DE19707155A1 - Verfahren zum Erkennen und Wiedererkennen einzelner Artikel, sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen einzelner Artikel, ein Verfahren zum Wiedererkennen einzelner Artikel sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieser Verfahren.

In der Vergangenheit sind zahlreiche Versuche unternommen worden, Ver­ fahren anzugeben, die mit einer hohen Zuverlässigkeit das Erkennen bzw. das Wiedererkennen eines Gegenstandes ermöglichen, vorzugsweise einer Vielzahl von Gegenständen, die in schneller Folge zugeführt werden.

Ein aus der Praxis bekanntes Verfahren besteht darin, daß ein Gegenstand mit Hilfe einer Videokamera in eine Vielzahl von Bildpunkten (Pixels) zerlegt wird, wobei jeder dieser Bildpunkte in einem zur Abspeicherung zweidimensionaler Daten geeigneten Speicher abgelegt wird, und jeder weitere Gegenstand ebenfalls abgelichtet und in Bildpunkte zerlegt wird und anschließend die Bildpunkte paarweise miteinander verglichen werden und geprüft wird, ob diese sich übereinanderlegen lassen (Superposi­ tion). Die Durchführung eines Superpositionsverfahrens ist trotz hoher Rechnerleistungen sehr zeitaufwendig, und gelangt aufgrund der Auflösung des Bildverarbeitungssystems schnell an Grenzen. Insbesondere, wenn es darum geht, aus einer Vielzahl von bekannten Bildern dasjenige zu ermit­ teln, welches dem erfaßten am nächsten kommt, steigt die Rechenzeit ex­ ponentiell an, so daß derartige Systeme nur bei kleinen Artikelmengen überhaupt einsetzbar sind.

Um derartige Superpositionsverfahren für eine größere Anzahl von Gegen­ ständen zugänglich zu machen, ist vorgeschlagen worden, das Verfahren im Rahmen einer Ja/Nein-Prüfung einzusetzen, d. h. lediglich zu vergleichen, ob der erfaßte Gegenstand mit einem im voraus ausgewählten Gegenstand übereinstimmt. Insbesondere in der Robotik, aber auch im täglichen Le­ ben, kommen derartige Systeme zum Einsatz. Solche Systeme versagen oft, denn der Gegenstand unter unterschiedlichen Betrachtungswinkeln eine stark unterschiedliche Erscheinung besitzt.

So ist beispielsweise in der Praxis vorgeschlagen worden, die aus einem Hochregallager mittels ihrer Warennummer bestellten Waren am Lageraus­ gang aus Gründen der Qualitätssicherung mit einem Untersuchungsgerät auf ihre Identität hin zu überprüfen. Ein solches Verfahren soll insbesonde­ re Verwechslungen unterbinden, oder aber bei Kleinteilen körperlich de­ fekte Teile ausschleusen.

Ein anderes Beispiel ist aus der Praxis der Selbstbedienungsgeschäfte bekannt, bei denen oft die einzelnen Waren (Gegenstände) mit einer Mar­ kierung (Strichcode) versehen sind, die den Gegenstand eindeutig identi­ fiziert und maschinell lesbar ist. Hierbei kann im Anschluß an einen Le­ sevorgang des Strichcodes eine Plausibilitätsprüfung erfolgen, ob die unter Angabe eines Strichcodes gekaufte Ware mit den in einer Datenbasis gespeicherten Daten über diese Ware (in Grenzen) übereinstimmt oder in Widerspruch steht. Die Umsetzung derartiger Systeme in die Praxis schei­ terte bisher an der zu langsamen Verarbeitungsgeschwindigkeit.

Bei anderen Systemen sind Preisetiketten an der Ware oder ihrer Verpac­ kung angebracht, und die kassierende Person gibt diese Preise in die Kasse ein.

In beiden Fällen kann ein Käufer zu betrügen versuchen, indem er ein Preisetikett (oder einen Strichcode-Aufkleber) von der Ware ablöst und durch ein Etikett bzw. einen Code-Aufkleber einer billigeren Ware er­ setzt. Das kann aber von der kassierenden Person festgestellt werden, wenn Ware und Preis nicht zusammenpassen. Schwieriger ist es allerdings, einen Betrugsversuch nachzuweisen, wenn der Käufer lose Ware (Obst, Ge­ müse) selbst auswiegt, es sei denn, die kassierende Person kann an der Kasse nachwiegen.

Die DE-C-35 24 231 offenbart ein Selbstbedienungssystem, bei dem die Ge­ genstände mit Strichcodes versehen sind. Der Kunde führt die Strichco­ des der von ihm gewählten Waren selbst über ein Lesegerät und legt da­ nach die Gegenstände auf eine Fördereinrichtung. Es sind zwei Hilfsein­ richtungen vorgesehen, um die Codeeingabe auf Plausibilität zu überprü­ fen: Jeder Gegenstand wird gewogen, und jeder Gegenstand durchläuft ein Lichtschrankensystem, das seine Umrisse abtastet. Stimmen die Prüfergeb­ nisse im Rahmen vorgegebener Toleranzen mit der Strichcode-Eingabe über­ ein, wird der betreffende Gegenstand zu einer Entnahmestation gefördert. Im anderen Falle wird die Förderrichtung umgekehrt, und der betreffende Gegenstand kann nicht ausgeschleust werden. Da der Kunde nur noch den Kassenbon mit dem Saldo präsentieren muß, kann der Personalaufwand dra­ stisch gesenkt werden.

Es versteht sich aber, daß ein solches System auch Schwachstellen hat, denn wenn sich zwei gattungsgleiche Gegenstände weder im Gewicht noch im Umriß unterscheiden, wohl aber im Preis - etwa eine Flasche billiger Massenwein einerseits, eine Flasche teurer Wein andererseits - lädt ein solches System zum Betrugsversuch geradezu ein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Erkennen bzw. zum Wiedererkennen von Gegenständen vorzuschlagen, das schnell, mit hoher Zuverlässigkeit und einer großen Anzahl von Gegenständen arbeiten kann.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch ein Verfahren zum Anlegen einer Datenbasis gemäß Anspruch 1, durch ein Verfahren zum Wiedererkennen ei­ nes Probanden aus einer Menge bekannter Artikel gemäß Anspruch 2, durch ein Verfahren zum Erkennen einzelner Gegenstände gemäß Anspruch 10, oder durch eine Vorrichtung zur Durchführung dieser Verfahren gemäß Anspruch 15.

Die Unteransprüche bilden die Erfindung vorteilhaft fort.

Das erfindungsgemäße Verfahren nach Anspruch 1 legt eine Datenbasis zur Abspeicherung von Informationen über charakteristische Merkmale einer Vielzahl verschiedener Artikel als Datensatz an, verläßt dabei aber das Prinzip der Superposition. Statt dessen wird zunächst der zu erkennende Gegenstand (Artikel) unter unterschiedlichen Winkeln mittels einer Vi­ deokamera beobachtet. Dies kann auf vielerlei Weise geschehen, bei­ spielsweise durch das Hin- und Her- bzw. Vorbeifördern des Gegenstands an einer starren Kamera, oder aber das Drehen des Artikels auf einem Drehteller vor der Kamera in deren Sichtfeld, oder aber auch durch das Verschwenken und/oder Heran- und Wegfahren der Kamera.

