DE2559633C3 - Verfahren und Schaltungsanordnung zur Farberkennung - Google Patents

Description

j (ζ) ■= k, ■ ζ für 0 < Z < Z 2„_url - C, .

Hz) -- I für Z 2 - C₁ < Z < Z 2 , f C₁ . .,,

/ (r) -= ~k₂ ■ ζ für Z 2„_IU, f C\ < Z ·. Z„„„ .

c) und die Schwellwertschaltungen (45 — 55, 122—127) /ur Erzeugung einer l.uminanzab- ι, hängigkeit der Schwellwerk für die Chroniinanzsignale (x. y) mit dem Ausgang des Funktionsgenerator (60 bis 80, K* 62,63, 71, 72; 118) verbunden sind.

14. Schaltungsanordnung nach Anspruch IJ, ," dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Transformationsmatrix (28 bis 35, R₁,, R,k, /?,«, /?,<„ R„ /?«„ Rn, RxR. R,) und die Schwellwertschaltungcn (43—55, 122—127) eine weitere Transformationsmatrix (39—42) /ur Transformation der C'hromi- v, nanzsignale (x. }) nach folgender Be/iel.ung geschaltet ist:

x-= b (x-y)

y'^=a (^XJ·-^

wobei die Konstanten ;i und b den Drehwinkel der Transformation best immer,.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren /um <■■'■ rkennen von F₁HbCIi der im Oberbegriff des Ansprut lis genannten Art utul eine Schaltungsanordnung der im berbegriffdes -Nnspnnhs I !genannten Art.

Es ist bereits in dem US-Patent 32 10 552 ein Gerat zum Anzeigen des Vorhandenseins einer bestimmten Farbe in einer Meßprobe angegeben worden, bei dem das Auftreten einer Farbe in einem definierten Bereich von Farben erkannt werden soll, die in einer Meßprobe oder in einem Teil der Meßprobe vorkommen. Es werden hier drei optisch-elekirische 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 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 Kontroilschaltungen 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 ^suchte 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 dieseni Falle werden nur zwei optisch-elektrische Wandlet benutzt. Dies setzt voraus, daß man eine Variable als konstant ansieht und daher außer Betracht läßt, was im Grunde zu einer Reduktion der xlimensionalen Signalverarbeitung auf eine 2dimensionule Signalverarbeitung führt. Die Ausgänge der Wandler sind widerum 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 Erkennungsfläche eingegrenzt wird.

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

Diese Technik der Eingrenzung bestimmter Teilflächen in dem aui zwei Dimensionen reduzierten Farbraum ist in dem US-Patent 30 12 66b 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 reflektierender Lichtstrahl wird mittels eines halbversilberten Spiegels in zwei Teilsu.ihlen aufgespalten, von denen einer über ein Rotfilter und der andere über cm 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. Beider Abtastung mit weißem Licht werden die primären Farbmeßwertsigntile, die von ilen Wandlern geliefert werden, über komplizierte Schwellen ausgewertet, wobei einzelne Farbbereu he durch mehrere Geraden, die elektronisch durch diese einstellh.iren Schwellen nachgebildei werden, einbesnvn/t werden. In

den Fig. 10 bis 19 und 22 sowie 24 der US-PS 30 12 666 sind solche durch Geraden und Geradenabschniite gebildeten Trennfiguren dargestellt.

Diese Eingrenzung, die zu einer verfeinerten Erkennung der gewünschten Farben liihrt, wird noch verbessert, indem geschlossene Bereiche von einzelnen Geraden umrissen werden. I'ig. 2 3 zeigt eine solche Trennfigur.

In der Folgezeit taucht dieser Gedanke wieder aiii, und zwar in der DT-OS 21 58 758 und in der Dl-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 Auswcrtesysicm, 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. Textilmu sterentwürfe, die von einem Künstler von Hand gemalt 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 Farbsprilzer 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 farbigen 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 bzw. des Anspruchs 13 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der F i g. 1 bis 26 näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Abtasteinheit,

Fig.2 einen durch die primären Farbmeßwertsignale aufgespannten Farbraum (R. G. B).

1 i g. 3 die erste Transformation des /?.Ci,rt-Farbraii in es.

I ig. 4 eine Draufsicht auf die Koordinaten de Transformation nach F i g. 3.

F i g. 5 ein Heispiel einer Transfnrnuitionsmaiiix.

I i g. 6 die Lage einiger Farben im \.>./-Farbraum,

I i g. 7 eine Darstellung, wie die Farben bei eine herkömmlichen Farbtrennung liegen können,

F i g. 8 eine Einteilung des Farbraumes in Farberken mingsräuine.

F i g. 9 einen Schnitt durch F i g. 8 zur Darstellung de Schwellen für .vund /..

