DE2544703B2

DE2544703B2 - Verfahren und schaltungsanordnung zum erkennen von farben einer farbigen flaeche

Info

Publication number: DE2544703B2
Application number: DE19752544703
Authority: DE
Inventors: Hans Dr.; Möllgaard Klaus; Sendtko Ulrich Dipl.-Ing.; 2300 Kiel; Sommer Rüdiger Dipl.-Ing. 2301 Raisdorf Keller
Original assignee: Dr.-Ing. Rudolf Hell Gmbh, 2300 Kiel
Priority date: 1975-10-07
Filing date: 1975-10-07
Publication date: 1977-08-04
Also published as: BE847041A; JPS5256829A; FR2347662B1; FR2347662A1; DE2544703C3; GB1563602A; IL50638A; US4110826A; DE2544703A1

Description

*' = b(x-y)

y - a(x + y)

wobei die Konstanten a und b den Drehwinkel der Transformation bestimmen.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art und eine Schaltungsanordnung der im Oberbegriff des Anspruchs genannten Art.

Es ist bereits in dem US-Patent 32 10 552 ein Gerät zum Anzeigen des Vorhandenseins einer bestimmten Farbe in einer Meßprobe angegeben worden, bei dem das Auftreten einer Farbe in einem definiertenn Bereich von Farben erkannt werden soll, die in einer Meßprobe oder in einem Teil der Meßprobe vorkommen. Es werden hier drei optisch-elektrische Wandler verwendet, von denen jeder auf eine verschiedene Komponente des Lichtes der Probe anspricht. Die Ausgangssignale eines jeden Wandlers, d. h. die primären Farbmeßwertsignale, werden jeweils an eine Kontrollschaltung gegeben, die nur Ausgang»»ignale abgibt, wenn die Eingangssignale innerhalb eines vorher bestimmten und einstellbaren Bereiches liegen. Die Ausgänge der ίο Kontrollschaltung, die mit einem oberen und einem unteren Schwellwert arbeitet, werden auf eine Koinzidenzschaltung gegeben, die nur ein Ausgangssignal liefert, wenn alle Kontrollschaltungen gleichzeitig ein Ausgangssignal liefern. Das Ausgangssignal zeigt die Gegenwart einer gewünschten, d. h. durch die Schwellwerte der Kontrollschaltungen eingestellten Farbe an.

Es wird also ein relativ enger Farbraum mit einstellbarem Volumen und einstellbaren Dimensionen aus dem gesamten Farbraum herausgeschnitten, und wenn die gesuchte Farbe der Probe innerhalb dieses Raumes liegt, wird sie erkannt.

Eine Variante dieser räumlichen Farberkennung ist ebenfalls in diesem Patent beschrieben, bei der nicht 3dimensional, sondern 2dimensional gearbeitet wird. In diesem Falle werden nur zwei opüsch-elektrische Wandler benutzt. Dies setzt voraus, daß man eine Variable als konstant ansieht und daher außer Betracht läßt, was im Grunde zu einer Reduktion der 3dimensionalen Signalverarbeitung auf eine 2dimensionale Signalverarbeitung führt. Die Ausgänge der Wandler sind wiederum an Kontrollschaltungen mit einstellbaren Schwellwerten geschaltet, die an eine Koinzidenzschaltung ungeschlossen sind. Es erscheint ein Ausgangssignal, d. h., die Farbe ist erkannt, wenn beide Kontrollschaltungen ein Ausgangssignal liefern.

In diesem 2dimensionalen Falle wird also nicht ein räumliches Element herausgeschnitten und untersucht, sondern ein Flächenelement eliminiert, d. h., der gesamte Farbraum wird auf eine Ebene projiziert, in der diese Erkennungsfläche eingegrenzt wird.

Weiterhin ist in diesem Patent angegeben, daß zum Erkennen mehrerer Farben mehrere solcher Schaltungen mit unterschiedlich eingestellten Schwellwerten parallel betrieben werden können.

Diese Technik der Eingrenzung bestimmter Teilflächen in dem auf zwei Dimensionen reduzierten Farbraum ist in dem US-Patent 30 12 666 weiter vorangetrieben worden. Dieses Patent beschreibt eine verbesserte Sortierung von Artikeln in Abhängigkeit von ihrer Farbe mit Hilfe der elektronischen Farberkennung. Ein von der Ware reflektierter Lichtstrahl wird mittels eines halb versilberten Spiegels in zwei Teilstrahlen aufgespalten, von denen einer über ein Rotfilter und der andere über ein Grünfilter auf je einen optisch-elektrischen Wandler gegeben werden. Im einfachsten Fall werden die Farben durch Beleuchtung mit monochromatischem Licht erkannt, was aber hier nicht interessieren soll. Bei der Abtastung mit weißem Licht werden die primären Farbmeßwertsignale, die von den Wandlern geliefert werden, über komplizierte Schwellen ausgewertet, wobei einzelne Farbbereiche durch mehrere Geraden, die elektronisch durch diese einstellbaren Schwellen nachgebildet werden, eingegrenzt werden. In den Figuren 10 bis 19 und 22 sowie 24

f.s der US-PS 30 12 666 sind solche durch Geraden und Geradenabschnitte gebildeten Trennfiguren dargestellt. Diese Eingrenzung, die zu einer verfeinerten Erkennung der gewünschten Farben führt, wird noch

verbessert, indem geschlossene Bereiche von einzelnen Geraden umrissen werden. Fig. 23 zeigt eine Solche Trennfigur.

In der Folgezeit taucht dieser Gedanke wieder auf, und zwar in der DT-OS 21 58 758 und in der DT-OS 24 04 201 (Zusatz zu DT-OS 21 58 758). In der DT-OS 21 58 758 werden ebenfalls Trennfiguren wie in dem US-Patent 30 12 666 zur Farberkennung benutzt. In dem Zusatz DT-OS 24 04 201 wird zusätzlich eine Koordinatentransformation der ursprünglichen Farbmeßwertsignale durchgeführt, dann aber eine Projektion dieses umgewandelten Koordinatensystems auf eine der Hauptebenen gemacht und anschließend das so erhaltene Auswertesystem, das um eine Dimension niedriger als das transformierte Koordinatensystem ist, nach den bekannten, in einer Ebene liegenden Trennfiguren ausgewertet. Im Falle, daß man mit drei primären Farbmeßwerten arbeitet, führt dies zu einer Rückführung des Erkennungsproblems vom 3dimensionalen Farbraum in die Ebene, was wiederum der Farberkennung nach den US-Patenten 32 10 552 und 30 12 666 entspricht.

Die bisher beschriebenen Arten der Farberkennung, die im wesentlichen auf eine Rückführung der Auswertung in ein ebenes Problem beruhen, haben aber, wie verschiedene Anwendungsfälle gezeigt haben, noch entscheidende Nachteile. Zum Beispiel in der Textiltechnik werden farbige Mustervorlagen, d. h. Textilmusterentwürfe, die von einem Künstler von Hand gemall worden sind, optisch-elektrisch abgetastet, um die Farbe der einzelnen Mustervorlagen in einzelnen Farbenfeldern oder Farbproben zu erkennen und für die Steuerung von Webmaschinen auf einem Datenträger als Information aufzuzeichnen. In diesem Prozeß, bei dem viele Unzulänglichkeiten auftreten, hat das oben beschriebene Erkennungsverfahren keine zufriedenstellenden Resultate geliefert. Toleranzen der im Handel vorkommenden Farben, ungenaues Auftragen der Farben von Hand, Verschmutzung des weißen Vorlagenträgers durch kleine schwarze Farbspritzer beim Drucken des Rasters des unbearbeiteten Vorlagenträgers, durch Übermalen korrigierter Stellen, auch Schwankungen der Farbmenge sind solche typischen Fehler, führen zu falschen Farberkennungen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens zum Erkennen einer Farbe einer Probe innerhalb einer Vielzahl von vorkommenden Farben anzugeben, das bei optisch-elektrischer Abtastung der Probe eine wesentlich größere Fehlerfreiheit, d.h. Erkennungssicherheit und Erkennungshäufigkeit, aufweist.