Die unter den verschiedenen Winkeln von der Kamera beobachteten Bilder werden in einem anschließenden Schritt in charakteristische Merkmale ge­ mäß mindestens einem vorgegebenen Auswertekriterium zerlegt. Hierfür werden die Bilder zweckmäßigerweise zwischengespeichert. Als geeignete Auswertekriterien haben sich charakteristische Farbübergänge auf der Außenfläche des zu erfassenden Artikels erwiesen, aber ebenso die Kan­ tenübergänge, wozu sowohl die Umrisse des Artikels im Raum wie auch zweidimensionale Kantenübergänge innerhalb einer Fläche oder Krümmungs­ ebene der Artikel, die auch als Schwarz-Weiß-Übergänge bezeichnet wer­ den, zählen, ferner je nach Artikel auch von diesem ausgehende oder reflektierte Strahlung, z. B. Wärmestrahlung oder eine charakteritische Spektralfarbe. Bei der Zerlegung des Bildes macht sich das Verfahren al­ so insbesondere die emittierten und reflektierten optischen Merkmale des Gegenstandes in einem Wellenbereich zwischen dem Infraroten und dem Ul­ travioletten zu Nutze, und hierbei insbesondere wieder diejenigen topo­ logischen Orte des Gegenstands, bei denen bezüglich einer und/oder vor­ zugsweise mehrerer Auswertekriterien eine Veränderung eintritt, z. B. eine Unstetigkeitsstelle oder -linie. Es ist klar, daß diese Linie nicht als Gerade ausgebildet sein muß. Außerdem kann auf das Vorhanden­ sein einer ganz bestimmten Spektralfarbenkombination abgehoben werden. Zur Erleichterung der Beobachtung ist vorzugsweise ein definierter Hin­ tergrund vorgesehen, beispielsweise ein homogen einfarbig weißer Hinter­ grund, oder alternativ hierzu ein Hintergrund, der eine Farbskalierung aufweist. Vorzugsweise wirken mit der mindestens einen Videokamera Be­ leuchtungsmittel zusammen, die die Artikel mit "weißem" Licht anstrah­ len, oder mit einem Licht einer oder mehrerer, abgegrenzter Wellenlän­ gen, wobei die Beleuchtungsmittel auch sukzessive, z. B. durch Taktung oder Hintereinanderanordnung, zum Einsatz kommen können, um das spezi­ fische Reflexionsvermögen der zu erkennenden Gegenstände auszunutzen.

Ausgehend von den charakteristischen Merkmalen gemäß mindestens einem der vorgegebenen Auswertekriterien wird eine Untermenge hiervon zu einem Datenvektor, der einen Merkmalssatz bildet, zusammengestellt. Die Aus­ wahl der Untermenge orientiert sich an praxis-orientierten Kriterien, insbesondere der Speicherplatzausnutzung und kann z. B. dadurch optimiert werden, daß diejenigen Orte des Bildes herangezogen werden, die gemäß einer vorgegebenen Skala die charakteristischsten Merkmale darstellen.

Existiert bereits in der Datenbasis ein Datensatz für den beobachteten Artikel, so kann der ermittelte Merkmalssatz vorteilhafterweise herange­ zogen werden, um den spezifischen Datensatz aus der Datenbasis auf eine sicherere Grundlage zu stellen, indem die erfaßten Daten für künftige Auswertungen dem bestehenden Datensatz unter Ermittlung eines neuen Da­ tensatzes zugeführt werden. Hierbei ist eine Gewichtung der alten und der neuen Daten vornehmbar. Vorzugsweise ist vorgesehen, daß die Anzahl der dem Datensatz zugrunde liegenden Bilder mit dem Datensatz abgespei­ chert ist, um statistische Berechnungen, wie z. B. Standardabweichungen, Varianzen, und dergleichen, zu ermöglichen, und eine dynamische Berech­ nung eines Schwellenwertes zu ermöglichen, der als Maßzahl für eine Aus­ sage benötigt wird, ob Merkmalssatz und Datensatz übereinstimmen oder nicht. Es versteht sich von selbst, daß z. B. die Bezeichnung des Arti­ kels (Warenname, Marke, Typ, etc.), welche nicht erfaßbar sind, über ein Peripheriegerät zur Abspeicherung in dem Datensatz verfügbar gemacht werden können.

Falls für einen beobachteten Artikel kein Datensatz existiert, werden zunächst die Merkmale des Merkmalssatzes der Abspeicherung eines neuen Datensatzes zugrunde gelegt, und in weiteren "Lernvorgängen" die quan­ titative Grundlage dieses Datensatzes wie beschrieben vergrößert.

Es kann der Fall auftreten, daß ein Gegenstand unter bestimmten Perspek­ tiven so unterschiedlich aussieht, daß sich kein für alle Ansichten ge­ eigneter gemeinsamer Datensatz bilden läßt. Dann wird für jede dieser inkompatiblen Ansichten ein separater Datensatz, z. B. durch "Lernen", angelegt, so daß bei späteren Abfragen unabhängig von der zufälligen Ausrichtung eines Probanden ein entsprechender Datensatz auffindbar ist, wobei alle diese Datensätze auf denselben Artikel verweisen. Dieser (seltene) Fall kann also, wenn keine direkte Adressierung der Datensätze benutzt wird, in eleganter Weise so behandelt werden, als würde es sich bei dem beobachteten Gegenstand tatsächlich um mehrere Gegenstände han­ deln. Eine solche Aufteilung auf mehrere Datensätze erhöht signifikant die Trefferquote, und erlaubt zugleich eine Reduzierung der Toleranzen.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Wiedererkennen eines Probanden aus einer Menge bekannter Artikel gemäß Anspruch 2 bedient sich vergleichba­ rer Beobachtungs-, Zerlegungs- und Verknüpfungsschritte wie das Verfah­ ren zum Anlegen einer Datenbasis gemäß Anspruch 1 unter Bildung eines gemeinsamen erfinderischen Konzepts, so daß für die Darlegung der dort erfolgenden Schritte auf das oben Gesagte verwiesen werden kann.

In einem anschließenden Vergleichsschritt wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Entscheidung darüber getroffen, ob der erfaßte Proband erkannt, d. h. in der Datenbasis als Datensatz bereits gespeichert ist, oder unbekannt ist, d. h. daß der Merkmalssatz des Probanden mit keinem der Datensätze der Datenbasis derartige Gemeinsamkeiten aufweist, daß eine sichere Zuordnung vorgenommen werden kann. Es ist zu betonen, daß die erfindungsgemäßen Verfahren denjenigen Verfahren, die beispielsweise eine Schrifterkennung durchführen und anschließend die gelesenen Schriftzeichen mit alphanumerischen Zeichen in einer Datenbank verglei­ chen, weit überlegen sind, da bei den letztgenannten kleinste Fehler in den gelesenen "Strings" zu einer Unbekannt-Aussage führen, so daß bei derartigen Systemen viele Falschaussagen auftreten. Die erfin­ dungsgemäßen Verfahren dagegen beruhen nicht auf einer absoluten Er­ fassung, sondern auf einer Erfassung von Änderungen, ist also ähnlich einem Differentialmeßsystem, das, wie bei Differentialsystemen üblich, von absoluten Abweichungen zu einer Referenz kaum beeinflußt wird. Das gilt beispielsweise für die beobachteten Farbübergänge, die unabhängig von ihrer Entfernung von der Kamera in ihrer relativen Lage zueinan­ der erkannt werden.

Vorzugsweise ist es möglich, bei dem Wiedererkennungsverfahren einen Lernschritt vorzusehen, bei dem die im Merkmalssatz zusammengefaßten In­ formationen zu einer Verbesserung der dem Datensatz zugrunde liegenden Daten eingesetzt werden. Eine weitere Steigerung der Geschwindigkeit der den konventionellen Verfahren ohnehin an Geschwindigkeit überlegenen Verfahren ist möglich, wenn weitere Kriterien des Probanden, die durch Prüf- oder Meßmittel erfaßt werden, mit im Datensatz abgespeicherten Vergleichswerten verglichen werden. Als solches Kriterium kommt bei­ spielsweise das Gewicht eines Artikels in Betracht, weil bei geringen Wäge-Toleranzen eine Aussage über die fehlende Übereinstimmung des Ge­ wichts die Überprüfung der anderen im Datensatz abgelegten Daten über­ flüssig macht.

