DE2544703C3

DE2544703C3 - Verfahren und Schaltungsanordnung zum Erkennen von Farben einer farbigen Fläche

Info

Publication number: DE2544703C3
Application number: DE2544703A
Authority: DE
Inventors: Hans Dr. Keller; Klaus Moellgaard; Ulrich Dipl.-Ing. Sendtko; Ruediger Dipl.-Ing. 2301 Raisdorf Sommer
Original assignee: Dr-Ing Rudolf Hell 2300 Kiel GmbH
Current assignee: Dr-Ing Rudolf Hell 2300 Kiel GmbH
Priority date: 1975-10-07
Filing date: 1975-10-07
Publication date: 1978-04-06
Also published as: FR2347662A1; IL50638A; BE847041A; JPS5256829A; DE2544703B2; GB1563602A; US4110826A; FR2347662B1; DE2544703A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren der i,_o m Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art und eine khaltungsanordnung der im Oberbegriff des Anspruchs genannten Art.

Es ist bereits in dem US-Patent 32 10 552 ein Gerät ■um Anzeigen des Vorhandenseins einer bestimmten <,=, ⁷arbe in einer Meßproho angegeben worden, bei dem las Auftreten einer Farbe in einem definiertenn Bereich /on Farben erkannt werden soll, die in einer Meßprobe oder in einem Teil der Meßprobe vorkommen. Es werden htsr drei optisch-elektrische Wandler verwendet, von denen jeder auf eine verschiedene Komponente des Lichtes der Pr-ibe anspricht. Die Ausgangssignale eines jeden Wandlers, d. h. die primären Farbmeßwertsignale, werden jeweils an eine Kontrollschaltung gegeben, die nur Ausgangssignale abgibt, wenn die Eingangssignale innerhalb eines vorher bestimmten und einstellbaren Bereiches liegen. Die Ausgänge der 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 ProLw 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 optisch-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 angeschlossen 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 Erkennungslläche 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 Tiilsiranlen 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 Fa/bbereiche durch mehrere Geraden, die elektronisch durch diese einstellbaren Schwellen nachgebildet werden, eingegrenzt werden. In drri Figuren 10 bis 19 und 22 sowie 24 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. I ig. 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 DTOS 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 Färb ι meßwertsignale 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. is nach den bekannten, in einer F.bene liegenden Trennfiguren ausgewertet. Im Falle, daß man mit drei primären Farbmeßwerten arbeitet, führt dies zu einer Rückführung des Elrkennungsproblems vom 3ditncnsio nalen Farbraum in die F.bene. was wiederum der Farberkennung nach den US-Patenten 32 10 552 und 30 12 666 entspricht.

Die bisher beschriebenen Arten der Farberkcnnting, die im wesentlichen auf eine Rückführung der Ausw ertung in ein ebenes Problem beruhen, haben aber. .·, wie verschiedene Anwendungsfälle gezeigt haben, noch entscheidende Nachteile. Zum Beispiel in der Textil technik werden farbige Mustervorlagcn. d. h. Textilmusterentwürfe, die von einem Künstler von Hand gemalt worden sind, optisch-elektrisch abgetastet, um die Farbe ·,. der einzelnen Mustervorlagen in einzelnen Farbcnfcl dem 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 ι Drucken des Rasters des unbearbeiteten Vorlagcnträgers. durch Übermalen korrigierter Stellen, auch Schwankungen der Farbmenge sind solche typischen Fehler, führen zu falschen Farberkennungen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe 4; 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 wesent- hch 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 folgender, anhand der Fig. 1 bis 28 näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung einer Abtast- <■'■ einheit,

F i g. 2 einen durch die primären Farbmeßwertsignale aufgespannten Farbraum (R, C, B),

F i g. 3 die erste Transformation des R, G, ß-Farbraumes, f.«

Fig.4 eine Draufsicht auf die Koordinaten der Transformation nach F i g. 3.

Fi g. 5 ein Beispiel einer Transformationsrnatrix.

F i g. 6a die Lage einiger Farben im x.y, 7 I arbraum,

F i g. 6b eine Darstellung, wie die F arbcn bei einei herkömmlichen Farbtrennung liegen können,

Fig. 7 eine schematische Darstellung der Lage verschiedener Farben im x.y, /Farbraum.

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

Fig. 9a die Lage einiger Farben nach der Transfor mation,

Fig. 9b eine vergleichende Darstellung zu I i g. (■ nach der Transformation.

Fig. lOcinc Einteilung des Farbraumes in I arberken nungsräumc.

Fig. 11 einen Schnitl durch I ig IO zur Darstellung der Schwellen für χ und /,

Fig. 12 die Koordinalen. nach denen eine weitere Transformation in Form einer Drehung durchgcführi wirr!

Fig. 13 die Fiingrcnzung einer Farbe durch Schwell werte,

F ig. 14 eine räumliche Darstellung der F arberken nungsräumc.

