DE2302731A1 - Vorrichtung zur optischen abtastung eines musters und erzeugung eines kodesignals - Google Patents

Description

Patentanvälte Dipl.-Ing. F. Weickmann,

Dipl.-Ing. H.Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K.Fincke Dipl.-Ing. F. A-Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

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Vorrichtung zur optischen Abtastungjeines Husters und Erzeugung eines Kodesignals

Die Erfindung betrifft-»ine/ Vorrichtung zur optischen Abtastung eines Musters und Erzeugung eines quantisierten, das Muster kennzeichnenden Kodesignals, mit einem aufeinander folgende Bereiche eines mit dem Muster versehenen Objekts abtastenden Kopf und zumindest zwei Farbdetektoren, deren Ausgangssignale die Erzeugung des Kodesignals steuern. Unter einem "Muster" soll im folgenden jede mögliche Anordnung einer oder mehrerer Farben verstanden werden, die regelmäßig oder unregelmäßig ausgebildet.ist und gegebenenfalls künstlerische Merkmale aufweist.

Es wurde bereits ein Verfahren und eine Einrichtung zur optischen Abtastung eines Musters und zur Erzeugung eines das Muster kennzeichnenden Kodesignals bei mehreren Musterfarben vorgeschlagen. Dieses Verfahren wird insbesondere zur Erzeugung von Steuersignalen für automatische Textil- oder Strickmaschinen

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ORIGINAL INSPECTED

verwendet. In solchen Maschinen ist es erforderlich, ein Eingangssignal in kodierter Darstellung· zuzuführen, das ein durch die Maschine zu erzeugendes Muster repräsentiert. Da solche Maschinen das Produkt reihenweise aufbauen, werden die Kodesignale vorteilhaft in Binärdarstellung erzeugt und kennzeichnen auch das Muster reihenweise. Jede Reihe enthält eine Vielzahl von Informationseinheiten, die aufeinander folgende Elemente des Musters kennzeichnen. Diese Elemente haben übereinstimmende Größe, diese Größe wird durch die Abtastvorrichtung bestimmt und ist unabhängig von dem Aufbau des Musters selbst.

Die optische Abtastung erfolgt mittels eines Abtastkopfes, der kontinuierlich oder schrittweise über aufeinander folgende Reihen des Musters hinwegbewegt wird. Der Kopf kann eine Anordnung zur Beleuchtung der Elemente eines das Muster tragenden Objekts enthalten, ferner sind Farbdetektoren vorgesehen, die auf die Farbe des beleuchteten Flächenelements reagieren und ein elektrisches Signal erzeugen, das diese Farbe kennzeichnet. Da die Größe und die Position aufeinander folgender Elemente des Musters durch die Abtastvorrichtung bestimmt und unabhängig von der Art des Musters selbst aind, tritt oft der Zustand auf, daß ein beleuchtetes Flächenelement zwei oder mehr Farben enthält. Dadurch entsteht eine Mehrdeutigkeit des kodierten Signals, da die Detektoren der Abtastvorrichtung, die auf jeweils eine Farbe ansprechen, dann mehrere Ausgangssignale liefern, die in das Kodesignal eingebaut werden. Dadurch wird das Kodesignal für diese Flächenelemente unlesbar, oder das Kodesignal enthält ein Fehlerelement, das eine Farbe kennzeichnet, die in dem zu kodierenden Muster nicht auftritt.

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Dioses Problem tritt besonders bei solchen Mustern auf, die eine oder mehrere Demarkationslinien zwischen unterschiedlichen Farben aufweisen, welche unter einem kleinen Winkel zur Abtastlinie verlaufen, da dann die Mehrdeutigkeit über mehrere aufeinander folgende Flächenelemente des Musters hinweg auftreten kann.

Die Erfindung vermeidet diese Nachteile und Schwierigkeiten für eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch, daß AbfrageSchaltungen zur Abtastung der Ausgangssignale der Farbdetektoren mit einer vorbestimmten gegenüber der Quantisierungsfrequenz größeren Abfragefrequenz vorgesehen sind, die mit Steuerschaltungen verbunden sind, welche bei einer Farbänderung des Musters eine entsprechende Änderung des Kodesignals verhindern, wenn die Ausgangssignale der Farbdetektoren nicht für mindestens eine vorbestimmte Anzahl von Abfragevorgängen jeweils nur eine Farbe kennzeichnen.

Das Quantisierungsintervall des Signals wird normalerweise durch den Genauigkeitsgrad bestimmt, der durch den Anwendungszweck des Signals vorgegeben ist (innerhalb der mechanischen Grenzen der Abtastvorrichtungen, beispielsweise Größe des Lichtpunktes usw). Die Quantisierung des Signals wird mit einer Vorrichtung erreicht, die nicht unmittelbar zur Erfindung gehört und der das Ausgangssignal einer Vorrichtung nach der Erfindung zugeführt wird. Die Abtastung kann schrittweise oder kontinuierlich erfolgen, jedes Musterelement wird dabei aus mehreren, normalerweise zehn, primären Abfragevorgängen zusammengesetzt. Dieser Vorgang ist durch die Abtastgeschwindigkeit und die Abfragefrequenz bestimmt.

Gemäß einer vorzugsweisen Ausführungsform kann die Vorrichtung nach der Erfindung derart weiter ausgebildet sein, daß die AbfrageSchaltungen mehrere Schieberegister umfassen, die die

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Ausgangssignale der Farbdetektoren empfangen und deren parallele Ausgangssignale jeweils auf eine Verknüpfungsschaltung geführt sind, die nur dann ein Ausgangssignal abgibt, wenn mindestens eine vorbestimmte Anzahl der parallelen Ausgangssignale denselben Zustand aufweisen wie deren Eingangssignale.

Vorzugsweise liegt die Abfragefrequenz in der Größenordnung der zehnfachen Quantisierungsfrequenzϊ ferner ist die vorbestiiamte Zahl der parallelen Ausgangs signale der Schieberegister drei oder vier.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm einer Vorrichtung nach der Erfindung und

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Teils eines Musters aus aufeinander folgenden Elementen, die mit einer Vorrichtung nach Fig. 1 abgetastet werden.

In Fig. 1 ist innerhalb einer gestrichelten Umrandung 11 ein Abtastkopf dargestellt, der eine Lichtquelle 12 sowie einen Lichtleiter 13 zur Führung des Lichtes von der Quelle 12 auf die Oberfläche eines Objekts 14 enthält, das ein abzutastendes Huster trägt. Der Abtastkopf enthält ferner zwei optische Detektoren mit Lichtleitern 15 und 16, die jeweils zu Farbfiltern 17 und 18 führen, welche vor der empfindlichen Fläche jeweils einer fotoelektrischen Anordnung 19 und 20 angeordnet sind. Die Farbfilter17 und 18 sind so gewählt, daß die kombinierten Ausgangs signale der fotoelektrischen Anordnungen 19 und 20 beim dargestellten Ausführungsbeispiel eine eindeutige Repräsentation von bis zu vier unterschiedlichen Farben des Küsters liefern.

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Jede fotoelektrische Anordnung 19 und 20 ist so vorgesehen, daß sie nur dann ein elektrisches Ausgangssignal liefert, wenn auf ihre empfindliche Fläche Licht fällt. Das Ausgangssignal eines jeden Detektors hat einen hohen Wert, wenn Licht im Durchlässigkeitsband des zugeordneten Farbfilters vorhanden ist, der jeweils entgegengesetzte Zustand wird durch einen niedrigen Ausgangssignalpegel gekennzeichnet. Die hohen und niedrigen Pegelzustände werden in logische Zustände 1 und 0 mittels Verstärkern 21 und 22 umgewandelt, denen Diskriminator en 23 und 24 nachgeschaltet sind. Die Farbfilter 17 und 13 ermöglichen die Einwirkung von Licht mit vorgegebenen Wellenlängenbereichen auf die Detektoren 19 und 20, so daß das Ausgangssignal eines Detektors anzeigt, daß Licht innerhalb eines vorgegebenen Frequenzbereichs in dem jeweils abgetasteten Element des Musters vorliegt, während der andere Detektor anzeigt, daß Licht innerhalb eines zweiten vorbestimmten Frequenzbereichs des jeweils abgetasteten Elements vorliegt. Venn jedes Filter so ausgewählt ist, daß der jeweils durchgelassene Frequenzbereich denjenigen des anderen Filters überlappt, so wird bei gleichzeitigem Auftreten von Ausgangssignalen beider Detektoren damit angezeigt, daß eine Farbe innerhalb,des Bereichs der sich überlappenden Frequenzen auf dem jeweils abgetasteten Flächenelement auftritt oder daß beide Farben gleichzeitig vorhanden sind, wie dies beispielsweise bei einem weißen Element der Fall sein kann. Tritt ein Ausgangssignal des Detektors 20 und kein Ausgangssignal des Detektors 19 auf, so wird dadurch angezeigt, daß die Farbe des abgetasteten Elements oder zumindest die Farbe des grüßten Teils dee abgetasteten Elements in demjenigen Teil des Frequenzbereichs der durch das Filter 18 durchgelassenen Farben liegt;, der nicht mit dem Frequenzbereich des Filters 17 überlappt. In ähnlicher Veise wird bei Fehlen eines Auegangssignals beider fotoelektrischer Anordnungen angezeigt, daß jegliche Farbe des abgetasteten Elements außerhalb des Frequenzbereichs beider Farbfilter 17 und 18 liegt oder daß dieses Element schwarz ist.

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Die Ausgangs Signale der Diskriminatorschaltungen 23 und 24, die kompatible logische Pegelwerte haben, werden Schieberegistern 26 und 27 zugeführt. Diese werden durch Vorimpulse eines Impulsgenerators 25 gesteuert, wodurch aufeinander folgende Abfragesignale der Eingangssignale an den parallelen Ausgängen der Schieberegister auftreten. Die Zeitintervalle dieser Vorgänge sind durch die Impulsfrequenz des Impulsgenerators 25 bestimmt. Das Eingangssignal eines jeden Schieberegisters und dessen parallele Ausgangs signale werden Verknüpfungs schaltungen 28 und 29 zugeführt. Die Ausgänge dieser Schaltungen werden einer weiteren Verknüpfungsschaltung 30 zusammen mit einem Taktimpuls des Generators 25 zugeführt» die Taktimpulse sind gegenüber den übrigen, die Schieberegister steuernden Impulsen des Generators 25 etwas verzögert. Das Ausgangs signal der Verknüpfungssohaltung 30 wird einer Verriegelungsschaltung 31 zugeführt und dient zur Aufsteuerung dieser Schaltung, so daß sie dann die Jeweils an ihrem Eingang auftretenden Eingangssignale übernimmt und speichert. Ihre Ausgangssignale sind zwei Binärsignale mit vier Zuständen, die einer Quantisierungsschaltung 52 zugeführt werden.

Die in Fig. 1 dargestellte Anordnung arbeitet folgendermaßen. Der Abtastkopf 11 wird längs einer Abtastlinie bewegt, die in Fig. 2 dargestellt ist. Das Licht der Lichtquelle 12, das Über den Lichtleiter 13 auf das Objekt 14 geführt wird, beleuchtet einen Bereich, der ungefähr die Größe eines jeden der in Flg. 2 gezeigten Elements hat. Diese Elemente sind mit 32 bis 37 bezeichnet. Die beiden Lichtleiter 15 und 16 übertragen das an den Elementen reflektierte Licht auf die ihnen zugeordneten Farbfilter 17 und 18. Das zur Kennzeichnung des Musters, erzeugte Signal soll seinen einer Farbe entsprechenden Zustand nicht zu einem eine andere Farbe kennzeichnenden Zustand ändern, bevor die nachfolgende Farbe sicher vorhanden Ist. Dadurch soll jegliche Mehrdeutigkeit des Kodesignals bei solchen

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Musterelementen vermieden werden, die mehr als eine Farbe aufweisen. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn eine Demarkationslinie zwischen zwei unterschiedlichen Farben durch ein Musterelement hindurch verläuft,

Wird beispielsweise das in Fig, 2 gezeigte Element 32 beleuchtet, so hat dieses Element eine einzige Farbe, die beispielsweise in dem Frequenzbereich des Farbfilters 18 liegt, durch das Farbfilter 17 jedoch nicht durchgelassen wird. Entsprechend erzeugt der Detektor 20 ein Ausgangssignal 1, der Detektor 19 ein Ausgangssignal 0. Diese Signale werden den Schieberegistern 26 und 27 zugeführt und in diesen durch die Taktimpulse mit einer Abfragegeshwindigkeit geschoben, die größer ist als die endgültige Quantisierungsgeschwindigkeit, welche durch die Gesamtarfcrderungen des Verfahrens bestimmt ist. Der Abtastkopf wird entweder gleichmäßig oder schrittweise entsprechend dem Abtastintervall über jede Reihe des Musters geführt. Die Signale der Detektoren Sndern sich nur dann, wenn eine Farbänderung auftritt. Die AbfragefrequenE ist durch den Impulsgenerator 25 bestimmt. Dieser wird normalerweise durch ein Signal getriggert, das ferner die Bewegung des Abtastkopfes bzw. eines Schrittmotors steuert. Entsprechend ist die Schrittbreite für ein Abfrageintervall genau bekannt. Die letztlich erreichte Quantisierungsfrequenz erhält man durch Teilung der Wiederholungsfrequenz, dieser Vert kann ein Zehntel der Wiederholungsfrequenz betragen. Dieses Verringerungsverfahren findet außerhalb der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung statt. Die Größe der Elemente 32, 33 usw. in Fig. 2 stellt den beleuchteten Bereich dar, der kleiner ist als der Bereich eines endgültigen Mustereleaents oder einer QuantIeierungseinheit, dazu jedoch nicht In einen bestirnten Verhältnis steht. Zur Erläuterung sei angenommen, daß der Beleuchtungsbereich von links nach rechts bewegt wird, seine Position ist

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durch die Jeweilige Vorderkante 41, 42 usw. bei aufeinander folgenden Abtastzeitpunkten dargestellt. Es sei ferner angenommen, daß in jedem beleuchteten Element drei Abfragevorgänge stattfinden, jedoch ist diese Anzahl nicht speziell vorgegeben,

Wenn eine Grenze zwischen zwei Farben, beispielsweise die in Fig. 2 gezeigte ßrenze 38 unter einem spitzen Winkel zur Bewegungslinie des Abtastkopfes 11 verläuft, so hat die Signaländerung der Detektoren 19 und 20 eine gewisse Mehrdeutigkeit in.den in Fig. 2 gezeigten Bereichen 34 und 35. Diese Mehrdeutigkeit srird durch die Verknüpfungsschaltungen 28 und 29 aufgelöst, die nur dann ein AusgangsSignal liefern, wenn eine vorbestimmte Anzahl der parallelen Ausgangssignale der Schieberegister 26 und 27 zusammen mit deren Eingangssignalen in jedem Schieberegister 26 und 27 den Pegel 1 oder 0 hat· Auf diese Weise entstehen vier mögliche Zustände für ein Ausgangssignal. Bewegt sich beispielsweise der Abtastkopf zum Element 34, so wird der Detektor 20 (unter der Voraussetzung seiner Empfindlichkeit für die Farbe des Bereichs 39) weiter ein Signal mit dem Pegel 1 während der Zeit erzeugen, die zur Abtastung des Elements 33, der Positionen 42, 43 und 44 erforderlich ist.

Der Detektor 19 (der empfindlich für die Farbe des Bereichs 40 ist) erzeugt ein Ausgangssignal mit dem Pegelwert 0 während der Abtastung des Elements und beginnt die Erzeugung einee Ausgangssignals mit dem Pegelwert 1 an einer Stelle während der Abtastung des Elements 34, was von der Empfindlichkeit dee Detektors abhängt. Dies tritt mit größter Wahrscheinlichkeit an der Position 47 bei Beleuchtung des Elements 34 auf, da die Bereiche des durch jede Farbe bedeckten Elements an dieser Position praktisch dieselben sind. An der Position erzeugen also beide Detektoren 19 und 20 ein Ausgangssignal mit dem Pegelwert 1, da die Bereiche des dann beleuchteten

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Elements 34 durch jede Farbe bedeckt sind. Die Ausgangssignale stimmen dann also überein. Die kombinierten Ausgangssignale der beiden Detektoren 19 und 20 kennzeichnen dann den Zustand, daß eine andere Farbe (anders als die Farben der Bereiche 39 und 40 ) in dem Element 34 vorhanden ist. Da der Detektor 19 ein Ausgangssignal mit dem Pegelwert 1 erzeugt hat, was einer Signaländerung entspricht, wird dieses Ausgangssignal in das Schieberegister 26 eingegeben. Die Eingangssignale an der Verknüpfungsschaltung 28 sind nun anders, so daß keine Änderung am Ausgangssignal der Verriegelungsschaltung 31 auftritt und damit das Ausgangssignal der Quantisierungsschaltung 52 dasselbe bleibt. An der Position 48 "sieht" der Detektor 20 ein Vorherrschen einer Farbe, für die er unempfindlich ist, so daß sein Ausgangssignal eine Änderung zum Pegelwert 0 erfährt Dieses Ausgangssignal wird in das Schieberegister 27 eingegeben, so daß an dessen Ausgängen eine Signaländerung auftritt. Bei weiterer Abtastung werden weitere ähnliche Abfragesignale in jedes Register eingegeben, da die Ausgangssignale der Detektoren beibehalten werden. An der Position 51 werden vier ähnliche Abfragesignale in jedes Schieberegister eingegeben, die beiden Ausgangssignale der Verknüpfungsschaltungen 28 und 29 sind dann in Koinzidenz mit dem verzögerten Taktimpuls an der Verknüpfungaschaltung 30, so daß ein Aufateuerungseignal für die Verriegelungsschaltung 31 abgegeben wird. Die neuen Signale 0 und 1 am Eingang der Verriegelungseohaltung 31 werden dann registriert und erscheinen am Auegang in binärer Darstellung mit zwei Bits. Das Signal der Quantiaierungeschaltung 52 ändert sich auf diese Weise eindeutig atwieohen der Kennzeichnung der Farbe 39 und der Kennzeichnung der Farbe 40, wenn die Abtastung die Position 51 erreicht.

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   Vorrichtung zur optischen Abtastung eines Musters und Erzeugung eines quantisierten, das Muster kennzeichnenden Kodesignals, mit einem aufeinander folgende Bereiche eines mit dem Muster versehenen Objekts abtastenden Kopf und zumindest zwei Farbdetektoren, deren Ausgangssignale die Erzeugung des Kodesignals steuern, dadurch gekennzeichnet, daß Abfrageschaltungen (25, 26, 27) zur Abtastung der Ausgangssignale der Farbdetektoren (17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24) mit einer vorbestimmten, gegenüber der Quantisierungsfrequenz größeren Abfragefrequenz vorgesehen sind, die mit St euer schaltungen (28, 29, 30, 31) verbunden sind, welche bei einer Farbänderung des Musters eine entsprechende Änderung des Kodesignals verhindern, wenn die Ausgangssignale der Farbdetektoren (17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24) nicht für mindestens eine vorbestimmte Anzahl von Abfragevorgängen jeweils nur eine Farbe kennzeichnen.

   Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abfrageschaltungen (25, 26, 27) mehrere Schieberegister (26, 27) umfassen, die die Ausgangssignale der Farbdetektoren (1/, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24) empfangen und deren parallele Auegangssignale jeweils auf eine Verknüpfungsschaltung (28,29, 30) geführt sind, die nur dann ein Ausgangseignal abgibt, wenn mindestens eine vorbestimmte Anzahl der parallelen Ausgangssignale denselben ZBtand aufweisen wie deren Eingangssignale.

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   3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verknüpfungsschaltung (28, 29, 30) nur durch eine vorbestimmte Gruppe der Ausgangssignale des jeweiligen Schieberegisters (26, 27) ansteuerbar ist.

   4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abfragefrequenz in der Größenordnung der zehnfachen Quantisierungsfrequenz liegt.

   5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Zahl der parallelen Ausgangssignale der Schieberegister (26, 27) drei oder vier ist.

   6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Farbdetektor (17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24) ein das Vorhandensein oder das Fehlen von Licht innerhalb eines vorbestimmten Frequenzbereichs kennzeichnendes Binärsignal erzeugt.

   7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Farbdetektor (17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24) ein fotoelektrisches Element (19, 20) alt asugeordnetem Farbfilter (17, 18) und Verstärker (21, 22) umfaßt, dessen Ausgangssignal einen Spannungediskriainator (23, 24) steuert, der ein binäres Ausgangssignal abgibt.

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