Eine weitere, besonders vorteilhafte Beschleunigung des Verfahrens um einen Faktor, der in der Größenordnung der Anzahl der Datensätze in der Datenbasis liegt, läßt sich dadurch erzielen, daß vor dem Beobachtungs­ schritt eine artikelspezifische Markierung, z. B. ein Strichcode, eine Artikelbezeichnung, eine Bestellnummer oder dergleichen, eingelesen wird, z. B. über einen Barcodeleser oder ein anderes Peripheriegerät, und in dem Vergleichsschritt der Merkmalssatz zunächst mit demjenigen Datensatz verglichen wird, welcher durch die artikelspezifische Markie­ rung adressiert ist. Optional kann anschließend der Vergleichsschritt mit den übrigen Datensätzen erfolgen, um zu überprüfen, ob sich ein (an­ derer) Datensatz findet, der mit dem Merkmalssatz die vorgeschriebene Übereinstimmung aufweist. Es ist jedoch möglich, die Vergleichsuntersu­ chungen auf diesen ersten Datensatz zu beschränken oder auf eine Men­ ge von Datensätzen zu beschränken, die jeweils durch vorzugsweise in einem Zwischenspeicher abgelegte Markierungen adressierbar sind. Hierdurch kann besonders vorteilhaft sichergestellt werden, daß mit einer überschaubaren Anzahl von Datensätzen zunächst verglichen wird, bevor anschließend optional ein Gesamtvergleich erfolgt. Auf diese Wei­ se wird in besonders vorteilhafter Weise eine hohe Verarbeitungsge­ schwindigkeit sichergestellt für diejenigen Artikel, deren Adresse in dem Zwischenspeicher abgelegt ist, während optional für Artikel, für die (eine artikelspezifische Markierung eingegeben oder richtig erfaßt wurde, z. B. aufgrund eines Erfassungsfehlers, optional ein Vergleichs­ schritt derart erfolgt, daß der Merkmalssatz mit allen Datensätzen verglichen wird, so daß dieser Artikel dennoch ein positives Ver­ gleichsergebnis bewirken kann. Aufgrund der hohen Erfassungsgeschwindig­ keit bei den direkt adressierten Artikeln ist ein selten auftretender umfassender Vergleichsschritt auch im Online-Verfahren bei großen Daten­ mengen wirtschaftlich durchführbar.

Bei dem Verfahren gemäß Anspruch 10 wird die Aufgabe gelöst, ein Verfah­ ren anzugeben, mittels dem die Plausibilitätsprüfung mit hoher Sicher­ heit erfolgen kann. Dabei wird von der Bildverarbeitung Gebrauch ge­ macht, das heißt, der Gegenstand wird mittels einer Videokamera aufge­ nommen und das Bild mit einem abgespeicherten Muster verglichen.

Auf den ersten Blick wird dieser Ansatz auf schwer überwindbare Hinder­ nisse stoßen. Da ein Käufer jeden Gegenstand beliebig der Kamera präsen­ tieren können muß, wächst die Zahl der abzuspeichernden Bildmuster ins Unermeßliche. Dafür bräuchte man riesige Speicher, und der Vergleich würde entsprechend lange dauern.

Diese Schwierigkeiten umgeht die Erfindung in eleganter Weise. In einer Lernphase werden die einzelnen Gegenstände der Videokamera unter unter­ schiedlichen Winkeln präsentiert, und die einzelnen Abbildungen werden daraufhin überprüft, welche Gemeinsamkeiten sie aufweisen. Dabei wird sich für jeden Gegenstand eine Anzahl von Merkmalen ergeben, die in (fast) jeder Abbildung wiederkehren, unabhängig davon, unter welchem Winkel der Gegenstand besehen wird. Unter diesen Merkmalen wählt man solche, die für den betreffenden Gegenstand charakteristisch sind, und speichert diese Merkmalskombination als Suchkriterium für die Wiederer­ kennung ab. "Charakteristisch" bedeutet, daß sich die betreffende Merk­ malskombination nur bei diesem Gegenstand des Sortiments findet. Es ver­ steht sich, daß die Anzahl von Merkmalen bei kluger Auswahl relativ klein sein kann, so daß der Speicherbedarf sich in Grenzen hält.

Natürlich wird das obige Verfahren nicht manuell ausgeführt, sondern mittels einer "lernfähigen" Datenverarbeitungsanlage, die auf neuronalen setzen aufbaut.

Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, die Daten der Kantenübergänge der Gegenstände (Umrisse wie Kanten und Ecken, aber auch Schwarz-Weiß-Über­ gänge in der Fläche wie oben erläutert), vorzugsweise in Verbindung mit Farbübergängen in der Fläche, z. B. aufgrund von Spektralfarben der Ware, zu verwerten. Insoweit geht das erfindungsgemäße Verfahren ähnlich vor wie ein Kassierer, der etwa eine Packung Papiertaschentücher an ihrer Größe in Verbindung mit einem charakteristischen Farbübergang blau-weiß erkennt, ohne daß er die Packung öffnen muß, um sich von ihrem Inhalt zu überzeugen.

Wenn jeder Artikel des Sortiments durch eine Merkmalsgruppe charakteri­ siert ist, braucht er nur noch mit seinem Preis korreliert zu werden, um den Kassenbeleg auszudrucken. Bei einem großen Sortiment mit einigen zehntausend Artikeln würde aber immer noch viel Zeit benötigt, um alle Speicherplätze abzufragen. Deshalb ist es bevorzugt, mindestens ein wei­ teres Suchkriterium hinzuzunehmen. Bevorzugt ist, jeden Artikel des Sor­ timents mit einer Markierung, vorzugsweise einem Strichcode, zu verse­ hen, die automatisch erfaßbar ist und den Gegenstand identifiziert. Das Videosystem führt dann nur noch eine Plausibilitätsprüfung aus, indem das erfaßte Bild nur mit der einen Merkmalskombination verglichen wird, die unter der betreffenden Artikelbezeichnung gespeichert ist.

Vorzugsweise ist zusätzlich vorgesehen, daß als weiteres Suchkriterium das Gewicht des Gegenstandes verwendet wird, dies insbesondere bei Le­ bensmittelgeschäften, in denen die Kunden lose Artikel selbst auswiegen.

Bei der Umstellung eines Selbstbedienungsladens auf das neue System er­ folgt zunächst ein Training, indem alle Artikel des Sortiments mittels der (mindestens einen) Videokamera betrachtet werden, bis die charakte­ ristische Merkmalskombination eingespeichert ist. Es kann dabei vorkom­ men, daß es für Gegenstände zwei oder mehr charakteristische Merkmals­ kombinationen gibt, je nachdem, unter welchem Winkel sie betrachtet wer­ den, wobei die Schnittmenge beider nicht ausreicht, den betreffenden Ge­ genstand von einem anderen, ähnlichen zu unterscheiden. In diesem Fall sind mehrere solcher Merkmalskombinationen abzuspeichern und im späteren Betrieb mit den Ausgangssignalen der Videokamera bzw. ihres Bildverar­ beitungssystems zu vergleichen.