Diese Aufgabe wird durch die Im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 sowie die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 13 angegebenen Merkmale gelöst.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen 2 bis 12 und 14 hervor.

Die Erfindung wird Im folgenden anhand der F i g. 1 bis 28 näher erläutert. Es zeigt

F1 g. 1 eine schematische Darstellung einer Abtasteinheit,

P i g. 2 einen durch die primären Parbmeßwertslgnalc aufgespannten Parbraum (R, O₁ B),

FI g. 3 die erste Transformation des R, O, ß-Farbraumes,

FIg,4 eine Draufsicht auf die Koordinaten der Transformation nach F i g, 3,

PIg. 5 ein Beispiel einer Transformationsmatrix,

F i g. 6a die Lage einiger Farben im x,y, z- Farbraum,

Fig.6b eine Darstellung, wie die Farben bei einer herkömmlichen Farbtrennung liegen können,

Fig.7 eine schematische Darstellung der Lage s verschiedener Farben im x,y, z-Farbraum,

Fig.8 die Lage der Farben nach einer weiteren Transformation innerhalb eines zylindrischen Raumes,

F i g. 9a die Lage einiger Farben nach der Transformation,

ίο Fig.9b eine vergleichende Darstellung zu Fig.6 nach der Transformation,

F i g. 10 eine Einteilung des Farbraumes in Farberkennungsräume,

Fig. 11 einen Schnitt durch Fig. 10 zur Darstellung der Schwellen für χ und z,

Fig. 12 die Koordinaten, nach denen eine weitere Transformation in Form einer Drehung durchgeführt wird,

Fig. 13 die Eingrenzung einer Farbe durch Schwellwerte,

Fig. 14 eine räumliche Darstellung der Farberkennungsräume,

Fig. 15 ein Beispiel für die Transformation einer Farbe und ihre Eingrenzung in einen Farberkennungsraum,

F i g. 16 eine Schaltungsanordnung zur Durchführung der Farbtransformationen,

Fig. 17 eine Darstellung einer bei einer der Transformationen benutzten Funktion,
Fig. 18 eine Schaltung zur Erzeugung der Funktion nach F ig. 17,

F i g. 19 ein Ausführungsbeispiel für eine Transformationsschaltung,

Fig.20 eine Schwellwertschaltung zum Eingrenzen .vs der Farberkennungsräume,

F i g. 21 ein Ausführungsbeispiel für Textildruck,

F i g. 22 eine Matrixschaltung nach F i g. 21,

F i g. 23 eine Verzerrerschaltung nach F i g. 21,

F i g. 24 Kurvenverläufe für die Entzerrschaltung der Fig.23,

F i g. 25 ein Beispiel für die Farberkennungsräume für »weiß« nach F ig. 21,

F i g. 26 ein Ausfuhrungsbeispiel für die Weißauswahl nach Fig. 21,
F i g. 27 ein weiteres Ausführungsbeispiel,

Fig.28 eine Darstellung des Schirmbildes der F ig. 27.

Fig. 1 zeigt schematisch die Gewinnung der primären Farbmeßwertsignale R, G, B. Eine Bildvorlage 1 M> wird mittels einer weißen Lichtquelle 2 beleuchtet. Es werden über nicht dargestellte halbdurchlässige Spiegel drei Teillichtstrahlcn 3, 4 und 5 gewonnen, die über Filter 6, 7 und 8 auf optisch-elektrische Wandler 9.10 und 11 gegeben werden. Die Filter 6, 7 und 8 sind sis bekannte dichroitisch^ Filter, und zwar das Rotfilter (6), das Orünfilter (7) und das Blutfilter (8), An den Ausgängen der Wandler 9,10 und 11 erscheinen dann die primären Farbmcßwortsignule als Rotfllterslgnal R, Grünfiltorsignal C und Blaufiltersignal B. Diese Signale lassen sich in einem R, O, S-Farbraum darstellen.

In FI g. 2 Ist der durch die primären Farbmeßwertsignale aufgespannte Farbraum Idealisiert dargestellt. Die Achsen R₁ G, B geben das Rot-, Grün- und Balfllterslgnal an. Der Koordinatennullpunkt, In dem M alle Signale Null sind, stellt die Farbe Schwarz dar (Schwarzpunkt) und der Eckpunkt des Farbraumes, In dem alte Fllterslgnale Ihren Maximalwert haben, die Farbe Weiß (WelOpunkt). Die Verbindungslinie zwi·

Io

sehen dem Schwarzpunkt und dem Weißpunkt nennt man »Graugerade«.

F i g. 3 zeigt die erste Koordinatentransformation des R, G, ß-Farbraumes in einen sogenannten Chrominanz-Luminanzfarbraum mit den Achsen x,/und z, wobei die Af- und /-Achse die Chrominanzsignale (Farbsignale) und die z-Achse das Luminanzsignal (Helligkeit) darstellen. Transformationen dieser Art sind in der Fernsehtechnik geläufig (siehe hierzu »H. S c h ö η f e 1 der, Fernsehtechnik I, I. Liebig Verlag, Darmstadt, ,₀ Seiten 3/13, 3/14 und 3/14B«). Es werden dort die R, G ß-Signale in ein x, y, z-Koordinatensystem transformiert, wobei aber die /-Achse der Luminanz, d. h. Helligkeit, entspricht.

Bei der vorliegenden Erfindung wird aber eine speziellere Transformation durchgeführt, und zwar fällt die Graugerade des R, G, ß-Farbraumes in die z-Achse, welche das Luminanzsignal (Helligkeit) darstellt. Dies wird durch eine einfache Kippung des R, G, ß-Farbraumes erreicht, bis die Graugerade mit der z-Achse zusammenfällt. Anschließend wird noch eine Drehung um die z-Achse vorgenommen, derart, daß die x- und /-Achsen jeweils die gleichen Winkel mit den ursprünglichen Achsen einschließen, aus denen sie hervorgegangen sind. F i g. 3 zeigt diese Kippung.

In F i g. 4 sind nur die Achsen des R, G, ß-Farbraumes dargestellt, um die Drehung um die z-Achse sichtbar zu machen. Damit die Symmetrie erkennbar wird, wurde eine Draufsicht von oben in Richtung der z-Achse gewählt. Der Drehwinkel beträgt 15° und die Transformationsgleichungen lauten:

χ =0,789 R - 0,211 G - 0,578 B y = -0,214 R + 0,789 C - 0,578 B ζ = 0,578 R + 0,578 G + 0,578 B

Im transformierten x, /, z-Koordinatensystem entsprechen

ζ der Helligkeit der Farbe

υ

7 = — dem Farbton,

'' = 1.x² H- y² der Farbsättigung.

F i g, 5 zeigt eine Schaltungsanordnung zum Durch- ,|s führen einer solchen Transformation; es kann z. B. eine einfache Widerstandsmatrix sein. Die primären Farbmeßwertsignale R, G, B werden auf Widerstand R\, R2, R} gegeben, die über einen Widerstand R< mit Masse verbunden sind. Die Widerstände R\, Ri und /?) sind entsprechend den Konstanten für R, G, B der Transformationsgleichungen bemessen. Für jede Variable x, y, ζ ist eine solche Matrix vorgesehen, Zur Erzeugung negativer Signalkomponenten müßten jeweils den entsprechenden Widerständen Ru äj und R3 nicht dargestellte Vorzelchenlnverter vorgeschaltet werden.

In den Fig.6a und 6b sind in dem x, /, jr-Chromlnanz-Luminnnzfarbrnum die tatsächlich beim Abtasten von in der Prxls verwendeten Farben co auftretenden Signale eingezeichnet.

