DE2705936B2 - Verfahren und Anordnung zur elektronischen Bildanalyse - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur elektronischen Analyse von Helligkeiten im Abbild eines beleuchteten Gegenstands und insbesondere im Abbild von transparenten Hohlkörpern, beispielsweise Flaschen, wie sie als Behälter in der Nahrungs- und-Genußmittelindustrie verwendet werden.

Bei diesen Behältern ist es besonders wichtig, daß ihr Inneres frei von Fremdstoffen ist. weil diese den Behälterinhalt verderben und den Menschen schaden können; die Behälter müssen daher vor ihrer Füllung überprüft werden. Andererseits ist es bei der sehr großen Menge täglich abzufüllender Behälter genauso wichtig, daß die Prüfung schnell und zuverlässig erfolgt und daß fehlerhafte Behälter automatisch ausgeschieden werden. Zu diesem Zweck werden die Behälter üblicherweise mit diffusem Licht durchstrahlt, das so entstehende Abbild wird auf eine photoelektrische Einrichtung projiziert, und die Helligkeitsverteilung des projizierten Bildes w ird ausgemessen.

Die sich hierbei ergebende Schwierigkeit hängt mit dem Umstand zusammen, daß der dreidimensionale Behälter auf eine Ebene projiziert wird, daß ,llso auch bei fehlerfreien Behalten; unterschiedliche Materialstärken durchstrahlt werden; dadurch weist das Bild auch eines fehlerfreien Behälters erhebliche Helligkeitsschwankungen auf. so daß die auf kleine oder kontrastarme Fehlstellen und Fremdstoffe zurückzuführenden Helligkeitsvariationen überdeckt werden und schwer zu messen sind. Zur Behebung dieser Schwierigkeit, d. h. zur Verbesserung der Meßgenauigkeit ist es aus der US-PS 40 02 823 bekannt, das auf die photoelektrische Einrichtung, beispielsweise auf den Schirm einer Videokamera projizierte Bild zeilenmäßig abzutasten und die Helligkeitsverteilung jeder Zeile mit der mittleren Helligkeit einer Nachbarzeile zu vergleichen. Eine derartige integrale Methode kann nur dann einigermaßen brauchbare Ergebnisse liefern, wenn die mittlere Helligkeit einer Zeile auch möglichst genau der Helligkeit des abgebildeten Behälters entspricht und nicht etwa durch die viel hellere Umgebung des Behälterbilds verfälscht wird. Daher sind in der genannten Vorveröffentlichtir.g zwei die eigentliche Messung flankierende Maßnahmen zwingend erforderlich: Einmal wird das von der Videokamera ausgewertete Schirmbild von Hand so weil wie möglich eingehängt, damit möglichst wenig von der Umgebung des Behälterbilds abgetastet wird; und dann wird der trotz dieser Maßnahme immer noch verbleibende Helligkeitssprung, der beim Abtasten in jeder Zeile zwischen Umgebung und Behälterbild zwangsläufig auftritt, zusätzlich kompensiert. Dieses Verfahren hat ersichtlich ganz erhebliche Nachteile, und zwar niehl nur weil der

Vergleich mit Mittelwerten ein an sich ungenaues Kriterium für das Auftreten kleiner kontrastarmer Störungen ist, sondern auch weil die zur Durchführung des Verfahrens notwendigen Zusatzmaßnahmen aufwendige, umfangreiche und auch teuere Apparaturen ■> erfordern.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren zur elektronischen Bildanalyse der eingangs erwähnten Art anzugeben, das bei Vermeidung der o. a. Nachteile eine schnelle und genaue Feststellung auch kornraster- in mer oder kleiner Fehlstellen ermöglicht und bei dem Störungen von auiien oder die für die Messung irrelevanten Helligkeitssprünge von vornherein eliminiert sind und nicht nachträglich kompensiert werden müssen. Diese Aufgabe wird durch Anspruch I gelöst, ι > während Anspruch 4 eine Anordnung angibt, mit der das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann.

Dabei geht die Erfindung von der Erkenntnis aus, daß alle zusätzlichen Maßnahmen zur Entfernung solcher >n Signale, die mit der eigentlichen Messung nicht zu tun haben, sondern die die Messung sogar verfälschen, dann entfallen können, wenn nur diejenigen von der photoelektrischen Einrichtung abgegebenen Signale ausgewertet werden, die innerhalb der Kontur des zu »s prüfenden Behälters anfallen. Unter dieser Voraussetzung können dann die Signale der photoelektrischen Einrichtung ohne weiteres auf signifikante Abweichungen von vorbestimmten Beträgen untersucht und ausgewertet werden. Dies geschieht erfindungsgemäß »' dadurch, daß die Konturkoordinaien digitalisiert und mit Adressen versehen in einen wiederholt auslesbaren Speicher (PROM) eingespeichert werden: die das Behälterbild in der photoelektrischen Einrichtung abtastenden horizontalen und veriikalen Signale t"> steuern gleichzeitig die Auslesung aus dem Speicher, so daß bei Überlagerung des Abtastrasters und des Speicherrasters die Helligkeit nur derjenigen Bildpunkte ausgewertet wird, die innerhalb des Speicherrasters, also innernalb der Behälterkontur liegen. Der Speicher- ·>ο raster übernimmt also die Rolle eines elektronischen Fensters.

Die vorliegende Erfindungsoll nun anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezug auf die Zeichnungen ausführlich erläutert werden. t">

F i g. 1 is: eine schematisierte Draufsicht wesentlicher Teile der Anordnung nach der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ist eine schematisierte Seitenansicht der verschiedenen in der Fig. I dargestellten Einrichtungen; 1(1

F i g. 2A ist eine Darstellung einer Platte vor der Lichtquelle, die eine öffnung enthält, die einem Behälter entspricht, wie auf der Linie 2Α-2Λ in Fi g 2 gezeigt;

F i g. 3 ist das elektrische Blockschaltbild des Systems und zeigt eine typische Darstellung eines elektronischen v> Suchfensters und einer Partialmaske im Abbild eines von der Kamera betrachteten Behälters;

Fig. 4 ist ein elektrisches Blockschaltbild des zur Erzeugung des elektronischen Suchfensters verwendeten Speichernetzwerks; w>

Fig. 5 stellt ein Verfahren zur Darstellung der Behälterkontur in der X V-Ebene dar;

F i g. 6 zeigt ein weiteres Verfahren zur Darstellung der Behälterkontur in mathematischer Form;

Fig. 7 ist ein Blockschaltbild eines typischen Neu- i>^r> werks zur Rückgewinnung der gespeicherten Information über das clektroniyche Suchfensler;

Fig. 8 ist ein abgeändertes elektronisches Blockschaltbild des Speichernetzwerks, in dem eine Vielzahl unterschiedlich programmierter Speicherchips wahlweise eingesetzt werden kann;

Fig.9 ist ein modifiziertes Blockschaltbild und zeigt, wie zwei lineare Festkörperabtasier zur Bildanalyse verwendet werden können;

Fig.9A zeigt das auf die Linearabiaster projizierte Behälterbild und das Suchgebiet auf dem Behälter, während dieser am Vertikalabtaster vorbeiläuft; und

Fig. IO zeigt ein typisches Blockschaltbild mit einer Festkörper-Flächenanordnung zur Bilderfassung und -analyse.

Die folgende Beschreibung befaßt sich mit transparenten Behältern. Es ist jedoch einzusehen, daß die zu analysierenden Behälter nicht unbedingt Behälter zu sein brauchen. Die Lichlniveauanalysc läßt sich auch an Gegenständen durchführen, die nicht transparent sind, sondern lediglich eine Silhouette erzeugen, die sich mit einer gewünschten Bezugskontur vergleichen läßt.

Wie in den Fig. 1 und 2 r/.!gestellt, führt der Forderer iO die Behälter ii nacheirander durch die Prüfstation 12. Der in der Station 12 befindliche Behälter erhält aus dem Lichtkasten 13 diffuses Licht. Der auf der Säule 14 gelagerte Lichtkasten H enthält eine '.ichtquelle 15, einen Reflektor 16, ein Diffusionsfenster 17, eine Blendplatte 17a (Fig. 2A) sowie die erforderlichen Lagerungsmechaniken. Die Lichtquelle 15 ist eine langgestreckte Blitzröhre, die in der Brennlinie eines parabolisch-zylindrischen Reflektors 16 liegt. Eine Hochspannungsversorgung 13.4 (Fig. 2) ist an die Röhre 15 angeschlossen und erregt diese zu einem sehr kurzen Lichtblitz, wenn die Einrichtungen 18, 19 in der Prüfstation 12 einen Behälter erfassen. Die Ankunft eines Behälters in der Station 12 unterbricht einen Lichtstrahl, der aus der Einrichtung 18 austritt und normalerweise von einem Sensor 19 aufgenommen wird. Auf diese Weise entsteht ein Impuls, der die Lichtquelle 15 einschaltet, die den Behäker bi. leuchtet. Gleichzeitig triggert der Impuls aus dem Sensor 19 auch die Prüfschaltungen innerhalb des Kastens 20. Die in d.eser Offenbarung gezeigte Anordnung ist auf Kompatibilität mit Hochgeschwindigkeitsförderern ausgelegt, die Behälter in einem kontinuierlichen Strom führen.

Der kurze Lichtblitz aus der Röhre 15 (kurzer als 0,5 ms) beleuchtet den Behälter in der Station 12. Eine Fernsehkamera 24 wird verwendet, um das Bild des Behälters in der Station 12 durch ein geeignetes Linsensystem 23 an der Kamera 24 aufzunehmen. Da zur vollständigen Abtastung des Bildes in einem FS-Halbbild etwa !6,6 ms nötig sind, bewegt sich ein Behälter mit einem Durchmesser von 63,5 mm (2.5 in.), der die Station mit einer Laufgeschwindigkeit von 800/min durchläuft, in der zum Abtasten erforderlichen Zeitspanne etwa 14 mm (0,55 in.) weite/. Bei stetiger Beleuchtung ergibt dies ein verwaschenes und verzerrtes Bild, das nicht für die Prüfung verarbeitet werden kann. Daher vird eine Impulslichtquelle eingesetzt, die ein scharfes Aboild des Behälters auf den Bildschirm wirft, das von der Behälterbewegung nicht beeinträchtigt wird. Auf diese Weise läßt sich die Prifung der Behälter auch bei hohen Durchlaufgeschwindigkeiten durchführen. Die auf dem Rahmen 22 befestigte optische Filteranordnung 21 sitzt vor der Optik 23, kompensiert Farbschwankungen der Behälter untereinander und dämpft Umlichtreflektionen. Die Kamera 24 befindet sich in einem geeigneten Abstand vom Behälter, so daß die Optik ein geeignetes Bild des

Behälters auf die photoempfindliche Oberfläche des Fühlelements (nicht gezeigt) in der Kamera werfen kann. Hs sind Vorkehrungen getroffen, um die Kamera 24 auf der Säule 25 (F-" i g. 2) auf und ab zu verschieben, so daß man die optische Achse der Kamera 24 genau auf einen gewünschten Punkt des Behälters ausrichten kann.

Die F i g. 3 zeigt ein Blockschaltbild des gesamten Systems. Das dem Bild des Behälters entsprechende Videosignal wird von der Kamera 24 geliefert. Das Signal au«· der Kamera geht auf einen Videoverstärker 27. eier das Signal verstärkt und zur weiteren Verarbeitung aufbereitet. Die aus der Kamera kommenden Signale enthalten nicht nur dem Bchällcrbild entsprechende Signalantcile. sondern auch Störanteile, die von (-!lementen in der Nähe dos Bchältcrbildcs her\orgerufen werden — beispielsweise Kanten des Lichtkastens und des Förderers, benachbarte Behälter iirui iiergl. Alle diese Analogsignale gehen auf das Nii/wi>rk 28. das aus einer Kombination von Kompara torschiiltiingen besteht, die Hcll-auf-Dunkcl-, Dunkel auf-l IcII- sowie absolute Änderungen des Lichtniveuus im BiIdMd der Kamera erfassen. Die Empfindlichkeitseinsteller 28Λ, 28« und 28C sind im Netzwerk 28 vorgesehen, um Schwellwerk für die obengenannten Komparatorcn vorzugeben, so daß Signalpegel, die von Gegenständen innerhalb des Bildfeldes erzeugt werden, sich mit einstellbaren Bezugswerten vergleichen lassen, die man mit diesen Empfindlichkcitseinsteilcrn vorgibt.

Mine einwandfreie Prüfung der Behälter erfordert, daß die au'omatischc Prüfmaschine vom Behälter in der Station 12 hervorgerufene Signale von unerwünschten Signalen unterscheiden kann, die von den Behälterkanten und anderen Gegenständen in der Nähe des Behalters stammen, wie bereits erwähnt. Um dies zu erreichen, wird ein weiteres Ausgangssignal des Verstärkers 27. das die Bild- und Zcilcnsynehronimpuls-/lige aus der Kamera enthält, auf den elektronischen Siichfenstergenerator 29 gegeben. Diese Schaltung enthalt ein elektronisches Speicherchip sowie die zugehörigen digitalen Schaltungen, die ein elektronisches Suchfenster (ESF) erzeugen, durch das hindurch die Signale aus dem Komparatornetzwerk 28 genauer analysiert werden können. Dieses Netzwerk besteht aus einer geeigneten Anordnung eines elektronischen Speicherchips, in dem unabhängig abgeleitete, körperliche Figenschaften (Kontur. Größe usw.) des Behälters beschreibende Informationen gespeichert sind, und anderer elektronischer Schaltungen, durch die die gespeicherte Information unter Einführung der Synchronimpülszüij aus dem Verstärker 27 in den Fenstergenerator 29 ausgelesen bzw. abgerufen werden können.

Um die Beziehung zwischen dem Kamerabild und dem Suchfenster darzustellen, lassen diese Signale sich auf einem Videomonitor darstellen. Dies ist in der F i g. 3 gezeigt, in der ein Monitor 26 die Behältersignale aus der Kamera 24 zusammen mit einem geeigneten Teil des Suchfensters in analoger Form aus dem Suchfenstergenerator 29 aufnimmt. Diese Anordnung bewirkt, daß eine sichtbare Darstellung des elektronischen Suchfensters auf dem Monitor in der richtigen Zuordnung zum Bild des Gegenstandes erscheint. Diese Darstellung ist eine Hilfe zum Einstellen des Suchfensters auf die aus der Kamera 24 kommenden Bildsignale.

Es sind die erforderlichen Einstellelemente vorgesehen, um die Größe und Lage des elektronischen Suchfensters waagerecht und senkrecht einzustellen, so daß das Fenster genau dem von der FS-Kamera erfaßten Behälterbild überlagert werden kann, wie es der Monitor 26 zeigt; die Bedienungsperson kann also die Funktion der Anordnung überwachen. Durch dieses elektronische Suchfenster hindurch wird das Behälterbild auf Fehlstellen und andere Fremdkörper untersucht, die der Behälter mit sich führen kann. Das Ausgangssignal des Netzwerks 29 speist die Steucrlogik 30. Ein Teil des Ausgangssignals der Steuerlogik 30 wird

ι auf die Kamera 24 rückgekoppelt und tastet diese während der Impiilsbelcuchtung des Behälters dunkel. Infolge der asynchronen Zuordnung zwischen dem die Oberfläche des lichtempfindlichen Elements in der Kanv.'ra abtastenden Elektronenstrahl und dem den Gegenstand erfassenden Impuls aus dem l.agesensor 19 würde, wenn der Elektronenstrahl das Bild sofort, wenn es auf die Kamera fällt, abtastet, eine ungleichmäßige Bildablesung bei sich über zwei Halbbilder erstreckender Ablesung resultieren. Um dies zu verhindern, wird

ι der von der Steuerlogik 30 auf die Kamera 24 gegebene Austastimpuls vom Gegenstanderfassungsimpuls ausgelöst und tastet den Elektronenstrahl in der Kamera so aus. daß auf die Kamera ein gleichmäßiges Bild fällt. Der nächste auf den Gegenstanderfassungsimpuls folgende ßildswichronimpuls tastet den Füektroncnstrahl wieder auf. so daß der Strahl ein vollständiges Bild ablesen kann, und zwar vom Bildanfang an, nicht aber jeweils nur "it-iic von unterschiedlichen Halbbildern, die eine ungleichmäßige Bildablesung und die aus dieser

ι folgende unzuverlässige Behälterprüfung ergeben. Die Steueriogik 30 gibt nur dann ein Aiiswcrtsignal ab. wenn innerhalb des elektronischen Fensters eine Fehlstelle erscheint. Das Auswerfsignal aus der Steuerlogik 30 speist ein Verzögerungsnetzwerk 31, das unter der

ι Wirkung der Zeitsteuerimpulse aus dem Stcllungsscnsor 19 den Auswerfvorgang verzögert, bis der fehlerhafte Behälter eine geeignete Auswerfstation erreicht hat. Die Verzögcrungsschaltung 31 besteht aus elektronischen Schaltungen, die zu einer Kette von

ι Schieberegistern angeordnet sind, um der Bewegung des Behälters auf dem Förderer zu folgen, bis er die Auswerfstation erreicht hat. Dort wird der fehlerhafte Behälter mittels einer elektromagnetisch betätigten Mechanik 32. die der verzögerte Auswerfimpuls aus dem Netzwerk 31 ansteuert, aus dem Behälterstrom entfernt.