Fig. 15 ein Beispiel für die Transformation einer Farbe und ihre Eingrenzung in einen Farberkcnnungs raum.

Fig 16 eine Schaltungsanordnung /iir Durchführung der Färb ^ransformationen.

Fig. 17 eine Darstellung einer hei 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 Transform;! tionsschaltung.

F i g. 20 eine Schwellwertschaltung zum Eingrenzen der Farberkennungsräume.

F i g. 21 ein Ausführiingsbcispiel für Textildruck.

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

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

F i g. 24 Kurvcnvcrläufc für die Entzerrschaltung der Fig. 23.

F i g. 25 ein Beispiel für die Farbcrkcnnungsräumc für »weiß« nach Fig. 21.

F~ i g. 26 ein Ausführungsbeispiel für die Weißauswahl nach Fi g. 21,

F" i g. 27 ein weiteres Ausführungsbeispiel.

Fig. 28 eine Darstellung des Schirmbildes der F i g. 27.

F i g. 1 zeigt schematisch die Gewinnung der primären Farbmeßwertsignale R. G, B. Fiinc Bildvorlage 1 wird mittels einer weißen Lichtquelle 2 beleuchte,. Es werden über nicht dargestellte halbdurchlässige Spiegel drei Teillichtstrahlen 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 bekannte dichroitische Filter, und zwar das Rotfilter (6), das Grünfilter (7) und das Blautfilter (8). An den Ausgängen der Wandler 9, 10 und 11 erscheinen dann die primären Farbmeßwertsignale als Rotfiltersignal R, Grünfiltersignal G und Blaufiltersignal B. Diese Signale lassen sich in einem R, G, ß-Farbraum darstellen.

In Fi g. 2 ist der durch die primären Farbmeßwertsignale aufgespannte Farbraum idealisiert dargestellt. Die Achsen R, G, B geben das Rot-, Grün- und Baifiltersignal an. Der Koordinatennullpunkt, in dem aiie Signale Nuii sind, steiit die Farbe Schwarz dar (Schwarzpunkt) und der Eckpunkt des Farbraumes, in dem alle Filtersignale ihren Maximalwert haben, die Farbe Weiß (Weißpunkt). Die Verbindungslinie zwi-

sehen dem Schwarzpunkt und dem Wcißpunki nennl man »Graugerade«.

F-" i g. 3 zeigt die erste Koordinatentransformation des R, G. ß-Farbraumes in einen sogenannten Chrominanzl.iiminanzfarbraum mit den Achsen x, y und 7, wobei die x- und v-Achse die Chrominanzsignale (Farbsignale) und Jm /Achse das l.uminanzsignal (Helligkeit) darstellen. Transformationen dieser Art sind in der Fernsehtechnik geläufig (siehe hierzu »H. S c h ö η f e I der, F-ernsehtechnik I, I. L.iebig Verlag, Darmstadt, Seiten 3/13, 3/14 und 3/I4B«), Ls werden dort die R. G, Ö-Signale in ein \, y, /Koordinatensystem transformiert, wobei aber die y-Achsc der l.uminanz, d.h. Helligkeit, entspricht.

Bei der vorliegenden Erfindung wird aber eine speziellere Transformation durchgeführt, und zwar fällt die (iraugcrade des R, G, ß-F-'arbraumcs in die /Achse, weiche das i.uniiiiaii/.sigiidi (rieüigkuii) uaiMuili. Dies wird durch eine einfache Kippung des R. G, ß-Farbraunies erreicht, bis die Graugerade mit der /Achse zusammenfällt. Anschlicüend wird noch eine Drehung um die /Achse vorgenommen, derart, daß die x- und v-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, B-Farbraumes dargestellt, um die Drehung um die /Achse sichtbar zu machen. Damit die Symmetrie erkennbar wird, wurde eine Draufsicht von oben in Richtung der /Achse gewä.ilt. Der Drehwinkcl beträgt 15" und die Transformationsgleiehungen lauten:

χ =0.789« - 0.211 G - 0,578 B )' = -0.214 R + 0.789 G - 0.578 B
/ =0.578 R + 0.578 G + 0,578 B

Im transformierten v. y. /Koordinatensystem entsprechen

r dor Hclliukcit der Farbe

7 - arctan dem Farbton,
v

r = ..v -I

r der I arbsättijuing.

Wie leicht einzusehen ist, liegt hier eine Schwierigkeit der Trennung dieser beiden Farben A und B. Wie aus Fig. 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 außci Betracht läßt, ist bei der vorliegenden Erfindung eine ganz spezielle Berücksichtigung der dritten Koordinate, d. h. der /-Achse, bei der Farberkennung vorgesehen. Zur Verdeutlichung dieser Zusammenhänge ist in F-" ί g. 7 die Begrenzung des F-'arbraumcs um die Farben der Fig. 6a eingezeichnet. Die F'arben selbst werden als idealisierte Striche eingezeichnet. Der Wert »Schwarz« liegt im Koordinatennullpunkt, der Wert »Weiß« auf der /Achse, d. h. auf der Spitze des Farbraumes, der die Farben in einem Doppelkegel umschließt.

