DE2620765C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
Eine der wichtigsten Voraussetzungen für den maschinellen Vergleich eines
Prüflings mit einer Vorlage, beispielsweise eines Druckerzeugnisses mit
einem Standarddruck zwecks Beurteilung der Druckqualität, ist die exakte
Erfassung der Relativposition der Vergleichsobjekte beim Vergleich. Erst
bei genau bekannter Relativposition können sich entsprechende Punkte auf
Prüfling und Vorlage einander eindeutig zugeordnet und verglichen werden.
Die Anforderungen an die Genauigkeit der Relativpositionserfassung steigen
naturgemäß mit den Anforderungen an die Genauigkeit der Übereinstimmung
zwischen Prüfling und Vorlage und sind beispielsweise bei der Qualitätsbeurteilung
von Banknoten besonders hoch. Hier könnten schon geringste
Relativpositionsfehler fälschlich als Druckfehler interpretiert werden
und damit zu Fehlbeurteilungen der zu untersuchenden Banknoten führen.
Besonders schwierig ist die Bestimmung der Relativpositionen von Druckerzeugnissen,
die mehrere nach unterschiedlichen Druckverfahren, z. B. Offset-Druck,
Tiefdruck, Buchdruck, übereinandergedruckte Teilbilder aufweisen,
wie dies beispielsweise bei Banknoten der Fall ist, deren Bilder üblicherweise
in zwei bis drei verschiedenen Druckvorgängen hergestellt
werden. Die von den einzelnen Druckvorgängen stammenden Teilbilder können
dabei aufgrund unregelmäßigen Bildverzugs, ungleichmäßiger Papierquetschung
etc. von Banknote zu Banknote um bis zu 1,5 mm gegeneinander verschoben
sein. Derartige Verschiebungen sind aber zulässig und dürfen daher
nicht als Druckfehler interpretiert werden, sondern müssen bei der
Bestimmung der Relativpositionen mit berücksichtigt werden.
Eine weitere Schwierigkeit bei der Bestimmung der Relativpositionen besteht
darin, daß Prüflinge unregelmäßig verzogen sein können, so daß verschiedene
Punkte oder Bereiche des Prüflings unterschiedliche Relativpositionen
zu den entsprechenden Punkten oder Bereichen der Vorlage besitzen.
In solchen Fällen wäre die Bestimmung der Relativposition des integralen
Prüflings zur integralen Vorlage anhand von beispielsweise zwei
Bildrändern ungenügend, da schon in kurzer Entfernung von den Bildrändern
im Bildinneren befindliche Bildpunkte deutlich von denen der Bildpunkte
auf den Bildrändern abweichende Relativpositionen besitzen können.
An sich können zur Bestimmung der Relativpositionen die bekannten Methoden
der Kreuzkorrelation oder der minimalen Fehlerquadratsumme herangezogen
werden. Bei den bekannten mit diesen Methoden arbeitenden Relativpositionsmeßverfahren
wird jedoch die Gesamtheit oder zumindest der größte
Teil der Vorlagen- bzw. Prüflingsbildpunkt zur Auswertung herangezogen.
Abgesehen vom für diese Verfahren erforderlichen großen technischen
Aufwand sind jedoch zur Auffindung der maximalen Korrelationswerte bzw. der
minimalen Fehlerquadratsumme selbst bei modernster Technologie verhältnismäßig
lange Rechenzeiten nötig. Diese bekannten Verfahren sind daher
in der Praxis zumindest in all denjenigen Fällen nicht geeignet, in denen
es auf kürzeste Rechenzeiten ankommt. Kurze Rechen- bzw. Verarbeitungszeiten
sind aber Voraussetzung für hohe Prüfleistungen maschineller Vergleichs-
bzw. Prüfeinrichtungen. Gerade hohe Prüfleistungen machen den
Einsatz maschineller Prüfungseinrichtungen aber erst sinnvoll bzw. wirtschaftlich.
Aus der DE-OS 25 45 753 ist ein System zum Erkennen ähnlicher Objekte
durch zeilenweisen Bildvergleich und Integration der Abtastdifferenzen
bekannt, welche sich aber nicht zur Bestimmung der Relativposition von
zwei (praktisch gleichen) Objekten eignet.
Aus der US-PS 38 98 617 ist eine Vorrichtung zur Auffindung der Position
eines Bildmusters bekannt. Bei dieser Vorrichtung werden aus dem Gesamtbild
gewisse vorbestimmte Teilmuster, die in einem Speicher vorrätig gehalten
werden, herausgesucht und deren Koordination in bezug auf ein Abtastsystem
bestimmt. Anhand der so gewonnenen Koordination dieser Teilmuster
werden dann die Koordinaten eines oder mehrerer nicht markierter
Punkte auf dem Gesamtbild berechnet. Dabei ist vorausgesetzt, daß zwischen
den Koordinaten der spezifischen Teilmuster und denen der gesuchten
Punkte eine feste, bekannte geometrische Beziehung besteht. Es handelt
sich dabei also lediglich um eine Art Peilverfahren zum indirekten Auffinden
bestimmter nicht markierter Bildpunkte über gewisse Bezugspunkte
(-muster) auf ein und demselben Objekt bzw. Gesamtmuster.
Aufgabe der Erfindung ist ein hochgenaues Verfahren von eingangs genannter
Art zu schaffen, das gegenüber vergleichbaren Verfahren mit geringerem
Rechenaufwand auskommt.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs
1 gelöst.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens,
deren Merkmale in Anspruch 24 beansprucht sind. Bevorzugte Weiterbildungen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen beansprucht.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der
Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 ein Blockschema eines Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 2 Details aus
Fig. 1 in größerem Maßstab,
Fig. 3a-8c Beispiele von Rasterbereichen und deren
Remissionsverläufen,
Fig. 9a-d Remissionskurven zur Erläuterung der Tiefpaßfiltrierung,
Fig. 10 eine stilisierte Banknote mit eingezeichneten
Rasterbereichen und Feldeinteilung,
Fig. 11-13 Blockschaltschemen diverser Details aus
Fig. 1,
Fig. 14a-c Ausschnitte aus Abtastrastern, und
Fig. 15 und 16 Blockschaltschemen weiterer Details aus Fig. 1.
Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung ist für Druckerzeugnisse
bestimmt, welche nach zwei verschiedenen Druckarten
aufgebrachte Bildinformation besitzen. Beispielsweise können
dies, wie dargestellt, Banknoten mit einem Offset-Druckbild
und einem Tiefdruckbild sein. Für solche Druckerzeugnisse
werden, wie schon erwähnt, zwei separate Teilvorlagen, die nur
die Bildinformation jeweils einer einzigen Druckart enthalten,
verwendet und die Relativpositionen des zu prüfenden Druckerzeugnisses
in bezug auf jede Teilvorlage separat ermittelt.
Dementsprechend ist die Vorrichtung mit drei untereinander
gleichen Abtastsystemen 1-7 P , 1-7 T und 1-7 O ausgestattet,
und zwar je eines für den Prüfling D P , für die Teilvorlage
D T mit dem Tiefdruckbild und für die Teilvorlage D O mit dem
Offset-Druckbild. Falls der Prüfling D P außer der Tiefdruck-
Bildinformation und der Offset-Druck-Bildinformation noch
weitere Bildinformationen nach anderen Druckarten (z. B.
Buchdruck) enthält, wären entsprechend viele weitere Abtastsysteme
für die zusätzlichen Teilvorlagen vorzusehen.
Die in der Zeichnung verschiedenen Bezugsziffern
beigefügten Indices P, T, O beziehen sich auf Prüfling (P), Tiefdruckvorlage
(T) und Offset-Druckvorlage (O) und werden im
folgenden, wo keine Verwechslungsgefahr besteht, der Einfachheit
halber weggelassen.
Die Abtastsysteme für den Prüfling D P und die Teilvorlagen
D T und D O umfassen je eine Spanntrommel W, die auf
einer gemeinsamen, in Lagern 2 drehbar gelagerten und über
einen nicht dargestellten Motor in Pfeilrichtung X angetriebenen
Welle 1 befestigt sind, eine Abbildungsoptik 3 mit Aperturblende
4, fotoelektrische Wandler 5, einen Verstärker 6 und einen A/D-Wandler
7.