Fig. 10 die Koordinaten, nach denen eine weiten Iransformation in Form einer Drehung durchgeführ wird,

Fig. 11 die Eingrenzung einer Farbe durch Schwell werte,

Fig. 12 ein Beispiel für die Transformation einci Farbe und ihre Eingrenzung in einen I arberkennungs raum,

Fig. 13 ein Ausführungsbeispiel für eine Transforma tionsschaltung,

Fig. 14 ein weiteres Ausführungsbeispiel für eim Transformationsscnaltung,

Fig. 15 eine Schwellwertschaltung zum Eingrenzer der Farberkcnnungsräume,

Fig. 16 ein Beispiel für die Eingrenzung eine: Farbraumes durch mehrere Teilbereiche,

Fig. 17 den resultierenden Kurvenverlauf dci Schwcllwertspannung,

Fig. 18 ein Ausführungsbeispiel zur Erzeugung einei von ζ abhängigen Schwellwertspannung,

Fig. 19a —e schematischc Darstellungen, wie sich die Schwellwertspannung der Schaltung nach Fig. U zusammensetzt,

Fig. 20 Schaltungsbeispiele zum Anschalten dci Schwellwertspannung an die Komparatoren dei Fig. 15,

Fi g. 21 ein Ausführungsbeispiel für Textildruck,

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

F i g. 23 ein Beispiel für die Farberkcnnungsräume füi »Weiß« nach Fig. 21,

F i g. 24 ein Ausführungsbeispiel für die Weißauswah nach F ig. 21,

F i g. 25 ein weiteres Ausführungsbeispiel,

Fig. 26 eine Schirmbilddarstellung der Farberken nungnach Fig. 25.

Fig. 1 zeigt schematisch die Gewinnung der primä ren Farbmeßwertsignale R. G. B. Eine Bildvorlage 1 wird mittels einer weißen Lichtquelle 2 beleuchtet. Ei werden über nicht dargestellte halbdurchlässige Spiege drei Teillichtstrahlen 3, 4 und 5 gewonnen, die über Filter 6, 7 und 8 auf optisch-elektrische Wandler 9, IC und 11 gegeben werden. Die Filter 6, 7 und 8 sine bekannte dichroitisch^ Filter, und zwar das Rotfilter (6) das Grünfilter (7) und das Blaufilter (8). An der Ausgängen der Wandler 9, 10 und 11 erscheinen danr die primären Farbmeßwertsignale als Roifiliersigna! R Grünfiltersignal G und Blaufiltersignal B. Diese Signale lassen sich in einem /?,G.ß-Farbraum darstellen.

In Fig. 2 ist der durch die primären Farbmeßwert signale aufgespannte Farbraum idealisiert dargestellt Die Achsen R, G, B geben das Rot-, Grün- unc Blaufiltersignal an. Der Koordinatennullpunkt, in derr alle Signale Null sind, stellt die Farbe Schwarz dai {Schwarzpunkt) und der Eckpunkt des Farbraumes, ir dem alle Filtersignale ihren Maximaiwert haben, die Farbe Weiß (Weißpunkt). Die Verbindungslinie zwi

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

F i g. 3 zeigt die erste Koordinatentransformation des /?,G,ß-Farbraumes in einen sogenannten Chrominanz-Luminanzfarbraum mit den Achsen x, y und z, wobei die -> x- und y-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, Seiten 3/13, 3/14 und 3/14B«. Es werden dort die /?,G,ß-Signale in ein x,y,z-Koordinatensystem transformiert, wobei aber die y-Achse der Luminanz, d. h. Helligkeit, entspricht.

Bei der vorliegenden Erfindung wird aber eine r> speziellere Transformation durchgeführt, und zwar fällt die Graugerade des /?,G,ß-Farbraumes in die z-Achse welche das Luminanzsignal (Helligkeit) darstellt Dies wird durch eine einfache Kippung des Ä,C,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 y-Achsen jeweils die gleichen Winkel mit den ursprünglichen Achsen umschließen, aus denen sie hervorgegangen sind. 2">

In F i g. 4 sind nur die Achsen des Ä,G,ß-Farbraumes und des neuen x,y,z- 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 jo beträgt 15°, und die Transformationsgleichungen lauten:

χ = 0,789 R - 0,211 C - 0,578 B, y = -0,214 R + 0,789 C - 0,578 B, ζ = 0378 R + 0,578 G + 0,578 B.

Im transformierten x,y,z-Koordinatensystem entsprechen

ζ der Helligkeit der Farbe ,

</ = arctan —■ dem Farbton ,

r = Vx² + yr der Farbsättigung.

