge 02 during the first four recordings is indicated in dashed lines in the drawing. The offset between the light-sensitive surfaces of the pixels 08 in pixel rows 11 arranged one behind the other makes it possible to assess the body edge 02 with very high resolution despite the scanning gaps between the pixels 08 in the individual pixel rows 11 . For this purpose, the image data recorded successively in different relative positions between the test specimen 01 and the image sensor 07 from the body edge 02 are offset against one another. In particular, the speed of movement of the test specimen 01 and the time intervals between the individual images are included in this calculation.

Die gestrichelten Linien zeigen mögliche Kantenlagen und die Pixel der verwendeten Bildzeilen, auf denen die Kante dann zu liegen kommt. Damit soll demonstriert werden, dass die Pixel der folgenden Zeilen Subpixel zu der ersten Zeilen darstellen und entsprechend der wahren Kantenlage unterschiedliche Subpixel "voll ausgesteuert" sind. The dashed lines show possible edge positions and the pixels of the used ones Image lines on which the edge then comes to rest. This is intended to demonstrate that the pixels of the following lines represent subpixels to the first lines and different subpixels are "fully modulated" according to the true edge position.

In dem Beispiel ist das Pixelraster in der vierten Zeile genau gleich dem der ersten Zeile, das in der zweiten Zeile gleich dem in der fünften, das in der dritten gleich dem in der sechsten usw. Bei einem Vergleich dieser aufeinanderfolgenden Zeilengruppen (mindestens zwei oder mehr) kann eine Messabweichung, die sich aus einer Papierfaserigkeit oder ähnlichem ableitet durch Mittelung eliminiert werden. Diese mehrfache Auswertung bezieht sich jedoch auf eine Bildaufnahme der Kantenlage. Über zeitlich aufeinanderfolgende Bildaufnahmen kann zusätzlich der zeitliche Verlauf in der Kantenlage mit erfasst werden. Bezugszeichenliste 01 Prüfkörper
02 Körperkante
03 Körperkante
04 Körperkante
05 -
06 Körperkante
07 Flächensensor, Bildsensor
08 Pixel
09 lichtempfindliche Fläche
10 -
11 Pixelzeile
12 Pixelspalte
13 Bewegungspfeil (Bewegungsrichtung Prüfkörper)
14 Stellwinkel, Kippwinkel
In the example, the pixel grid in the fourth line is exactly the same as that in the first line, that in the second line is the same in the fifth, that in the third is the same in the sixth, etc. When comparing these successive groups of lines (at least two or more ) a measurement deviation, which is derived from paper fiber or the like, can be eliminated by averaging. However, this multiple evaluation relates to an image of the edge position. The temporal progression in the edge position can also be recorded using temporally successive image recordings. REFERENCE SIGNS LIST 01 test specimen
02 body edge
03 body edge
04 body edge
05 -
06 body edge
07 Area sensor, image sensor
08 pixels
09 photosensitive surface
10 -
11 pixel line
12 pixel column
13 movement arrow (direction of movement of test specimen)
14 setting angle, tilt angle

Claims

1. Method for signal evaluation of an electronic image sensor ( 07 ) when evaluating the position of a body edge ( 02 ) of a test specimen ( 01 ), the image sensor ( 07 ) having a surface with a large number of pixels ( 08 ), each of which has a light-sensitive surface ( 09 ), so that each pixel ( 08 ), depending on the light input signal received at the corresponding pixel position, can emit an electrical output signal whose strength correlates with the light input signal and can be evaluated as image information in an evaluation unit, characterized in that the image sensor ( 07 ) is designed as an area sensor with at least two pixel lines ( 11 ) and two pixel columns ( 12 ), the body edge ( 02 ) to be evaluated being moved past the image sensor ( 07 ) such that the body edge ( 02 ) is not parallel to the pixel lines ( 11 ) and pixel columns ( 12 ).

2. The method according to claim 1, characterized in that the body edge ( 02 ) is picked up in succession in at least two positions relative to the image sensor ( 07 ) by the pixels ( 08 ) and the output signals thereby output are evaluated together in the evaluation unit.

3. The method according to claim 1, characterized in that the body edge ( 02 ) is moved in a direction of movement ( 13 ) which is approximately perpendicular to the body edge ( 02 ).

4. The method according to claim 1 or 3, characterized in that the movement speed and the time interval between the individual recordings of the body edge ( 02 ) is evaluated together with the image signals in the evaluation device.

5. Arrangement for evaluating the position of a body edge ( 02 ) of a test specimen ( 01 ), in particular a paper edge of a printed product, with a conveyor for conveying the test specimen ( 01 ) in one direction of movement ( 13 ) and an electronic image sensor ( 07 ), the Image sensor ( 07 ) has a surface with a plurality of pixels ( 08 ), each of which has a light-sensitive surface ( 09 ), so that each pixel ( 08 ) can emit an electrical output signal, the strength of which, depending on the light input signal received at the corresponding pixel position correlated with the light input signal and can be evaluated in an evaluation unit as image information, characterized in that the image sensor ( 07 ) is designed as an area sensor with at least two pixel rows ( 11 ) and two pixel columns ( 12 ), the test specimen ( 01 ) with the conveyor device in a direction of movement ( 13 ) can be conveyed so that the a Body edge ( 02 ) to be evaluated during the conveying movement past the image sensor ( 07 ) does not run parallel to the pixel rows ( 11 ) and pixel columns ( 12 ).

6. Arrangement according to claim 5, characterized in that the image sensor ( 07 ) is adjustable, so that the position of the pixel rows ( 11 ) or pixel columns ( 12 ) relative to the course of the body edge to be evaluated ( 02 ) during the conveying movement past the image sensor ( 07 ) is adjustable.

7. Arrangement according to claim 5 or 6, characterized in that the light-sensitive surface ( 09 ) does not cover the entire surface of a pixel ( 08 ), so that light-insensitive areas are present between the light-sensitive surfaces ( 09 ) of adjacent pixels ( 08 ).

8. Arrangement according to claim 7, characterized in that the light-sensitive surface ( 09 ) takes up an area share of approximately 30% to 45% of the total area of a pixel ( 08 ).

9. Arrangement according to one of claims 5 to 8, characterized in that the image sensor ( 07 ) is designed in the manner of a CMOS image sensor.