Die Spanntrommeln sind an sich bekannte Saugtrommeln
mit in ihrem Umfang eingelassenen und an eine nicht dargestellte
Saugquelle eingeschlossenen Saugschlitzen. Eine besonders vorteilhafte
und zweckmäßige Spanntrommel dieser Art ist in der DE-Patentanmeldung
Nr. P 25 52 300.6 beschrieben.
Die fotoelektrischen Wandler sind sogenannte Fotodiodenarrays
mit einer Vielzahl von geradlinig angeordneten
Einzeldioden. Diese Fotodiodenarrays sind parallel zu den
Trommelachsen angeordnet und empfangen das von je einer Mantellinie
der Spanntrommeln bzw. der darauf befestigten Druckbilder
remittierte Licht. Die Beleuchtung für die Druckbilder
ist der Einfachheit halber nicht dargestellt.
Durch den gegenseitigen Abstand der Einzeldioden
der Arrays einerseits und durch die Umdrehungsgeschwindigkeit
der Spanntrommeln andererseits ist die gegenseitige Lage der
Abtastrasterpunkte, also das Abtastraster festgelegt. Eine
zentrale Steuereinheit 23 sorgt dafür, daß während der Drehung
der Spanntrommeln um die Distanz zweier Rasterzeilen
jede einzelne Diode der Arrays einmal abgefragt wird. Die von
den einzelnen Fotodioden erzeugten elektrischen Signale werden
den Verstärkern 6 zugeführt und nach Verstärkung in den
Analog/Digital-Wandlern 7 digitalisiert. An den Ausgängen 8
der A/D-Wandler 7 erscheinen dann in Sequenz Rasterzeile um
Rasterzeile die Remissionswerte der einzelnen Rasterpunkte
der abzutastenden Druckbilder im Form elektrischer Digitalsignale,
Anstelle eigener Abtastsysteme für die beiden
Teilvorlagen D T und D O könnten auch, wie in Fig. 1 strichliert
angedeutet, Speicher 26 und 27 mit einer der Anzahl der Rasterpunkte
des dem verbleibenden Abtastsystem für den Prüfling
zugrundeliegenden Abtastrasters entsprechenden Anzahl von
Speicherplätzen vorgesehen sein. Die beiden Teilvorlagen D T
und D O müßten dann vorgängig der eigentlichen Prüfung über
das Prüflingsabtastsystem abgetastet und die dabei gewonnenen
Remissionswerte in den Speichern 26 und 27 gespeichert werden,
aus welchen sie dann zur weiteren Verarbeitung entnommen werden
könnten.
Es versteht sich, daß die Abtastung der Druckbilder
nicht nur bezüglich der Helligkeit des remittierten Lichtes,
sondern auch bezüglich dessen Farbzusammensetzung erfolgen kann.
Dies würde lediglich etwas aufwendiger sein, da für jede Farbe
ein eigenes Abtastsystem erforderlich wäre, prinzipiell
würde es aber gleich wie die hier und im folgenden beschriebene
Hell-Dunkel-Abtastung vor sich gehen.
Die Ermittlung der Relativpositionen
zwischen Vorlagen und Prüfling erfolgt in einer als Ganzes
mit 29 bezeichneten Meßschaltung. Diese umfaßt drei von
einer Steuerstufe 17 angesteuerte Tore 9 P , 9 T und 9 O , eine
Mischstufe 11, eine Subtrahierstufe 12, eine ebenfalls von
der Steuerstufe 17 angesteuerte Summierstufe 13, einen
Speicher 14, einen Positionenrechner 15 und einen Positionenspeicher
16.
Die Steuerstufe 17 steuert die Tore 9 derart,
daß nur Remissionswerte von jeweils bestimmten
Bereichen des Abtastrasters angehörenden Rasterpunkten an
die Mischstufe 11 bzw. die Subtrahierstufe 12 weitergelangen
können. In der Mischstufe 11 werden die von den Toren 9 T
und 9 O durchgelassenen Remissionswerte derart miteinander
verknüpft, daß das entstehende Mischprodukt mit dem
vom Tor 9 P durchgelassenen Remissionswerten direkt vergleichbar
wird. Damit wird dem Umstand Rechnung getragen, daß die
Teilvorlagen nur je ein Druckbild aufweisen, während beim
Prüfling zwei Druckbilder übereinandergedruckt sind. In der
Mischstufe 11 werden die beiden Teilvorlagen gewissermassen
wieder zusammengefügt bzw. der Überdruck elektronisch nachgebildet.
Die Mischstufe 11 ist in der Praxis z. B. durch eine Multiplizierschaltung
realisiert. Die in der Mischstufe 11 gemischten Remissionswerte
der von der Steuerstufe 17 ausgewählten Vorlagen-Rasterpunkte
werden in der Subtrahierstufe 12 von den Remissionswerten
der entsprechenden Prüflings-Rasterpunkte subtrahiert.
Die dabei gewonnenen Remissionsdifferenzwerte werden in der
Summierstufe 13 über jeweils einen Rasterbereich, d. h. jeweils
eine bestimmte Gruppe von Rasterpunkten nach Vorzeichen getrennt
summiert. Die so gebildeten negativen und positiven
Summenwerten werden an je einem Speicherplatz im Speicher
14 vorübergehend abgespeichert. Im Positionenrechner 15
wird aus den gespeicherten Summenwerten durch Inter- bzw.
Extrapolation eine Reihe von Positionswerten P j gebildet, die
dann im Positionenspeicher 16 abgelegt werden und aus diesem
über Leitungen 40 zur Verwertung, beispielsweise zur Remissionswertkorrektur
bei einem Bildvergleich abgerufen werden
können. Das Blockschaltbild einer für diese Operationen besonders
vorteilhalften Vorrichtung ist im linken oberen Teil
von Fig. 1 dargestellt und wird weiter unten erläutert.
In Fig. 13 ist eine bevorzugte Ausführungsform
der Steuerstufe 17 detaillierter dargestellt. Die Steuerstufe
17 ist im wesentlichen ein korrigierbarer Vorwahlzähler und
umfaßt einen korrigierbaren Vorwahlspeicher 173, einen Vergleicher
175, einen Zähler 176 und eine Rasterbereichverschiebungsstufe
172. Der mit dem Abtasttakt übereinstimmende Zähltakt 174
wird aus der zentralen Steuereinheit 23 zugeführt. Im Vorwahlspeicher
173 sind die Ordnungsnummern
aller derjenigen Rasterpunkte gespeichert, deren zugehörige
Abtast- bzw. Remissionswerte weiter verarbeitet werden
sollen. Sobald der Zähler 176 bei einer solchen gespeicherten
Ordnungsnummer ankommt, gibt der Vergleicher 175 einen
Impuls ab, welcher die Tore 9 für den betreffenden Rasterpunkt
öffnet. Der Vorwahlspeicher 173 ist korrigierbar, d. h. durch
Anlegen eines geeigneten Korrektursignals können die Ordnungsnummern
um bestimmte Beträge vergrößert oder verkleinert
werden. Zur Erzeugung dieses Korrektursignals werden in noch
zu erklärender Weise bestimmte mittels der Rasterbereichverschiebungsstufe
172 aus den im Speicher 14 gespeicherten Summenwerten
ausgewählte Summenwerte herangezogen.
In Fig. 11 ist ein Ausführungsbeispiel der Summierstufe 13
detaillierter dargestellt. Sie umfaßt ein Schieberegister 135, zwei Gruppen
von über Leitungen 137 und 138 mit je einem Ausgang des Schieberegisters
verbundenen Torschaltungen 139 a und 139 b, zwei mit
je einer der Torschaltungsgruppen verbundene Summierschaltungen
131 und 132, zwei an die Summierschaltungen angeschlossene
Schwellenwertdetektoren 131 a und 132 a sowie eine an die
Schwellenwertdetektoren angeschlossene Diskriminatorschaltung
133.
Die von der Subtrahierstufe 12 ankommenden
Remissionsdifferenzen gelangen in das Schieberegister 135. In
der am weitesten rechts gezeichneten der Registrierstufen 135 a
ist eine solche Remissionsdifferenz durch die Binärzahlenreihe
1011010 angedeutet. Das achte Bit 136 bildet dabei
ein Vorzeichenbit, wobei "1" positive und "0" negative Differenzwerte
bedeuten soll. Die Informationen des Schieberegisters
135 gelangen über die Torschaltungen 139 a oder 139 b in die
Summierschaltung 131 oder 132, je nachdem, welche der Torschaltungen
durch den Vorzeichenbit 136 gerade geöffnet wird.