Damit die F'arben getrennt werden können und

-i»

F" i g. 5 zeigt eine Schaltungsanordnung zum Durch- ^ führen einer solchen Transformation; es kann z. B. eine einfache Widerstandsmatrix sein. Die primären Farbmeßwertsignale R, G, B werden auf Widerstand R\, Ri, Ri gegeben, die über einen Widerstand Rt mit Masse verbunden sind. Die Widerstände R\, R₂ und Ri 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 Ri, R₂ und /?j <;■; nicht dargestellte Vorzeicheninverter vorgeschaltet werden.

In den Fig. 6a und 6b sind in dem Jf, y, z-Chrominanz-Luminanzfarbraum die tatsächlich beim Abtasten von in der Prxis verwendeten Farben (*> 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 bananenförmige Gestalt ist charakteristisch.

F i g. 6b zeigt eine Draufsicht auf den Farbraum, und (15 man erkennt, daß sich die Farben A und B räumlich umschließen, was in der Projektion zu einer Überlappung führt.

I- : — LL

I IfUU

1 Ol

UIIVI LJ/

wegfallen, wird eine weitere sehr spezielle Transformation des Farbraumes vorgenommen.

In F i g. 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-Eibene wegfallen.

Dies ist in den F i g. 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 F'ig. 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 /-Achse untersucht.

Fi g. 10 zeigt, wie die/-Achse, d. h. din Hclligkcitsachse, in Bereiche eingestellt wird, welche durch unterschiedliche /-Werte sowie x- und y-Werte umrissen werden. Die Werte /1 bis /5, y\ bis y^ und x\ bis w definieren diese Räume. Die Werte Χι bis Ai wurden der Übersichtlichkeit halber nicht eingetragen. Die entsprechenden x-Werte sind in Fig. 11 eingezeichnet, die einen /-Α-Schnitt der F i g. 10 zeigt. Die Erkennungsräume I bis V der F i g. 10 und 11 lassen sich jeweils durch Schwellwerte für /, +Ar. -x, + y, -y eingrenzen. Der Raum I z. B. durch

0< ζ < /ι

— X] < X<X\

-y, < χ <_>'!
der Raum II durch

Zl< Z<Z_}

— ΑΓ2 < X < X2

-y₂< y<y₂

Liegen die Komponenten der transformierten R, G, ß-Signale im Chrominanz-Luminanzfarbraum innerhalb dieser Bereiche, so so werden die den Bereichen zugeordneten Farben erkannt Es sind z. B. Raum I für »Schwarz« und die Räume II bis V für »Weiß« repräsentativ.

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

Eine Weiterbildung kann darin liegen, daü alle /-Werte, die größer als />, (Bereich V) sind, auf /t, reduziert werden, also in den Erkennungsraum V fallen

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

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

Ks 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. IJ ersichtlich. Nachdem zuerst die/-Koordinate (Fig. 10 und II) untersucht worden ist und sich /-Werte ergeben haben, die mit ihren entsprechenden Arund y-Komponenten nicht in die Räume I bis V fallen, werden diese Signaltripel in dem neuen gedrehten System X',y', /,das mit dem x,y, /-System überlagert ist, untersucht. Es sei noch besonders darauf hingewiesen, daß die Koordinate / nicht unterdrückt worden ist, sondern ausgewertet wurde.

Fig. IJ zeigt einen Fiirbraum D, der in dem x, y, /- und dem γ, χ", /'-Koordinatensystem liegt. Es handelt sich um den Farbraum Oder Fig. 9a und 9b. Um den F'arbraum D können eingrenzende Schwellen gelegt werden, und /.war \\, χι,yt.y>. /ι, />, v/. */,>V,yi. /ι', />'■ Die Schwellen gehören also sowohl dem x, y, /.- als auch dem gedrehten v⁷, /, /'-System an. Im Beispiel der Fig. IJ wurden zwar nur acht Schwellen benutzt,da die v'-Werte nur als x\ und die y-Werte nur einmal als y{ verwendet wurden. Es können aber auch geometrische Figuren zur Eingrenzung benutzt werden, bei denen sämtliche Werte oder aber auch weniger Schwellen vorkommen, je nachdem, was am zweckmäßigsten ist. Aus der Fig. IJ ist zu ersehen, daß man so auf einfache Weise einen transformierten Farbwert bezüglich seiner Chrominanz durch bis zu 8 Geraden, d. h. Schwellwerten, eingrenzen kann, nachdem bereits die /-Komponente in den Farbräumen I bis V zehnmal geprüft worden ist. Es lassen sich so mit großer Genauigkeit räumlich komplizierte Gebilde untersuchen und einklassifizieren. Die Bereiche A, B und C der Fig. 9a und 9b können ebenfalls durch solche Geraden, die elektronisch als Schwellen oder Doppelschwellen nachgebildet werden, eingegrenzt werden.