F i g. 6a zeigt die räumlichen Bereiche A, B, C und D, innerhalb der die Signale von vier verschiedenen Farben liegen. Die bananenförmlge Oestalt ist charakteristisch.

F i g. 6b zeigt eine Draufsicht auf den Farbraum, und man erkennt, daß sich die Farben A und B räumlich umschließen, was In der Projektion zu einer Überlappung führt.

Wie leicht einzusehen ist, liegt hier eine Schwierigkeit der Trennung dieser beiden Farben A und B. Wie aus F i g. 6a ersichtlich, ist der Farbort einer Farbe sehr stark von der z-Achse, d. h. von der Helligkeit, abhängig. Während die bekannte Farberkennung die dritte Koordinate außer Betracht läßt, ist bei der vorliegenden Erfindung eine ganz spezielle Berücksichtigung der dritten Koordinate, d. h. der z-Achse, bei der Farberkennung vorgesehen. Zur Verdeutlichung dieser Zusammenhänge ist in F i g. 7 die Begrenzung des Farbraumes um die Farben der F i g. 6a eingezeichnet. Die Farben selbst werden als idealisierte Striche eingezeichnet. Der Wert »Schwarz« liegt im Koordinatennullpunkt, der Wert »Weiß« auf der z-Achse, d. h. auf der Spitze des Farbraumes, der die Farben in einem Doppelkegel umschließt.

Damit die Farben getrennt werden können und Überlappungen nach Fig.6b (Felder A und B) wegfallen, wird eine weitere sehr spezielle Transformation des Farbraumes vorgenommen.

In Fig.8 wurde der als Doppelkegel ausgebildete Farbraum in einen Zylinder umgewandelt. Man erkennt, daß die ursprünglich gekrümmten Farben gestreckt werden, wodurch Überlappungen in der x, y-Ebene wegfallen.

Dies ist in den Fig.9a und 9b nochmals genauer dargestellt.

Die Farbräume A, B der F i g. 6a und 6b, die sich dort überlappen, sind an ihren Enden gestreckt worden und die Überlappung ist, wie die Fig.9a und 9b zeigen, weggefallen. Die Bereiche A, B, C und D sind an ihren Enden nicht mehr gekrümmt. Der Wegfall der Überlappung ermöglicht so eine saubere Trennung der Bereiche.

Zur eigentlichen Farberkennung wird zunächst die z-Achse untersucht.

Fig. 10 zeigt, wie die z-Achse, d. h. die Hclligkcitsachse, in Bereiche eingestellt wird, welche durch unterschiedliche z-Werte sowie x- und y-Werte umrissen werden. Die Werte z\ bis ζ$, y\ bis ys und x\ bis av, definieren diese Räume. Die Werte *i bis X'_t wurden der Übersichtlichkeit halber nicht eingetragen. Die entsprechenden x-Werte sind in F i g. 11 eingezeichnet, die einen z-Ar-Schnitt der Fig. 10 zeigt. Die Erkcnnungsriiume I bis V der F i g. 10 und 11 lassen sich jeweils durch Schwellwerte für z, + *, -Af, +y, -y eingrenzen. Der Raum Iz. B. durch

der Raum II durch

Liegen die Komponenten der transformierten R, C, fl-Signale im Chrominanz-Luminamcfarbraum innerhalb dieser Bereiche, so so werden die den Bereichen zugeordneten Farben erkannt. Es sind z. B, Raum I für »Schwarz« und die Räume 11 I)Is V für »Weiß« repräsentativ.

Durch den Wegfall der Krümmung wird der einer Farbe zugeordnete Bereich eines Furbraumes auf einen der Erkennungsräume der Flg. 10 im wesentlichen beschränkt, so daß eine exakte Erkennung von weiß möglich wird.

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Eine Weiterbildung kann darin liegen, daß alle z-Werte, die größer als Z₆ (Bereich V) sind, auf z_b reduziert werden, also in den Erkennungsraum V fallen.

Gemäß der Auswertung der z-Achse in verschiedene Bereiche mit unterschiedlicher Abhängigkeit von ζ, χ und y wurde eine wesentlich verbesserte Erkennung von Weiß und Schwarz erreicht. Um aber auch die übrigen Bereiche, die nicht in die z-Bereiche 1 bis V fallen, sauber erkennen zu können, wird eine weitere Koordinatentransformation durchgeführt.

F i g. 12 zeigt eine solche Transformation, bei der der Chrominanz-Luminanz-Farbraum x, x, zum die z-Achse gedreht wird. Man erhält dann das in Fig. 12 dargestellte x¹, /, z'-Koordinatensystem, das im Beispiel um 45° gegenüber dem x, y, z-System gedreht ist. Andere Winkel sind ebenfalls vorteilhaft.

Es können sich außerdem noch eine oder mehrere weitere Drehungen dieser Art anschließen, je nachdem, wie hoch die Anforderungen an die Erkennungseinrichtung gestellt sind. Der Sinn dieser Transformation wird aus Fig. 13 ersichtlich. Nachdem zuerst die z-Koordinate (Fig. 10 und 11) untersucht worden ist und sich z-Werte ergeben haben, die mit ihren entsprechenden x- und ^-Komponenten nicht in die Räume 1 bis V fallen, werden diese Signaltripel in dem neuen gedrehten System χ", /, ζ¹, das mit dem x, y, z-System überlagert ist, untersucht. Es sei noch besonders darauf hingewiesen, daß die Koordinate ζ nicht unterdrückt worden ist, sondern ausgewertet wurde.

F i g. 13 zeigt einen Farbraum D, der in dem x, y, z- und dem /, x¹, z'-Koordinatensystem liegt. Es handelt sich um den Farbraum D der F i g. 9a und 9b. Um den Farbraum D können eingrenzende Schwellen gelegt werden, und zwar x\, X2,y\>y2, z\, z₂, x\', xj_ty\',yj, z\\ Z₂'. Die Schwellen gehören also sowohl dem x, y, z- als auch dem gedrehten V, /, z'-System an. Im Beispiel der F i g, 13 wurden zwar nur acht Schwellen benutzt, da die V-Werte nur als x\' und die /-Werte nur einmal als y\ verwendet wurden. Es können aber auch geometrische Figuren zur Eingrenzung benutzt werden, bei denen samtliche Werte oder aber auch weniger Schwellen vorkommen, je nachdem, was am zweckmäßigsten ist. Aus der F i g. 13 ist zu ersehen, daß man so auf einfache Weise einen transformierten Farbwert bezüglich seiner Chrominanz durch bis zu 8 Geraden, d. h. Schwcllwcrten, eingrenzen kann, nachdem bereits die z-Komponente in den Farbräumen 1 bis V zehnmal geprüft worden ist. Es lassen sich so mit großer Genauigkeit räumlich komplizierte Gebilde untersuchen und cinklassifizieren. Die Bereiche A, ßund Cder Fig.9a und 9b können ebenfalls durch solche Geraden, die elektronisch als Schwellen oder Doppelschwellcn nachgebildet werden, eingegrenzt werden.

PI g. 14 zeigt eine räumliche Darstellung im x, y, /•Koordinatensystem und dem überlagerten V₁ /, «'•System. Es Ist eine Vielzahl von durch Schwellen aufgebauten Farberkennungsräumen dargestellt, mit denen die transformierten verzerrten und begrenzten Meilwerte ausgewertet werden können. So sind die Bereiche I bis V der PIg. 10 und 11 vorhanden sowie einige Bereiche Vl₁ VIl, VIII, IX, X, die aber nur einen geringen Teil der tatsachlich verwendeten Farberkennungsrttume darstellen, auf deren Darstellung zur Erhaltung der Übersicht der Plgur verzichtet wurde. In der praktischen Ausführung Ist für Jede zu erkennende Farbe ein solcher prismatischer Erkennungsraum vorgesehen. In PIg. 14 Ist außerdem ein Farbpunkt »fi« eingezeichnet, der z. B. von der Optik bei einer unreinen Farbe erfaßt wird. Wie zu erkennen ist, wird dieser Punkt nicht als Farbe erkannt; er soll aber trotzdem ausgewertet werden, was später in Fig.21 näher beschrieben wird.