Auf diese Weise werden z. B. in der Summierschaltung 131 nur
die positiven und in der Summierschaltung 132 nur die negativen
Remissionsdifferenzen aufsummiert.
Die Schwellenwertdetektoren 131 a und 132 a geben
ein Signal ab, sobald die Ausgänge der Summierschaltungen, also
die Summenwerte einen gewissen Schwellenwert überschritten haben.
Die Diskriminatorschaltung 133 stellt nun fest, bei welchen der
Schwellenwertdetektoren dies zuerst der Fall ist und erzeugt
an ihrem Ausgang z. B. eine logische "1", wenn das Ausgangssignal
der Schwellenwertschaltung 131 a früher, und eine logische "0",
wenn das Ausgangssignal der Schwellenwertschaltung 131 a später
als das der anderen Schwellenwertschaltung 132 a eintrifft. Diese
Information gelangt nun zusammen mit den in den Summierschaltungen
131 und 132 gebildeten Summenwerten in den nachfolgenden Speicher
14. Die Ausgangsinformation der Diskriminatorschaltung gibt, wie
aus dem weiter unten Stehenden klar wird, die Richtung der gegenseitigen
Lagedistanz von Prüfling und Vorlage an.
Der prinzipielle Aufbau des Positionenrechners
15 ist in Fig. 12 dargestellt. Er umfaßt einen Festwertspeicher
154 und eine Anzahl von untereinander im wesentlichen
gleichen, je aus Multiplikatoren 151-153 und einen Summierer
150 bestehenden Rechenschaltungen, von denen der Einfachheit
halber nur eine einzige dargestellt ist. Die Anzahl der
Rechenschaltungen hängt von der noch zu beschreibenden Feldeinteilung
der Vergleichsobjekte ab. Die beiden Eingänge der
Multiplikatoren sind jeweils mit einem Speicherplatz des
Festwertspeichers 154 und einem der Speicherplätze 140 oder
141 des dem Positionenrechner 15 vorgeschalteten Speichers
14 verbunden. Die Ausgänge der Multiplikatoren sind an die
Eingänge des zugehörigen Summierers angeschlossen. An den
Ausgängen 155 der einzelnen Summierer 150 liegen dann Positionswerte
P j , die mit jeweils einer bestimmten Anzahl der im Speicher
14 gespeicherten Summenwerte S i über die Beziehung
zusammenhängen, wobei mit K ÿ die im Festwertspeicher gespeicherten
Multiplikationskonstanten bezeichnet sind. Die Bedeutung dieser
Positionswerte wird weiter unten erläutert.
Wie schon einleitend erwähnt, ist die Bestimmung der
Relativpositionen zwischen dem Prüfling D P und den Vorlagen D T
und D O mittels Orientierung an den Bildrändern nicht ausreichend.
Gemäß der Erfindung werden daher mehrere ausgewählte, relativ
kleine und über die gesamte Bildfläche verteilte Positionier-Bildbereiche
zur Messung herangezogen. Es werden die Relativpositionen
einander entsprechender Positionier-Bildbereiche von
Prüfling und Vorlage ermittelt und von diesen rechnerisch auf
die Relativpositionen der einzelnen Bildpunkte geschlossen.
Vorzugsweise wird aber nicht die Relativposition eines jeden
Bildpunkts einzeln ausgerechnet, sondern die Bildfläche wird
in einzelne Felder eingeteilt und es wird in einer der Praxis
genügenden Näherung angenommen, daß die Bildpunkte innerhalb
jeden Feldes untereinander gleiche Relativpositionen besitzen,
so daß nur die Relativpositionen der einzelnen Felder bestimmt zu
werden brauchen.
Ein Beispiel für die Feldeinteilung sowie die Verteilung
bzw. Anordnung von Positionier-Bildbereichen ist in Fig. 10
dargestellt. Das Druckbild D ist in sechzig Felder F 1 . . . F j . . . F₆₀
eingeteilt. Über seine Oberfläche sind acht Positionier-Bildbereiche
P X₁ . . . P X₄ , P Y₁ . . . P Y₄ verteilt. Die Auswahl bzw. Anordnung
dieser Positionier-Bildbereiche ist so getroffen, daß sie jeweils
Bildpartien mit stark kontrastierenden Bildkanten umfassen,
wobei diese Bildkanten zudem in verschiedenen Positionier-Bildbereichen
senkrecht aufeinander stehen. Ferner sollten die
Bildkanten möglichst in Achsen- oder in Umfangsrichtung der
Spanntrommeln verlaufen. Die Vorteile einer solchen Positionier-
Bildbereichsauswahl erhellen unmittelbar aus dem Nachstehenden.
Ein weiteres Auswahlkriterium für die Positionier-Bildbereiche
besteht in der Verschiedenheit der Bildinhalte der
einzelnen Teilvorlagen. Gemäß Fig. 1 sind die Positionier-Bildbereiche
beispielsweise so ausgewählt, daß einige von ihnen
auf solche Bildpartien fallen, an denen der Prüfling D P nur
Bildinformation von dem einen oder dem anderen Druckverfahren,
nicht aber von beiden Druckverfahren zugleich enthält. So fallen
z. B. die Positionier-Bildbereiche P X(T) und P Y(T) des Prüflings
auf eine nur nach dem Tiefdruckverfahren aufgebrachte Bildpartie,
was aus der Offset-Teilvorlage D O sofort ersichtlich ist, welche
an den entsprechenden Stellen keine Information enthält. Analog
fallen die Positionier-Bildbereiche P X(O) und P Y(O) auf reine
Offset-Druck-Bildpartien. Zur Bildbereich-Relativpositions-Messung
müssen dann selbstverständlich die entsprechenden Vorlagen-Positionier-Bildbereiche
P* X(T) , P* Y(T) und P* X(O) , P* Y(O) auf den
zugehörigen Teilvorlagen D T bzw. D O herangezogen werden.
Zum Verständnis des Folgenden muß sich vor Augen
gehalten werden, daß der Begriff Positionier-Bildbereich bildbezogen
ist, d. h. einen bestimmten Ausschnitt der Prüflings- oder Vorlagenbildfläche
bezeichnet. Im Unterschied dazu sind
Rasterbereiche, unter welchen im folgenden Gruppen von Rasterpunkten
des Abtastrasters verstanden werden, auf das Abtastraster
bezogen und demnach sozusagen ortsfest. Das heißt mit
anderen Worte, einander entsprechende Rasterbereiche der verschiedenen
Abtastsysteme umfassen Rasterpunkte mit exakt denselben
Ordnungsnummern.
Die Bestimmung der Relativposition von zwei zugeordneten
Positionier-Bildbereichen auf Prüfling und Vorlage geschieht
nun dadurch, daß ein entsprechender Rasterbereich mit dem Vorlagen-
Positionierbereich übereinstimmend ausgewählt und damit
festgelegt wird und dann die Remissionswerte in den einzelnen
Rasterpunkten dieses für alle Abtastsysteme festen Rasterbereiches
für Prüfling und Vorlage ermittelt und miteinander verglichen
werden. Bei bezüglich des Abtastrasters nicht in allen Bildpunkten
identisch mit der Vorlage ausgerichteten Prüfling wird der
Prüfling-Positionierbildbereich nicht mit dem ortsfesten Rasterbereich
zusammenfallen und es werden daher die Remissionswerte
in den Rasterpunkten des Prüflings nicht mit denen der Vorlage
übereinstimmen. Der Grad der Übereinstimmung wird dann wie
noch weiter unten beschrieben zur Bestimmung der Relativposition
ausgewertet.
Die Auswahl der Rasterbereiche und damit der Positionier-Bildbereiche
erfolgt elektronisch, und zwar in der
Steuerstufe 17 durch entsprechende Programmierung des Vorwahlspeichers
173.
In Fig. 2 ist je ein Bilddetail aus Prüfling D P und
Tiefdruck-Teilvorlage D T vergrößert dargestellt. Die strichpunktierten
Quadrate geben dabei die Lage der Rasterbereiche relativ
zum Bilddetail auf Prüfling und Vorlage an. Fig. 3a zeigt den
Remissionsverlauf I im Rasterbereich P X(T) des Prüflings beim
Abtasten in X-Richtung (Umfangsrichtung) längs einer der Linien
AC von X₀ bis X₁. Fig. 3b zeigt den Remissionsverlauf I längs
derselben Rasterlinie bei der Vorlage. Der Verlauf der Differenz
Δ I der Remissionswerte geht aus Fig. 3c hervor. Die unter der
Differenzkurve Δ I liegende Fläche ist ein Maß für die Relativposition
Δ X der betreffenden Positionier-Bildbereiche bezüglich
der X-Richtung. Eine positive Fläche bedeutet dabei, daß die
Vorlage gegenüber dem Prüfling bzw. der untersuchte Vorlagen-Positionier-Bildbereich
gegenüber dem entsprechenden Prüflings-Positionier-Bildbereich
in Plus-X-Richtung verschoben ist.
In der Praxis wird natürlich nicht nur eine einzige
Rasterlinie, sondern der gesamte Rasterbereich abgetastet. Durch
Mittelwertbildung über die einzelnen Abtastlinien AL kann dann
beispielsweise der Einfluß zufälliger Druckunregelmäßigkeiten
ausgeglichen werden.
In Fig. 4a und 4b sind die Remissionsverläufe I und
I* beim Abtasten der Rasterbereiche P Y(T) und P* Y(T) in Y-Richtung
(parallel zur Spanntrommelachse) längs ein und derselben Rasterlinie
Y₀-Y₁ dargestellt. Der Verlauf der Remissionsdifferenz
Δ I=I-I* ist aus Fig. 4c ersichtlich. Die Fläche der Remissionskurve
ist ein Maß für die Relativposition Δ Y der betreffenden
Positionier-Bildbereiche bezüglich der Y-Richtung. Die hier
negative Fläche bedeutet, daß die Vorlage gegenüber dem Prüfling
im untersuchten Positionier-Bildbereich in Minus-Y-Richtung
verschoben ist.
Aus den weiter unten erläuterten Gründen hat es
sich als vorteilhaft erwiesen, die Abbildung der Druckbilder
auf die Fotodiodenarrays etwas unscharf zu machen. Durch die
Einführung der Unschärfe werden die Remissionsverläufe geglättet.
Die Fig. 5a-5c zeigen als Beispiel die den Remissionsverläufen
nach Fig. 4a-4c entsprechenden Remissionsverläufe bei unscharfer
Abbildung.
Die in den Fig. 3a bis 5c dargestellten kontinuierlichen
Remissionsverläufe können sich selbstverständlich nur
bei kontinuierlicher Abtastung ergeben. Wegen der Abtastung
in diskkreten Rasterpunkten bestehen die Kurven in Wirklichkeit
nur aus einzelnen diskreten Punkten.
In Fig. 5d, die im Prinzip denselben Remissionsdifferenzverlauf
wie Fig. 5c darstellt, sind die diskreten
Rasterpunkte b₁ . . . b₅ mit ihren diskreten Remissionsddifferenzwerten
Δ I₁ . . . Δ I₅ eingetragen. Fig. 5e zeigt einen Rasterbereich
P Y(T) mit durch Minus-Zeichen markierten Rasterpunkten.
Wie schon gesagt, bilden die Flächen der Remissionsdifferenzenverläufe
ein Maß für die Relativpositionen Δ X und
Δ Y. Diese Flächen können nun leicht durch Summieren der
diskreten Remissionswertdifferenzen längs einer Rasterlinie
(innerhalb des betreffenden Rasterbereichs) ermittelt werden.
Um von Zufälligkeiten unabhängig zu sein, wird jedoch die Summe
nicht nur über eine einzige Rasterlinie, sondern über sämtliche
Rasterlinien bzw. sämtliche Rasterpunkte des betreffenden Bereichs
erstreckt. Dieser Summenwert S i ist dann selbstvverständlich ebenso
ein Maß für die Relativposition des jeweiligen Positionier-
Bildbereichs, aber von Zufälligkeiten befreit und daher aussagekräftiger.
Fig. 6 zeigt einen Remissionsverlauf ähnlich Fig. 5a
mit eingetragenen Rasterpunkten Y₀, b₁ . . . b₅, Y₁. Strichliert ist
ein kontinuierlicher Kurvenzug 31 dargestellt (entsprechend
Fig. 5a), voll ausgezogen dagegen ein Kurvenzug 32, der sich aus
einzelnen, jeweils zwei diskrete Remissionswerte I b verbindenden
Geraden zusammensetzt. Es ist leicht ersichtlich, daß an den
für die Bestimmung der Relativpositionen relevanten steilen
Stellen des Remissionsverlaufs (z. B. bei I mitt ) der Positionsfehler
Y F , welcher bei diskreter Abtastung und linearer Interpolation
zwischen zwei diskreten Remissionswerten (anstatt
kontinuierlicher Abtstung mit kontinuierlichem Kurvenverlauf)
entsteht, verschwindend gering ist.
Die Fig. 7a-7g erläutern, daß die zur Bestimmung
der ausgewählten Positionier-Bildbereiche nicht unbedingt immer
eine scharfe Bildkante, d. h. zwei stark kontrastierende
im wesentlichen homogene Zonen mit relativ scharfer Grenzlinie
aufweisen müssen, sondern daß auch solche Positionier-Bildbereiche
geeignet sind, die z. B. einen Bildstrich, also
eine linienförmige Zone auf einer stark konstrastierenden Untergrundzone
enthalten. Fig. 7a zeigt die Lage je eines solchen
Vorlagen-Bildstrichs S* und Prüfling-Bildstrichs S in bezug
auf das ortsfeste Abtastraster, das durch die Koordinatenachse
X represäntiert ist. Fig. 7d zeigt dieselben Striche, jedoch
mit größerem gegenseitigen Abstand Δ X. Die Fig. 7b
und 7e zeigen die Verläufe der Remissionen I und I* für die
Strichanordnungen gemäß Fig. 7a bzw. 7d und die Fig. 7c und
7f die entsprechenden Remissionsdifferenzenverläufe Δ I.
Der wesentlichste Unterschied gegenüber den
Remissionsdifferenzenverläufen bei Positionier-Bildbereichen
mit Bildkanten besteht darin, daß jetzt Remissionsdifferenzwerte
nicht nur eines Vorzeichens, sondern beider Vorzeichen
auftreten. Während der Absolutwert der Relativposition Δ X
durch die über die gesamte Rasterbereichfläche erstreckte Summe
entweder der positiven oder der negativen Remissionsdifferenzen
allein schon gegeben ist, hängt das Vorzeichen der Relativposition
davon ab, ob die positiven oder die negativen Remissionsdifferenzen
beim Abtasten längs einer Rasterzeile zuerst auftreten.
Fig. 7g zeigt einen Rasterbereich P X(T) , in welchem
diejenigen Rasterpunkte, in denen entsprechend Fig. 7f positive
Remissionsdifferenzen auftreten, mit einem Plus-Zeichen und
die übrigen Rasterpunkte mit einem Minus-Zeichen markiert sind.
Die Auswertung des zeitlich früheren Eintreffens
der von Remissionsdifferenzen des einen oder des anderen Vorzeichens
geschieht in der in Fig. 11 dargestellten Summierstufe.
In Fig. 8a-8c ist angedeutet, daß die Bildkanten
in den Positionier-Bildbereichen nicht unbedingt parallel zu
den Rasterlinien des Abtastrasters (Richtungen X und Y) verlaufen
müssen, sondern auch schräg dazu verlaufen können. Die
beiden rechteckigen Rasterbereiche P₁ und P₂ in Fig. 8a und
8b sind ebenfalls schräg zu den Koordinatenachsen (Fig. 8c) geneigt.
Die Bildkanten in Prüfling und Vorlage sind mit K₁ und
K₁* bzw. K₂ und K₂* bezeichnet. Die Summen der in den mit +
markierten Rasterpunkten gemessenen Remissionswertdifferenzen
sind dann ein Maß für die Distanzen Δ S₁ und Δ S₂ der einander
zugeordneten Bildkanten. Die Relativpositionen Δ X und Δ Y
der Positionier-Bildreiche lassen sich dann aus diesen Distanzen
in einfacher Weise über die (bekannten) Winkel d₁ und ϕ₂
der Bildkanten zu den Koordinatenachsen bestimmten.
Die Fig. 9a-9d geben Aufschluß über den Einfluß
verschiedener Bildinformationsstrukturen auf die erforderliche
Genauigkeit bei der Bestimmung der Relativpositionen des jeweils
betreffenden Bildbereichs. Fig. 9a zeigt in X-Richtung
hintereinander drei Bildstrukturen, wie sie für Banknoten
typisch sind. Die erste Struktur ist eine Fläche homogener
Dichte mit zwei begrenzenden Bildkanten BK1 und BK2. Die
zweite Struktur setzt sich aus einer feinen Strichstruktur
und einer homogenen Fläche zusammen, wobei die Strichstruktur
eine in X-Richtung zunehmende Dichte aufweist. Die Begrenzungskanten
der homogenen Fläche sind mit BK3 und BK4 bezeichnet.
Die dritte Struktur umfaßt eine Reihe gröberer Striche BK5.
Die Fig. 9b zeigt die zu den einzelnen Bildstrukturen gehörenden
Remissionsverläufe bei scharfer Abbildung. In Fig. 9c stellt
die voll ausgezogene Linie den Remissionsverlauf derselben
Bildstrukturen bei unscharfer Abbildung dar. Die strichlierte
Linie ist der Remissionsverlauf einer um Δ X verschoben gedachten
identischen Bildstruktur. Fig. 9d zeigt den Verlauf
der Differenzen der beiden Remissionskurven I und I* von
Fig. 9c. Es ist klar ersichtlich, daß größere Differenzwerte
Δ I nur an denjenigen Stellen der Bildstrukturen auftreten,
welche scharfe Bildkanten enthalten. In diesen Bildpartien
müssen die Relativpositionen also besonders genau bestimmt
werden, da hier bereits kleinste nicht über die Relativpositionsmessung
korrigierte Verschiebungen zwischen Prüfling und Vorlage
zu Fehlinterpretationen beim Vergleich derselben führen
können. Bildpartien mit getönten Flächen oder gröberen Strichstrukturen
(Lattenzäune) sind für die Ermittlung der Relativpositionen
wenig geeignet. Hier brauchen die Relativpositionen
aber auch nicht so exakt bestimmt zu werden, da in solchen
Bildpartien kleinere Positionsabweichungen nicht so sehr ins
Gewicht fallen.
Im allgemeinen wird es wohl fast immer möglich
sein, die Positionier-Bildbereiche so auszuwählen, daß sie
parallel zu den Rasterlinien verlaufende Bildkanten enthalten.
Allerdings werden die dichteren Zonen dieser Positionier-Bildbereiche
kaum immer homogen sein oder auch nur aus einer
Strichstruktur mit zur Bildkante parallelen Tönungs-Strichen
bestehen. In der Regel werden die Tönungsstriche vielmehr
geneigt zur Bildkante verlaufen, so daß letztere gar nicht
scharf, sondern gewissermaßen ausgefranst erscheint. Durch
geeignete Bemessung der Unschärfe bei der Abbildung auf die
Fotodiodenarrays können diese "ausgefransten" Bildkanten jedoch
künstlich scharf gemacht werden.
Es versteht sich, daß anstelle der unscharfen
Abbildung auch eine elektronische Tiefpaßfiltrierung verwendet
werden könnte.
Anhand des vorstehend Beschriebenen wird also
eine Reihe von Positionier-Bildbereichen, und zwar pro Vorlage
mindestens 2, vorzugsweise aber 10 bis 20, ausgewählt und für
jeden einzelnen Bereich die Relativposition zum entsprechenden
Bereich der Vorlage bestimmt. Ein Maß für die Relativpositionen
Δ X und Δ Y sind dann, wie gesagt, jeweils die für jeden einem
Positionier-Bildbereich zugeordneten Rasterbereich gebildeten
Summenwerte S i der Remissionsdifferenzen. Aufgrund der speziellen
Auswahl der Positionier-Bildbereiche mit zu den Rasterlinien
parallelen Bildkanten oder Bildstrichen werden außerdem für
gewisse Positionier-Bildbereiche nur die Relativpositionen Δ X
und für andere nur die Relativpositionen Δ Y vorhanden sein.
Die ersteren sind beispielsweise in Fig. 10 mit P X₁ . . . P X₄ und
die letzteren mit P Y₁ . . . P Y₄ bezeichnet.
Die Positionier-Bildbereiche sind wegen ihrer Auswahlkriterien
im allgemeinen recht unregelmäßig über die
Bildfläche verteilt. Für den Vergleich von Prüfling und Vorlagen
müssen aber die Relativpositionen von allen Bildpartien
verfügbar sein. Deshalb wird nun das Druckbild gemäß Fig. 10
in z. B. lauter gleich große Felder eingeteilt und aus den
Relativpositionen der jedem Feld nächstliegenden Positionier-Bildbereiche
die Relativposition (Δ X, Δ Y) der einzelnen
Felder durch Inter- bzw. Extrapolation berechnet. Wenn der
Index j die Nummer eines Feldes und der Index i die Nummer
eines Summenwertes bzw. einer Relativposition Δ X oder Δ Y
eines Positionier-Bildbereichs ist, errechnen sich die Relativpositionen
Δ X Fj und Δ Y Fj des Felds F j nach den folgenden
Formeln:
In diesen Formeln bedeuten die und
empirisch ermittelte Interpolationskonstanten, die im wesentlichen
von der Entfernung und (Fig. 10) zwischen
dem Positionierbereich mit der Nummer i und dem Zentrum des
Felds mit der Nummerr j abhängen. Die Indizes X und Y beziehen
sich lediglich auf die Zuordnug der Konstanten K zu Δ X-
Positionier-Bildbereichen oder zu Δ Y-Positionier-Bildbereichen.
Die Summen laufen je nach Lage der Felder j für verschiedene
j über dieselben oder über verschiedene i-Werte. Für das in
Fig. 10 dargestellte Feld Nr. 27 lauten die obigen Formeln
explizit wie folgt:
Δ X F₂₇ = · Δ X₄ + -· Δ X₃ + · Δ X₂
Δ Y F₂₇ = · Δ Y₄ + -· Δ Y₃ + · Δ Y₃
Die Durchführung dieser Rechenoperationen erfolgt
im schon beschriebenen Positionenrechner 15. Die Konstanten K
sind im Festwertspeicher 154 gespeichert.
Zur Festlegung der Konstanten und
kann man sich auch folgender Näherungsformel bedienen:
Darin ist c eine empirische Konstante, die beispielsweise
1 sein kann. Die Formel gilt sowohl für als
auch für ; die Indices X und Y wurden daher weggelassen.
Ferner sollen die folgenden Bedingungen erfüllt sein:
Unter Umständen kann es erforderlich sein, nicht
nur die jeweils nächstliegenden Positionier-Bereiche zur
Berechnung der Relativpositionen der einzelnen Felder heranzuziehen,
sondern auch weiter weg liegende Positionier-Bereiche,
wie z. B. den Bereich P X₁ (mit der Relativposition Δ X₁) für das
Feld F₂₇ in Fig. 10. Da die weiter entfernt liegenden Positionier-Bildbereiche
durch die näher liegenden gewissermaßen
abgeschirmt sind, muß deren Einfluß verhältnismäßig reduziert
werden, was z. B. durch Multiplikation des betreffenden
Ausdrucks K i,j · Δ X k mit einem Abschirmfaktor sin Ψ k,i,j
erfolgen kann. Darin bedeutet Ψ k,i,j den Winkel, unter
welchem die Distanz zwischen abgeschirmtem Positionier-Bildbereich
P K und abschirmendem Positionier-Bildbereich P i
vom Mittelpunkt des Felds F j aus erscheint.
Bisher wurden nur translatorische Relativverschiebungen
zwischen Prüfling und Vorlagen berücksichtigt.
Selbstverständlich können auch Relativverdrehungen in die
Berechnung der Relativpositionen der Felder miteinbezogen
werden. Am besten werden dazu zwei möglichst weit auseinander-liegende
Positionier-Bildbereiche, z. B. P Y1 und P Y3 in Fig. 10,
ausgewählt und aus deren Relativpositionendifferenz
(z. B. Δ Y₃ - Δ Y₁) durch Division durch deren Abstand (A)
der Winkel der Grobverdrehung der gesamten Vorlage gegenüber
dem genannten Prüfling bestimmt.
In Fig. 1 war in den ausgewählten Positionier-Bildbereichen
nur Bildinformation je eines einzigen Druckverfahrens
(nur Tiefdruck oder nur Offset-Druck) vorhanden. Dies ist der
günstigste Fall, da dadurch die unabhängige Relativpositionsermittlung
vom jeweils anderen Druck nicht gestört wird. Die
Mischstufe 11 hat in diesem Fall eher die Funktion eines Oder-Tores,
da gleichzeitig Bildinformation entweder nur von der
Offset-Vorlage oder nur von der Tiefdruck-Vorlage kommt. Es
kann aber durchaus vorkommen, daß man auf Positionier-Bildbereiche
angewiesen ist, in welchen Information aus beiden
Druckverfahren vorhanden ist, z. B. eine ausgeprägte Bildkante
aus einem und eine wenig ausgeprägte Strich- oder Tönungsstruktur
aus dem anderen Druckverfahren. In diesem Fall wirkt
die Mischstufe 11 als Überdruckrechner, welcher aus den Einzelremissionswerten
von Tiefdruck- und Offset-Vorlage die kombinierten
Remissionswerte errechnet, welche denjenigen des beide
Drucke enthaltenden Prüflings entsprechen soll. Damit werden
z. B. die resultierenden Remissionssprünge an Bildkanten nach
der Mischstufe gleich groß wie diejenigen des Prüflings, so daß
in der Subtrahierstufe die richtigen Differenzwerte
gebildet werden können.
Wie schon beschrieben, erfolgt die Auswahl der
Rasterbereiche und damit der für die gesamte Rechnung benötigten
Positionier-Bildbereiche durch entsprechende Programmierung
des korrigierbaren Vorwahlspeichers 173. Da die zu ermittelnden
Relativpositionen in einem recht großen Intervall liegen
können, müßten die Positionier-Bildbereiche relativ groß
gewählt werden, um ein sicheres "Einrasten" des ganzen
Funktionsablaufs zu gewährleisten. Je größer aber die Positionier-Bildbereiche
gewählt werden, desto geringer ist die
zu erwartende Genauigkeit und außerdem wird mehr Rechenzeit
benötigt. Um nun die Positionier-Bildbereiche möglichst kleinflächig
zu halten, wird ihre Lage anhand einer ersten Grobpositionsmessung
korrigiert. Dazu werden z. B. die Relativpositionen
Δ X, Δ Y bestimmter ausgewählter Positionier-Bildbereiche
ausgemessen und dem korrigierbaren Vorwahlspeicher
als Korrekturwerte zugeführt. Dadurch werden dann die übrigen
Positionier-Bildbereiche bzw. Rasterbereiche nach Maßgabe
dieser ausgewählten Relativpositionen verschoben bzw. korrigiert.
Die Auswahl der für diese Korrektur herangezogenen Relativpositionswerte
bzw. Positionier-Bildbereiche erfolgt durch
die bereits erwähnte und geeignet programmierte Rasterbereichverschiebungsstufe
172. Selbstverständlich werden diese Rasterbereiche
bzw. Positionier-Bildbereiche so gelegt, daß ihre
Abtastung vor derjenigen der übrigen Positionier-Bildbereiche
beendet ist.
Im übrigen ist es vorteilhaft, die Positionier-Bildbereiche
bzw. Rasterbereiche so auszuwählen, daß sich kein
Rasterpunkt eines Bereichs in derselben Rasterzeile (Y-Richtung)
wie ein Rasterpunkt irgendeines anderen Bereichs befindet. Auf
diese Weise vereinfacht sich der schaltungstechnische Aufwand
für die für jeden Rasterbereich getrennte Summierung der
Remissionsdifferenzen beträchtlich.
Der Vollständigkeit halber sei noch erwähnt,
daß zu Beginn jeder Messung selbstverständlich ein Abgleich
der Hell- und Dunkelpegel zwischen Vorlage und jeweiligem
Prüfling vorgenommen wird.
Im folgenden wird die in Fig. 1 als Ganzes mit
28 bezeichnete Bildvergleichsschaltung beschrieben, in welcher
die Remissionswerte aus einander entsprechenden Bildpunkten von
Prüfling und Vorlagen anhand der im Speicher 16 zur Verfügung
stehenden Relativpositionswerte einander zugeordnet und miteinander
verglichen werden und dann anhand der Vergleichsergebnisse
eine Felhlerbewertung durchgeführt wird.
Die Bildvergleichsschaltung 28 umfaßt drei
Zwischenspeicher 10 P , 10 T und 10 O , zwei mit dem Positionenspeicher
16 über je eine Leitung 40 verbundene und die Zwischenspeicher
ansteuernde Zuordner 18 und 19, eine Mischstufe
20, eine Subtrahierstufe 21 und einen Fehlerrechner 22.
Die Remissionswerte von Prüfling und Vorlagen
gelangen von den Ausgängen 8 der A/D-Wandler 7 in die Zwischenspeicher
10, wo sie vorübergehend gespeichert werden. Die in
den Vorlagen-Zwischenspeichern 10 P und 10 O gespeicherten
Remissionswerte werden von den Zuordnern 18 und 19 nach Maßgabe
der ihnen zugeführten Positionswerte abgerufen und in
der Mischstufe 20 in gleicher Weise wie in der Mischstufe 11
der Auswerteschaltung 29 verknüpft. Diese verknüpften Vorlagenremissionswerte
werden dann in der Subtrahierstufe 21 analog
der Subtrahierstufe 12 von den aus dem Zwischenspeicher 10 P
nach einer vorgegebenen Verzögerung ebenfalls abgerufenen
Prüflingsremissionswerten abgezogen. Die so gebildeten
Remissionsdifferenzwerte werden dann im Fehlerrechner 22 nach
bestimmten Bewertungskriterien ausgewertet. Die einzelnen
Funktionsabläufe werden wiederum von der zentralen Steuereinheit
23 gesteuert.
Zum besseren Verständnis der Wirkungsweise der
Zuordner 18 und 19 sowie der Zwischenspeicher 10 T und 10 O
sollen zunächst die Fig. 14a-c erläutert werden. Diese
zeigen je einen Ausschnitt aus den unter sich gleichen Abtastrastern
der drei Abtastsysteme, und zwar Fig. 14a für den
Prüfling, Fig. 14b für die Offset-Vorlage und Fig. 14c für
die Tiefdruck-Vorlage. Die Distanz (K) zwischen je zwei Rasterlinien
41 ist in beiden Richtungen gleich groß.
In Fig. 14a ist ein ausgewählter Prüflings-Bildpunkt
eingetragen und mit P P bezeichnet. Aufgrund z. B.
der Ungenauigkeit beim Aufspannen des Prüflings und der Vorlagen
auf die Spanntrommeln werden die dem Prüflingsbildpunkt
P P entsprechenden Vorlagenbildpunkte in der Regel aber nicht
mit den mit (P P ) bezeichneten Rasterpunkten der Vorlagen-Abtastraster
übereinstimmen, sondern werden sich in mehr oder
weniger großer Entfernung (Δ X tot ) O , (Δ Y tot ) O ; (Δ X tot ) T ,
(Δ Y tot ) T von diesen befinden, beispielsweise etwa an den
mit (P Δ X, Δ Y ) O bzw. (P Δ X, Δ Y ) T bezeichneten Zwischenpunkten.
Diese Zwischenpunkte werden außerdem in der Regel, wie dargestellt,
nicht mit einem Rasterpunkt übereinstimmen, sondern
irgendwo zwischen vier Umgebungsrasterpunkten P₁ . . . P₄ liegen.
Die Abstände der Zwischenpunkte von dem den Punkten (P P ) jeweils
am nächsten liegenden Umgebungsrasterpunkt P₁ sind mit
Δ X und Δ Y bezeichnet. Die Vorlagen-Remissionswerte in diesen
Zwischenpunkten werden nun aus den Vorlagen-Remissionswerten in
den jeweils vier Umgebungsrasterpunkten durch vorzugsweise
lineare Interpolation ermittelt. Diese Interpolationswerte
werden dann an die Mischstufe 20 weitergeleitet, und zwar
genau in dem Moment, daß sie zugleich mit dem Remissionswert
des Prüflingspunkts P P aus dem Zwischenspeicher 10 P
an der Subtrahierstufe 21 ankommen.