Fig. 14 zeigt eine räumliche Darstellung im x, y, z-Koordinatensystem und dem überlagerten x¹, /, y-System. Es ist eine Vielzahl von durch Schwellen aufgebauten Farberkennungsräumen dargestellt, mit denen die transformierten verzerrten und begrenzten Meßwerte ausgewertet werden können. So sind die Bereiche I bis V der Fig. 10 und 11 vorhanden sowie einige Bereiche VI, VII, VIII, IX, X, die aber nur einen geringen Teil der tatsächlich verwendeten Farberkennungsräume darstellen, auf deren Darstellung zur Erhaltung der Übersicht der Figur verzichtet wurde. In der praktischen Ausführung ist für jede zu erkennende Farbe ein solcher prismatischer Erkennüngsraum vorgesehen.

In Fig. 14 ist außerdem ein Farbpunkt »£«

eingezeichnet, d.T z. B. von der Optik bei einer unreinen F'arbe 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 /Achse. Man erkennt in dem Farbcrkcnnungsraum V, daß die Farbe 1 nach Streckung in Ar-Richtung in Abhängigkeit von / zum größten Teil in den Farberkennungsraum VII fällt. Dadurch, daß bei dieser Streckung eine Begrenzung des Farbraumes vorgenommen wurde, werden die Ar-Werte, die rechts außerhalb des Farberkennungsraumes liegen, auf die Grenzwerte reduziert und als Farbe 1 erkannt. Auch der untere Teilbereich der F'arbe 1 wird in den Farberkennungsraum VII transformiert. Im oberen Teilbereich V für /verbleibt ein Teil der Farbe 2 im Erkcnnungsrauui 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. F.in solcher praktischer Fall wäre /.. B. dann gegeben, wenn eine Farbe zum Zweck der Korrektur mil DcckwciU übermalt worden wäre. Die F'iliersignale liefern einen gelingen Farbanteil, aber es ist beabsichtigt, daß diese Stelle .ils Weiß erkannt wird, was auch durch die verstärkte räumliche Ausdehnung des Erkennungsraiimes V in Ar- und /-Richtung erreicht wird. Das gleiche gilt für die Farbe 2 im Erkennungsraum X.

In F i g. 16 ist ein Schaltbild für die Koordinatentransformationen mit der linearen Verzerrung und der Begrenzung der Chrominanzsignale angegeben. Zur Vereinfachung ist die in F i g. I angegebene Abtastanordnung lediglich durch die Fotoelemente 16, 17 und 18 dargestellt, welche die Rot-, Grün- und Blaufiltersignale R, G, B liefern. Diese Signale werden in den nachgeschalteten Operationsverstärkern 19 bis 27 verstärkt. Die Operationsverstärker 28 bis 12 mit ihrer äußeren Beschallung führen die lineare Koordinatcntransformation gemäß den angegebenen Transformationsgleichungen aus. An den Ausgängen dei Verstärker 28, 30 und 32 erscheinen die x, y, /Werte des ersten Chrominanz-Luminanzfarbraumes. Es wird bei dieser Transformation jedes primäre Farbmeßsignal entsprechend den Konstanten der Transformationsgleichungen, die durch die Bemessung der Beschaltungswiderstände der Operationsverstärker berücksichtigt werden. auf die beiden anderen Kanäle gegeben. Diese Schaltung zur Durchführung der Transformation mit 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 beschalteten Operationsverstärker angewendet worden. Man kann bekanntlich 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 Ar-Koordinate und die z-Koordinate angegeben. Die Schaltung für die ^-Koordinatentransformation entspricht im wesentlichen der für die Λτ-Koordinate, was auch F i g. 16 ersichtlich ist.

Die Gleichung für χ lautet:

χ = 0,789 R- 0,211 G- 0.578 B χ = 0,789 R - (0,211 G + 0,578 B)

Die Klammer stel't eine Addition von G und B dar

und wird am Summiereingang des Operationsverstärkers 31 vorgenommen.

Vom Grünkanal G werden über einen entsprechend bemessenen Widerstand /?,₍. und vom Blaukanal W über einen Widerstand /?,« 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_xH, R_x/i und R_x(; und der Rückkopplungswiderstände der Operationsverstärker

31 und 32 vird somit die Transformationsgleiehiing erfüllt.

Ks wird aber noch eine zusätzliche Transformation durchgeführt. Da schwach gesättigte Farben nahe beim Nullpunkt liegen, wird eine zusätzliche Dehnung der v, /-Koordination durchgelührt, 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 Transformationsgleichungcn einen konstanten Faktor k einführt.