Nach Installation des Systems wird es natürlich immer wieder vorkommen, daß neue Artikel in das Sortiment aufgenommen werden. Unter dem neuen Artikelcode ist dann natürlich noch keine Merkmalskombination abgespei­ chert. Stellt die Recheneinheit dies fest, wird das Ausgangssignal der Videokamera auf einen Bildschirm zu einer Bedienungsperson übertragen. Diese stellt fest, ob der dem System noch unbekannte Gegenstand mit sei­ nem Code richtig eingegeben wurde oder nicht. Im ersteren Fall wird das System in den Lernmodus gebracht; Bildmerkmale werden abgespeichert, und der Lernvorgang wird so oft wiederholt, bis die charakteristische Merk­ malskombination gefunden ist.

Die erfindungsgemäßen Verfahren sind vielseitig gewerblich einsetzbar, insbesondere zur Steuerung einer Weichen-Vorrichtung, die bestimmte Ge­ genstände, die als bekannt identifiziert wurden, freigibt, beispielswei­ se in einen Entnahmebereich, von wo aus weitere Abläufe erfolgen können, während nicht wiedererkannte Gegenstände, die als unbekannt identifi­ ziert wurden, in einen Ablagebereich, wo sie einer anderen Bearbeitungs­ folge unterzogen werden, verbracht werden. Die von dem erfindungsgemäßen Verfahren abgegebenen Signale "BEKANNT" bzw. "UNBEKANNT" dienen als Steuersignale, gemäß denen die Weiche gesteuert wird. Es ist klar, daß die Weiche wiederum in einer größeren Einrichtung integriert sein kann, und die erfindungsgemäßen Verfahren dann, z. B. als Bestandteil, zur Steuerung dieser Einrichtung dienen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung der oben beschriebenen Verfahren weist mindestens eine Videokamera, eine Bildverarbei­ tungseinrichtung sowie Komparatormittel zur Durchführung der Vergleichs­ schritte auf. Vorteilhafte Weiterbildungen dieser Vorrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen näher erläutert, wobei

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer Warenschleuse ist, die über ein Verifikationssystem zum Erkennen und Wiedererkennen von Gegenständen verfügt; und

Fig. 2 ein Blockdiagramm des Verifikationssystems aus Fig. 1 ist.

In Fig. 1 ist in schematisierter Darstellung eine Warenschleuse 1 darge­ stellt. Die Warenschleuse 1 soll anstelle einer konventionellen Kasse z. B. am Ausgang eines Selbstbedienungsladens eingesetzt werden. Der Be­ griff der Schleuse findet insoweit eine Rechtfertigung, daß im Idealfall vorgesehen ist, daß Artikel aus dem Sortiment des Ladens diesen nur durch eine derartige Warenschleuse verlassen sollen, die somit das Mate­ rial ausschleust. Diese Schleusenfunktion soll sicherstellen, daß die ausgeschleusten Artikel alle verbucht und bezahlt werden.

Wird demgemäß die Warenschleuse 1 am Ausgang eines Selbstbedienungsla­ dens aufgestellt, liegt der proximal angeordnete Auflagebereich 2 der Warenschleuse innerhalb der Verkaufsfläche des Ladens, und der distal angeordnete Entnahmebereich 3 der Warenschleuse in einem Bereich außer­ halb der Verkaufsfläche, den ein Kunde regelmäßig ohne weitere Kontrol­ len verlassen kann.

Die Warenschleuse 1 weist eine Fördereinrichtung auf, die aus hinterein­ ander angeordneten Endlosbändern gebildet ist. Der Auflagebereich 2 ist durch das Einlauf-Förderband 10 gebildet, an das sich (in Material­ flußrichtung gesehen) eine Bandwaage 12, ein Zwischenförderband 14, ein Weichenförderband 16, und ein auf den Entnahmebereich 3 hin förderndes Auslauf-Förderband 18 anschließen. Die Arbeitsweise und Vorteile der Förderbänder wird im folgenden noch erläutert werden. Anstelle der För­ derbänder können auch angetriebene Rollen oder dergl. verwendet werden.

Im Auflagebereich 2 ist ferner ein Scanner 20 fest installiert, der Bar­ codes lesen kann, die auf den Artikeln des Warensortiments aufge­ druckt sind.

Im Bereich der Bandwaage 12 befindet sich eine Registriereinheit 22. Die Registriereinheit 22 weist eine kastenförmige Abschirmung 24 auf, in der 2 Videokameras 26 derart an zwei diametral gegenüberliegenden oberen Ecken angeordnet sind, daß sie den Raum oberhalb der Bandwaage 12 beobach­ ten. Die Abschirmung 24 schirmt den Bereich der Bandwaage 12 gegen Staub und dergl. ab, ferner aber auch gegen Fremdlicht, um Schwankungen in der Ausleuchtung dieses Bereichs zu verhindern.

Im Anschluß an die Abschirmung 24 ist eine gestrichelt dargestellte Hau­ be 28 vorgesehen, die ganz oder teilweise durchsichtig ist. Die Hau­ be 28 dient dazu, die gekaufte Ware des Kunden vor dem Zugriff unbe­ fugter Dritter zu schützen, während er im Auflagebereich 2 beschäftigt ist, wobei zugleich auch ein Zugriff des Kunden selbst verhindert ist.

Im Bereich der Haube 28 verläuft das Weichenförderband 16, das in Fig. 1 seine erste Endposition (Normalposition) einnimmt, und in Richtung des Pfeils 30 hin-und herschwenkbar ist. In seiner zweiten Endposition ist das Weichen-Förderband 16 derart mit seinem proximalen Ende nach oben verschwenkt angeordnet, daß alle (einer oder mehrere) daraufliegen­ den Artikel weiter in den Entnahmebereich gefördert werden, aber eine Öffnung für den nächstfolgenden, auszusondernden Artikel freigegeben wird, damit dieser auszusondernde Artikel in einen Sammelraum 32 geför­ dert wird. Dieser Sammelraum ist unterhalb der Fördereinrichtung ange­ ordnet und bildet einen vom Kunden nicht zugänglichen und von Auflage­ bereich 2 und Entnahmebereich 3 abgetrennten Zwischenablagebereich. Der Sammelraum 32 ist jedoch vom Bedienpersonal des Geschäfts durch eine nicht dargestellte ansonsten verriegelte Tür zugänglich, um entweder dort hineingeförderte Artikel manuell zu entsorgen, oder mit Hilfe da­ für angepaßter Fördermittel in die Fördereinrichtung zurückzufördern.

Anstelle eines Weichen-Förderbands sind andere Abzweigemittel vorsehbar, beispielsweise Falltüren, Schieber, Querübergaben etc. Insbesondere ist es möglich, vor dem Weichenförderband 16 ein weiteres Zwischenförderband vorzusehen, das gleichzeitig mit seinem distalen Ende nach unten ver­ schwenkt wird, um den einen darauf liegenden Artikel in den Sammelraum 32 zu fördern, wodurch ein geteiltes Abzweigemittel resultiert. Dieses Zwischenförderband kann auch an die Stelle des Weichenförderbandes tre­ ten, wobei dann auf dem Zwischen-Förderband sich immer nur ein Artikel befinden darf; dies wird dadurch sichergestellt, daß das Zwischen-För­ derband 14 schneller läuft als die Bandwaage 12 und somit eine Verein­ zelung bewirkt, jedoch beim Aussondern eines Artikels stillgesetzt wird.

Das Weichenförderband 16 wird in Abhängigkeit von einem Signal gesteu­ ert, daß als Ergebnis einer im weiteren noch beschriebenen Vergleichs­ operation erzeugt ist. Vor dem Weichenförderer 16 ist eine Lichtschranke 34 angeordnet, die ein Signal zum Stoppen der warenstromaufwärts ange­ ordneten Förderbänder 10, 12, 14 abgibt, wenn sie einen nicht auszuson­ dernden Artikel erfaßt und der Weichenförderer 16 nicht seine Normalpo­ sition einnimmt.