F i g. 5 zeigt eine Schaltungsanordnung zum Durchführen einer solchen Transformation; es kann z. B. eine ><i einfache Widerstandsmatrix sein. Die primären Farbmeßwertsignale R, C, B werden auf Widerstand R\, R2, R] gegeben, die über einen Widerstand Ra mit Masse verbunden sind. Die Widerstände Ru R2 und /?₃ 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 entspechenden Widerständen R], R2 oder A3 nicht dargestellte Vcrzeicheninverter vorgeschaltet t>o werden.

In den F i g. 6 und 7 sind in dem x,κ,ζ-Chrominanz-Luminanzfarbraum die tatsächlich beim Abtasten von in der Praxis verwendeten Farben auftretenden Signale eingezeichnet t,5

F i g. 6 zeigt die räumlichen Bereiche A, B, C und D, innerhalb der die Signale von vier verschiedenen Farben liegen. Die bananenförmige Gestalt ist chrakteristisch.

F i g. 7 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. 6 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 eigentlichen Farberkennung wird zunächst die z-Achse untersucht.

F i g. 8 zeigt, wie die z-Achse, d. h. die Helligkeitsachse, in Bereiche eingeteilt wird, welche durch unterschiedliche z-Werte sowie x- und y-Werte umrissen werden. Die Werte z\ bis Z₅, y\ bis y% und x\ bis xs definieren diese Räume. Die Werte *i bis x% wurden der Übersichtlichkeit halber nicht eingetragen. Die entsprechenden x- Werte sind in F i g. 9 eingezeichnet, die einen z-x-Schnitt der F i g. 8 zeigt. Die Erkennungsräume I bis V der Fig.8 und 9 lassen sich jeweils durch Schwellwerte für z, +x, —x, +y, —y eingrenzen. Der Raum I z. B. durch

2 ^

y ^

der Raum II durch

Z2 ^ Z i£ Z₃

-X₂ ^ χ g X₂

-yi ^ y S y₂

Liegen die Komponenten der transformierten R,G,B-Signale im Chrominanz-Luminanzfarbraum innerhalb dieser Bereiche, so werden die den Bereichen zugeordneten Farben erkannt Es sind z. B. Raum 1 für »Schwarz« und die Räume II bis V für »Weiß« repräsentativ.

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

Gemäß der Einteilung der z-Achse in verschiedene Bereiche mit unterschiedlicher Abhängigkeit von ζ, χ und y wurde eine wesentlich verbesserte Erkennung von Weiß und Schwarz erreicht Weitere Bereiche, die nicht in die z-Bereiche I bis V fallen, können im Ay,z-Koordinatensystem zur Erkennung der bunten Farben festgelegt werden.

Fig. 10 zeigt eine Transformation, bei der der Chrominanz-Luminanz-Farbraum x,y, zum die z-Achse gedreht wird. Man erhält dann das in Fig. 10 dargestellte x', y', z-Koordinatensystem, das im Beispiel um 45° gegenüber dem x,>vz-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 F i g. 11 ersichtlich. Nachdem zuerst die z-Koordinate (F i g. 8 und 9) untersucht worden ist und sich z-Werte ergeben haben, die mit ihren entsprechenden x- und

y-Komponenten nicht in die Räume I bis V fallen, werden diese Signaltripel in dem mit dem neuen gedrehten System x', y', z, das mit dem χ,/,ζ-System überlagert ist, untersucht. Es sei noch besonders darauf hingewiesen, daß die Koordinate ζ nicht unterdrückt ^r> worden ist, sondern ausgewertet wurde.

F i g. 11 zeigt im Schnitt, wie nach der Transformation der F i g. 10 die Schwellen um einen Farbraum, z. B. den Farbraum D der Fig.6 und 7, gelegt werden. Der Farbraum D liegt in dem x,y,z- und in dem in x'y'z-Koordinatensystem. Um den Farbraum Dwerden eingrenzende Schwellen gelegt, und zwar x_u X2, yi, /2, Z\, Z2, x'u x^r2, y'\, y'i, zu Z2- Die Schwellen gehören also sowohl dem x,y^- als auch dem gedrehten Ar',y'z-System an. Im Beispiel der F i g. 11 wurden zwar nur acht ι ϊ Schwellen benutzt, da die x'-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 sämtliche Werte oder aber auch weniger Schwellen vorkommen, je nachdem, 2« was am zweckmäßigsten ist. Aus der F i g. 11 ist zu ersehen, daß man so auf einfache Weise einen transformierten Farbwert bezüglich seiner Chrominanz durch bis zu acht Schwellwerten eingrenzen kann, nachdem bereits die z-Komponente in den Farbräumen I bis V geprüft worden ist. Es lassen sich so mit großer Genauigkeit räumlich komplizierte Gebildet untersuchen und einklassifizieren. Um aber die Eingrenzung dieser Gebilde noch besser vornehmen zu können, kann man noch eine Begrenzung großer Chrominanzsignale und um den Nullpunkt herum eine Dehnung vornehmen. Sie behalten zwar ihre gekrümmte Form, lassen sich danach aber besser eingrenzen, und zwar, wie später noch dargelegt wird, durch Schwellwerte, die nicht konstant sind, sondern einen von der Koordinate ζ J5 abhängigen Verlauf haben. Die F i g. 11 zeigt also einen Schnitt in einer z-Ebene durch ein solches Gebilde und durch das durch die entsprechenden Schwellen umgrenzte Raumelement.