ν = A(0,789K - (0,21 \G + 0,578«;;

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

Die Transformation der /Komponente wird am Operationsverstärker 28 durchgeführt. Am Summiereingang des Operationsverstärkers 28 liegen entsprechend der Transformationsgleiehiing

/ - 0.-578 R + 0,578 G + 0,578 ß

drei gleiche Widerstünde R,, welche die R, (·, B-Komponenten anliefern.

Eine weitere Besonderheit liegt darin, daß sowohl die κ-Achse als auch die v. »-Komponenten in ihren Amplituden begrenzt werden. Dies hat den Vorteil, daß die in den in Fig. 15 mit Pfeilen gezeichneten Bereich fallenden v, \, z-Werte auf den Maximalwert des entsprechenden Erkennungsbereiches reduziert werden.

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

32 durch jeweils zwei antiparallelgeschaltete Zenerdioden 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 zusätzliche Transformation durchgeführt, und zwar werden die x- und /-Werte in Abhängigkeit von ζ verschieden stark gedehnt bzw. verstärkt.

Zur Verdeutlichung der z-Abhängigkeit ist in F i g. 17 die Funktion 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 Fig. 6a gekrümmten Farbbereiche entsprechend der F i g. 9a gerade gebogen werden. Zur Durchführung dieser Transformation werden in F i g. 16 den Operationsverstärkern 30 und 32 Dividierer 37 und 38 nachgeschaltet, durch die die Chrominanzsignale durch einen von ζ abhängigen Signalwert dividiert werden. Diese von ζ abhängigen Signalwerte (F i g. 1 Ti 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 ' '"^JV- C₁ ansteigt, über den Bereich Ο + c? konstant bleibt und im Bereich '-, ""' + Cib'is Z_max abnimmt. Durch die Division der χ y-Werte mit dieser Funktion wird erreicht, daß kleine x- bzw. /-Werte vergrößert werden, wobei die Vergrößerung mit steigendem ζ abnimmt. In den Bereichen Ci + α soll die Funktion f(z) — 1 sein, wodurch keine Verzerrung der x-,/-Werte auftritt. _/

Steigt !(z) über ι + O. ^{so tr}i^(t wieder eine langsame Vergrößerung der x, /-Werte ein, die bei f(z) = z„,3, ihren Höchstwert erreicht. Die Konstanten Ci und Q 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 Di, Di, Di werden über die Widerstände R,n, R,n und /?,/), die mit dem Widerstand R_x einen Spannungsteiler bilden, bestimmt. Die Steigung der Dioden-Kennlinie wird durch die Potentiometer P\, Pi und P₍ bestimmt. Die übrigen Widerstände sind so bemessen, daß das Eingangssignal /. zu gleichen Teilen auf den Plus- und den Minus-Eingang des Operationsverstärkers 50 gelangt. Dadurch, daß die Dioden D\, D? und D\ durch den relativ niederohmig ausgebildeten Spannungsteiler Rm, Rn;, Ri» an unterschiedlichen Spannungen liegen, werden die Schleifer der Potentiometer auf diese Spannungswerte reduziert, wenn die Spannung am Schleifer diese Werte erreichen oder überschreiten. Liegen die Schleifer auf Mitte, so teilt sich die Eingangsspannung /. 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 / unterschiedlich auf den Plusutid Minuseingang des Operationsverstärkers auf, wobei die Differenzspannung von dem jeweils durchlaufenen Kennlinienpunkt der gerade angespi -chenen Diode abhängt. In der F i g. 1 7 sind diese verschiedenen Kurvenäste mit D₁, Lh, D₁ bezeichnet.

In Fig. 16 schließt sich an die Transformation der Chrominanzsignale in Abhängigkeit von d<;r L.uminanz eine weitere Transformation in Form einer Drehung um die z-Achse an.die in der Baugruppe Derfolgt. Mit Hilfe der Operationsverstärker 39, 40. 41 und 42 werden die entsprechenden Transformationsgleichungen nachgebildet. Ein vorteilhafter Drehwinkel ist 45°, für den die Transformationsgleichungen wie folgt lauten:

x" = O,7O7fV - /)
y = 0,707^V + /)

Die erste Gleichung wird durch die Operationsverstärker 41 und 42 realisiert. An den Summiereingang des Operationsverstärkers 41 wird die ^-Komponente

do gegeben, die am Ausgang als —x" erscr-.eint und zusammen mit der/-Komponente auf den Summeneingang des Operationsverstärkers 42 gegeben wird. Die entsprechenden Faktoren der Transformationsgleichungen werden durch Bemessung der Widerstände

its Rx-X-. Rx-y. Ryy, Ry* sowie der Rückkopplungswiderstände Rm, /?jnobzw. /?mi, Kmund der Summenwiderstände /?•■ und /?,-· berücksichtigt An den Ausgängen der Schaltung nach Fig. 16 liegen nun

die mehrfach transformierten Chrominanzsisnale χ", 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 Fig. 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 Fi 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 /' und reicht für viele Anwendungsfäile völlig aus.

Fig. 20 zeigt die Auswertung der durch die verschiedenen Transformationen erhaltenen Signale x¹, /, x", /' und z. Es werden für die verschiedenen Farberkennungsräume Auswerteschaltungen 43 bis 55 mit Komprratoren eingesetzt, um die Erkennungsräume einzugrenzen. Der Operationsverstärker 43 liegt mit seinem Minuseingang über einem Potentiometer Pn 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 xf 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 Schwellwertslufen 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 Fig. 14). so werden für jeden Farbraum ein Satz Komparatoren, die auf die entsprechenden Schwellen bzw. Doppelschwellen eingestellt sind, über die ihnen zugeordneten Und-Tore 52, Sj. St 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 x₂ und einer für/' weggelassen werden.

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

Es ist auch möglich, die Farberkennungsräume I bis V nicht durch quadratische rv-Bemessungcn einzugren

zen, sondern durch sechseckige Begrenzungen, so können die x"- und /'-Komponenten ebenfalls mit benutzt werden. Auch können nur die z-, *"- und y'-Komponenten benutzt werden.

Eine weitere vorteilhafte Möglichkeit besteht darin, noch eine oder mehrere zusätzliche Drehungen vorzunehmen, um so z. B. x"'- und /"-Komponenten zu gewinnen, für die ebenfalls entsprechende Komparatoren vorgesehen werden müßten. Dies haue den Vorteil, 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 Farbe »Weiß« erkannt worden ist, alle anderen Farberkennungsschaltungen blockiert sind. Hinter dem Oder-Tor Ti ist ein Inverter /, 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 Tj bis T_n vorgesehen, das außerdem an den inverter /1 angeschlossen ist. Wird »Weiß« erkannt, so sind alle Und-Tore Tj bis T_n blockiert. Wird kein »Weiß« erkannt, so werden die Tore T₂ bis T_n jeweils dann durchlässig, wenn eine Komparatorgruppe über die Und-Tore Ss 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 U sowie die Inverter h. h usw. verwendet, die an die Ausgänge der einzelnen Farberkennungsschaltungen angeschlossen sind und im Falle, daß die Tore Ti 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 »fi< 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 Punkt 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 eindeutigen Entscheidung kommen, so kann entweder die Information »Farbe nicht erkannt« rcgistrierl werden oder die Farbe wieder manuell eingegeber werden.

Durch diese Arten der Auswertung kann in jedem Fall erreicht werden, daß völlig fehlerfreie Patronen hergestellt werden; sei es direkt bei der Abtastung odet in einem späteren Korrekturvorgang.

Die verschiedenen Ausbaustufen können je nach dem

geforderten Maß an Genauigkeit und nach der Anzahl der zu untersuchenden Farben miteinander kombiniert oder bei geringeren Anforderungen vereinfacht werden. Eine bevorzugte Anwendung liegt in der Textiltechnik zur Gewinnung von Steuerdaten von Patronen für Textilmaschinen, wie Web-, Wirk- oder Strickmaschinen, wobei die gewonnenen Farbdaten codiert zwischengespeichert werden, z. B. auf Magnetband, Platte oder Lochstreifen oder Lochkarten oder in Form von jacquardkarten. Eine solche Farberkennungseinrichtung kann für diesen Zweck mit einem sogenannten Bindungsrechner zusammenarbeiten. In einem anderen Anwendungsfall kann die Farberkennungseinrichtung mit einer Maschine zum Herstellen von Farbauszügen für den Textildruck integriert werden. Im Textildruck wird jede Farbe separat aufgedruckt, was für jede Farbe einen separaten Farbauszug erfordert, der mittels einer Farberkennungsschaltung erzeugt werden kann. Die gewünschte zu extrahierende Farbe wird über eine Logikschaltung aus der Vielzahl der erkannten Farben selektiert.

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 Spiegel 109 und 110, Filter 111, 112 und 113 und optischelektrische Wandler 114, 115 und 116 die prin.ären Farbmeßwertsignale R, G, ß gewonnen. Diese werden dann in einer Matrixschaltung 117, die in F i g. 22 im Detail dargestellt ist, transformiert und zwar in ein Helligkeitssignal z= +R +G +B und drei Farbkoordinatensignale

U= +R-GV= +B- Gund W = +R- B.

Die Farbkoordinatensignale U, V und W liegen in einer Ebene, auf der das Helligkeitssignal ζ senkrecht 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 Multiplizicrern 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 Λ 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 t/, V und W werden dann entsprechend der Fig.20 auf die Operationsverstärker 122 bis 127 gegeben, die als Schwellwertschalter dienen und ihre Schwellwertspannung über Potentiometer 128 bis 133 von dner 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 119 und einen Verstärker 140 auf eine

40

45

55 Schreiblampe 141, mit deren Hilfe die ausgezogene Farbe Ober 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 Transformationsgleichungen

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 R\, D\ wird die in F i g. 24a gezeigte Kurvenform erzeugt Durch eine niedrige Bemessung des Vorwiderstandes R\ geht die Diode Di früh in Sättigung.