Die F i g. 4 stellt ein allgemeines Blockschaltbild der in dem elektronischen Suchfenstergenerator 29 verwendeten Schaltungen und ihrer Zuordnung zum Speicherchip 44 dar. Der Prozeß der Speicherunp der Informationen über die Kontur des Behälters im Speicherchip 44 ist wie folgt. Setzt man ein normales FS-Kamerasystem als photoelektronische Einrichtung voraus, ergibt das 525zeilige Fernsehvollbild 262,5 Zeilen pro Halbbild, die in dieser Offenbarung zur Behälterprüfung ausgenutzt werden. Die Verfügbarkeit von Synchronimpulsen und einer geeigneten Zeilenzahl pro Halbbild erlaubt es, ein System digitaler elektronischer Schaltungen erfolgreich zur Erzeugung eines genauen elektronischen Suchfensters (ESF) zu verwenden, das mit der Behälterkontur kompatibel ist. Mit der Beziehung 2⁸ = 256 läßt sich ein System achtstelliger Binärzahlen verwenden, um die Kontur des Behälters zu digitalisieren und in einem Speicherchip zu speichern.

, Hierzu reicht ein Speicherchip mit einer Speicrrerkapazität von 256 Speicherworten von je 8 Bits. d. h. insgesamt 2048 Bits, aus, der programmierbar und wiederholt auslesbar sein muß.

Um clic analoge Konturinformation in den Speicher L'in/iilcscn und auf diese Weise cine elektronisch simulierte Konfir zu erzeugen, mn(3 die Information in einer geeigneten Maschinensprache geschrieben werden. Cine separate graphische Ableitung isl ein guics '> Beispiel. Um dies /u erreichen, wühlt man eine Schablone entsprechend einem beispielhaften Behälter (Hg. 5·) und trägt dessen Kontur in geeignetem Maßstab auf Diagrammpapicr in karthcsischcn Koordinaten derart auf. daß die maximale Abmessung der in Kontur eine sinnvolle Anzahl von gleichen Abschnitten auf dem Diagrammpapier ausfüllt, die von 0 bis 255 numeriert sind. Dieser Numerierungsbcreich von 0 bis 235 auf der > Achse entspricht den 256 Halbbild/eilen des Fernsehbildes und auch den für die Programmierung ι > des Speichers erforderlichen 25b Speicherworten. Die I'ig. 5 zeigt eine typische Anordnung der Konturkoordinaten. Die Zahlen entlang der V'-Achse zeieen die tatsächliche Anzahl der FS-Abtastzeilcn. während die entlang eier Λ-Achse erforderlich sind, um jeden .'i> einzelnen Punkt auf der Kontur zu definieren: diese werden gewählt, um die .Speicherchips zu programmieren. I ür den in der vertikalen Lage in Γ i g. 5 gezeigten typischen Behälter ist es lediglich nötig, eine A-Datenzahl für jede entsprechende }'-Adreßzahl in der linken :ί Hälfte des Behälters symmetrisch zur Haupt- oder Längsachse AA der Behälterkontur anzugeben. Es sind die erforderlichen Schaltungen vorgesehen, die die rechte Hälfte der Kontur ergänzen und so die endgültige Kontur des Behälters insgesamt darstellen. jo

Wie nun in Γ i g. 5 ersichtlich, muß für jede V-Adrcßzahl die entsprechende Y-Datcnzah! angegeben werden. Wie weiterhin ersichtlich, erzeugen einige Teile der Kontur für eine ganze V'-Zahl keine ganze Λ'-Zahl. Tür diese Punkte auf der Konturkurve wählt ü man die nächstliegende ganze X-Zahl, so daß die Gesamtheit der so gewählten Punkte der Kurve die tatsächliche Kontur so genau wie möglich simuliert. Nachdem man alle erforderlichen X-Zahlen für die entsprechenden V-Zahlen festgestellt hat. tabuliert man diese nacheinander von der Adreßzahl 0 zur Adreßzahl 255. Wie oben erwähnt, muß man. um diese Informationen in das .Speicherchip 44 einlesen zu können, sie in eine Maschinensprache übersetzen. Folglich übersetzt man nun alle Dezimalzahlen in die binäre Oktalform. Es lassen sich verschiedene Programmiermaschinen verwenden, um diese Informationen in den Speicherchip 44 einzuschreiben. Es gibt auch Handprogrammiervorrichtungen, die die digitale Information direkt akzeptieren. Desgleichen kann man die XV-Informationen für jeden Punkt in eine IBM-Karte (nicht gezeigt) lochen, die dann die Information für diesen einen Punkt trägt. Hierzu muß man also, um sämtliche XY-Informationen zu erfassen, 256 Karten lochen. In dieser Anordnung liegt die K-Adreßzahl üblicherweise in Oktalform und die X-Datenzahl binär in 8-Bit-Form vor. Nachdem man die Lochkarten in der richtigen Reihenfolge gestapelt hat, werden sie bei eingesetztem Speicherchip 44 in eine geeignete automatische Programmiervorrichtung eingespeist, die den Chip schließlich programmiert. Der auf t>o diese Weise programmierte Chip enthält dann die simulierte Konturinformation, die sich abrufen und der Behälterbildinformation überlagern läßt, wie auf dem Videomonitor 26 in F i g. 3 ersichtlich.

Andererseits zeigt die F i g. 6 eine waagerecht gezeichnete Behälterkontur. Für diese Konfiguration liegt keine Symmetrieachse entlang der V-Achse vor, und die gesamte Kontur muß also in digitale Form übersetzt werden; hier ist dann keine Komplcmcntiersehaltung erforderlich.

Die F i g. 4 und 7 zeigen Blockschaltbilder der typischen Schaltungen, die den elektronischen Fenstergenerator 29 in Fig. J darstellen. Die Bild- und Zeilciisynchronimpulse aus dem Videoverstärker 27 werden auf die Impulsabtrcnnschallung 33 gegeben, die die Bild- von den Zcilcnsynchronimpulsen trennt und aus rnonostabilcn Multivibratoren (Fig. 7) bestehende Verzögerungsschaltiingcn enthält, deren Verzögerung*· zeii sich mit den Potentiometern 34 und 35 einstellen läßt, um so den gewünschten Beginn des elektronischen Suchfensters in horizontaler und vertikaler Richtung festzulegen. Die so erzeugten Waagcrechtlagcimpulsc ///' sperren einen freilaufenden und aus einer monostabilen Kippstufe mn Zeitsleiierbautcilen und Invcrtern bestehenden Taktgenerator 36 für die Zeit zwischen dem Zcilenbcginn und dem Siirhfpnuprhpginn; dabei kann die Frequenz des Taktgenerator 36 mit dem Potentiometer 37 zwischen etwa zwei MIIz und 10 MHz variiert werden, so daß sich damit auch die Suchfensterlänge in Zeilcnrichtung einstellen läßt. Die so erzeugten Taklimpiilsc speisen den Waagerechtzählcr 38. der aus zwei sehr schnellen 4-Bit-Synchronzählern besteht, die zu einen 8-Bii-Zählcr hintcrcinandcrgeschaltet sind, der die Waagercchtkoordinatenzählung von 0-255 durchführt. Die Ausgangssignale der Schaltung 38 gehen auf die Schaltung 39 aus Exclusiv-ODER-Glicdern. die das Komplement der Eingangsimpulse erzeugen, so daß auch die rechte Hälfte des elektronischen Siichfensters symmetrisch zur linken Hälfte erzeugt wird. Die Ausgangsimpulse des Netzwerks 39 enthalten die digitalisierte Waagerechtinformation, die zum Vergleich mit der im Speicher 44 enthaltenen Information genutzt wird. Um die Vcrtikalzählung vorzubereiten, werden die Zeilen- (HP) und Bildimpulse (VP) aus der Trennstufe 33 einem 8-Bit-Schieberegister 40 zugeführt, das aus 2 4-Bit-Rcgistcrchips mit parallelem Zugriff besteht. Diese Schaltung speichert die erforderliche Vertikalkoordinatenzahl und bestimmt gemeinsam mit dem binären 8-Bit-Volladdierer 41 und den Steuerschaltern 42 die vertikale Größe des elektronischen Suchfensters. Das Übertragssignal aus dem Addierer 41 speist den 8-Bit-Zähler 43, dessen Ausgangssignal gemeinsam mit Teilen des Ausgangssignals des Schieberegisters 40 den Speicherchip 44 adressiert, der die den Senkrechtkoordinaten entsprechenden Waagerechtkoordinaten des Fensters enthält, wobei der Chip so programmiert worden ist, wie bereits beschrieben wurde. Die A.sgangssignale des Speicherchips 44 und der Komplementschaltung 39 gehen in die 8-Bit-Komparatorschaltuiig 45, die aus zwei 4-Bit-Größenkomparatoren besteht und die von der Schaltung 39 erzeugte momentane Waagerechtkoordinatenzählzahl mit der im Speicherchip 44 gespeicherten, der momentanen Senkrechtzählzahl entsprechenden Information vergleicht. Das Ausgangssignal der Komparatorschaltung 45 ist das elektronische Suchfenster (ESF), das die gewünschten Eigenschaften des Behälters angibt.

Wird die in F i g. 6 gezeigte Kontur zur Programmierung des Speicherchips 44 verwendet, liegt in der K-Richtung keine Bildsymmetrie vor und ist das Komplementnetzwerk 39 also nicht erforderlich. Die Ausgangssignale des Zählers 38 gehen dann unmittelbar auf den Komparator 45 und werden dort mit der Information aus dem Speicherchip 44 verknüpft Das Digitalausgangssignal aus dem Netzwerk 45 wird dann

über ein NAND-Glied (vgl. F i g. 7) mil einer Partialmaskenschiiltung 46 verknüpft, die aus geeigneten Schaltungcn bestehl, um Partialmasken in Rechteckform oder gespeicherte Musken unterschiedlicher Gestalt zu erzeugen, deren Aufarbeitung so vorgenommen wurde, wie oben für den Speicherchip 44 beschrieben; diese zusätzlichen Masken können dem auf dem Videomonitor 26 in Fig. J gezeigten elektronischen Suchfenster nach Größe und Lage überlagert werden. Dies ist besonders dort von ln:ercssc, wo die Behälter unerwünschte Anomalitätcn wie Etiketten und/oder Beschriftungen aufweisen, die eine Hehältergesamtprüfung unmöglich machen würden. Unter diesen Umstünden können wahlweise l'aitialmasken innerhalb des Suchfenslers verwendet werden, um Elikettfliichcn auszuschließen und die anderen Behälterteile auf Fremdkörper /u untersuchen. Diese Kombination eines elektronischen Suchfensters und der Parlialmasken in der .Sehaiiurig 46 gern darm nach Aufbereitung auf die Steuerlogik 30. Der Videomonitor 26 in der F i g. J /eigt den Zusammenhang /wischen dem (durchgezogenen) tatsächlichen Behälterbild, wie es die Kamera sieht, und dem (gestrichelten) elektronischen Suchfenster, das erzeugt wird durch Programmierung der gewünschten Bchältereigenschaften und Speichern derselben in einem geeigneten Speicherchip, sowie einer Partiaimaske innerhalb des Fensters.

Die F i g. 8 /eigt ein abgeändertes Schaltbild, das die Vielseitigkeit de ι vorliegenden Ei findung /eigen soll. Die verschiedenen Bestandteile in dieser Schaltung sind bereits beschrieben worden und haben die entsprechenden Bezugszahlen. In dieser Schaltung worden mehrere .Speicherchips 44, 44a und 44b wahlweise in die Betriebsschaltung mittels eines Wahlschalters 48 eingeschaltet, so daß die Schaltung zur Prüfung unterschiedlich gestalteter Behälter eingesetzt werden kann. Beispielsweise kann der Speicherchip 44.Λ für einen i/.'-l.iterbehälter und der .Speicherchip 44S für einen 1-Literbehälter programmiert sein, wobei angenommen ist. daß der Chip 44 für einen 0.3-Literbehiilter programmiert ist. Infolge dieser Vielseitigkeit kann die vorliegende Erfindung .nir Untersuchung einer Vielzahl von Gegenständen eingesetzt werden, und indem man eine Vielzahl von Speicherchips gemeinsam mit einem Wahlschalter vorsieht, ist es möglich. Gegenstände mit einem Minimum an Einrichtzeit und mit erheblichem Komfort für die Bedienungsperson durchzuführen.

Die oben erwähnten Schaltungen, wie sie das Blockschaltbild darstellt, können handelsüblich schnelle integrierte Schaltkreise sein. In der vorliegenden Offenbarung sind TTL-Chips aus der Standard 74er-Reihe verwendet. Eine typische Verschaltung zeigt die F i g. 7.

Anstelle einer herkömmlichen Fernsehkamera mit einer Vidiconröhre als photoelektronischer Abtasteinrichtung kann man auch ein System gradlinig angeordneter Gruppen von Photodioden verwenden. Es sind im Handel unterschiedliche Arten von Festkörper-Photodiodenanordnungen erhältlich, mit denen eine elektronische Bilderfassung und Bildanalyse durchgeführt werden können. Ein typischer, von der Fa. Reticon Corp. hergestellter Abtaster kann beispielsweise mit einer Reihe von 256 Photodiodenelementen zusammen mit den erforderlichen integrierten Schaltungen, die die Schalt- und Schieberegisterkreise enthalten, zu einer geschlossenen Einheit verpackt gewählt werden. Diese Art eines Abtasters wäre mit den in einer herkömmlichen FS-Kamera vorliegenden 262,5 Zeilen vergleichbar. Zwei sol-hc Linearanordnungen lassen sich /ur Abtastung des Behälterbildes verwenden, wobei die Fig. 9 ein typisches Blockdiagramm der beiden Photodiodengruppen 50, 51 und der erforderlichen Schaltungen zeigt, um die Behältcrbildcr /u verarbeiten, die durch Beleuchten der Gegenstände in der Prüfstation entstehen. Es sollte hier erwähnt werden, daß in dieser Anwendung die bevorzugte Lichtquelle stetig strahlt, nicht pulst wie für die Fernsehkamera. Die

in F i g. 9A zeigt die räumliche Zuordnung des (durchgezogenen) Behiilterbildes und tier Pliotodiodengruppe 50Λ in einer Schaltung 50. die körperlich so angeordnet ist. daß man mit einem optischen System der oben erwähnten Art das Behälterbild auf die Dioden 50.Λ

ιΊ fokussieren kann. Vorkehrungen können getroffen werden, um die Gruppe entlang der Längsache des Behälters auszurichten. Während der Behälter durch lic Prüfstalion läuft, läuft sein Bild an der Photodiodenspalte ¹H)A im l.mearablasler 50 vorbei. Ein /weiter

2» l.incarabtastcr 5! ist so angeordnet, daß er kolüniicrle Strahlen aus eine-r definierten Quelle mit der in F i g. 9A gezeigten Diodenleistc 51 Λ aufnimmt. Diese Leiste 51.-I wird verwendet, um die augenblickliche Behälterlage während ties Durchlaufs durch die Prüfstation festzu-

:'. stellen. Unter normalen Bedingungen wird tliese Leiste 51 Λ von den kollimierten Strahlen beleuchtet. Wenn der Behälterhals die Lichtstrahlen unterbricht, schattet er verschiedene der Photodiodcn in der Gruppe 51.4 ab. so daß die von den abgeschatteten Dioden erzeugten

in Signale verwendet werden können, um der vertikalen Gruppe 50.Λ zu befehlen, den in dieser Behälterlage befindlichen Behälter vertikal abzutasten. Während der Behälter die Station weiter durchläuft, schattet er andere Dioden in der Gruppe 50\ ab. die damit der

ii Gruppe 504 neue Befehle erteilen, die Länge des Behälters an einem neuen Ort abzutasten, und dieser Vorgang setzt sich über die gesamte Breite des Behälters fort.

Die in dem gestrichelten Kästchen 55 der F i e. 9 gezeigten Elemente 52, 50, 53, 51 und 54 ersetzen die FS-Kamera 24 (Fig. 3) in der Behälterprüfung. Der Lagesensor 19 erfaßt die Ankunft des Behälters in der Prüfstation. Impulse aus dem Sensor 19 steuern den Taktimpulsgenerator 52 für die vertikale und den

•<5 Taktimpulsgenerator 53 für die horizontale Abtastung. Das Ausgangssignal der Schaltung 52 speist die vertikale Gruppe 50 und läßt sie den Behälter in Längsrichtung abtasten. Das Ausgangssignal der Gruppe 50 ist ein serieller Zug von Analogsignalen, die den Ausgangsgrößen der Photodioden entsprechen. Diese Signale gehen auf den Videoverstärker 27 (vgl. F i g. 3). der sie zur weiteren Verarbeitung, wie bereits ausgeführt, verstärkt. Der Taktgenerator 53 steuert die horizontale Gruppe 51. Während der Behälter die Station durchläuft, wird eine ausreichende Anzahl Dioden in der Gruppe 51A abgeschattet. Bei geeigneter Wahl der Frequenz der Taktimpulse aus dem Generator 53 verläßt die Gruppe 51 ein Impulszug, der der momentanen Lage des Behälters in der Prüfstation entspricht. Das Ausgangssignal der Gruppe 51 steuert den Adreßgenerator 54 an. Diese Adreßschaltung nimmt auch den Taktimpulszug aus der Schaltung 53 auf und übersetzt die Ausgangssignale der Photodioden aus der Gruppe 51 in digitale Impulszüge, die verwendet

υ werden können, um den elektronischen Suchfenstergeneirator 29 (vgl. Fig.3) zu adressieren. Die Suchfensterschaltung 29 nimmt auch die Taktimpulse aus der Schaltung 52 auf, die das Abtastverhalten der Vertikal-

gruppe 50 steuert. Der Siichfensicrgeneratnr 29 erzeugt einen lii'pulszug, der den Beginn und das Ende der Ablastlänge entlang der Gruppe 5(M (Fig. 9A) bestimmt; während der Behälter die Station Jurchläuft. entsteht auf diese Weise eine Suchfläche auf dem > Behälter. Diese Suchflächc ist innerhalb des durchgezogen dargestellten Behälterbildes in f'ig. 9A gestrichelt gezeigt. Der Vorgang des Speicherns der Information über die Behälterkonlur in einem Speicherchip und des Riiekgewinnens derselben durch tion elektronischen i< > SuchfenMergeneralor 29 sowie die I iinktionsweise des Rests des Blockschaltbildes entsprechen der oben zu den I' ig. 3.4 und 7 gegebenen Erläuterung.

Anstelle einer normalen 1-"S- Kamera mit einer Vidiconröhre als photoelektronisches Abtastelement f> oder einer linearen Pholodiodengruppe nach den I ι g. 9 und 9A läßt sich auch ein System flächig angeordneter I rsiliötnrrspnsori-n rinsi-l/en Fs sind linti-rsrhii-iiliihr· Arten solilic-r Anordnungen erhaltlich, bei denen iinierschit !liehe Konsiruktionstechnikew angewandt :<> sind. Derjenige Typ. der sich leicht auf die in den vorliegenden Anordnungen zu erfüllenden Aufgaben einrichten läßt, wird von der Fa. Reticon Corporation hergestellt. In dieser An eines Sensors besteht jeder Sensor aus einer Anzahl \<·η Photodioden, die zu >i beispielsweise einer (η χ ηϊ oiler einer (η χ m^Diodenmatrix angeordnet sind, und den erforderlichen Festkörperschaltkrcisen und -Schieberegistern, die allesamt zu einem einzelnen IC" vereinigt sind. Fine Flächengruppe mit (256 χ 256) Pholodioden stellt also in einen geeigneten Abtaster dar. der einer normalen Vidiconröhre vergleichbar ist.

Die Fig. 10 zeigt ein typisches Blockschaltbild einer Flächengruppe mit Netzwerken, um das Behälterbild zu bearbeiten, das mit einer geeigneten Optik, wie sie r> beispielsweise für die FS-Kameraabtastung beschrieben wurde, auf die Gruppe projiziert wird. Die bevorzugte Lichtquelle ist hier jedoch auch eine stetig strahlende anstelle einer gepulsten, obgleich das System auch mit einer Impulslichtquelle arbeiten kann, da die Cinippe die 4n Bildsignale eine erhebliche Zeit speichert, bis sie zur Weiterverarbeitung derselben abgetastet wird.

Die in dem gestrichelten Kästchen 59 der Fig. 10 gezeigten Elemente 56, 57 und 58 stellen eine Festkörperkamera dar, die eine herkömmliche Vidiconkamera 24 (F i g. 3) ersetzen kann, um die Behälterbilder auf die zuvor erläuterte Art zu verarbeiten. Impulse aus dem Lagesensor 19 speisen den Traktimpulsgenerator 56. der die Abtastgeschwindigkeit der Flächengruppe 57 steuert. Die Taktfrequenz kann mit einer Einstelleinrichtung (nicht gezeigt) für jede gewünschte Art der Abtastung der Gruppe 57 eingestellt werden. Unter der Einwirkung der Beleuchtung durch die Lichtquelle und der Taktimpulse aus der Schaltung 56 wird das Ausgangssignal der Gruppe 57 ein serieller Zug von Analogsignalen, die dem elektronischen Ansprechverhalten der Photodioden entsprechen. Dieses Ausgangssignal wird auf den Videoverstärker 27 gegeben, dessen Funktion bereits beschrieben wurde. Die Gruppe 57 erzeugt weiterhin zwei zusätzliche Impulszüge, die das Ende jeder Abtastzeile und das des Abtastbildes anzeigen. Diese Impulszüge speisen den Synchronimpulsgenerator 58, der auch die Taktimpulse aus dem Generator 56 annimmt. Die Schaltung 58 erzeugt einen impuiszug, der die Zeilen- und die Biid-Synchronimpuise enthält, die den Suchfenstergenerator 29 ansteuern, um die gespeicherte Behälterkonturinformation rückzugewinnen. Die Funktion des Rests der Schaltungen irx Fig. 10 ist in der Erläuterung des eine FS-Kamera enthaltenden Systems beschrieben, und gleiche Teile weisen auch hier gleiche Bezugszeichen auf.

Wird eine normale FS-Kamera zur Prüfung eingesetzt, wird die Lichtquelle gepulst, um auf den lichtempfindlichen Bereich der Kamera ein scharfes Bild zu werfen. Diese Maßnahme ist für eine erfolgreiche Prüfung unentbehrlich; auf diese Weise wird da., Behälterbild »eingefroren« und von der Bewegung des Behälter-; nicht mehr beeinträchtigt. Eine momentane Beleuchtung ist auch mil stetigem Licht und entweder einem schnellwirkenden optischen oder einem elektromechanischen Verschluß möglich, um auf der Kamera den gleichen Bildeindruck zu erzeugen. Die Arbeitsgeschwindigkeit dieser Verschlüsse reicht jedoch nicht an die einer von elektronischen Impulsen gesteuerten Blitzröhrenanordnung heran.

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Hpr F S-Kamera für die

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Behälterprüfung erfordert, daß die Rüekseitenbeleuchtung so auf den Behälter gerichtet ist. daß die Wirkungen von Streu- und Umlicht übersteuert werden. Dies geschieht im allgemeinen durch die Wahl einer ausreichend starken Lichtquelle. Wird dieses Licht jedoch auf den Behälter gerichtet, sieht die FS-Kamera zwei unterschiedliche Lichtanteile aus dem Lichtkasten 13. Ein Nutzanteil durchdringt den Behälter und hebt die Oberflächen des Behälters heraus, damit Fehlstellen gegen den Hintergrund des Behälters erkannt werden können. Der andere Anteil ist das Licht, das nicht durch den Behälter hindurchtritt, sondern aus dem Lichtkasten heraus am Linsensystem 23 in zwei Teilen ankommt. Hin Teil triff! unmittelbar aus dem Lichtkasten auf die Kamera, während der andere Teil sie erreicht, nachdem er mehrfach gebrochen und reflektiert worden ist. Diese beiden unerwünschten Lichtanleilc sind ausreichend stark, um vom lichtempfindlichen Element der FS-Kamera als Rückbeleuchtung akzeptiert zu worden, wenn man sie nicht unterdrückt, und übersteuern die Vidiconröhre, so daß die relative Lichtempfindlichkeit des Vidicons für das durch den Behälter hindurchtretende Licht abnommt. Um diese unerwünschten Effekte zu eliminieren, wird auf dem Lichtkasten ein·¹ Blende verwendet, deren Öffnung die allgemeine Gesu.lt des zu analysierenden Behälters hat, so daß das aus der Blendenöffnung austretende Licht gerade noch den gesamten Körper des Behälters einhüllt. Eine solche öffnung ist in der Platte 17A vorgesehen (F i g. 2A).

Wird für die Bildverarbeitung eine Festkörperkamera verwendet, sind Verschlüsse oder gepulste Lichtquellen nicht erforderlich. Eine stetige Lichtquelle reicht aus. und man erhält eine gesteuerte Bildverarbeitung mittels geeigneter elektronischer Schaltungen, so daß die Behälterbewegung in der Prüfstation die Funktion der Anordnung nicht beeinträchtigt. Ein solches System ist in den Fig.9 und 9A dargestellt, wo das System eine Lineargruppe von Festkörper-Photodioden, die mit der Vertikalachse des analysierten Gegenstandes ausgerichtet ist, zusammen mit einer anderen Lineargruppe aufweist, die rechtwinklig zur ersten und so angeordnet ist, daß sie die erforderlichen Zeitsteuerimpulse liefert, während der Gegenstand die Priifzone durchläuft.

Es sind oben verschiedene geeignete Schaltungen angegeben, um ein elektronisches Suchfenster zur Prüfung transparenter Behälter zu erzeugen. Um die Böden und/oder Münder von Behältern auf Fehlerstellen zu untersuchen, würde die im Speicherchip gespeicherte Information für Böden einen Kreis und für die Munder einen Ring darstellen. Die ausgeführten

Anordnungen lassen sich auf verschiedene Weise modifizieren, um eine Vielzahl von Konturen und Profilen von Gegenständen zu speichern, wo vorliegende Gegenstände mit einer akzeptablen Bezugskontur für statische und/oder dynamische Bedingungen verglichen Herden sollen. Auf jeden Fall läßt die Bezugskon-

tür sich in geeignete Speicherchips einprograr um sie dann mit den von einem geeigneten
gelieferten Bildern zu vergleichen; aus dem V läßt sich eine Entscheidung über Abnahn Auswerfen der Gegenstände treffen.

Hierzu 5 Blatt Zeichnuneen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur elektronischen Analyse des Abbilds eines beleuchteten Gegenstands auf signifikante Abweichungen der Helligkeit von einem vorbestimmten Betrag,

bei welchem das Bild des von einer Seite beleuchteten Gegenstands auf eine photoelektrische Einrichtung auf der anderen Seite des Gegenstands projiziert wird und

bei welchem die photoelektrische Einrichtung während der Abtastung elektrische Signale liefen, die der Helligkeit und einzelnen Bildpunkte entsprechen,

dadurch gekennzeichnet,
daß unabhängig vom jeweils beleuchteten Gegenstand die standardisierten Konturkoordinaten des zu analysierenden Gegenstands mit Adressen versehen und in digitaler Form in einen wiederholt ausiesbaren Speicher eingespeichert werden,
daß das Auslesen aus diesem Speicher durch dieselben Impulse gesteuert wird wie das Abtasten der photoelektrischen Einrichtung,
daß die aus dem Speicher ausgelesenen Signale zum Aufbau eines elektronischen Fensters verarbeitet werden und

daß durch Vergleich der von der photoelektrischen Einrichtung und der vom elektronischen Fenster gelieferten Signale die Helligkeit nur derjenigen Bildpunkt: ausgewertet wird, die innerhalb des elektronischen Fensters lie.ron.

2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die das horrontale und vertikale Abtasten des Bildes in der focoelektrischen Einrichtung auslösenden Impulse so umgeformt werden, daß die jeweilige Impulsdauer gleich dem zeitlichen Intervall ist. das zwischen dem Beginn einer horizontalen bzw. vertikalen Abtastung und dem Beginn des elektronischen Fensters liegt.

3. Verfahicn nach Anspruch I, gekennzeichnet durch die Erzeugung zusätzlicher Partialmasken. die die Helligkeitsauswertung der Bildpunkie innerhalb vorbestimmter Bereiche des elektronischen Fensters verhindert.

4. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch I₁ wobei die zu analysierenden Gegenstände kontinuierlich an einer photoelektrischen Einrichtung vorbei geführt und beim Erkennen eines Fehlers automatisch ausgeschieden werden. dadurch gekennzeichnet.

daß die horizontalen und vertikalen Synchronimpulse, die das zeilen- und bildmäßige Abtasten der photoelektrischen Einrichtung (24) bewirken, gleichzeitig einem Fenstergenerator (29) zugeführt werden, der synchron zur Abtastung der photoelektrischen Einrichtung (24) die Konturkoordinaten des zu analysierenden Gegenstandes aus einem Speicher (44) ausliest und zu Videosignalen umformt,
daß der Fenstergenerator (29) Einstellvorrichtungen in horizontaler (37) und vertikaler (42) Richtung enthält, mit denen die vom Fenstergenerator (29) und von der photoelektrischen Einrichtung (24) erzeugten Videosignale auf dem Bildschirm eines Fernsehmonitors zur Deckung gebracht werden können, und

daß in einer Steuerlogik (30) signifikante Abweichungen der Helligkeit der von der photoelektri

Ill schen Einrichtung (24) erzeugten Videosignale innerhalb des Rahmens der vom Fenstergenerator (29) erzeugten Videosignale festgestellt werden.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Fenstergenerator (29) mehrere Speicher (44, 44A, 44B) enthält, in denen jeweils die Konturkoordinaten unterschiedlicher Gegenstände gespeichert sind, und daß ein Wahlschalter (48) vorgesehen ist, um die Konturkoodinaten des sich gerade in der Prüfung befindlichen Gegenstandes abzurufen.