Fig. 12 soll diese beiden Möglichkeiten verdeutli- -to chen! Sie zeigt einen Schnitt durch die x- und z-Achse. Die Grenze der Farbe 1 wird in Nullpunktnähe nach steigendem χ verschoben, wodurch sie in den Erkennungsraum VII verlagert wird. Große *-Werte und große z-Werte werden in den Amplituden begrenzt, 4ϊ wodurch sie ebenfalls in den Farbraum VU fallen und somit sauber erkannt, werden können.

In F i g. 13 ist ein Schaltbild für die Koordinatentransformationen mit linearen Verzerrungen um den Nullpunkt und der Begrenzung der Chrominanzsignale bei großen Werten angegeben. Zur Vereinfachung ist die in F i g. 1 angegebene Abtastanordnung lediglich durch die Fotoelemente 16, 17 und 18 dargestellt, weiche die Rot-, Grün- und Blaufiltersignale R, G, B liefern. Diese Signale werden in den nachgeschalteten η Operationsverstärkern 19 und 27 verstärkt. Die Operationsverstärker 28 bis 32 mit ihrer äußeren Beschallung führen die lineare Koordinatentransformation gemäß den angegebenen Transformationsgleichungen aus. An den Ausgängen der Verstärker 28,30 und 32 t>o erscheinen die xy^-Werte des ersten Chrominanz-Luminanzfarbraumes. Es wird bei dieser Transformation jedes primäre Farbmeßwertsignal 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 arbeitel 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 Transformationsgleichungen nachbilden. Es sei dies z. B. für die «-Koordinate und die /-Koordinate angegeben. Die Schaltung für die /-Koordinatentransformation entspricht im wesentlichen der für die «-Koordinate, was aus F i g. 13 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 stellt eine Addition von G und B dar und wird am Summiereingang des Operationsverstärkers (31) vorgenommen.

Vom Grünkanal G werden über einen entsprechend bemessenen Widerstand R^a und vom Blaukanal B über einen Widerstand R,β 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 Summiereingang des Operationsverstärkers 32 zu der über einen Widerstand R_xR ankommenden Ä-Komponente addiert. Durch die Bemessung der Widerstände R_xR, R,β und /?,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 «,/-Koordinaten 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 k einführt

χ = R ■ [0,789 R - (0,211 G + 0,578 BJ\.

Dies wird dadurch erreicht, daß das Signal am Operationsverstärker 32 entsprechend verstärkt wird, indem der Rückkopplungswiderstand Rw entsprechend der Konstante 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 + 0,578 B

drei gleiche Widerstände R₇, welche die R,G,B-Komponenten anliefern.

Eine weitere Besonderheit liegt darin, daß sowohl die z-Achse als auch die x,y-Komponenten in ihren Amplituden begrenzt werden. Dies hat den Vorteil, daß die in den in Fig. 12 mit Pfeilen versehenen Bereich fallenden jy^-Werte auf den Maximalwert des entsprechenden Erkennungsbereiches reduziert werden. In der Fig. 13 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.

Ir Fig. 13 schließt sich an die Transformation der Chrominanzsignale in Abhängigkeit von der Luminanz eine weitere Transformation in Form einer Drehung um die .?-Achse an. 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' = 0,707 (x - y) y' = 0,707 (x + y)

Die erste Gleichung wird durch die Operationsverstäi ker 41 und 42 realisiert. An den Summiereingang des Operationsverstärkers 41 wird die x-Komponente gegeben, die am Ausgang als — χ erscheint und zusammen mit der y-Komponente auf den Summeneingang des Operationsverstärkers 42 gegeben wird. Die entsprechenden Faktoren der Transformationsgleichungen werden durch Bemessung der Widerstände Rx'x, Rx"* Ry'.y, Ry"χ sowie der Rückkopplungswiderstände Rkit, Rim bzw. Ä«i, /?W2 und der Summenwiderstände R₁" und R_x" berücksichtigt. An den Ausgängen der Schaltung nach Fig. 13 liegen nun die mehrfach transformierten Chrominanzsignale x, x', y, y' und das Luminanzsignal z, die nun zur eigentlichen Farberkennung benutzt werden. In Fig. 14 stimmt die Schaltung von den Fotozellen 16,17 und 18 bis zu den Ausgängen der Operationsverstärker 28, 30 und 32 mit der Schaltung gemäß Fig. 13 überein. Die Schaltung der F i g. 14 arbeitet also ohne die gedrehten Signale x'und y'und reicht für viele Anwendungsfälle völlig aus.