Am Auslaufende der Fördereinrichtung befindet sich eine Sperre 38 in Form einer Klappe, die mit der Haube 28 abschließt. Das Auslauf-Förder­ band 18 bildet somit einen Stauraum 40 für die Waren eines einzelnen Käufers. Erst wenn dieser signalisiert, daß er alle Gegenstände auf dem Einlauf-Förderband 10 abgelegt hat, beginnt eine Zeitperiode, die ausreicht, auch den zuletzt abgelegten Artikel in den Stauraum 40 (oder ggfs. in den Sammelraum 32) zu fördern, und nach deren Ablauf die Sperre die Waren freigibt. Sie gelangen dann auf einen als Rutsche aus­ gebildeten Packtisch 42. Erst dann wird auch eine (nicht dargestellte) Personensperre freigegeben, die bis dahin den Kunden von dem Entnahme­ bereich 3 trennt. Eine Lichtschranke 38 dient zur Meldung, wenn der Stauraum 40 voll sein sollte.

Unter Bezugnahme auf Fig. 2 werden weitere Komponenten der Warenschleuse 1 erläutert. Mit 50 ist ein Rechner bezeichnet, der in einem Speicher 52 in einem Lernprozeß abgespeicherte Daten als Datensätze mit Informatio­ nen über die Artikel des Warensortiments enthält.

Dem Rechner 50 wird von dem Lesegerät 20 die Artikelidentifikation zuge­ führt, die als Adresse für die Daten im Speicher 52 fungiert. Ferner ist auch ein Zwischenspeicher 54 vorgesehen, in dem die Artikelidentifika­ tion ebenfalls abgelegt wird. Der Rechner 50 erhält Gewichtssignale von der Bandwaage 12 und sowie die Bilddaten der Videokameras 26, aufberei­ tet in einer Bilddatenverarbeitung 56, die vorliegend mit dem Rechner 50 integriert ist.

Der Rechner hat einen mit "+" bezeichneten Ausgang "BEKANNT". Wenn an ihm ein Signal erscheint, wird der Zwischenspeicher 54 in eine Addier- und Bondruckeinheit 60 ausgelesen, in der auch die zu den jeweiligen Artike­ lidentifikationen gehörigen Preise abgespeichert sind. Es ist aber auch möglich, die Preise in dem Speicher 52 abzulegen, und dem Gerät 60 be­ reitzustellen.

Der Rechner hat ferner einen mit "-" bezeichneten Ausgang "UNBEKANNT". Wenn an diesem ein Signal erscheint, wird das Weichenförderband 16 für einen definierten Zeitraum zur Aussonderung unbekannter Artikel in seine zweite Endposition nach oben verschwenkt. In den Sammelraum 32 ausgeson­ derte Artikel werden natürlich bei der Berechnung des Kaufpreises stor­ niert, und entsprechende Befehle dem Gerät 60 übermittelt.

Die Realisierung von Rechner 50, Speicher 52, Zwischenspeicher 54 und Bilddatenverarbeitung 56 kann in einem gemeinsamen Rechner erfolgen.

Um unnötige und personalaufwendige Laufereien zu verhindern, ist es mög­ lich, bei einem Schleusensystem, welches beispielsweise ein Großteil der Kassen eines Supermarkts stellt, an einer zentralen Stelle mit einer Leitebene auszustatten, die beispielsweise mit einem Bildschirm versehen ist, der mit den Videokameras 26 in Verbindung steht und jeweils dann aktiviert wird, wenn ein Unbekannt-Signal vom Rechner 50 erzeugt wird, jedoch noch ausreichend Zeit bis zu einer Betätigung des Weichenförder­ bands 16 besteht. Eine Bedienperson kann dann in einer Einblendung von einigen Sekunden Dauer die als unbekannt angesehene Ware auf dem Bild­ schirm beobachten, wobei vorzugsweise eine Artikelbeschreibung, die in einem mit der Markierung adressierbaren Datensatz abgespeichert ist, auf dem Bildschirm eingeblendet wird, so daß die Bedienperson in einer Ja- Nein-Entscheidung beurteilen kann, ob der betrachtete Gegenstand als be­ kannt beurteilt werden soll. Nur wenn die Bedienperson ein entsprechen­ des Signal auslöst, wird das Unbekannt-Signal "überstimmt" und die Ware in den Stauraum 40 weiterbefördert. Es versteht sich, daß, wenn die Be­ dienperson keinen Befehl auslöst, das Unbekannt-Signal nicht verändert wird. Mit einer solchen zentralen Leitebene läßt sich bereits der größte Teil der von dem Verifikationssystem als unbekannt angesehenen Artikel dennoch verbuchen. Es ist ein besonderer Vorteil, der diese Warenschleu­ se auszeichnet, daß eine Überwachung durch den Menschen für den runden unbemerkt bleibt, nur wo sie benötigt ist auch aktiviert wird, und keine anderen Videokameras hierfür erforderlich sind als diejenigen, die zur Erfassung der Artikel verwendet werden.

Es ist möglich, zwischen dem Sammelraum 32 und der Fördereinrichtung ei­ nen weiteren verschwenkbaren Bandförderer vorzusehen, der es ermöglicht, ursprünglich abgelehnte Artikel in den Bereich des Auslauf-Förderbands 18 zurückzufördern, so daß diese Artikel in den Stauraum 40 gelangen. Diese Vorrichtung wird nur in seltenen Fällen benötigt werden, weshalb sie in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel nicht vorgesehen ist. Statt dessen kann eine Bedienperson, die den ausgesonderten Artikel aus dem Sammelraum 32 nimmt, sich durch eine Identifizierung (z. B. Paß­ wort, Karte) als autorisiert ausweisen, und das Verifikationssystem für jeweils einen Artikel stummsetzen, d. h. der Rechner gibt hierfür ein BE­ KANNT-Signal ab, und die Bedienperson kann daher, sozusagen in letzter Instanz, das System überstimmen. Es kann vorgesehen werden, daß in die­ sem Fall zu Kontrollzwecken die Leitebene ebenfalls informiert wird, und den Artikel beobachten kann. Die Bedienperson wird immer dann gerufen, wenn ein Artikel ausgesondert wird. Dann wird mit dem Ende der Bearbei­ tung der Artikel in der Warenschleuse solange gewartet, bis auch die ur­ sprünglich ausgesonderten Artikel verbucht wurden. Es ist aber auch möglich, die Bedienperson nur auf Anforderung durch den Kunden, z. B. über eine Ruftaste, in Marsch zu setzen.

Es ist möglich, im Auflagebereich 2 um das Einlauf-Förderband 10 zusätz­ lich eine Kartenleseeinrichtung vorzusehen, die eine Kundenkarte, eine Kreditkarte, eine Scheckkarte oder eine andere, einem Zahlungsmittel gleichzusetzende Personenidentifikation liest und erst im Anschluß dar­ an eine Bedienung des Lesegeräts 20 zur Erfassung von Waren zuläßt. In einer einfacheren Variante ist diese Vorrichtung so ausgebildet, daß sie Münzen und Geldscheine annimmt, also anonym arbeitet. Diese verhältnis­ mäßig einfach zu realisierende Maßnahme beschleunigt die Abfertigung der Kunden, da sichergestellt ist, daß diese nicht wegen mangelnder Liquidi­ tät und/oder Bonität nicht bezahlte Ware zurückgeben müssen. Ferner er­ möglicht dies eine Automatisierung des Zahlungsvorgangs, so daß auch hier Bedienpersonal weitestgehend nicht mehr erforderlich ist. Im Falle einer Personenidentifikation lassen sich Hausverbote leichter überwachen und z. B. gute Kunden direkt ansprechen. Hierfür kann beispielsweise vor­ gesehen sein, daß ein interaktives System mit Werbedisplays oder der­ gleichen vorgesehen ist, das den Kunden begrüßt, wobei dieses gleichzei­ tig genutzt werden kann, um die erfaßten Waren und deren Preise anzuzei­ gen, und insbesondere den noch zur Verfügung stehenden Geldbetrag bzw. die bisherige Summe darzustellen, also wie ein Gerät 60. Dies eröffnet auch einen eleganten Weg, Daten über bestimmte Kunden zu erheben, bei­ spielsweise über ihre Ernährungsgewohnheiten und Vorlieben. Es ist dann auch möglich, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel durch eine Zeit­ steuerung geöffnete Sperre 38 des Stauraums 40 in einigen Fällen an die Benutzung derselben Kundenkarte zu koppeln, die im Auflagebereich 2 be­ reits einmal verwendet wurde.

Kameras 26 und Bandwaage 12 sind Komponenten eines Verifikationssystems der Registriereinrichtung, das im Rahmen der Warenschleuse 1 zur Plausi­ bilitätsüberprüfung ein Verfahren zum Erkennen und Wiedererkennen von vom Kunden selbst gescannten Artikel-durchführt. Nach dem Scan-Vorgang des Lesegeräts 20 werden die Artikel auf die Fördereinrichtung, die aus den geschilderten Förderbändern 10, 12, 14, 16, 18 besteht, abgelegt und in den Bereich der Abschirmung 24 gefördert.

Der Artikelcode, gegebenenfalls erweitert um das Sollgewicht der Ware, wird vom Lesegerät 20 mit ergänzenden Informationen über einen Kassen­ rechner 50 dem Verifikationssystem mitgeteilt. Im Gegensatz zu bekannten "Selfscanning"-Ansätzen ist die einzige Anforderung an die Artikelzufüh­ rung, daß die Artikel nacheinander (bedingt durch den Ausschleusungsme­ chanismus bei 16) mit minimalem Abstand auf dem Band 10 angeordnet sind. Auch eine begrenzte Vertauschung von Artikeln ist zulässig, wie noch ge­ schildert wird. Dies hat zum Vorteil, daß sich gleichzeitig mehrere Arti­ kel auf der Bandwaage 12 und somit im Sichtbereich der Kameras 26 befin­ den können.

Das Verifikationssystem ermittelt über die Bandwaage 12 das Artikelge­ wicht und mit Hilfe der Bilddatenverarbeitung 56 ausgehend von den von den Kameras 26 beobachteten Bildern eine Vielzahl von geometrischen und auf den Farbinformationen basierenden Kenngrößen. Das aktuelle Artikel­ gewicht und die optisch gewonnenen Kenngrößen werden mit den Sollgrößen in einer gespeicherten Datenbasis, abgelegt in Datensätzen, die unter dem zugehörigen Artikelcode adressierbar sind, verglichen.

Die Kameras 26 beobachten direkt oder über (nicht dargestellte) Spiegel aus unterschiedlichen Perspektiven den Bereich der Bandwaage 12, die so­ mit gleichzeitig als optischer Hintergrund dient. Der Bereich der Band­ waage 12 - einschließlich eines Teils des zuführenden Bandes 10 sowie des abgehenden Bandes 14 - sind gegen Störlicht und gegen Beeinflussung durch den Kunden abgeschirmt, hier z. B. in der Abschirmung 24 einge­ haust.

Als Kameras 26 kommen handelsübliche Farb-CCD-Kameras (Ein-Chip- oder Drei-Chip-Kameras) zum Einsatz. Aus Kostengründen werden Ein-Chip-Farb- CCD-Kameras eingesetzt. Prinzipiell ist auch die Verwendung von Farb- Zeilenkameras möglich.

Über die Bilddatenverarbeitung 56 wird ferner der Anfang und das Ende der Bandwaage 12 überwacht. Immer dann, wenn sich ein Artikel vollstän­ dig auf der Waage 12 befindet und gerade kein Artikel die Waage 12 ver­ läßt bzw. ein Artikel die Waage 12 vollständig verlassen hat und kein Artikel die Waage 12 betritt, kann ein Gewicht der auf der Waage liegen­ den Artikel ermittelt werden. Aus der Kenntnis des zuletzt ermittelten Gewichtes und der Anzahl und ggf. auch des Gewichtes der sich auf der Waage 12 befindlichen Artikel, können dann die Gewichte von unbekannten Artikeln, z. B. Artikeln ohne Stück-Gewicht in dem Datensatz, errechnet werden. Prinzipiell ist eine derartige Aufgabe auch mit Lichtschranken anstelle der Kamerasysteme 26 zu lösen. Nachteilig wirkt sich bei Ver­ wendung von Lichtschranken aus, daß diese flache und dünne Artikel nicht sicher detektieren können. Durch die oben geschilderten Schritte zum gleichzeitigen Wiegen einer quasi endlosen Folge unter Einsatz von Vi­ deo-Kameras und einer Bilddatenverarbeitung wird eine schnelle Verbu­ chung gekaufter Gegenstände ermöglicht, die gegenüber einzeln getrig­ gerten Systemen den Durchsatz um ein Vielfaches steigern.

Zur Charakterisierung eines Artikels werden Kombinationen von lokalen geometrischen und auf der Farbinformation basierenden Merkmalen genutzt. Die geometrischen Merkmale werden aus dem "Schwarz-Weiß-Bild" der Kame­ ras ermittelt und sind als charakteristische "Ecken und Kanten" eines Artikels zu interpretieren. Dabei wird nicht nur der äußere Umriß be­ rücksichtigt, sondern auch Strukturen auf der Oberfläche, die einen ent­ sprechend hohen Intensitätsunterschied aufweisen. Aus den Farbanteilen des Videobildes werden charakteristische Farb-Kanten-Übergänge ermit­ telt. Ein Farb-Kanten-Übergang beschreibt, welche Farben auf einem Arti­ kel direkt aneinandergrenzen. Die geometrischen Merkmale und die Farb- Kanten-Übergänge bilden je einen Merkmalsvektor. Die beiden Merkmalsvek­ toren werden anschließend verknüpft, wodurch sich ein resultierender Vektor ergibt, der die Inhalte beider Einzelvektoren miteinander ver­ knüpft, d. h. ein Farb-Kanten-Übergang ist jeweils mit der geometrischen Form bzw. dem Ort, an der er auftritt, verknüpft (topologisch codierte Farb-Kanten-Übergänge). Für einen Artikel kann der verwendete Merkmals­ vektor aus 200 Einzelmerkmalen oder mehr bestehen.

Die Gewichte und die obengenannten optischen Merkmale eines Artikels des Sortiments sind zunächst nicht bekannt. Das Verifikationssystem muß daher zunächst im Rahmen eines Lernvorgangs diese artikelspezifischen Größen erfassen und in einer Datenbasis als Datensatz ablegen. Bei im Geschäft abgewogenen Artikeln, z. B. Obst und Gemüse, erfaßt der Scanner den aus­ gewiesenen Preis, und das Verifikationssystem ermittelt das Sollge­ wicht, ausgehend von dem in der Datenbasis abgelegten Preis-kg. Damit können zum Abwiegen der Artikel auch nichtgeeichte Waagen, die keine Ge­ wichtsangaben ausdrucken dürfen, verwendet werden.

Im Lernmodus des Verifikationssystems werden zunächst in dem Verfahren zum Erkennen eines Artikels der Warenschleuse 1 Artikel in verschiedenen Perspektiven präsentiert. Zu jeder Ansicht werden die obengenannten Merkmale generiert und zwischengespeichert. Der anschließende Verknüp­ fungsschritt faßt die jeweils für eine Perspektive spezifischen Merkmale als Vektor zusammen und legt diese anschließend im eigentlichen Merk­ malsvektor als Merkmalssatz ab, der später dann für den Auswertebetrieb zur Verfügung steht.

Im einem Schleusensystem mit mehreren Warenschleusen 1 erfolgt die Merk­ malserfassung an den einzelnen Warenschleusen. Die Merkmale werden dann zur Durchführung der nächsten Schritte auf einen zentralen Server gege­ ben. Die im Rahmen des Lernverfahrens erstellte neue oder aktualisierte Datenbasis wird anschließend wieder an die einzelnen Warenschleusen wei­ tergegeben. Somit wird vorteilhaft sichergestellt, daß alle Kassen über eine identische Datenbasis verfügen.

Im laufenden Auswertebetrieb, also wenn Waren aus dem Sortiment wieder­ erkannt werden, erhält das Verifikationssystem von dem Lesegerät 20 den Artikelcode mit ergänzenden Informationen, wie Bon-Nummer, Bon-Zeilen­ nummer, Warengruppe, Artikeltext, Preis und ggf. Gewicht. Vom Verifika­ tionssystem werden die optischen Merkmale und das Gewicht wie oben er­ wähnt ermittelt. Bei Konsistenz des erfaßten Merkmals mit dem abgelegten Datensatz (XOR-Verknüpfung des ermittelten und des Vektors aus der Da­ tenbasis) wird der Artikel akzeptiert, indem ein bekannt-Signal er­ zeugt wird. Für den Fall von Inkonsistenzen - fehlerhaftes Gewicht, der ermittelte Merkmalssatz läßt sich nicht in ausreichendem Maße auf den Vektor der Datenbasis abbilden - wird ein unbekannt-Signal erzeugt, und ferner ein Videobild oder eine Videosequenz des Artikels mit den oben­ genannten ergänzenden Artikelinformationen einem menschlichen Supervi­ sor präsentiert. Überstimmt der Supervisor nicht das abweisende Si­ gnal, wird der Artikel ausgeschleust. Nicht gescannte Artikel, die auf das Förderband gelangen, werden im vorliegenden Ausführungsbeispiel direkt ausgeschleust. Gegenüber der "strengen" UND-Verknüpfung der be­ kannten Verifikationssysteme hat die XOR-Verknüpfung den Vorteil, daß sie beim Auftauchen von ansonsten gut an den Datensatz anpaßbarer Merk­ malssätze eine bessere Toleranz gegenüber "Ausreißern" bewirkt.

Der Supervisor kann ferner die Durchführung eines Lernschritts wie oben beschrieben veranlassen, so daß ein zuvor abgewiesener Artikel künftig angenommen wird. Es ergeben sich somit zwei Lernverfahren, ein "offli­ ne" und ein "online"-Lernverfahren. Im offline Verfahren wird die Wa­ renschleuse in einen Lernmodus versetzt und bislang unbekannte Artikel zugeführt, wobei die nicht benötigten Funktionen der Warenschleuse 1, wie Addieren, Ausschleusen etc. ausgestellt sind. Beim online Verfah­ ren werden im laufenden Wiedererkennungsbetrieb Artikelmerkmale erfaßt und ein zusätzlicher Lernschritt ausgelöst, wenn ein Artikel mehrfach von dem System als unbekannt bewertet, aber manuell als bekannt be­ stätigt wurde.

Es ist jedoch auch möglich, für nichtgescannte Artikel den Merkmalsatz mit allen in der Datenbasis vorhandenen Vektoren zu vergleichen und zu prüfen, ob es einen gibt, der in einem besonders hohen Maße in Überein­ stimmung mit dem erfaßten Merkmalsvektor zu bringen ist. Es ist möglich vorzusehen, daß dann der nichtgescannte Artikel dennoch verbucht wird, so daß keine "Bestrafung" des Kunden (und des Händlers) durch Nicht-Ver­ kauf eintritt, wenn er den Scanner nicht ordnungsgemäß bedient hat. Es leuchtet ein, daß dieses für einen nichtgescannten Artikel durchgeführte umfassende Vergleichs-Verfahren grundsätzlich für jeden Artikel durchge­ führt werden könnte, wodurch die Arbeitsgeschwindigkeit der Warenschleu­ se jedoch stark herabgesetzt werden würde. Eine derartige Ausgestaltung macht daher insbesondere in solchen Bereichen Sinn, wo ein kleines Wa­ rensortiment vorliegt, oder aber ausschließlich sehr unterschiedliche Gegenstände, die leicht auseinandergehalten werden können, so daß der Schwellenwert für die Wiedererkennung niedrig angesetzt werden kann, oder aber dort, wo schnelle Recheneinheiten zur Durchführung der Ver­ gleiche zur Verfügung stehen. Als Kompromißlösung ist möglich, nur den­ jenigen Bereich der Datenbasis zu Wiedererkennungsverfahren heranzuzie­ hen, der mit den von der Bandwaage 12 erfaßten Gewichtsdaten innerhalb gewisser Toleranzen übereinstimmt. In einem solchen Fall wäre es sinn­ voll, die Datenbasis nach Gewicht sortiert abzulegen, um einen raschen Zugriff zu gewährleisten.

Um eine Gesamtabfrage der Datenbasis zu vermeiden, da möglicherweise auf der Fördereinrichtung lediglich eine Vertauschung in der Reihenfolge der Artikel gegenüber der Reihenfolge beim Lesen der Strichcodes stattgefun­ den hat, ist vorgesehen, die von dem Lesegerät 20 erfaßten Artikelcodes in dem Zwischenspeicher 54 abzulegen. Stimmt in einer Folge von geprüf­ ten Waren ein Artikel nicht mit dem entsprechend erstfolgenden Code im Zwischenspeicher 54 überein, werden die zwischengespeicherten nachfol­ genden Codes überprüft, ob eine Übereinstimmung herstellbar ist. Ist dies der Fall, gilt der Artikel als bekannt, es wird aber der entspre­ chende Code aus dem Zwischenspeicher gelöscht, so daß im Endergebnis für diesen gelöschten Strichcode keine weiteren Plausibilitätsprüfungen mehr vorgenommen werden. Da Vertauschungen auf dem Band eine häufige Ursache für zurückgewiesene Artikel sind, bewirkt diese Variante des Wiederer­ kennungsverfahrens eine deutliche Verbesserung des Warendurchsatzes.

Ein bedeutender Aspekt bei der Bildverarbeitung im allgemeinen und bei der Steuerung einer Warenschleuse im besonderen besteht darin, daß gut geeignete Schwellenwerte zu ermitteln sind, die das Mindestmaß an Über­ einstimmung zum Ausdruck bringen, das erforderlich ist, um einen Artikel als bekannt einzustufen. Hierzu ist zu bemerken, daß in Selbstbedie­ nungsläden die überwiegende Mehrzahl der verkauften Artikel Markenarti­ kel sind, die mit ausgesprochen typischen Verpackungen versehen sind, also spezifische Farbgebung und Design zur Schaffung eines hohen Wieder­ erkennungswerts beim Kunden aufweisen. Andererseits sind jedoch auch Wa­ ren zu berücksichtigen, die ein zu anderen Waren sehr ähnliches Design aufweisen, oder aber in einem bestimmten Bereich streuen. Beispielsweise abgepackter Aufschnitt unterscheidet sich in seiner Erscheinung von Pac­ kung zu Packung, ebenso sind Obst- und Gemüsesorten oft mit verschiede­ nen Farbtönen, von Stück zu Stück unterschiedlich, durchsetzt. Für die geeignete Auswahl der Maßzahl ist demnach einerseits der Abstand zu Merkmalsvektoren anderer Waren zu berücksichtigen, andererseits die Streubreite innerhalb ein- und derselben Ware. Da solche Angaben nicht absolut erfolgen können, da sich das Warensortiment und die Verpackungen von Waren aus dem bestehenden Sortiment ständig ändern können, kann vor­ gesehen werden, daß statistische Angaben zu jedem einzelnen bei der Ge­ nerierung des Merkmalsvektors zugrunde liegenden Bildes ermittelt werden und diese während des Lernvorgangs bei der Festlegung der Maßzahlen be­ rücksichtigt werden, weiterhin kann vorgesehen sein, daß für die inner­ halb der Datenbasis abgelegten Datensätze die Maßzahlen in Abhängigkeit zu dem Abstand zu den nächstliegenden Datensätzen beeinflußt werden.