Fig. 15 zeigt einen Schnitt durch die Fig. 14, durch die x- und z-Achse. Man erkennt in dem Farberkennungsraum V, daß die Farbe 1 nach Streckung in Ac-Richtung in Abhängigkeit von ζ zum größten Teil in

ίο den Farberkennungsraum VIl fällt. Dadurch, daß bei dieser Streckung eine Begrenzung des Farbraumes vorgenommen wurde, werden die x-Werte, die rechts außerhalb des Farberkennungsraumes liegen, auf die Grenzwerte reduziert und als Farbe 1 erkannt. Auch der untere Teilbereich der Farbe 1 wird in den Farberkennungsraum VII transformiert. Im oberen Teilbereich V für ζ verbleibt ein Teil der Farbe 2 im Erkennungsraum V.
Da die Farbe 2 mit steigendem Z unbunter wird, werden die Werte, die im Erkennungsraum V liegen, als Weiß erkannt, was in der Praxis auch gefordert wird. Ein solcher praktischer Fall wäre z. B. dann gegeben, wenn eine Farbe zum Zweck der Korrektur mit Deckweiß übermalt worden wäre. Die Filtersignale liefern einen

2$ geringen Farbanteil, aber es ist beabsichtigt, daß diese Stelle als Weiß erkannt wird, was auch durch die verstärkte räumliche Ausdehnung des Erkennungsraumes V in x- und z-Richtung erreicht wird. Das gleiche gilt für die Farbe 2 im Erkennungsraum X.

In F i g. 16 ist ein Schaltbild für die Koordir.atentransformationen mit der linearen Verzerrung und der Begrenzung der Chrominanzsignale angegeben. Zur Vereinfachung ist die in Fig. I angegebene Abtastanordnung lediglich durch die Fotoelemente 16,17 und 18

.15 dargestellt, welche die Rot-, Grün- und Blaufiltersignalc R, G, B liefern. Diese Signale werden in den nachgeschalteten Operationsverstärkern 19 bis 27 verstärkt. Die Operationsverstärker 28 bis 32 mit ihrer äußeren Beschallung führen die lineare Koordinatcn-

•|o transformation gemäß den angegebenen Transformationsgleichungen aus, An den Ausgängen der Verstärker 28, 30 und 32 erscheinen die x, y, z-Werte des ersten Chrominanz-Luminanzfarbraumcs. Es wird bei dieser Transformation jedes primäre FnrbmcÜsignal entspre-

•15 chend den Konstanten der Transformationsglcichungen, die durch die Bemessung der Beschaltungswidcrständc der Operationsverstärker berücksichtigt werden, auf die beiden anderen Kanäle gegeben. Diese Schaltung zur Durchführung der Transformation mit

5» Operationsverstärkern arbeitet im Prinzip wie die in der Fig.5 dargestellte Widerstandsmatrix; nur sind, um Verluste zu vermeiden, aktive Elemente in Form der mit entsprechenden Widerständen bcschaltcten Operationsverstärker angewendet worden. Man kann be·

kanntlich die Verstärkung der Operationsverstärker sehr genau durch die Bemessung der Widerstände einstellen und so die Parameter der Transformationsgleichung nachbilden. Es sei dies z, B. für die ^■Koordinate und die »Koordinate angegeben. Die

«ο Schaltung für die /-Koordinatentransformation entspricht Im wesentlichen der für die x-Koordlnate, was auch PIg. 16ersichtlich Ist. Die Gleichung für χ lautet:

(15 X - 0,789 R - 0,2 Π O - 0,578 B χ m 0,789 R - (0,211 O + 0,378 B)

Die Klammer stellt eine Addition von O und B dar

en
er
m
er

:h
nin
in
iei
es
its
ie
er
ην
m

d,
Is
in
in
iß
■η
;e
ie
ie

und wird am Summiereingang des Operationsverstärkers 31 vorgenommen.

Vom Grünkanal C werden über einen entsprechend bemessenen Widerstand R_xc und vom Blaukanal S über einen Widerstand R_xb die entsprechenden Werte in einem Verhältnis, wie es die Konstanten der Klammer angeben, zueinander addiert. Am Ausgang des Operationsverstärkers 31 erscheint dann das negative Signal und wird am Summierungseingang des Operationsverstärkers 32 zu der über einen Widerstand R_xr ankommenden R- Komponente addiert. Durch die Bemessung der Widerstände /?*«, R,b und R,c und der Rückkopplungswiderstände der Operationsverstärker

31 und 32 wird somit die Transformationsgleichung erfüllt.

Es wird aber noch eine zusätzliche Transformation durchgeführt. Da schwach gesättigte Farben nahe beim Nullpunkt liegen, wird eine zusätzliche Dehnung der x, /-Koordination durchgeführt, wodurch diese Farben weiter vom Nullpunkt wegrücken. Es wird hierdurch ihre Unterscheidung zu »Schwarz« wesentlich erleichtert.

Diese Dehnung wird dadurch vorgenommen, daß man in die Transformationsgleichungen einen konstanten Faktor Λ einführt.

χ = *(0,789Ä - (0,21 IG + 0,578B^

Dies wird dadurch erreicht, daß das Signal am Operationsverstärker 32 entsprechend verstärkt wird, indem der Rückkopplungswiderstand Rm entsprechend bemessen wird.

Die Transformation der z-Komponente wird am Operationsverstärker 28 durchgeführt. Am Summiereingang des Operationsverstärkers 28 liegen entsprechend der Transformationsgleichung

ζ = 0,578 R + 0,578 G + 0,5780

drei gleiche Widerstände R„ welche die R, G, B- Komponenten anliefern.

Eine weitere Besonderheit liegt darin, daß sowohl die z-Achse als auch die Af, /-Komponenten in ihren Amplituden begrenzt werden. Dies hat den Vorteil, daß die in den in Fig. 15 mit Pfeilen gezeichneten Bereich füllenden x, / z-Werte auf den Maximalwert des entsprechenden Erkennungsberciches reduziert werden.

In der Fig. 16 geschieht dies, indem die Rückkopplungswiderstiinde der Operationsverstärker 28, 30 und

32 durch jeweils zwei antiparallelgeschaltcte Zcncrdioden 33,34 und 35 überbrückt werden. Hierdurch ist die Verstärkung der Operationsverstärker begrenzt und damit auch ihre Ausgangsspannung.

Um die einzelnen Farben noch besser voneinander unterscheiden zu können, wird eine weitere zusatzliche Transformation durchgeführt, und zwar werden die x- und y Werte in Abhängigkeit von ζ verschieden stark gedehnt bzw. verstärkt.

Zur Verdeutlichung der «-Abhängigkeit ist in F i g. 11 die Punktion dargestellt, mit der diese Transformationen, die in den F i g. 7 und 8 schematisch dargestellt sind, durchgeführt werden. Diese Transformationen führen dazu, daß die in Pig.6a gekrümmten Farbbereiche entsprechend der F t g. 9a gerade gebogen werden. Zur Durchführung dieser Transformation werden In F1 g. 16 den Operationsverstärkern 30 und 32 Dlvldlerer 37 und 38 nachgeschaltet, durch die die Chrominanzsignale durch einen von * abhängigen Signalwert dividiert werden. Diese von g abhangigen Signalwerte (Flg. 17) werden mit Hilfe eines in Fig. 16 dargestellten Funktionsgenerators 36 gewonnen. Diese Funktion hat für kleine z-Werte eine kleine Amplitude, die bis zu einem Wert -~L '""*- Q ansteigt, über den Bereich Ci + C₂ konstant bleibt und im Bereich '■=, "''" + C₂ bis Z_mm abnimmt. Durch die Division der χ /-Werte mit dieser Funktion wird erreicht, daß kleine x- bzw. /-Werte vergrößert werden, wobei die Vergrößerung mit

ίο steigendem ζ abnimmt. In den Bereichen Ci + C₂ soll die Funktion f(z) = I sein, wodurch keine Verzerrung der x-,/-Werte auftritt. _y

Steigt t(z) über j ' "+ C₂, so tritt wieder eine langsame Vergrößerung der x, /-Werte ein, die bei f(z) = Zmax ihren Höchstwert erreicht. Die Konstanten ei und C₂ können auch gleich sein.

Fig. 18 zeigt eine entsprechende Schaltung für die Gewinnung der Funktionen f(z). Es werden an einem Operationsverstärker 50, der als Differenzverstärker arbeitet, drei Kennlinienstücke von drei Dioden zusammengefaßt; die Knickpunkte der Dioden Kennlinien D\, D₂, Di werden über die Widerstände R&, Ra₂ und Ra, die mit dem Widerstand R_v einen Spannungsteiler bilden, bestimmt. Die Steigung der Dioden-Kennlinie wird durch die Potentiometer Pi, P₂ und P₃ bestimmt. Die übrigen Widerstände sind so bemessen, daß das Eingangssignal ζ zu gleichen Teilen auf den Plus- und den Minus-Eingang des Operationsverstärkers 50 gelangt. Dadurch, daß die Dioden Di, D₂ und D_s durch den relativ niederohmig ausgebildeten Spannungsteiler Ri)], Rix, Rm an unterschiedlichen Spannungen liegen, werden die Schleifer der Potentiometer auf diese Spannungswerte reduziert, wenn die Spannung am Schleifer diese Werte erreichen oder überschreiten.

.15 Liegen die Schleifer auf Mitte, so teilt sich die Eingangsspannung ζ auf den Plus- und Minuseingang des Operationsverstärkers symmetrisch auf, und am Ausgang des Operationsverstärkers tritt kein Signal auf.

Werden aber die Potentiometer verstellt, so teilt sich die Eingangsspannung ζ unterschiedlich auf dun Plus- und Minuseingang des Operationsverstärkers auf, wobei die Differenzspunnung von dem jeweils durchlaufenen Kennlinicnpunkt der gerade angesprochenen Diode abhängt. In der Fig. 17 sind diese verschiedenen Kurvenäste mit Di, D₂, D₃ bezeichnet.

In Fig. 16 schließt sich an die Transformation der Chrominanzsignalc in Abhängigkeit von der Luminuny eine weitere Transformation in Form einer Drehung um die /-Achse an, die in der Baugruppe Ocrfolgl. Mit Hilfe

so der Operationsverstärker 39, 40, 41 und 42 werden die entsprechenden Transformationsgleichungen nachgebildet. Ein vorteilhafter Drehwinkel ist 45°, für den die Ti'unsformutionsglcichungcn wie folgt hüllen:

χ" - 0,707/y ~
^ss y" m 0,707(V +

Die erste Gleichung wird durch die Opertttlonsver stärker 41 und 42 realisiert. An den Summiereingung dci Operationsverstärkers 41 wird die V-Komponent«

do gegeben, die am Ausgang als -x¹ erscheint unc zusammen mit der /-Komponente auf den Summenein gang des Operationsverstärkers 42 gegeben wird. Dh entsprechenden Faktoren der Transformationsglei chungen werden durch Bemessung der Widerstand«

fts R»"»·, Ray, Ryy, Ry*¹ sowie de Rückkopplungswiderstände Rm /faobzw. /?wi, /fas um der Summenwiderstände Ry und Rf berücksichtigt. Ai den Ausgängen der Schaltung nach Fig. 16 liegen nui

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die mehrfach transformierten Chrominanzsignale x\ χ", y, y" und das Luminanzsignal z, die nun zur eigentlichen Farberkennung benutzt werden.

Für den Fachmann ist es klar, daß für den Fall reiner oder weniger reiner Farben der Einfluß der z-Abhängigkeit mehr oder weniger stark gewählt werden kann. Je reiner eine Farbe, desto schwächer kann die z-Abhängigkeit sein, und im Grenzfall kann sie ganz entfallen.

In P i g. 19 stimmt die Schaltung von den Fotozellen 16,17 und 18 bis zu den Ausgängen der Operationsverstärker 28,30 und 32 mit der Schaltung gemäß F i g. 16 überein. Die Dividierer 37 und 38 sowie der Funktionsgenerator 36 stimmen ebenfalls mit F i g. 16 überein. Die Schaltung der F i g. 19 arbeitet also ohne die gedrehten Signale x" und y" und reicht für viele Anwendungsfälle völlig aus.

Fig.20 zeigt die Auswertung der durch die verschiedenen Transformationen erhaltenen Signale x¹, y, x", y" und z. Es werden für die verschiedenen Farberkennungsräume Auswerteschaltungen 43 bis 55 mit Komparatoren eingesetzt, um die Erkennungsräume einzugrenzen. Der Operationsverstärker 43 liegt mit seinem Minuseingang über einem Potentiometer P₄₃ an einer Referenzspannung, die je nach Einstellung des Potentiometers positiv oder negativ sein kann. Am Plus-Eingang des Operationsverstärkers 43 kommt das transformierte Signal x¹ an. Ist das Signal x¹ größer als die Referenzspannung am Minuseingang, so wird ein Signal abgegeben, d. h., der gemessene Farbwert liegt oberhalb der vorgegebenen Schwelle.

Soll erkannt werden, daß der gemessene Farbwert x¹ unterhalb einer vorgegebenen Schwelle liegt, so wird die Schaltung umgekehrt, wie bei dem Operationsverstärker 44 dargestellt. Die Plus- und Minuseingänge sind miteinander vertauscht worden.

In gleicher Weise sind die Schwellwertstufen für die anderen Komponenten aufgebaut.

Die Ausgänge der Operationsverstärker 43 bis 48 werden auf ein Und-Tor Si gegeben, das bei Vorhandensein sämtlicher Eingangssignale am Ausgang ein Signal abgibt, das »Farbe erkannt« bedeutet. Soll z. B. die Farbe »Weiß« erkannt werden, die in mehreren Farberkennungsräumen auftritt (z. B. Räume II, III, IV und V der F i g. 14), so werden für jeden Farbraum ein Satz Komparatoren, die auf die entsprechenden Schwellen bzw. Doppelschwellen eingestellt sind, über die ihnen zugeordneten Und-Tore S2, S3, Sa auf ein gemeinsames Oder-Tor Ti gegeben, an dessen Ausgang immer dann, wenn ein Satz Vergleicher für einen Farberkennungsraum angesprochen hat, die Farbe »Weiß« erkannt wird.

Die Komparatorschaltung mit den Operationsverstärkern 49 bis 55 und dem Und-Tor S₅ ist für einen Farberkennungsraum vorgesehen, bei dem alle Komponenten x¹, x", y, y" und ζ ausgewertet werden sollen, z. B. ein schneckiges Prisma.

Sind einzelne Schwellen gleich Null oder kommen einzelne Komponenten bei einem Farberkennungsraum nicht vor, so können die entsprechenden Komparatoren für diese Schwelle weggelassen werden Im Beispiel der Fig. 13 könnten ein Komparator für xi und einer für y" weggelassen werden.

Soll in F i g. 14 der Farberkennungsraum I, der für die Farbe »Schwarz« repräsentativ ist, erkannt werden, so können sämtliche Komparatoren für x" und y" sowie ein Komparator für ζ weggelassen werden.

Es ist auch möglich, die Farberkennungsräume I bis V nicht durch quadratische xy-Bemessungen einzugrenzen, sondern durch sechseckige Begrenzungen, so können die x"- und y-Komponenten ebenfalls mit benutzt werden. Auch können nur die z-, x"- und y'-Komponenten benutzt werden.
Eine weitere vorteilhafte Möglichkeit besteht darin, noch eine oder mehrere zusätzliche Drehungen vorzunehmen, um so z. B. x"'- and y"-Komponenten zu gewinnen, für die ebenfalls entsprechende Komparatoren vorgesehen werden müßten. Dies hätte den Vorteil, ίο daß man einen Erkennungsraum noch feiner umreißen könnte.

In Fig.20 sind nur zwei Sätze von Komparatoren angegeben, um die Zeichnung übersichtlich zu halten. Eine Besonderheit liegt noch darin, daß im Falle, daß die

ι _s Farbe »Weiß« erkannt worden ist, alle anderen Farberkennungsschaltungen blockiert sind. Hinter dem Oder-Tor T, ist ein Inverter /_t angeschlossen, der das Ausgangssignal L in Null invertiert bzw., wenn »Weiß« nicht erkannt wird, ein L·Signal liefert. Für jede Farbe ist ein Und-Tor T₂ bis T_n vorgesehen, das außerdem an den Inverter I\ angeschlossen ist. Wird »Weiß« erkannt, so sind alle Und-Tore T₂ bis T_n blockiert. Wird kein »Weiß« erkannt, sr. werden die Tore T₂ bis T_n jeweils dann durchlässig, wenn eine Komparatorgruppe über die Und-Tore S₃ bis S_n ein Ausgangssignal liefert. Die Farbe wird also am Ausgang des entsprechenden Und-Tores signalisiert.

In Fig.20 ist weiterhin eine Logikschaltung angegeben, mit deren Hilfe angezeigt werden kann, wenn keine Farbe erkannt worden ist.

Hierzu werden der Inverter /| sowie die Inverter I₂, h usw. verwendet, die an die Ausgänge der einzelnen Farberkennungsschaltungen angeschlossen sind und im Falle, daß die Tore T₍ bis T_n kein Signal abgeben, über ein Und-Tor T_n+1 infolge ihrer invertierenden Wirkung ein Signal abgegeben. Dieser Fall ist z. B. gegeben, wenn die Optik eine Farbe erfaßt, die z. B. in Fig. 14 durch den Ort »Ε« gekennzeichnet ist. Solche Fälle treten auf, wenn die Vorlage verschmutzt ist oder Farben übereinander gemalt sind. Erscheint das Signal »keine Farbe«, so wird die Abtastung angehalten, und die Bedienungsperson gibt dann die richtige Farbe ein. Dies hat den Vorteil, daß fehlerfreie Muster hergestellt werden können.

Es besteht auch die Möglichkeit, die Anlage nicht anzuhalten und die Information »Farbe nicht erkannt« als Codewort zu speichern, um diesen Puwkt bei einer späteren Kontrolle manuell zu korrigieren.

Außerdem kann anstelle der manuellen Eingabe der Farbe die Farbe des vorangehenden Punktes registriert werden, was sich bei aufeinanderfolgenden Fehlern wiederholen kann. Es ist sinnvoll, die Anzahl der Wiederholungen zu begrenzen, z.B. durch einen mitlaufenden einstellbaren Zähler, um dann entweder »Farbe nicht erkannt« zu registrieren oder die Farbe manuell einzugeben. Eine weitere vorteilhafte Möglichkeit besteht darin, das Umfeld des Punktes zu untersuchen und die Farbe zur Anzeige zu bringen, die am häufigsten vorkommt. Sollte es wiederum zu keiner

do eindeutigen Entscheidung kommen, so kann entweder die Information »Farbe nicht erkannt« registriert werden oder die Farbe wieder manuell eingegeben werden.

Durch diese Arten der Auswertung kann in jedem Fall erreicht werden, daß völlig fehlerfreie Patronen hergestellt werden; sei es direkt bei der Abtastung oder in einem späteren Korrekturvorgang.
Die verschiedenen Ausbaustufen können je nach dem

so geforderten Maß an Genauigkeit und nach der Anzahl

nit der zu untersuchenden Farben miteinander kombiniert

nd oder bei geringeren Anforderungen vereinfacht werden.

Eine bevorzugte Anwendung liegt in der Textiltechnik in, zur Gewinnung von Steuerdaten von Patronen für

en Textilmaschinen, wie Web-, Wirk- oder Strickmaschi-

zu nen, wobei die gewonnenen Farbdaten codiert zwi-

o- schengespeichert werden, z. B. auf Magnetband, Platte

iil, oder Lochstreifen oder Lochkarten oder in Form von

:n Jacquardkarten. Eine solche Farberkennungseinrich- ,₀

tung kann für diesen Zweck mit einem sogenannten ;n Bindungsrechner zusammenarbeiten. In einem anderen

n. Anwendungsfall kann die Farberkennungseinrichtung

ie mit einer Maschine zum Herstellen von Farbauszügen

in für den Textildruck integriert werden. Im Textildruck i_S

τι wird jede Farbe separat aufgedruckt, was für jede Farbe

is einen separaten Farbauszug erfordert, der mittels einer

« i Farberkennungsschaltung erzeugt werden kann. Die e gewünschte zu extrahierende Farbe wird über eine

η Logikschaltung aus der Vielzahl der erkannten Farben

t, selektiert.

ι F i g. 21 zeigt ein Beispiel eines solchen Gerätes. Eine

Walze 101 trägt eine Farbvorlage 102 und wird von

einem Motor 103 angetrieben. Vom Motor 103 wird : wieterhin eine Schreibwalze 104 in Umdrehung

versetzt, die einen Schreibfilm 105 zur Wiederaufzeichnung des ausgezogenen Farbsignals trägt.
: Es ist ein Abtastkopf 106 vorgesehen, der einen

; axialen Vorschub ausführt und die Vorlage 102 entlang

von Schraubenlinien abtastet. Im Abtastkopf werden über eine Optik 107, eine Blende 108, halbdurchlässige ί Spiegel 109 und 110, Filter 111, 112 und 113 und optischelektrische Wandler 114, 115 und 116 die j primären Farbmeßwertsignale R, G, Bgewonnen. Diese j werden dann in einer Matrixschaltung 117, die in ι F i g. 22 im Detail dargestellt ist, transformiert, und zwar \: in ein Helligkeitssignal z= +R +G +B und drei Farbkoordinatensignale

U= +R - G,V= +B- Gund VV= +R- B.

; Die Farbkoordinatensignale U, V und VV liegen in

j einer Ebene, auf der das Helligkeitssignal ζ senkrecht

Γ steht. Das Helligkeitssignal wird in der Stufe 118 entsprechend der in Fig.24d angegebenen Funktion verzerrt. Die U, V, W-Farbkomponenten werden anschließend in den Multiplizierern 119,120 und 121 mit diesem verzerrten Helligkeitssignal ζ multipliziert, was der Transformation entspricht, die in F i g. 8 dargestellt ist, d. h., bei geringer und großer Helligkeit h werden die x, y, z-Werte stärker vergrößert als im mittleren Bereich. Als Multiplizierer können käufliche Schaltungen eingesetzt werden. Die an den Ausgängen der Multiplizierer 119, 120 und 121 erscheinenden Signale U, V und W werden dann entsprechend der F i g. 20 auf die Operationsverstärker 122 bis 127 gegeben, die als Schwellwertschalter dienen und ihre Schwellwertspannung über Potentiometer 128 bis 133 von einer Konstantstromquelle U erhalten. Je nachdem, ob angezeigt werden soll, ob eine Schwelle über- oder unterschritten wird, sind den Operationsverstärkern 122, 124 und 126 Inverter 135, 136 und 137 nachgeschaltet, deren Ausgänge zusammen mit den Ausgängen der Operationsverstärker 123, 125 und 127 auf ein Und-Tor 138 gegeben werden, welches am Ausgang anzeigt, wenn die Farbe, die durch die einstellbaren Schwellen 128 bis 133 eingegrenzt worden ist, vorkommt. Dieses Signal gelangt über einen Umschalter 139 und einen Verstärker 140 auf eine

40 Schreiblampe 141, mit deren Hilfe die ausgezogene Farbe über eine Optik 142 auf den Schreibfilm 105 aufgezeichnet wird. Am Umschalter 139 liegen noch eine Weißauswahlschaltung 143, mit deren Hilfe die in F i g. 25 gezeigten Farberkennungsräume A, B und C untersucht werden. Die genaue Schaltung der Baugruppe 143 ist in F i g. 26 angegeben.