Fig. 15 zeigt die Auswertung der durch die verschiedenen Transformationen erhaltenen Signale x, 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 P^ an einer Referenzspannung, die je nach Einstellung des Potentiometers positiv oder negativ sein kann. Diese Referenzspannung ist von der Luminanz ζ abhängig, wodurch sich geknickte Erkennungsräume, d. h. Raumelemente, in denen die Farben erkannt werden, ergeben. Der exakte Verlauf und die Gewinnung dieser Referenzspannungen werden später genauso erläutert und dargestellt

Am Plus-Eingang des Operationsverstärkers 43 kommt das transformierte Signal χ an. 1st das Signal χ 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 χ 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, 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, S4 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 Ss ist für einen Farberkennungsraum vorgesehen, bei dem alle Komponenten x, x', y, y'und ζ ausgewertet werden sollen, z. B. ein sechseckiges Prisma, das aber entsprechend der Form der Räume, in denen die Farben liegen, geknickt

ι» d. h. angepaßt, ist.

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

ι ·") F i g. 11 könnten ein Komparator für x' und einer für y' weggelassen werden.

Soll in F i g. 8 der Farberkennungsraum I, der für die Farbe »Schwarz« repräsentativ ist, erkannt werden, so können sämtliche Komparatoren für at'und y'sowie ein

2(i 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

2> 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"- und y"- Komponenten zu

j« gewinnen, für die ebenfalls entsprechende Komparatoren vorgesehen werden müßten. Dies hätte den Vorteil, daß man einen Erkennungsraum noch feiner umreißen könnte.

In Fig. 15 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 71 ist ein Inverter /ι 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 Ti 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

4) »Weiß« erkannt, so werden die Tore T₂ bis T_n jeweils dann durchlässig, wenn eine Kompatatorgruppe über die UND-Tore S5 bis S_n ein Ausgangssignal liefert Die Farbe wird also am Ausgang des entsprechenden UN D-Tores signalisiert.

In Fi g. 15 ist weiterhin eine Logikschaltung angegeben, mit deren Hilfe angezeigt werden kann, wenn keine Farbe erkannt worden ist Hierzu werden der Inverter l\ sowie die Inverter /2, /3 usw. verwendet die an die Ausgänge der einzelnen Farberkennungsschaltungen angeschlossen sind und im Falle, daß die Tore T₁ bis T_n kein Signal abgeben, über ein UND-Tor Γ_π+ΐ infolge ihrer invertierenden Wirkung ein Signal abgeben. Solche Fälle treten auf, wenn die Vorlage verschmutzt ist oder Farben übereinander gemalt sind. Erscheint das

bo 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 Einsähe 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 z'jr Anzeige zu bringen, die am häufigsten vorkommt, Sollte es wiederum zu keiner eindeutigen Entscheidung kommen, so kann entweder die Information »Farbe nicht erkannt« registriert werden oder die Farbe wieder manuell eingegeben werden.

Im folgenden wird auf die von der Lnminanz ζ abhängigen Referenzspannungen und die Form des geknickten Erkennungsraumes, d. h. Raumelement, eingegangen.

F i g. 16 zeigt ein Beispiel für zwei Erkennungsräume, die sich der in der Fig.6 gezeigten Anordnung der Farben anpassen.

Die Erkennungsräume XI und XII werden je in drei Teilräume a, b und c aufgeteilt Zur Erkennung wird die Schaltung gemäß Fig. 15 verwendet, wobei an den !Potentiometern A3, Pia usw., die an den Operationsverstärkern 43—55 usw. angeschlossen sind, positive und negative Referenzspannungen liegen, deren Verlauf von der Luminanz, d. h. von den z-Komponenten, abhängt. In Fig. 17 sind zwei solche Referenzspannungen +U und — U dargestellt. Der Verlauf der von ζ abhängigen Referenzspannung ist in Fi g. 18 dargestellt. In Fi g. 18 wird die z-Komponente über Widerstände 60 und 61 auf die Minuseingänge der Operationsverstärker 62 und 63 gegeben. Die Minuseingänge liegen außerdem über Widerstände 64 und 65 an Spannungsteilern 66 und 67, diie an die Spannung U- angeschlossen sind. Bei dem Operationsverstärker 62 sind eine in Durchlaßrichtung am Ausgang angeschlossene Diode 68 und eine ebenfalls in Durchlaßrichtung den Rückkoppiungswiderstand Rm überbrückende Diode 69 vorgesehen. Beim Operationsverstärker 63 sind ebenfalls zwei Dioden 70 und 70' vorgesehen, die aber umgekehrt gepolt sind. Die Wirkungsweise dieser Schaltung wird anhand der F i g. 19 verdeutlicht.