In Fig. 15 und 16 sind die Vorlagen-Zwischenspeicher
10 O und 10 T sowie die Zuordner 18 und 19 detaillierter
dargestellt. Jeder der beiden Zwischenspeicher umfaßt einen Schreibspeicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM)
101 und einen Interpolationsrechner 104. Die beiden Zuordner
umfassen je eine Weiche 195, zwei Quotientenbildner 182 und 183,
vier Speicher 184 , 185, 186 und 187 und einen Schaltprogrammgeber
190. Die Quotientenbildner und die Speicher sind in
einem Quotientenrechner 196 zusammengefaßt.
Der Prüflings-Zwischenspeicher 10 P enthält im
wesentlichen nur ein RAM und ist deswegen nicht detailliert
dargestellt.
Die in der Meßschaltung 29 ermittelten,
über die Leitungen 40 den Zuordnern 18 und 19
zugeführten Positionswerte Δ X und
Δ Y (entsprechend Δ X tot und Δ Y tot in Fig. 14b und 14c)
gelangen in den Eingang 197 der Weiche 195 (Fig. 16). Dieses
leitet die Δ X-Werte an den Quotientenbildner 182 und die
Δ Y-Werte an den Quotientenbildner 183 weiter. In diesen werden
die Positionswerte durch die Rasterdistanz K dividiert. Die
ganzen Quotientenwerte (ganze Zahlen) werden dann jeweils
in den Speichern 184 und 186, allenfalls verbleibende Reste
(echte Brüche) in den Speichern 185 und 187 abgelegt.
Die ganzen Quotientenwerte entsprechen den Abständen
(Δ X tot -Δ X) bzw. (Δ Y tot -Δ Y) zwischen den Punkten (P P )
und P₁ in Fig. 14b und 14c, die Reste den Distanzen Δ X
und Δ Y zwischen P₁ und den Zwischenpunkten P( Δ X, Δ Y ).
Die ganzen Quotientenwerte werden dann über Leitungen 193
und 194 an den Schaltprogrammgeber weitergeleitet, der nach
Maßgabe dieser Werte aus dem ihm über die Leitung 191 von
der zentralen Steuereinheit 23 zugeführten Steuertakt einen
Selektioniertakt erzeugt. Der am Ausgang 192 des Schaltprogrammgebers
anstehende Selektioniertakt wird über eine
Leitung 106 dem RAM 101 des jeweils mit dem Zuordner verbundenen
Zwischenspeichers 10 (Fig. 15) zugeführt. Die
Restwerte aus den Speichern 185 und 187 gelangen über
Leitungen 188 bzw. 189 an die Eingänge 107 und 108 des Interpolationsrechners
104 des betreffenden Zwischenspeichers.
Die von den Ausgängen 8 der A/D-Wandler 7 ankommenden
Remissionswerte werden in den RAM′s der drei Zwischenspeicher
gespeichert. Dabei sorgt der über Leitungen 102
jedem RAM von der zentralen Steuereinheit zugeführte Steuertakt
dafür, daß Remissionswerte von Rasterpunkten mit gleicher
Ordnungskammer in allen drei RAM′s jeweils unter derselben
Adresse abgespeichert werden.
Von den RAM′s 101 der beiden Zwischenspeicher
10 O und 10 T gelangen nun über Transferleitungen 109 die
Remissionswerte gleichzeitig von jeweils vier benachbarten
Rasterpunkten in die jeweiligen Interpolationsrechner 104.
Die Auswahl der vier Rasterpunkte wird durch die von den Schaltprogrammgebern
190 erzeugten Selektioniertakte bewirkt. Die
Interpolationsrechner 104 ermitteln nun die Remissionswerte
der durch die an den Eingängen 107 und 108 anliegenden Δ X-
und Δ Y-Werte definierten Zwischenpunkte und geben diese
über die Ausgänge 105 an die Mischstufe 20 weiter. Gleichzeitig
werden die Remissionswerte der den jeweiligen Zwischenpunkten
entsprechenden Prüflingsrasterpunkte aus dem RAM des Prüflings-
Zwischenspeichers 10 P abgerufen.
Die Interpolation selbst ist zweckmäßigerweise
linear und erfolgt vorzugsweise in diskreten Schritten durch entsprechende
Teilung der Rasterdistanz K. Dabei kann so vorgegangen
werden, daß zunächst zwei Interpolationswerte
zwischen jeweils zwei auf je einer Rasterzeile liegenden
Rasterpunkten gebildet werden und aus diesen Interpolationswerten
dann durch einen weiteren Interpolationsprozeß der
definitive Remissionswert der Zwischenpunkte bestimmt wird.
Selbstverständlich sind auch andere Interpolationsverfahren
möglich.
Obwohl die Erfindung vorstehend nur im Zusammenhang
mit der Qualitätsprüfung von Druckerzeugnissen, insbesondere
Banknoten beschrieben ist, ist es selbstverständlich,
daß das erfindungsgemäße Relativpositionsmeßverfahren auch
im Zusammenhang mit anderen Informationsträgern, beispielsweise
Magnetkarten oder dergleichen sinngemäß verwendbar ist.
Claims (31)
1. Verfahren zum Bestimmen der Relativpositionen von einander
entsprechenden Punkten oder Bereichen eines Prüflings
und einer Vorlage in bezug auf ein Abtastraster, nach welchem
Prüfling und Vorlage gleichzeitig oder zeitverschoben punktweise
maschinell fotoelektrisch abgetastet werden, dadurch
gekennzeichnet, daß auf Prüfling und Vorlage in gleicher
Weise einzelne, bezüglich der genannten Vorlagen- bzw.
Prüflingsfläche vergleichsweise kleine Positionier-Bildbereiche
ausgewählt werden, daß aus den fotoelektrischen
Abtastwerten aus diesen Positionier-Bildbereichen die Relativpositionen
der einander entsprechenden Positionier-Bildbereiche
des Prüflings und der Vorlage bestimmt werden, und daß aus
diesen Relativpositionen der übrigen
Bildpunkte durch Inter- bzw. Extrapolation ermittelt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
2-40, vorzugsweise etwa 10-20 Positionier-
Bildbereiche ausgewählt und deren Relativpositionen bestimmt
werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Anzahl und Größe der Positionier-Bildbereiche
so gewählt wird, daß ihre Gesamtfläche von 0,5
Promille bis etwa 10 Prozent, vorzugsweise 1 Promille bis
1 Prozent der Gesamtvorlagenfläche beträgt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Größe der Positionier-Bildbereiche
so gewählt wird, daß die Fläche eines jeden
Bereichs von 0,02 Promille bis 2 Promille, vorzugsweise
0,1 Promille bis 0,2 Promille der Gesamtvorlagenfläche
beträgt.
5. Verfahren nach einem der voranstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein
Positionier-Bildbereich so ausgewählt und bemessen wird,
daß er auf einen Vorlagenbereich fällt, welcher nur
zwei aneinandergrenzende, im wesentlichen homogene
Zonen mit starkem gegenseitigen Kontrast enthält.
6. Verfahren nach einem der voranstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein
Positionier-Bildbereich so ausgewählt und bemessen wird,
daß er auf einen Vorlagenbereich fällt, welcher nur eine
strichförmige Zone und eine dazu stark kontrastierende
und im wesentlichen homogene Umgebungszone enthält.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch
gekennzeichnet, daß der Positionier-Bildbereich so ausgewählt
wird, daß die Grenze zwischen den beiden Zonen
geradlinig verläuft.
8.Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß der Positionier-Bildbereich derart ausgewählt
wird, daß die Grenzlinien der Zonen parallel zu den
Achsen des dem Abtastraster zugrundeliegenden Koordinatensystem
zu liegen kommen.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch
gekennzeichnet, daß mindestens ein weiterer Positionier-Bildbereich
nach denselben Kriterien ausgewählt wird, und
daß die Positionier-Bildbereiche so ausgewählt werden,
daß die Grenzlinie zwischen den Zonen zumindest eines
Positionier-Bildbereichs zur Grenzlinie zwischen den Zonen
zumindest eines anderen Positionier-Bildbereichs zumindest
angenähert senkrecht verläuft.
10. Verfahren nach einem der voranstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Vorlage und
Prüfling in gleicher Weise in einzelne Felder eingeteilt
und daß die Relativpositionen der einzelnen Prüflingsfelder
bezüglich der jeweils entsprechenden Vorlagenfelder
ermittelt werden.
11. Verfahren nach einem der voranstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Prüfling und Vorlage
nach einem bezüglich der Vorlage ortsfesten Abtastraster
punktweise abgetastet und die Relativpositionen der
Positionier-Bildbereiche durch Vergleich der Abtastwerte
in einander entsprechenden Rasterpunkten, welche den
Positionier-Bildbereichen entsprechen ausgewählten Rasterbereichen
angehören, ermittelt werden.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
daß die Relativpositionen der einzelnen Positionierbildbereiche
nach den Methoden der Kreuzkorrelation oder
minimalen Fehlerquadratsumme ermittelt werden.
13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
daß für jeden Rasterbereich die Differenzen
der Abtastwerte einander entsprechender Rasterpunkte von
Prüfling und Vorlage gebildet werden, daß positive und
negative Differenzwerte je für sich über jeden einzelnen
Rasterbereich summiert werden, und daß die ermittelten
positiven und negativen Summenwerte als Maß für die zu
ermittelnden Relativpositionen herangezogen werden.
14. Verfahren nach Anspruch 10 und 13, dadurch gekennzeichnet,
daß die Relativpositionen der einzelnen Felder aus den in
einem Teil der Rasterbereiche ermittelten Summenwerten bestimmt
werden.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,
daß die Relativposition jedes Felds aus den Summenwerten einer
Anzahl von dem betreffenden Feld räumlich am nächsten liegenden
Rasterbereichen durch deren Entfernung berücksichtigende
Inter- bzw. Extrapolation ermittelt werden.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11-15,
dadurch gekennzeichnet, daß in gespeicherter Form vorliegende
Abtastwerte der Vorlagen-Rasterpunkte verwendet werden.
17. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß bei einem ein Druckerzeugnis mit
nach verschiedenen Druckverfahren aufgebrachten Bildinhalten
darstellenden Prüfling separate Teilvorlagen mit entsprechend
den verschiedenen Druckverfahren verschiedenen Bildinhalten und
vorbestimmter gegenseitiger Bildpunktzuordnung verwendet werden,
und daß die Relativpositionen der Bildpunkte des Prüflings zu
denen der Teilvorlagen für jede Teilvorlage separat ermittelt
werden.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet,
daß zumindest ein Positionier-Bildbereich so ausgewählt wird,
daß er auf einen Prüflingsbereich fällt, dessen Bildinhalt ausschließlich
von denselben Druckverfahren stammt wie der einer ausgewählten
Teilvorlage.
19. Verfahren nach Anspruch 11 und 17, dadurch gekennzeichnet,
daß die Abtastwerte einander zugeordneter Rasterpunkte der
Teilvorlagen elektronisch derart miteinander verknüpft werden,
daß die sich so ergebenden verknüpften Abtastwerte direkt
mit den Abtastwerten in den Prüflingsrasterpunkten vergleichbar
sind.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 11-19,
dadurch gekennzeichnet, daß die Gewinnung der Abtastwerte eine
Tiefpaßfiltrierung mitumfaßt.
21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet,
daß die Tiefpaßfiltrierung bei fotoelektrischer Abtastung
durch unscharfe Abbildung der Rasterpunkte auf den fotoelektrischen
Wandler erfolgt.
22. Verfahren nach Anspruch 11 und einem der
vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionier-Bildbereiche derart ausgewählt
werden, daß keiner der Rasterpunkte zweier verschiedener
Rasterbereiche auf ein und derselben Rasterzeile liegt.
23. Verfahren nach Anspruch 13 und einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß aus mindestens einem Rasterbereich
eine erste Relativposition ermittelt wird, daß dann nach Maßgabe
dieser ersten Relativposition die übrigen Rasterbereiche in ihrer
Lage verschoben werden, und daß schließlich mit diesen so
verschobenen Rasterbereichen die definitiven Relativpositionen
ermittelt werden.
24. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1,
mit einer ersten punktweise arbeitenden Abtastvorrichtung
(1 P -7 P ) zur Erzeugung von Abtastwerten in jedem einzelnen Abtastrasterpunkt,
mit einer zweiten, zumindest bezüglich des Abtastrasters
mit der ersten gleichen Abtastvorrichtung (1 T -7 T ) oder
einem an die erste Abtastvorrichtung anschließbaren ersten
Speicher (26) mit der Anzahl der Abtastrasterpunkte entsprechenden
Anzahl von Speicherplätzen und mit einer der ersten Abtastvorrichtung
(1 P -7 P ) und der zweiten Abtastvorrichtung (1 T -7 T )
bzw. dem ersten Speicher (26) nachgeschalteten Verknüpfungsstufe
(12) für die Abtastwerte von der ersten Abtastvorrichtung
und der zweiten Abtastvorrichtung bzw.
dem ersten Speicher, dadurch gekennzeichnet, daß der
Verknüpfungsstufe (12) eine Selektionierstufe (17, 9 P , 9 T )
vorgeschaltet ist, die aus der Gesamtheit der Abtastwerte
jeweils nur solche auswählt, die aus vorgegebenen, einzelnen
Rasterbereichen angehörenden Rasterpunkten bzw.
Speicherplätzen stammen, daß die Verknüpfungsstufe als
Subtrahierschaltung zur Bildung der Differenzen der ausgewählten
Abtastwerte von der ersten Abtastvorrichtung
(1 P -7 P ) und der zweiten Abtastvorrichtung (1 T -7 T ) bzw. dem
ersten Speicher (26) ausgebildet ist, daß der Verknüpfungsstufe
(12) eine von der Selektionierstufe gesteuerte Summierstufe
(13) zur nach Vorzeichen getrennten Bildung der Summenwerte
positiver und negativer Abtastwertdifferenzen über die
Rasterpunkte jeweils eines Rasterbereiches nachgeschaltet
ist, daß der Summierstufe ein Speicher (14) für die Summenwerte
der einzelnen Rasterbereiche nachgeschaltet ist, und
daß an den Speicher (14) ein Positionenrechner (15) zur Ermittlung
einer vorgegebenen Anzahl von Positionswerten angeschlossen
ist.
25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet,
daß der Positionsrechner (15) die Positionswerte P j aus
den einzelnen Summenwerten S i nach der Beziehung
bildet, worin K ÿ vorgegebene Konstanten sind.
26. Vorrichtung nach Anspruch 24 oder 25, dadurch
gekennzeichnet, daß die Selektionierstufe (17, 9 P , 9 T ) eine
Verschiebungsstufe (172) enthält, die aus den von der
Summierstufe (13) gebildeten Summenwerten zu vorgegebenen
Rasterbereichen gehörende Summenwerte auswählt und in der
Selektionierstufe die ausgewählten Rasterbereiche relativ
zum Abtastraster nach Maßgabe der ausgewählten Summenwerte
verschiebt.
27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24-26,
gekennzeichnet durch mindestens eine weitere der Selektionierstufe
vorgeschaltete Abtastvorrichtung (1 O -7 O ) oder mindestens
einen weiteren der Selektionierstufe (17, 9 P , 9 T , 9 O ) vorgeschalteten und an
die erste Abtastvorrichtung anschließbaren Speicher (27)
und durch eine der Selektionierstufe nachgeschaltete
Mischstufe (11) zur Verknüpfung der ausgewählten Abtastwerte
von der zweiten Abtastvorrichtung bzw. vom ersten
Speicher mit denen der mindestens einen weiteren Abtastvorrichtung
bzw. des mindestens einen weiteren Speichers.
28. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet,
daß die Mischstufe (11) eine Multiplizierstufe ist.
29. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24-28,
dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die erste Abtastvorrichtung
eine unscharf eingestellte Abbildungsoptik aufweist.
30. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24-29,
dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die erste Abtastvorrichtung
zumindest ein Fotodiodenarray als fotoelektrischen
Wandler aufweist.
31. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24-30,
dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der ersten Abtastvorrichtung
ein Analog-Digital-Wandler nachgeschaltet ist.
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