Claims (21)

1. Verfahren zum Anlegen einer Datenbasis zur Abspeicherung von Informationen über charakteristische Merkmale einer Vielzahl verschiede­ ner Artikel als Datensatz, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

• (a) Beobachten eines Artikels unter unterschiedlichen Winkeln mit­ tels mindestens einer Videokamera;
• (b) Zerlegung des von der mindestens einen Videokamera erfaßten Bildes des Artikels mittels einer Recheneinheit in charakteristische Merkmale gemäß mindestens einem vorgegebenen Auswertekriterium;
• (c) Verknüpfen einer Untermenge der charakteristischen Merkmale zu mindestens einem als Datenvektor ausgebildetem Merkmalssatz;
• (d) Falls bereits ein Datensatz für den Artikel existiert, Ver­ gleichen des mindestens einen Merkmalssatzes mit dem Datensatz aus der Datenbasis, und Speicherung eines aus Datensatz und Merkmalssatz gene­ rierten gemittelten Datensatzes, wenn der Vergleich ein einen mit dem Datensatz gespeicherten Schwellenwert übersteigendes Maß an Übereinstim­ mung aufweist;
• (e) Falls kein Datensatz für den Artikel existiert, oder der Da­ tensatz zu verschieden ist, Abspeichern eines Datensatzes mit den Merk­ malen des Merkmalssatzes.

2. Verfahren zum Wiedererkennen eines Probanden aus einer Menge bekannter Artikel, bei dem eine Datenbasis zur Abspeicherung von Infor­ mationen über charakteristische Merkmale eines jeden bekannten Artikels als Datensatz vorgesehen ist, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

• (a) Beobachten des Probanden unter unterschiedlichen Winkeln mit­ tels mindestens einer Videokamera;
• (b) Zerlegung des von der mindestens einen Videokamera erfaßten Bildes des Probanden mittels einer Recheneinheit in charakteristische Merkmale gemäß mindestens einem vorgegebenen Auswertekriterium;
• (c) Verknüpfen einer Untermenge der charakteristischen Merkmale zu mindestens einem als Datenvektor ausgebildetem Merkmalssatz;
• (d) Vergleichen des mindestens einen Merkmalssatzes mit wenigstens einem Datensatz aus der Datenbasis, und Ausgabe eines BEKANNT-Signals, wenn der Vergleich ein einen mit dem Datensatz gespeicherten Schwellen­ wert übersteigendes Maß an Übereinstimmung aufweist, und eines UNBE­ KANNT-Signals sonst.

3. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch im Anschluß an den Schritt (d) ausgeführte Schritte

• (e) Falls kein dem Probanden entsprechender Datensatz existiert, Abspeichern eines Datensatzes mit den Merkmalen des Merkmalssatzes; und
• (f) Falls bereits ein Datensatz für den Artikel existiert, Ver­ gleichen des mindestens einen Merkmalssatzes mit dem Datensatz aus der Datenbasis, und Speicherung eines aus Datensatz und Merkmalssatz gene­ rierten gewichteten Datensatzes, wenn der Vergleich ein einen mit dem Datensatz gespeicherten Schwellenwert übersteigendes Maß an Übereinstim­ mung aufweist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die im Zerlegungs-Schritt (b) zugrundegelegten Merkmale die sichtbaren Kantenübergänge und/oder Farbübergänge auf dem Bild sind.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die im Verknüpfungs-Schritt (c) verknüpften Merkmale unter mehr als einem Winkel beobachtbar waren.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß im Vergleichs-Schritt (d) weitere Kriterien, die durch an­ dere Mittel erfaßt werden, mit im Datensatz abgespeicherten, die weite­ ren Kriterien repräsentierenden Daten verglichen werden, und das Ver­ gleichsergebnis der weiteren Kriterien zur Beurteilung des Übereinstim­ mungsmaßes herangezogen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als weiteres Kriterium das Gewicht des Artikels berücksichtigt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß vor dem Beobachtungs-Schritt (a) eine artikelspezifische Markierung des zu beobachtenden Probanden/Artikels gelesen wird, und in dem Vergleichs-Schritt (d) der Merkmalssatz zunächst mit einem durch die artikelspezifische Markierung adressierbaren Datensatz verglichen wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die gelesenen Markierungen der Probanden in einen Zwischenspeicher ge­ schrieben werden, daß in dem Vergleichs-Schritt (d) der Merkmalssatz in einer Reihenfolge der zwischengespeicherten Markierungen mit durch die artikelspezifische Markierung adressierbaren Datensätzen verglichen wird, und im Falle eines BEKANNT-Signals die der Adressierung des Da­ tensatzes zugrundeliegende Markierung aus dem Zwischenspeicher gelöscht wird.

10. Verfahren zum Erkennen einzelner Gegenstände, bei dem die Ge­ genstände unter unterschiedlichen Winkeln mittels mindestens einer Vi­ deokamera aufgenommen werden, die Bilddaten abgespeichert werden und Ge­ meinsamkeiten der Daten einzelner Bilder, die für den betreffenden Ge­ genstand charakteristisch sind, als Suchkriterien für das Wiedererkennen verwendet werden.

11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die Daten der Umrisse und/ oder Farbübergänge der Gegenstände verwertet werden.

12. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem für das Wiedererkennen mindestens ein weiteres Kriterium berücksichtigt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem ein weiteres Kriterium das Gewicht des Gegenstandes ist.

14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, bei dem ein weiteres Kri­ terium eine an dem Gegenstand angebrachte Markierung ist.

15. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, mit

• - mindestens einer Videokamera (26) zur Durchführung eines Beobachtungs-Schritts;
• - einer Bildverarbeitungseinrichtung (56) zur Durchführung ei­ nes Zerlegungs-Schritts und eines Verknüpfungs-Schritts;
• - einem Komparatormittel (50) zur Durchführung eines Ver­ gleichs-Schritts.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Videokamera (26) schwenkbar angeordnet ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein bewegbarer Träger (10, 12, 14) zur Bewegung des Probanden bzw. des Artikels im Sichtfeld der mindestens einen Videokamera (26) vorgesehen ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger als Förderband (12) ausgebildet ist.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zwei Farb-CCD-Kamera (26) vorgesehen sind, die einen überlappendes, aber voneinander verschiedenes Sichtfeld aufweisen.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch ge­ kennzeichnet, daß Beleuchtungsmittel vorgesehen sind, die in einem von Fremdlicht abgeschirmten Bereich (24) gemeinsam mit der mindestens einen Videokamera (26) angeordnet sind.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungsmittel mit einer oder mehreren Wellenlängen getaktet oder hintereinander angeordnet sind.