Fig. 19a zeigt die ansteigende Spannung der z- Komponente, die an den Widerständen (50 und Gl anliegen soll.

In F i g. 19b ist dargestellt, daß die Ausgangsspannung χ an der Diode 68 für alle Werte zi auf Null gehalten wird, wobei Zi durch den Spannungsteiler 66 einstellbar ist. Die Spannung, die oberhalb zi Hegt, geht nich Minus, da der Operationsverstärker 62 invertiert.

Durch den Operationsverstärker 63 werden alle Spannungen U ab einem Wert z\, der durch den Spannungsteiler 67 einstellbar ist, auf Null gehalten. Der sntsprechende Spannungsverlauf ist in Fig. 19c dargestellt. Bei steigendem ζ baut sich die durch die negative Spannung - U über den Spannungsteiler an den Minuseingang des Operationsverstärkers gelangende Spannung bis auf den Wert Null ab. Daß die Spannung y aim Ausgang positiv erscheint, liegt an der invertierenden Eigenschaft des Operationsverstärkers. Die AusgEingsspannungen rund y werden in F i g. !8 durch /wei Operationsverstärker 71 und 72 addiert, und zwar nach folgenden Gleichungen:

U..' = ~x + y- LL
U/ = -ζ + χ - U .

Die entsprechenden Spannungsverläufc sino. in den F i g. 19d und 59e dargestellt Hierbei sind U-' und U₊ die Ausgangsspannungen der Operationsverstärker 71 und 72. Die Spannung κ wird über einen Widerstand 73 auf den Minuseingang des Operationsverstärkers 71 gegeben, der gleichfalls über einen Widerstand 74 an einer Referenzspannungsquelle U₊ liegt Der Pluseingang des Operationsverstärkers 71 liegt über einen Widerstand 75 an Masse und einen Widerstand 76 an

κι der Ausgangsspannung y des Operationsverstärkers 73. Der Operationsverstärker 72, der am Ausgang die Spannung U₊ liefert, liegt mit seinem Minuseingang über einen einstellbaren Widerstand 77 an der Spannung y und über einen einstellbaren Widerstand 78

ι ί an einer negativen Spannungsquelle U. Der Pluseingang liegt über einen Widerstand 79 an Masse und einen einstellbaren Widerstand 80 an der Spannung x.

In den F i g. 20a, 20b, 20c sind die Schaltungsvarianten dargestellt mit denen diese Spannungen an die Komparatoren 43 bis 55 gelegt werden.

Mit Hilfe dieser Spannungen können die in der Fi g. 16 dargestellten gekrümmten Farberkennungsräume umgrenzt werden. Soll z. B. nur ein Knick im Erkennungsraum auftreten, so können z\ und zi gleich gemacht werden, was durch Einstellung der Potentiometer 66 und 67 in ι i g. 19 vorgenommen werden kann. Die verschiedenen Ausbaustufen können je nach dem geforderten Maß an Genauigkeit und nach der Anzahl der zu untersuchenden Farben miteinander kombiniert

i» 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 zwi-

i'i schengespeichert 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

4^r) 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

V) Walze 101 trägt eine Farbvorlage 102 und wird von einem Motor 103 angetrieben. Vom Motor 103 wird weiterhin 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 optischelektrischc

ho Wandler 114,115 und 116 die primären Farbmeßsignale R, G, B gewonnen. Diese werden dann in einer Matrixschaltung 117, die in F i g. 22 im Detail dargestellt ist, transformiert, und zwai in ein Helligkritss gnal / = + R + G + Sund drei Farbkoordinatensignale

„_nd

u=+U-CV= +B-C W = +R-B.

Die Farbkoordinatensignale U, V und W liegen in einer Ebene, auf der das Helligkeitssignal ζ senkrecht steht

Die Ausgangssignale der Matrixschaltung 117 werden auf die Operationsverstärker 122—127 gegeben, die als Schwellwertschalter arbeiten und von z-abhängige Schwellwertspannungen über die Potentiometer 128—133 erhalten, die entsprechend der Fig.20 beschaltet sind. 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 Schreiblampe 141, mit deren Hilfe die ausgezogene Farbe über eine Optik 142 auf den Schreibfilm 105 aufgezeichnet wird. Am Umschalter 139 liegt noch eine Weißauswahlschaltung 143, mit deren Hilfe die in F i g. 23 gezeigten Farberkennungsräume A, B und C untersucht werden. Die genaue Schaltung der Baugruppe 143 ist in F i g. 24 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. In Fig. 23 sind für die Farbe »Weiß« drei Erkennungsräume angegeben, was gegenüber der F i g. 8 eine Vereinfachung darstellt. Von der Transformationsmatrix 117 (Fig.22) gelangen die Farbkomponenten LJ, V, W und das Helligkeitssignal ζ auf die Weißauswahlschaltung 143 der F i g. 21, deren spezielle Schaltung in F i g. 24 angegeben ist.

In F i g. 24 werden die Farbkomponenten U, V, Wund das Helligkeitssignal ζ auf Operationsverstärker 170 bis 184 gegeben, mit deren Hilfe die in F i g. 23 angegebenen Farberkennungsräume umrissen werden. Die Schwellwertspannungen werden durch die Potentiometer 185—199 eingestellt. Soll z. B. der Farbraum A der F i g. 23 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 eingestellte Schwellwert, 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. 23 erkannt werden, so müssen die U, V, W-Werte innerhalb der Grenze

— u, < u < +U₁

liegen. Für υ sind die Komparatoren 170 und 171 vorgesehen, wobei das Potentiometer 185 auf den Wert + U₁ und Jas Potentiometer 186 auf den Wert — U₁ eingestellt sind. Wird + £·ι 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 ν und die Komparatoren für ty aufgebaut, wobei für das Unterschreiten der positiven Werte die Inverter 202 und 203 vorgesehen sind. Werden die Schwellen — u\, — V₁, — W₁ überschritten und die Schwellen +u\, + vi, + (Vt 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 Komparator 182 für z, wird unterschritten, weshalb am Inverter 205 eine »1« erscheint. Die Schwelle des Komparator 183 für Z₂ wird überschritten, was ebenfalls eine »1« liefert Die Ausgänge des (Comparators 183, des Inverters 205 und des Und-Tores 204 sind am Und-Tor 206 zusammengefaßt was bei Erfüllen der Schwellwertbedingungen für den Raum Sdas Signal »1«, d h. »Farbe erkannt« liefert, das über das Oder-Tor 200 an den Schalter 139 der Fig. 21 gelangt.

Der Farberkennungsraum C der F i g. 23 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 +1/2, 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. 25 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 Transformationsmatrizen Mi und Mi angeschlossen, von denen die erste M\ die Signale x, y und ζ der F i g. 4 liefert und die zweite Af₂ die Signale x'y' der Fig. 10. Die Signale x'y sind gegenüber den Signalen x,y um 45° gedreht Entsprechende Schaltungen sind bereits vorher angegeben worden. Für die Schwellwerte werden von der Luminanzkomponente ζ abhängige Schwellwertspannungen + U₁ und - U₇ verwendet. Die entsprechende Schaltung zur Gewinnung dieser Spannungen ist in Fig. 18 dargestellt Die Spannungen + U₇. und — U₇, welche den Verlauf der Fig. 17 haben, werden über die Potentiometer 128—133 auf Spannungsteiler 215 bis 223 gegeben, denen Komparatoren 224 bis 232 nachgeschaltet sind, welche jeweils die ±x, ±x', ±y, ±j^-Signale der Matrizen M_t und Af₂ erhalten. Durch Einstellen der Schwellwerte der Spannungsteiler 215 bis 223 können Farberkennungsräume mit den Schwellen X₁, X₂, y\, y₂, Xi', *2, y\, 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. 26 nochmals separat dargestellt ist. Die Elektronenstrahlröhre besitzt Ablenkplattenpaare 243 und 244, von denen ein Paar an die y-Komponente der Matrix Afi angeschlossen ist.

BUS 0^//JlU

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 einen Widerstand 247 an einer Spannungsquelle 248, die eine Gnindheiligkeit liefert. Gleichzeitig wird dem Gitter 246 über einen Modulator 249 das Signal des Und-Tores 240 zugeführt, und zwar wird das Signal mit einer niedrigen Frequenz bis zu 16 Hz, die

von einem Generator 250 geliefert wird, moduliert Dies hat zur Folge, daß der erkannte Farbbereich über die Gnindheiligkeit hinaus aufflackert und so kenntlich wird. In Fig.26 sind die Koordinaten x,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 16 Blatt Zeichnungen

Claims (13)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Erkennung von Farben einer farbigen Fläche, bei dem

die Fläche mit Licht bekannter Spekiralzusammensetzung beleuchtet wird,

die Intensitäten von drei Grundfarben, die einen Farbraum mit einer Graugeraden aufspannen, im reflektierten oder durchgelasscnen 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 Farbraumes nachgebildet werden, begrenzt werden,
die Zugehörigkeit einer zu erkennenden Farbe zu einem Raumelement durch Vergleich ihrer Farbraumkoordinaten mit den vorgegebenen Schweilwerten 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,}, z;u, v, w, ^überführt wird, dessen Luminanzachse (z) mit der Graugeraden des von den Grundfarben (R, G. B)aufgespannten Farbraumes zusammenfällt,

b) die Raumelemente (I bis XII) in dem Chrominanzl.uminanz-Farbraum durch Vorgabe von Schwellwerten (±X\, ±y\, ±Z\ ... ±x„, + y,„ ± z„) für die Chrominanz- und Luminanzkoordinaten (x,y, z;u, v, w, z^festgelegt werden,

c) die Schwellwerte für die Chrommanzkoordinaten mit einem Faktor gewichtet werden, welcher von der Luminanzkoordinate (z) der Farbe abhängt und in einem wählbaren Bereich (z.\ bis Z₂) der Luminanzkoordinale gleich eins ist, während er oberhalb und unterhalb dieses Bereiches abnimmt, und

d) die Luminanz- und Chrominanzkoordinaten einer zu erkennenden Farbe mit den Schwellwerten für die Luminanzkoordinaien sowie den gewichteten Schwellwerten für die Chrominanzkoordinaten eines jeden Raumelcmentes verglichen werden.

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

ν = 0,789 R - 0,211 G - 0,578 ö,
y = -0,211 R + 0,789 G - 0,578 ß,
ζ = 0,578 R + 0,578 G + 0,578 B.

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 (u, v, w, z)transformiert wird:

u = R-G. ν =B-G, w =R-B,

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet duU der Chrommanz-i.umiiianz-Farbrauni (v. t. /^durch Drehung der Chrominanzkoordinaten (x, y) um die Luminanzachse (z) in einen weiteren Chrominanz-Luminanz-Farbraum (x\ y', z) transformiert wird, daß die den zu erkennenden Farben (A, B, C, D) zugeordneten Raumelemente (I bis XII) durch Vorgabe von Koordinaten-Schwellwerten in dem ursprünglichen und 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 Chrominanzkoordinatenwerle in den beiden Chrominanz-Luminanz-Farbräumen (x, y, ζ bzw. x\ y\ z) mit den jeweiligen Schwellwerien für die Luminanzkoordinaten und den jeweiligen gewichteten Schwellwerten für die Chrominan/-koordinaten ermittelt werden.

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

y'=a (x + y), x'=b (x-y),

wobei a und b Konstante für den Drehwinkel und χ und y die Chrominanzkoordinaten der zu erkennenden Farbe in dem ursprünglichen Chrominanz-Luminanz-Farbraum sind.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß durch Drehung des weiteren Chrominanz-Luminanz-Farbraumes (x'.y', ^'zusätzliche Farbrä'ime erhalten werden, daß die Raumelemente (I bis XII) durch Vorgabe von gewichteten Schwellwerten in allen Farbräumen eingegrenzt werden und die zu erkennende Farbe durch Vergleich ihrer Koordinatenwerte in den jeweiligen Farbräumen mit den in den jeweiligen Farbräumen definierten Schwellwertcn ermittelt wird.

7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprücne 1 bis b, dadurch gekennzeichnet, daß zur Frkennung der unbunten Farben die zu einem jberen und unteren Luminanzwert eines Raumelementes gehörigen Chromina'vschwellwcrtc dem Betrage nach gleich sind.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden 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 Gren/.werte reduziert werden.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8. dadurch gekennzeichnet, 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 einem der vorhergehenden Ansprüche I bis 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 beschrankt wird und anschließend eine manuelle Hingabe der Farbe erfolgt.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 -H dadurch gekennzeichnet, daß im F.ille, daß kein· Farbe erkannt « irtl. ein Signal ausgegeben wird, das signalisiert »Farbe Picht erkannt« und dali. um

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 G rup.i'farben,

Schwellwertschaltungen zur Festlegung von den zu erkennenden Farben in einem Farbraum zugeordneten Raumelementen durch Vorgabe von Koordina- ι > ten-Schwell werten,

an die Schwellwenschaltungen jeweils eines Raumelementes angeschlossenen Koinzidenzschaltungen zur Ermittlung der Zugehörigkeil einer zu erkennenden Farbe zu einem bestimmten Raumelement _>n dadurch gekennzeichnet, daß

a) den Wandlern (9, (0, JI; 16, 17, 18) eine Transformalionsmatrix (28 bis 35, R„ /?,«, /?,#, R_ta, Ry, R'C Rat, /?.«, R\) nachgeschahet ist, welche die Grundfarbensignale (R, C, B) nach y, folgenden Beziehungen in Chroniinanzsignale (x.y)und Luminanzsignale ^transformiert:

x= 0,784 ,< 0,211 C-0,578 B,

y 0,211 « + 0,789 G -0,578 S,

Z= 0,578 « + 0,578 G + 0,578S, "'

b) ein vom Luminanzsignal (z) der Transformationsmatrix beaufschlagter Funktionsgenerator (60 bis 80, Ki62, 6.3, 71, 72; 118) zur Erzeugung einer Gewichtsfunktion (f(z)) vorgesehen ist, die folgenden Verlauf hat: