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Verfahren und Anordnung zum Einstellen des Diskrimina-
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tors einer Bildauswerteeinrichtung Die Erfindung bezieht sich auf
ein Verfahren und eine Anordnung zum Einstellen des Diskriminators einer Bild auswerteeinrichtung
gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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In der deutschen Patentanmeldung P 29 49 580.5 ist beschrieben, von
einer Fernsehkamera aufgenommene Bilder so aufzubereiten, daß vorgegebene Strukturen
rasch erfaßt werden können. Hierzu wird das von der Kamera abgegebene Videosignal
über einen Amplitudendiskriminator geführt, der im einfachsten Falle eine Schwellwertstufe
ist, aber auch von einem Fensterdiskriminator oder einem Analog-Digital-Umsetzer
gebildet sein kann. Nur die Videosignale, die im Ansprechbereich des Diskriminators
liegen, z. B. den Schwellwert überschreiten oder vom Diskriminatorfenster erfaßt
werden, führen zu Ausgangssignalen des Diskriminators. Die Signalsprünge werden
in geeigneter Weise gespeichert und ihre zeitlichen Abstände mit Sollwerten verglichen,
so daß das Videosignal nicht nur hinsichtlich der Amplitude, sondern auch hinsichtlich
des zeitlichen Abstandes und der Dauer von in ihm enthaltenen Impulsen diskriminiert
wird. Der Ansprechbereich des Diskriminators wird nicht verändert.
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Aus der DE-AS 25 49 457 ist eine Einrichtung zum Erfassen von optisch
erkennbaren Fehlern bekannt, die einen Amplitudendiskriminator enthält, an den ein
veränderlicher Schwellwert angelegt ist. Dieser wird dadurch gewonnen, daß das Videosignal
über einen Tiefpaß geführt
ist. Mit einer solchen Anordnung können
niederfrequente Störsignale unterdrückt werden, die Nutzsignale müssen höherfrequent
sein.
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Ferner ist in der DE-AS 20 11 470 ein Verfahren zum Auswerten von
mit einer Fernsehkamera aufgenommenen Bildern beschrieben, bei dem der Ansprechbereich
eines Diskriminators schrittweise verändert wird. Bei Jeder Einstellung werden die
erfaßten Bildbestandteile ausgewertet.
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Mit diesem Verfahren werden alle Graustufen eines Bildes ausgewertet.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
und eine Anordnung zum Feststellen von in einem Bild enthaltenen, vorgegebenen Strukturen
zu schaffen, bei dem durch unterschiedliche Helligkeit der Bilder verursachte Fehler
vermindert werden.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den im kennzeichnenden Teil
des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.
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Bei dem neuen Verfahren wird somit vor dem Auswerten der Bilder der
Diskriminator auf verschiedene Ansprechbereiche eingestellt, und es wird geprüft,
bei welcher Einstellung vorgegebene, in der Erkennungsschaltung eingestellte Kriterien,
wie Pulsdauer, Pulsabstand, Anzahl der Impulse Je Abtastzeile und dergleichen, erfüllt
sind. Dies bedeutet z. B., wenn die Bildabtasteinrichtung eine Fernsehkamera ist,
daß das Bild mit der Diskriminatoreinstellung ausgewertet wird, bei der die Kriterien
mindestens in einer Fernsehzeile erfüllt waren.
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Da die festzustellenden, vorgegebenen Strukturen häufig so gestaltet
sind, daß die Kriterien in mehreren Fernsehzeilen erfüllt sind, kann nach einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung die Wahrscheinlichkeit für eine feh-
lerhafte
Auswertung dadurch verringert werden, daß nicht schon dann, wenn die Erfüllung der
Kriterien einmal festgestellt ist, der Ansprechbereich des Diskriminators nicht
mehr verändert wird, sondern daß zunächst mehrere Ansprechbereiche eingestellt werden,
unabhängig davon, ob die Kriterien erfüllt sind oder nicht. Bei Jeder Einstellung
wird die Zahl der festgestellten Kriterien gespeichert. Anschließend wird der Ansprechbereich
eingestellt, bei dem ein eine minimale Fehlerzahl anzeigender Extremwert der ermittelten
Kriterien festgestellt wurde. Bei dieser Einstellung des Diskriminators wird dann
das Bild ausgewertet. Es wird also geprüft, bei welcher Einstellung die Zahl der
festgestellten Kriterien einen Extremwert hat, der auf einen minimalen Fehler hindeutet.
Soll z. B. ein einheitlich helles Werkstück erfaßt werden, das sich vor einem dunklen
Hintergrund befindet, dann ist der gesuchte Extremwert der Fall, bei dem die geringste
Zahl von Signalsprüngen und ein maximaler Weißanteil des Videosignals auftritt.
Wird eine Schwellwertstufe als Diskriminator verwendet und ist der Schwellwert zu
hoch eingestellt, werden die Signalsprünge erfaßt, die von den Helligkeitsschwankungen
auf dem Werkstück selbst herrühren. Ist der Schwellwert zu niedrig, spricht der
Diskriminator auch auf die Helligkeitsschwankungen des Umfeldes des Werkstückes
an.
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Bei diesem Anwendungsfall wird vorteilhaft ein Fensterdiskriminator
verwendet, der nur dann ein Signal abgibt, wenn das Videosignal zwischen zwei Schwellwerten,
das ist innerhalb des Fensters, liegt. Jeder Ausgangsimpuls bedeutet dann einen
Signalsprung.
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Ein anderer Anwendungsfall ist die in der deutschen Patentanmeldung
P 29 49 580.5 beschriebene Codeerkennung mittels eines nach dem Zeilenrasterverfihren
arbeitenden Bildwandlers. Das Kriterium ist in dies<m Fall die Erkennung eines
Codes in einer Rasterzeilf. Es werden daher die Rasterzeilen gezählt, in denen ein
Code erkannt
wird, und zum Auswerten wird der Diskriminator auf
den Ansprechbereich eingestellt, bei dem das Maximum der einen Code enthaltenden
Rasterzeilen gezählt wurde.
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Im einfachsten Falle ist der Diskriminator ein Amplitudendiskriminator,
so daß durch Verstellen des Diskriminatorfensters oder der Diskriminatorschwelle
verschiedene Helligkeitsbereiche nacheinander durchfahren werden und zum Auswerten
des Bildes der Helligkeitsbereich eingestellt wird, bei dem am zuverlässigsten ein
fehlerfreies Ergebnis erzielt wird. Es können Jedoch Je nach Art der festzustellenden
Strukturen, gegebenenfalls auch zusätzlich zu einem Amplitudendiskriminator, andere
Diskriminatoren verwendet werden, z. B. solche, welche die Videosignale hinsichtlich
ihrer Dauer, des zeitlichen Abstandes von Impulsflanken und dergleichen unterscheiden.
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Um die Dauer bis zum Erkennen der Strukturen kurz zu halten, kann
so vorgegangen werden, daß der Ansprechbereich des Diskriminators zunächst in großen
Sprüngen verändert wird und dann ausgehend von dem Ansprechbereich, bei dem ein
Extremwert der Zahl der festgestellten Kriterien auftrat, die Ansprechbereiche in
kleineren Sprüngen verändert werden, bis ein zweiter Extremwert ermittelt ist, und
daß abschließend von den in den kleinsten Sprüngen eingestellten Ansprechbereichen
für die Bildauswertung derJenige eingestellt wird, bei dem der Extremwert der Zahl
der festgestellten Kriterien auftrat. Auch kann der Ansprechbereich auf einen mittleren
Wert eingestellt werden und dann abwechselnd auf zunehmend höhere und niedrigere
Werte. Auf diese Weise brauchen im allgemeinen nicht alle möglichen Ansprechbereiche
durchfahren werden.
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Eine andere Möglichkeit, die Anzahl der Diskriminatoreinstellungen
zu verringern, besteht darin, die bei der
Jeweiligen Einstellung
festgestellte Zahl der Strukturkriterien mit der bei der Jeweils vorangegangenen
Einstellung festgestellten Zahl zu vergleichen und den folgenden Ansprechbereich
aufgrund des Vergleichs Jeweils in Richtung auf den gewünschten Extremwert zu verändern.
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In diesem Falle wird also der Ansprechbereich schrittweise in Richtung
auf den gewünschten Extremwert verschoben, wobei die Schrittweite verkleinert werden
kann.
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Anhand der Zeichnungen werden im folgenden die Erfindung sowie weitere
Ausgestaltungen und Ergänzungen näher beschrieben und erläutert.
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In den Figuren 1 und 3 sind Prinzipschaltbilder von zwei Ausführungsbeispielen
dargestellt.
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Die Figuren 2 und 4 bis 6 zeigen Flußdiagramme, mit denen zwei Verfahrensbeispiele
verdeutlicht sind.
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In Figur 1 ist mit KA eine Fernsehkamera bezeichnet, die ein ObJekt
OB aufnimmt, auf dem als Strukturen STR in Reihen angeordnete, aus Rechtecken bestehende
Code angel bracht sind. Die Kamera ist so eingestllt, daß nach Abbildung des ObJektes
OB auf der lichterqpfindlichen Schicht der Aufnahmeröhre die Reihen der Rechtecke
parallel zu den Fernsehzeilen verlaufen. In den Fernsehzeilen, welche eine Rechteckreihe
überdecken, sollte daher ein Code festgestellt werden. Infolge von Unterschieden
in der Helligkeit der Rechtecke oder deren Umfeldes, der Beleuchtung oder der Empfindlichkeit
der Kamera KA können die von verschiedenen ObJekten OB aufgenommenen Videosignale
unterschiedliche Amplituden haben, so daß, wenn ein der Kamera KA nachgeschaltete,
Diskriminator DIS1 auf einen konstanten Schwellwert eingestellt wäre, er einmal
die Strukturen STR der Objekte richtig erfassen würde, ein andernial dagegen nicht0
Eine dem DiskriW minator DIS1 nachgeschaltete Krlterien-rkennungsschaltung KALK1
kann diese Kriterien nur dann erkennen und ein
dem Jeweiligen Kriterium
entsprechendes Codesignal abgeben, wenn der Diskriminator DIS1 die Strukturen richtig
erfaßt hat. Dem Diskriminator DIS1, der im einfachsten Falle ein Schmitt-Trigger
ist, wird kein konstanter, sondern ein variabler Schwellwert von einem Digital-Analog-Umsetzer
DAU1 zugeführt. Der dem Schwellwert entsprechende Digitalwert wird in einer Steuereinheit
STE1 gebildet, die nach Jeder Abtastung, während der die Kriterienerkennungsschaltung
KEK1 kein Kriterium feststellen konnte, von dieser einen Impuls erhält und daraufhin
den Schwellwert verändert. Es werden somit nacheinander mehrere Versuche durchgeführt,
die Strukturen zu erkennen. Führt eine bestimmte Anzahl von Versuchen zu keinem
Ergebnis, wird ein Fehlersignal abgegeben.
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Anhand von Figur 2 wird ein Verfahren zum Lesen eines Codes beschrieben,
das mit der Anordnung nach Figur 1 durchgeführt werden kann. Der Code ist in Form
von unterschiedlich breiten und in Zeilen angeordneten Rechtecken gebildet, wobei
Jede Zeile eine oder mehrere Ziffern bedeuten können. Die vorgegebenen Strukturen
sind daher die einzelnen Codezeilen, die von einer Fernsehkamera so aufgenommen
werden, daß die Code zeilen parallel zu den Fernsehzeilen verlaufen. Die zu erfüllenden
Kriterien sind, daß innerhalb einer Fernsehzeile eine bestimmte binäre Signalfolge
auftritt, die mit einer gespeicherten Signalfolge übereinstimmt und z. B. ein alphanumerisches
Zeichen oder aber auch ein Steuersignal für eine Transporteinrichtung oder eine
Vorrichtung einer Produktionsanlage sein kann. Sobald ein Schild mit den Codezeilen
in den Aufnahmebereich einer Fernsehkamera gefahren ist, wird der Befehl gegeben,
das Bild auszuwerten. Es wird dann versucht, den Code zu lesen, und zwar bei einer
ersten Diskriminatoreinstellung. Wird bei dieser Diskriminatoreinstellung eine Signalfolge
erhalten, die mit einer gespeicherten Signalfolge für ein Zeichen übereinstimmt,
so wird dieses Zeichen ausgegeben
Wird dagegen keine solche Signalfolge
erhalten, wird geprüft, wie oft schon ein Leseversuch unternommen wurde.
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Ist die Anzahl der Leseversuche geringer als eine vorgegebene Zahl,
im Beispiel 40, wird der Ansprechbereich des Diskriminators verstellt. Es wird angenommen;
daß der Diskriminator ein Schmitt-Trigger ist, dessen Schwelle zunächst auf 2 Volt
eingestellt war. Die Schwelle wird dann z. B. auf 2,2 Volt eingestellt. Danach wird
erneut ein Leseversuch unternommen. Scheitert auch dieser Leseversuch, wird die
Diskriminatorschwelle erniedrigt, z. B. auf 1,8 Volt. Wird auch bei dieser Schwelle
kein Code gelesen, wird der Diskriminator auf 2,4 Volt eingestellt. Auf diese Weise
wird der Diskriminator alternierend verstellt, bis ein Code gelesen und ein Zeichen
ausgegeben wird. In der dafür erreichten Stellung bleibt der Diskriminator für das
Lesen des nächsten Bildes eingestellt.
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In Figur 3 ist wieder mit KA eine Fernsehkamera bezeichnet, und die
zu erkennenden Strukturen STR sind aus Reihen von Rechtecken gebildete Codes. Der
Kamera KA ist ein Diskriminator DIS2 und diesem eine Kriterienerkennungsschaltung
KEK2 nachgeschaltet. Der Diskriminator DIS2 ist in diesem Beispiel ein Fensterdiskriminator,
dem von einem Fenstergenerator FG zwei variable Schwellwerte zugeführt sind, wobei
Niveau und Breite des Fensters von einer Steuerung STE2 vorgegeben sind, Da diese
digital arbeitet, ist zum Erzeugen eines analogen Signals für das Fensterniveau
ein Digital-Analog-Umsetzer DAU2 zwischen die Steuerung STE2 und den Fenstergenerator
FG geschaltet. Im Ausführungsbeispiel kann der Fenstergenerator nur auf zwei Fensterbreiten
eingestellt werden. Hierzu genügt ein einziges binäres Signal von der Steuerung
STE2. Zum Erkennen der auf dem Objekt OB vorhandenen Strukturen STR kann die Kriterienerkennungsschaltung
KEK2, wie die des Beispiels nach Figur 2, Baueinheiten enthalten, mit denen festgestellt
wird, ob die
im eingestellten Diskriminatorfenster liegenden Videosignale
vorgegebene zeitliche Abstände und Zeitdauern haben, ob also bestimmte Kriterien
erfüllt sind. Ist dies der Fall, gibt sie einen Zählimpuls auf einen Kriterienzähler
KRZ, der von der Steuerung STE2 freigegeben wird.
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In diesem Zähler wird bei Jeder Einstellung des Diskriminators DIS2
die Anzahl der festgestellten Kriterien gezählt. Nach Jeweils einer Abtastung des
ObJektes OB von der Kamera KA wird das Zählergebnis in einen Speicher SPE übertragen,
der den Einschreibbefehl von der Steuerung STE2 erhält. Zusammen mit der Anzahl
der festgestellten Kriterien wird das von der Steuerung STE2 dem Digital-Analog-Umsetzer
DAU2 zugeführte Fensterniveau in den Speicher SPE eingetragen, z. B. in der Weise,
daß in einen Speicherbereich A das Niveau und in einen Bereich B der Speicherzellen
die Kriterienzahl eingeschrieben wird.
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Die Adressen der Speicherzellen, in welche die Wertepaare eingeschrieben
werden, erhält der Speicher SPE von einem Adressenzähler ADZ, dessen Stand nach
Jeder neuen Einstellung des Niveaus des Fenstergenerators FG um Eins erhöht wird.
Die Zuordnung zwischen Kriterienzahl und Fensterniveau kann auch in der Weise erreicht
werden, daß die Speicheradresse gleich dem Fensterniveau oder davon abgeleitet ist.
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In der beschriebenen Weise wird mit dem Diskriminatorfenster der gesamte
Videosignalbereich durchfahren, indem die Amplituden der von der Struktur STR herrührenden
Videosignale zu erwarten sind. Danach wird der Inhalt des Speichers SPE von der
Steuereinheit STE2 abgefragt, und es wird festgestellt, welches die größte Anzahl
der bei den einzelnen Einstellungen festgestellten Kriterien war.
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Das zugehörige, im Speicher enthaltene Fensterniveau wird als Digitalwert
in ein Register REG eingetragen und damit an den Digital-Analog-Umsetzer DAU2 gelegt,
so daß der Diskriminator DIS2 auf das Fensterniveau eingestellt ist, bei dem die
Kriterien am häufigsten erfüllt waren. Ferner
schaltet die Steuerung
STE2 den Fenstergenerator FG auf eine größere Fensterbreite um, damit auch bei unterschiedlicher
Ausleuchtung des Objektes OB die von den Strukturen STR herrührenden Videosignale
vom Diskriminator DIS2 erfaßt werden. Mit dieser Diskriminatoreinstellung wird das
Bild ausgewertet. Die Steuereinheit STE2, das Register REG, der Adressenzähler ADZ,
der Kriterienzähler KRZ und der Speicher SPE können insgesamt oder auch zum Teil
mit einem programmierbaren Rechner realisiert sein.
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Figur 4 veranschaulicht ein Verfahren zum Auffinden der günstigsten
Diskriminatoreinstellung, das gegenüber dem anhand der Figur 3 beschriebenen verallgemeinert
ist.
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Zunächst wird der Diskriminator in die Grundeinstellung gebracht.
Nach Einbringen eines Objektes in den Aufnahmebereich eines Bildwandlers wird z.
B. mittels einer Lichtschranke eine Leseaufforderung gegeben. Es wird dann bei der
Grundeinstellung des Diskriminators die Anzahl der festgestellten Kriterien gezählt
und diese Zahl zusammen mit der Diskriminatoreinstellung gespeichert.
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Anschließend wird geprüft, ob der gesamte Bereich der Diskriminatoreinstellungen
durchfahren ist. Ist dies nicht der Fall, wird der nächste Ansprechbereich eingestellt,
eine Leseaufforderung gegeben und abermals die Anzahl der festgestellten Kriterien
mit der neuen Diskriminatoreinstellung gespeichert. Dieser Zyklus wiederholt sich
so oft, bis der gesamte Bereich der Diskriminatoreinstellungen durchfahren ist.
Dann wird der Speicher nach dem Extremwert der Zahl der erfüllten Kriterien durchsucht.
Der Diskriminator wird auf den zugehörigen, ebenfalls gespeicherten Ansprechbereich
eingestellt. Danach wird das Objekt erneut abgetastet und ausgewertet. Nach Beenden
des Auswertevorganges wird der Diskriminator wieder in die Grundeinstellung gebracht
und eine Leseaufforderung abgewartet.
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Bei dem Verfahren nach Figur 4 wird für die Auswertung Jedes Bildes
der gesamte Bereich der Diskriminatoreinstellungen in gleichen Schritten durchfahren.
Es ist daher eine große Zahl von Schritten erforderlich. Figur 5 veranschaulicht
ein Verfahren, mit dem die Schritt zahl verringert wird. Im Ausgangszustand ist
der Diskriminator auf einen mittleren Ansprechbereich eingestellt.
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Nach Eintreffen einer Leseaufforderung wird wieder, wie beim Verfahren
nach Figur 4, die Anzahl der verfüllten Kriterien festgestellt und gespeichert sowie
mit der im vorangegangenen Schritt festgestellten Zahl verglichen.
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Beim ersten Schritt ist die Vergleichszahl Null, so daß die Anzahl
der ermittelten Kriterien größer ist. Die Diskriminatoreinstellung wird gespeichert
und in einer ersten Richtung verändert, z. B. wird ein Schwellwert erhöht. Darauf
wird erneut eine Leseaufforderung gegeben und die Anzahl der erfüllten Kriterien
festgestellt und gespeichert. Die Anzahl der bei diesem Schritt festgestellten Kriterien
wird mit der im vorangegangenen Schritt festgestellten Zahl verglichen. Ist die
Anzahl größer als die beim vorangegangenen Schritt, wird die Diskriminatoreinstellung
in gleicher Richtung wie zuvor verändert und das Verfahren zyklisch wiederholt.
Ist die Zahl kleiner als die im vorangegangenen Schritt ermittelte, so wird die
Diskriminatoreinstellung in entgegengesetzter Richtung verändert. In beiden Fällen
wird das beschriebene Verfahren zyklisch wiederholt, bis die Anzahl der festgestellten
Kriterien kleiner als die des vorangegangenen Schrittes ist. Dies bedeutet, daß
beim vorangegangenen Schritt das Maximum der festgestellten Kriterien erreicht war.
Der Diskriminator wird daher wie beim vorangegangenen Schritt eingestellt und das
Bild zur Auswertung aufgenommen. Zunächst-wird noch eine Fehlerprüfung durchgeführt.
Wird ein Fehler festgestellt, wird, wie beim Verfahren nach Figur 4, der gesamte
Bereich durchfahren. Liegt kein Fehler vor, kann die Auswertung durchgefUhrt werden.
Nach deren Beendigung wird
der Diskriminator in die Grundeinstellung
gebracht. Vorteilhaft bleibt er in der Einstellung bei der die Auswertung stattfand.
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Das beschriebene Verfahren kann, wie in Figur 6 veranschaulicht, dahingehend
modifiziert werden, daß mit einer Richtungsänderung der Diskriminatoreinstellung
auch die Schrittweite verkleinert wird. Ist bei einem Schritt die Anzahl der festgestellten
Kriterien kleiner als die Zahl im vorangegangenen Schritt, so wird zunächst geprüft,
ob schon die kleinste Schrittweite eingestellt ist. Ist dies der Fall, wird der
zyklische Teil des Verfahrens unterbrochen und wie beim Verfahren nach Figur 5 der
Diskriminator auf die Einstellung des vorangegangenen Schrittes gebracht.
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15 Patentansprüche 6 Figuren