In der zweiten Stufe, in der das Signal ζ durch die Widerstände Ri, R3 geteilt wird, wird erreicht, daß die Diode Dz erst bei höheren Werten von ζ leitend wird, was zu einem Spannungsverlauf am Widerstand ftt führt, der in Fig.24c dargestellt ist Die dritte Stufe ändert das Signal ζ im Vorzeichen mit Hilfe des Operationsverstärkers 165. Die Diode Di begrenzt die negative Spannung, deren Verlauf in Fig.24b dargestellt ist. Der Widerstand Rs 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 Fig. 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 Schwellwert, so gelangt das Signal »Farbe erkannt« über das Oder-Tor 200 an den Schalter 139 der F i g. 21.

Soll der Farbraum öder Fig. 25 erkannt werden, so müssen die U, V, W-Werte innerhalb der Grenze

- u\ < u < + Ui

- Vl < V < + Vi

- Wi < W < + W\

liegen Für usinddie Komparatnren 170 und 171 und das

Potentiometer 185 auf den Wert +U| und das Potentiometer 186 auf den Wert - u\ eingestellt sind. Wird +i/| unterschritten, so liefert der Komparator 170 das Signal Null, was durch den Inverter 201 zu »1« invertiert wird. Wird ein Komparator - u\ überschritten, so erscheint das Signal »1«. In gleicher Weise sind die Komparatoren 172,173 für vund die Komparatoren für w aufgebaut, wobei für das Unterschreiten der positiven Werte die Inverter 202 und 203 vorgesehen sind. Werden die Schwellen — u\, — vi, — W\ überschritten und die Schwellen + u\, + v_t, + w\ unterschritten, so erscheint am Ausgang des Addierers 204 die Signalschwellwertbedingung für u, v, w des Farberkennungsraumes B 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 »1« liefert Die Ausgänge des Komparators 183, des Inverters 205 und des Und-Tores 204 sind am Und-Tor 2Ö6 zusammengefaßt was bei Erfüllen der Schwellwertbedingungen für den Raum ß 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 F i g. 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, iv₂ dienen die Inverter 207 bis 209, für die Schwelle Z₂ der Inverter 210. Die Einzelschwellen sind dann über das Und-Tor 211 zusammengefaßt, das ι sin Signal »Farbe erkannt« über das Oder-Tor 200 weitergibt

F i g. 27 zeigt ein Beispiel für di«: 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 Transformationsmatrizen M\ und Af₂ angeschlossen, von denen die erste M\ die Signale x, y und ζ der F i g. 4 liefert und die zweite Ai₂ die Signale x"y der Fig. 12. Die Signale V/ sind gegenüber den Signalen Jf, y um 45° gedreht Entsprechende Schaltungen sind bereits vorher angegeben worden. Die Helligkeits- bzw. Luminanzkomponente ζ wird in den Stufen 118 der gleichen Umwandlung wie in der Stufe 118 in Fig.21 unterworfen. Die Schwellwertspannungen + U₁ und — Ut, werden auf Spannungsteiler 215 bis 223 gegeben, denen Komparatoren 224 bis 232 nachgeschaltet sind, welche jeweils die ±x, ±x", ^-y, ±/-SignaIe der Matrizen M\ und Ai₂ erhalten. Durch

ίο Einstellen der Schwellwerte der Spannungsteiler 215 und 223 können Farberkennungsräume mit den Schwellen x\, Af₂, y\, y₂, xy, Jf₂-, yy, yi, eingestellt werden. Die Inverter 252 bis 260 dienen zum Feststellen, ob eine Schwelle unterschritten wird.

Die Ausgänge der Komparatoren 224 bis 232 und die Inverter 252 bis 260 werden auf ein Und-Tor 240 gegeben, das ein Ausgangssignal abgibt wenn alle Komponenten innerhalb der eingestellten Schwellwerte liegen.

Es ist eine Elektronenstrahlröhre 241 vorgesehen, deren Bildschirm 242 in Fig.28 nochmals separat dargestellt ist Die Elektronenstrahlröhre besitzt Ablenkplattenpaare 243 und 244, von denen ein Paar an die y-Komponente der Matrix M\ angeschlossen ist, während das andere Paar wahlweise über einen Schalter 245 an die z- oder x-Komponente angeschlossen werden kann. Das Steuergitter 246 der Elektronenstrahlröhre liegt über einem Widerstand 247 an einer Spannungsquelle 248, die eine Grundhelligkeit liefert Gleichzeitig

ίο wird dem Gitter 246 über einen Modulator 249 das Signal des Und-Tores 240 zugeführt und zwar wird das Signal mit der niedrigen Frequenz bis zu 16 Hz, die von einem Generator 250 geliefert wird, moduliert Dies hat zur Folge, daß der erkannte Farbbereich über die Gnindhelligkeit hinaus aufflackert und so kenntlich wird. In Fig.28 sind die Koordinaten Jf, y sowie x', y' aufgetragen und der erkannte Farbbereich stärker ausgezogen. Durch Umschalten am Schalter 245 kann auch anstelle der Komponente y die z-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 bekannter Spektralzusammensetzung beleuchtet wird,

die Intensitäten von drei Grundfarben, die einen Farhraum mit einer Graugeraden aufspannen, im reflektierten oder durchgelassenen Licht gemessen werden,

den zu erkennenden Farben in einem Farbraum Raumelemente 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, zjüberführt wird, dessen Luminanzachse (z)rml 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 Schwellv.jrten (±.V|, ±y,, ±z_l? ... ±x,_h ±y„, ± z„)(ür die Chroreinanz- > ~.id Luminanzkoordinaten (x.y,z; u, v. w. ^festgelegt werden,

c) die sich aus der Farbfilmtransformation ergebenden Chrominanzkoordinaten (x, y; u, v, H^ einer zu erkennenden Farbe (A, B, C, DJ mit einem Faktor gewichtet werden, welcher von der Luminanzkoordinate (z) der Farbe abhängt und in einem wählbaren Bereich (z_t bis zi) der Luminanzkoordinate gleich eins ist, während er oberhalb und unterhalb dieses Bereiches abnimmt, und

d) die Luminanzkoordinate (z)sowie die gewichteten Chrominanzkoordinaten (x¹, y¹) 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 = 0.789/?-0,211G-0,578ß

y 0,211/? +0,789G-0,578ß

ζ = 0,578/?+0,5786'+0,578ß

3. Verfahren nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß der von den Grundfarben (R, G, B) aufgespannte Farbraum nach folgenden Beziehungen in den Chrominanz=Luminan7.-Farbraum (u, v, w. /^transformiert wird:

u = R-G ν = B-G w^R-B

der ChrominanzkoordinatenC*, y)nm die Luminan/-achse (z) in einen weiteren Chrominanz-Luminanz-Farbraum (x'\ y", z) transformiert wird, daß die den zu erkennenden Farben (A, B₁ C, 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 werden und daß die zu erkennende Farbe durch Vergleich ihrer jeweiligen Luminanz- und gewichtigen Chrominanzkoordinatenwerte (x¹, 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:

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Chrominan/.-Luminanz-Farbraum (x, y, z)durch Drehung wobei a und b Konstante für den Drehwinkei und x¹ und y die gewichteten Chrominanzkoordinaten der zu erkennenden Farbe in dem ursprünglichen Chrominanz-Luminanz-Farbraum sind.

js 6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch

gekennzeichnet, daß durch Drehung des weiteren Chrominanz-Luminanz-Farbraums (Y',/', z)zusätzliche Farbräume erhalten werden, daß die Raumelemente (I bis XII) durch Vorgabe von Schwellwerten

V) in allen Farbräcrnen 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.

.is 7. Verfahren nach einem der vorhergehenden

Ansprüche I bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erkennung der unbunten Farben die zu einem oberen und unteren Luminanzwcrt eines Raumelcmentes gehörigen Chrontinanzschwellwerte 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 begren-

4s zende Koordinatenwerte sind, auf diese Grenzwerte reduziert werden.

9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche I bis S, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle, daß keine Farbe erkannt wird, ein Signal

so 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,

ss 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 fm gekennzeichne?, 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 gekcnn- <«s zeichnet, 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

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

13. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, 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, Schwellwertschaltungen 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, R„ R_>H, «_>ft /?_>f„ /?„ R,_f;, /?,„, /?,; 117) nachgeschaltet ist, welche die Grundfarbensignale (R, G, B) nach folgenden [Ziehungen in Chrominanzsignalc (x, y) und Luminanzsignale {^transformiert:

χ = 0.789Λ - 0,211G - 0,5785
y = 0,211R + 0.789C - 0,5780
ζ = 0.578Λ + 0.578G + 0,5780

b) ein vom Luminanzsignal (z) der Transformationsmatrix beaufschlagter Funktionsgenerator (36,118) zur Erzeugung einer Gewichtsfunktion ///.Zyl/vorgesehen ist,die folgenden Verlauf hat: i(z) = k, - zfiirO<Z<Z/2,„.„ - G

((z)= 1 für Z/2,,,,, - C,<Z<Z/2„,_(< + C>
((z)= -k, · zfürZ/2,,,,, + C₂<Z<Z„,„

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

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

14. Schaltungsanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Dividierer und die Schwellwertschaltungen (43—55, P₄₁, P») eine weitere Matrix (D) zur Transformation der Chrominanzsignale nach folgender Beziehung geschalter ist:

x' = b(x -y)

y = a(x + y)

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

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