In Fig.22 ist die Matrixschaltung 117 der Fig.21 näher dargestellt. Die primären Farbmeßwertsignale R, G, B gelangen von den Ausgängen der bipolaren Verstärker 145, 146 und 147 zu den Widerständen 148 bis 156, die so geschaltet sind, daß die Transformattonsgleichungen

U = +R- G

V = +B-G W=+R-B

Z = +R + G + B

erfüllt sind.

F i g. 23 zeigt ein Beispiel für eine Verzerrerschaltung 118 des Helligkeitssignals ζ der Fig.21. Das Signal ζ geht zu drei verschiedenen Verzerrerstufen, deren Resultatsignale über Entkopplungswiderstände 160,161 und 162 am Eingang eines Operationsverstärkers 163 summiert werden. In der ersten Stufe Ru D\ wird die in Fig.24a gezeigte Kurvenform erzeugt. Durch eine niedrige Bemessung des Vorwiderstandes R\ geht die Diode D\ früh in Sättigung.

In der zweiten Stufe, in der das Signal ζ durch die Widerstände R2, Ri geteilt wird, wird erreicht, daß die Diode Lh erst bei höheren Werten von ζ leitend wird, was zu einem Spannungsverlauf am Widerstand Ra führt, der in Fig.24c dargestellt ist. Die dritte Stufe ändert das Signal ζ im Vorzeichen mit Hilfe des Operationsverstärkers 165. Die Diode Eh begrenzt die negative Spannung, deren Verlauf in Fig.24b dargestellt ist. Der Widerstand R5 ist so gewählt, daß die Begrenzung erst später einsetzt als in der ersten Stufe. F i g. 24d gibt die Summenspannung der drei Stufen an, mit der die Farbkomponenten U, V, W in den Multiplizierern 119, 120 und 121 der Fig.21 multipliziert werden.

In Fig. 25 sind für die Farbe »Weiß« drei Erkennungsräume angegeben, was gegenüber der Fig. 10 eine Vereinfachung darstellt. Von der Transformationsmatrix 117 (Fig.22) gelangen die Farbkomponenten U, V, W und das Helligkeitssignal ζ auf die Weißauswahlschaltung 143 der F i g. 21, deren spezielle Schaltung in F i g. 26 angegeben ist. Die Farbkomponenten U, V, W und das Helligkeitssignal ζ werden auf Operationsverstärker 170 bis 184 gegeben, mit deren Hilfe die in Fig.25 angegebenen Farberkennungsräume umrissen werden. Die Schwellwertspannungen werden durch die Potentiometer 185 bis 199 eingestellt.

Soll z. B. der Farbraum A der F i g. 25 erkannt werden, so muß die z-Komponente größer als z\ sein. Diese Bedingung wird durch die Schwellwertstufe 182 und 197 erfaßt.

Ist ζ größer als der am Potentiometer 197 eingestellt Schwellv/ert, so gelangt das Signal »Farbe erkannt« über das Oder-Tor 200 an den Schalter 139 der F i g. 21.

Soll der Farbraum B der F i g. 25 erkannt werden, so müssen die U, V, W-Werte innerhalb der Grenze

— U\ < U < + ü|

— V| < V < +Vi

— IV| < W < + 1V|

liegen. Für u sind die Komparatoren 170 und 171 und das

Otentiometer 185 auf den Wert +ui und das ^tentiometer 186 auf den Wert - u\ eingestellt sind. Wird + u\ unterschritten, so liefert der Komparator 170 Jas Signal Null, was durch den Inverter 201 zu »1« nvertiert wird. Wird ein Komparator - u\ überschritten, so erscheint das Signal »1«, In gleicher Weise sind die Komparatoren 172,173 für ν und die Komparatoren für w aufgebaut, wobei für das Unterschreiten der positiven Werte die Inverter 202 und 203 vorgesehen sind. Werden die Schwellen —u\, - v\, - w\ überschrit- ι ten und die Schwellen + u\, + v\, + W\ unterschritten, so erscheint am Ausgang des Addierers 204 die Signalschwellwertbedingung für u, v, w des Farberkennungsraumes ß erfüllt. Die z-Komponente wird durch die Komparatoren 182 und 183 untersucht. Die Schwelle des Komparators 182 für z\ wird unterschritten, weshalb am Inverter 205 eine »1« erscheint. Die Schwelle des Komparators 183 für Z₂ wird überschritten, was ebenfalls eine »i« liefert Die Ausgänge des Komparators 183, des Inverters 205 und des Und-Tores 204 sind am Und-Tor 206 zusammengefaßt, was bei Erfüllen der Schwellwertbedingungen für den Raum B das Signal »1«, d. h. »Farbe erkannt« liefert, das über das Oder-Tor 200 an den Schalter 139 der F i g. 21 gelangt.

Der Farberkennungsraum C der Fig.25 wird mit Hilfe der Komparatoren 176 bis 181 für u, v, wund 183 und 184 für ζ erkannt. Zur Anzeige des Unterschreitens der Schwellen für + u₂, v₂, w₂ dienen die Inverter 207 bis 209, für die Schwelle z₂ der Inverter 210. Die Einzelschwellen sind dann über das Und-Tor 211 zusammengefaßt, das sein Signal »Farbe erkannt« über das Oder-Tor 200 weitergibt.

F i g. 27 zeigt ein Beispiel für die direkte Sichtbarmachung eines ausgezogenen Farbraumes mittels einer Elektronenstrahlröhre. Die Abtastung der Vorlage geschieht bis zu den Verstärkern 145, 146, 147 wie in Fig.21 bzw. Fig.22. An die Ausgänge dieser Verstärker sind zwei Transformalionsmatrizen M\ und M₂ angeschlossen, von denen die erste Λίι die Signale x, y und ζ der F i g. 4 liefert und die zweite M₂ die Signale der Fig. 12. Die Signale χ!γ sind gegenüber den

7 18

x ν um 45° gedreht. Entsprechende Schaltun-
*& vSrher angegeben, wor en D,e

änn Das Steuergitter 246 der Elektronenstrahlrohre

ZSS Ölrch Umschalten am Schaller 245 kann Tch aSle der Komponente , die ,-Komponente sichtbar gemacht werden.

Hierzu 18 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Erkennung von Farben einer farbigen Fläche, bei dem die Fläche mit Licht s bekannter Spektralzusammensetzung beleuchtet wird,

die Intensitäten von drei Grundfarben, die einen· Farbraum mit einer Graugeraden aufspannen, im reflektierten oder durchgelassenen Licht gemessen ι ο werden,

den zu erkennenden Farben in einem Farbraum Raurnelcmcnte zugeordnet werden, die von Flächen, welche elektronisch durch Vorgabe von Schwellwerten für die Koordinaten dieses Farbraums nachgebildet werden, begrenzt werden, die Zugehörigkeit einer zu erkennenden Farbe zu einem Raumelement durch Vergleich ihrer Farbraumkoordinaten mit den vorgegebenen Schwellwerten ermittelt werden, dadurch gekennzeichnet, daß

a) der von den drei Grundfarben (R, G, B) aufgespannte Farbraum durch eine lineare Transformation in einen Chrominanz-Luminanz-Farbraum (x, y, z; u, v, w, z) überführt wird, dessen Luminanzachse (z) mit der Graugeraden des von den Grundfarben (R, G, B) aufgespannten Farbraums zusammenfällt,

b) die Raumelemente (I bis XII) in dem Chrominanz-Luminanz-Farbraum durch Vorgabe von Schwellwerten (±x\, ±y\, ±z\, ... ±x_m ±y„, ± z„) für die Chrominanz- und Luminanzkoordinaten (x, y, z\ u, v, w, z) festgelegt werden,

c) die sich aus der Farbraumtransformation ergebenden Chrominanzkoordinaten (x, y, u, v, w) einer zu erkennenden Farbe (A, B, C, D) mit einem Faktor gewichtet werden, welcher von der Luminanzkoordinate (z) der Farbe abhängt und in einem wählbaren Bereich (z\ bis z₂) der Luminanzkoordinate gleich eins ist, während er oberhalb und unterhalb dieses Bereiches abnimmt, und

d) die Luminanzkoordinate (z) sowie die gewichteten Chrominanzkoordinaten (x, /) einer zu erkennenden Farbe zum Vergleich mit den festgelegten Schwellwerten der Raumelemente (I bis XII) des Chrominanz-Luminanz-Farbraums herangezogen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der von den Grundfarben (R, G, B) aufgespannte Farbraum nach folgenden Beziehungen in den Chrominanz-Luminanz-Farbraum (x, y, z) transformiert wird:

χ = 0,789R-0,211G-0,578ß y= -0,2n/?+0,789G-0,578ß ζ = 0,578/?+0,578G+0,578B

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der von den Grundfarben (R, G, B) aufgespannte Farbraum nach folgenden Beziehungen in den Chrominanz-Luminanz-Farbraum (ti, v, w, z) transformiert wird:

u « R-G v=B-G w= R-B ζ = R+G+B (.5

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Chrominanz-Luminanz-Farbraum (x, y, z,) durch Drehung der Chrominanzkoordinaten (x, y)um die Luminanzachse (z) in einen weiteren Chrominanz-Luminanz-Farbraum (V', y", z) transformiert wird, daß die den zu erkennenden Farben (A, B, Q D) zugeordneten Raumelemente (I bis XII) durch Vorgabe von Koordinanten-Schwellwerten in dem ursprünglichen und in dem weiteren Chrominanz-Luminanz-Farbraum (x, y, ζ bzw. x", y", z) festgelegt weiden und daß die zu erkennende Farbe durch Vergleich ihrer jeweiligen Luminanz- und gewichtigen Chrominanzkoordinatenwerte (V, y, z) in den beiden Chrominanz-Luminanz-Farbräumen (x, y, ζ bzw. x", y", z) mit den jeweiligen, in den beiden Farbräumen vorgegebenen Schwellwerten ermittelt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehung gemäß folgenden Beziehungen durchgeführt wird:

wobei a und b Konstante für den Drehwinkel und x¹ und y die gewichteten Chrominanzkoordinaten der zu erkennenden Farbe in dem ursprünglichen Chrorr.inanz-Luminanz-Farbraum sind.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß durch Drehung des weiteren Chrominanz- Luminanz-Farbraums (V',/', z) zusätzliche Farbräume erhalten werden, daß die Raumelemente (I bis XII) durch Vorgabe von Schwellwerten in allen Färbräumen eingegrenzt werden und die zu erkennende Farbe durch Vergleich ihrer Koordinatenwerte in den jeweiligen Farbräumen mit den in den jeweiligen Farbräumen definierten Schwellwerten ermittelt wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erkennung der unbunten Farben die zu einem oberen und unteren Luminanzwert eines Raumelementes gehörigen Chrominanzschwellwerte dem Betrag nach gleich sind.

8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß alle sich bei den Transformationen ergebenden Signale, die größer als vorgegebene, den Farbraum begrenzende Koordinatenwerte sind, auf diese Grenzwerte reduziert werden.

9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle, daß keine Farbe erkannt wird, ein Signal abgegeben wird, durch das die weitere Farberkennung gestoppt wird, und daß eine entsprechende Farbkorrektur von Hand eingegeben wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle, daß keine Farbe erkannt wird, ein Signal abgegeben wird, das signalisiert »Farbe nicht erkannt« und daß, von diesem Signal gesteuert, die vorhergehende Farbinformation ausgegeben wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorgang der Ausgabe der vorangehenden Farbe auf eine vorgegebene Anzahl von Bildpunkten beschränkt wird und anschließend eine manuelle Eingabe der Farbe erfolgt.

12. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle, daß keine Farbe erkannt wird, ein Signal ausgegeben wird, das signalisiert »Farbe nicht erkannt« und daß, von diesem Signal gesteuert, . eine Auswertung der Farben der Umfeldpunkte

en
en
an
Iiz-
:n
:h
o-
:n

vorgenommen wird und die im Umfeld am häufigsten vorkommende Farbe ausgegeben wird.

13. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch I₁ mit einer Lichtquelle zur Beleuchtung der zu untersuchenden Fläche mit Licht bekannter spektraler Zusammensetzung, drei optisch-elektrischen Wandlern zur Erfassung der reflektierten oder durchgelassenen Intensitäten dreier Grundfarben, Schwellwertschaitungen zur Festlegung von den zu erkennenden Farben in einem Farbraum zugeordneten Raumelementen durch Vorgabe von Koordinaten-Schwellwerten, an die Schwellwertschaltungen jeweils eines Raumelements angeschlossenen Koinzidenzschaltungen zur Ermittlung der Zugehörigkeit einer zu erkennenden Farbe zu einem bestimmten Raumelement, dadurch gekennzeichnet, daß

a) den Wandlern (9,10,11) eine Transformationsmatrix (28 bis 35, R₁, R_yR, R_yB, R_ya Ry, R*a R*tt, R_x; 117) nachgeschaltet ist, wejche die Grundfarbensignale (R, G, B) nach folgenden Beziehungen in Chrominanzsignale (x, y) und Luminanzsignale ('zyl transformiert:

χ = 0.789Ä - 0,211G - 0,5785
y = 0,211Ä + 0.789G - 0,578ß
ζ = 0.578Λ + 0.578G + 0,578J?

b) ein vom Luminanzsignal (z) der Transformationsmatrix beaufschlagter Funktionsgenerator (36,118) zur Erzeugung einer Gewichtsfunktion [f(z)J ν or gesehen ist, die folgenden Verlauf hat: f(z) = k\ · zfürO<Z<Z/2_miul - Q

f(z) = 1 für Z/2™, - C₁ <Z<Z/2„_m + C₂ f(z)= -k₂ · ζ für Z/2™, + C₂<Z<Z_nwx

c) zwei Dividierer (37,38) zur Teilung der von der Transformationsmatrix gelieferten Chrominanzsignale (x bzw. y) durch den Wert der Gewichtsfunktion (f [z] vorgesehen sind, welcher sich bei dem den Chrominanzsignalen (x, y) entsprechenden Luminanzsignalwert (z) ergibt und

d) die Schwellwertschaltungen (43 bis 55, P₄₃, P₄₄) an die Ausgänge der beiden Dividierer (37, 38) und den das Luminanzsignal (z) liefernden Ausgang der Transformationsmatrix angeschlossen sind.

14. Schaltungsanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Dividierer und die Schwellwertschaltungen (43—55, P«, Pu) eine weitere Matrix (D) zur Transformation der Chrominanzsignale nach folgender Beziehung geschaltet ist: