DE3239938A1

DE3239938A1 - Verfahren zur erkennung, identifizierung und/oder qualitaetskontrolle von gegenstaenden

Info

Publication number: DE3239938A1
Application number: DE19823239938
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Ing.(grad.) 2000 Hamburg Bothe; Gerhard Dipl.-Ing. 2000 Wendel Schöne
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Vincorion Advanced Systems GmbH
Priority date: 1982-10-28
Filing date: 1982-10-28
Publication date: 1984-05-03
Also published as: DE3239938C2

Description

"Verfahren zur Erkennung, Identifikation und/oder Qualitätskontrolle
von Gegenständen" Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Ms ist bereits ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erkennung und Identifikation und/oder Qualitätskontrolle von Gegenständen, insbesondere von Büchern oder dergleichen vorgeschlagen worden, die vorzugsweise zwecks Ein- bzw. Auslagerung einer Längen-, Breiten-und Höhenvermessung unterzogen und vorzugsweise mit einem lesbaren Bar-Code versehen werden (Deutsche Patentanmeldung P 32 08 135.9).
Durch zeilenweise und/oder spaltenweise Aufsummation der ilelligkeitswerte einer abgetasteten Gegenstands fläche wird in horizontaler und/ oder vertikaler Richtung ein charakteristisches lineares llelligkeitsgebirge der Oberfläche des Gegenstandes erzeugt. Das lineare llelligkeitsgebirge wird zur Identifikation und/oder Qualitätskontrolle des Gegenstandes herangezogen. Auch ist beispielsweise vorgesehen, daß die parallel zu den Rändern der Oberfläche des Gegenstandes ermittelte summarische Helligkeitsverteilung einer Schwellwertermittlung unterzogen wird, die aus einer Grauwertverteilung durch optimale Schwellsetzung eine Schwarz-Weiß-Verteilung herstellt. In der Schwarz-Weiß- Verteilung sind die charakteristischen optischen Merkmale der Gegenstandsoberfläche enthalten. Bei diesem Verfahren bzw. bei dieser Vorrichtung muß der zu untersuchende Gegenstand sehr genau in einer definierten X- und Y-Richtung positioniert werden, da die Auflösung in X- und Y-Richtung hoch ist. Außerdem ist durch die hohe Auflösung die Datenmenge verhältnismäßig groß, so daß der technische Aufwand für die Sensorik und Beleuchtung relativ hoch ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur schnellen Erkennung, Identifikation und/oder Qualitätskontrolle einer großen Zahl von Gegenständen vorzuschlagen, die sich vorzugsweise auf Transporteinrichtungen mit verhältnismäßig hoher Geschwindigkeit fortbewegen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch l gelöst.
Ausgestaltungen der Erfindungen sind in den Unteransprüchen 2 bis 16 beschrieben.
Ein Vorteil der Erfindung ist, neben der Möglichkeit der Erkennung von Beschädigungen beispielsweise an Büchern oder Zeitschriften, darin zu sehen, daß durch die geringe Auflösung in X- und Y-Richtung das Verfahren relativ unempfindlich gegen Verdrehungen und Lageverschiebungen des zu untersuchenden Gegenstandes ist. Man kann vorteilhafterweise auf ein elektronisches Suchen des Gegenstandes verzichten. Bedingt durch den Verzicht auf ein elektronisches Suchen und aufgrund der verhältnismäßig geringen Datenmenge ist es möglich, das aktuelle Abbild eines Gegenstandes mit einer sehr hohen Anzahl von Referenzbildern zu vergleichen und trotzdem sehr geringe Erkennungszeiten zu erreichen, z.B. 50 ns (Zeit für Vergleich) x 32 (Anzahl der Bildelemente) x 5000 (Anzahl der Referenzen) = 8 ms. Weiterhin ist es von Vorteil, daß der Sensor sehr einfach ausfallen kann, da nur eine'sehr geringe Auflösung benötigt wird. Beispielsweise kann eine sehr ein- fache Festkörperkamera mit 32 x 32 Elementen verwendet werden. Durch eine entsprechende Wahl des Auswerte-ltasters (z.B. 4 x 8; 6 x 8: 8 x 8 oder 6 x 6) ist es vorteilhafterweise möglich, gezielt auf die möglichen Lageungenauigkeiten der Gegenstände und die Anzahl der zu unterscheidenden Gegenstände einzugehen.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur l)urchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt, und zwar zeigt: Fig. 1 den schematischen Aufbau einer aus Transporteinrichtungen mit zugehörendem Erkennungs-, Identifikations- und Qualitätskontrol lsystem bestehenden Zeitschriftleseeinrichtung, Fig. 2 eine Rasterdarstellung von groben Abbildern eines zu untersuchenden Gegenstandes und eines Referenzbildes, und Fig. 3 ein Schema einer Betragsdifferenzbildung von aktuellen Daten eines groben Abbildes und den Daten eines Referenzbildes.
Gemäß Figur 1 werden auf einem Transportband 1 befindliche Zeitschriften 2 mit einer Geschwindigkeit von ca. 2m/s an einem optoelektronischen Sensor 3 vorbeigefiihrt, der von den Zeitschriften 2 ein auflösungsbegrenztes grobes Abbild erzeugt und über eine zeichnerisch nicht dargestellte Kabelverbindung an eine Auswerteeinrichtunz 4 weitergibt. In der Auswerteeinrichtung 4, die ein nicht bezeichnetes Netzteil und Bedienungspult aufweist, wird das grobe Abbild des Gegenstandes 2 mit iteferenzbildern verglichen und diejenige Referenz angezeigt, die die beste Übereinstimmung von Gegenstand und Referenz ergibt. Ferner irird von der Auswertteeinrichtung 4 ein Signal bereitgestellt das ein Maß der Ubereinstimmung zwischen dem groben Abbild des Gegenstandes 2 und der dazu passenden Referenz darstellt (siehe auch Fig.2). Dieses Signal wird zur Begutachtung der untersuchten Zeitschriften herangezogen, wobei hierzu weitere zeichnerisch nicht dargestellte Vorrichtungen verwendet werden oder die Auswerteeinrich- tung 4 in entsprechender Weise gerätetechnisch ergänzt wird. Anstelle der genannten Zeitschriften können auch andere Gegenstände, beispielsweise Bücher, Kartons oder diverse Warenstücke mit starrer Geometrie untersucht werden.
Zur groben Vorpositionierung der Zeitschriften n ist an dem Transportband l als mechanisches Hilfsmittel ein Anschlag 5 angeordnet, der die Zeitschriften 2 in einem von dem optoelektronischen Sensor , erfaßten Bereich quer zur Förderrichtung ausrichtet. Hierdurch kann vorteilhafterweise auf ein elektronisches Suchen der Zeitschriften 2 verzichtet werden.
In Richtung des Förderbandes ist eine Lichtschrankenzeile 6 vorgesehen. Diese Lichtschrankenzeile 6, erzeugt ein Startsignal zur Herstellung eines groben Abbildes beim Durchlauf der Zeitschrift 2.
Alternativ kann auch ein aus zwei gekreuzt angeordneten Lichtschranken bestehendes Lichtschrankenzeilenkreuz zur Lageerkennung der Zeitschriften 2 in X- und Y-Richtung des Firderbandes l und zur Drehlage erkennung der Gegenstände 2 vorgesehen werden. Bei so ermittelter X-Y-Lage und Drehlage der Zeitschriften 2 kann ein verdrehtes Einlesen des groben Abbildes der Zeitschriften 2 mit Hilfe von transformierten X- und Y-Koordinaten durchgeführt werden.
Als optoelektronischer Sensor 3 mit begrenzter Auflösung zur Erzeugung eines groben Abbildes einer Zeitschrift 2 kann eine halbleiter-Matrixkamera mit beispielsweise 32 x 32 Bildelementen verwendet werden.
Dieser Kamera ist eine Bildpunktzusammenfassungseinrichtung nachgeschaltet, die über eine Echtzeitverarbeitung die Bildelemente beispielsweise zu einer 4 x 8 Matrix zusammenfaßt. Diese Matrix reicht dann als aktuelles Abbild einer Zeitschrift 2 aus, um in der Auswerteeinrichtung 4 mit einem tieferenzbild gleicher Art verglichen zu werden (siehe auch Fig.3).
Alternativ kann eine Kamera verwendet werden, die ein hochaufgelöstes Bild des Gegenstandes 2 erzeugt. Zur Erlangung der Bildelemente des groben Abbildes der Zeitschriften 2 kann durch eine andere Matrixoperation eine Aufsummation aller iielligkeitswerte des hochaufAelösten Abbildes einer Zeitschrift 2 hergesb21lt werden.
Um eine Überführung des hochaufgelösten Abbildes der Zeitschriften 2, in eine Abbildung mit geringer Auflösung zu bewerkstelligen, können statistische Verfahren zur Hilfe genommen werden. Auch ist es möglich, das grobe Abbild einer Zeitschrift 2 durch Zusammenfassung der Helligkeitswerte der Bildpunkte des hochauflösenden optoelektronischen Sensors 3 in einer Bildpunktzusammenfassungseinrichtung zu erzielen.
Nach Durchführung der Matrixoperation können die ermittelten absoluten Grauwertelemente der groben Abbilder zur Erzielung von beleuchtungsunabhängigen, relativen Grauwertelementen einem Normierungsverfahren unterzogen werden. Auch ist es denkbar, daß auflösungsreduzierte grobe Abbilder von Zeitschriften 2 zur Erkennung, Identifizierung und/oder Qualitätskontrolle der Zeitschriften als Referenzbild in Speichern abgelegt werden. In Figur 2 ist das grobe Abbild eines Gegenstandes, beispielsweise einer Zeitschrift 2, als 4 x 8 Raster dargestellt und mit 8 bezeichnet. Es handelt sich um ein starres Raster, das relativ unabhängig von der Lage des Gegenstandes ist. Dieses wird durch die drei Abbilder 8a bis 8c verdeutlicht, von denen das Abbild 8a eine 100 °»ige Deckung von Gegenstand und Raster, Abbild 8b eine Verschiebung von Gegenstand und Raster in X- und Y-Richtung sowie Abbild 8c eine Verdrehung von Gegenstand gegen das Raster zeigen. Durch einen Vergleich des groben Abbildes 8 mit einem Referenzbild 9 wird, beispielsweise in der Auswerteeinrichtung 4, ein Signal erzeugt, das ein Xlaß der Übereinstimmung zwischen grobem Abbild 8 und vorgegebenem Referenzbild 9 darstellt.
Wie aus Figur 3 ersichtlich ist, können die Abbilder der Gegenstände sowie die Referenzbilder in einzelne Elemente A0, A1 . . A bzw.
n Ros R1 ... Rn aufgeteilt werden, wobei n die Anzahl der Elemente bedeutet. Es ist dann möglich, von jedem Elementenpaar des aktuellen Abbildes und des Referenzbildes Ag R0, A1 1 An Rn die Betragsdifferenzen zu bilden und anschließend die einzelnen Betragsdifferenzen aufzusummieren. Die Summe aller Betragsdifferenzen stellt dann ein Maß für die Übereinstimmung zwischen grobem Abbild des Gegenstandes und des Referenzbildes dar.
Zum oben erläuterten Vergleich der groben Abbilder und Referenzbilder können Korrelationsverfahren herangezogen werden. Auch ist es denkbar, zur Durchführung eines Vergleichs mehrere Referenzbilder zu verwenden.
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Claims

PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zur Erkennung, Identifikation und/oder Qualitätskontrolle von Gegenständen, insbesondere von Büchern oder Zeitschriften in Büchern bzw. Zeitschrifterkennungsanlagen, unter Verwendung eines optoelektronischen Sensors und einer Auswerteeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß von dem optoelektronischen Sensor (3) ein auflösungsbegrenztes grobes Abbild (8) des Gegenstandes (2) hergestellt wird, daß das grobe Abbild (8) des Gegenstandes (2) mit einem vorgegebenen Referenzbild (9) in der Auswerteeinrichtung (4) verglichen wird, und daß von der Auswerteeinrichtung (4) ein Signal bereitgestellt wird, das ein Maß der Übereinstimmung zwischen grobem Abbild (8) und vorgegebenem Referenzbild (9) darstellt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenstände (2) zur Herstellung eines groben Abbildes durch den optoelektronischen Sensor (3) mit Hilfe von mechanischen Hilfsmitteln (5) grob vorpositioniert werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Herstellung des groben Abbildes (8) der Gegenstände (2) durch eine Lichtschrankenzeile (6) eine grobe Lageerkennung der Gegenstände (2) vorgenommen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch ein aus zwei gekreuzt angeordneten Licht6chranken bestehendes Lichtschrankenzeilenkreuz eine Lageerkennung der Gegenstände (2) in X- und Y-Richtung und eine Drehlageerkennung der Gegenstände (2) vorgenommen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei bekannter X-Y-Lage und Drehlage der Gegenstände (2) ein verdrehtes Einlesen des groben Abbildes (8? der Gegenstände (2) mit Hilfe von transformierten X- und Y-Koordinaten durchgefiihrt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung eines optoelektronischen Sensors (3) mit begrenzter Auflösung zur Erzeugung des groben Abbildes (R) der Gegenstände (2).
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als hochauflösender optoelektronischer Sensor (3) eine Halbleiter-Matrixkamera mit einer nachgeschalteten Bildpunktzusammenfassungseinrichtung zur Erzeugung des groben-Abbildes (8) der Gegenstände (2) verwendet wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildpunktzusammenfassung in der Bildpunktzusammenfassungseinrichtung mit hilfe einer Matrixoperation durchgeführt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erlangung der Bildelemente des groben Abbildes (8) der Gegenstände (2) eine Aufsummation aller llelligkeitswerte des hochaufgelösten Abbildes (8) der Gegenstände (2) durch die Matrixoperation hergestellt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Er- zeugung des groben Abbildes (8) der Gegenstände (2) eine Üherfiihrung des hochaufgelösten Abbildes (8) der Gegenstände (2) in die Abbildung mit geringer Auf lösung mit Hilfe statistischer Verfahren vorgenommen wird.
11. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das grobe Abbild-(8) der Gegenstände (2) durch Zusammenfassung der Helligkeitswerte der Bildpunkte des hochauflösenden optoelektronischen Sensors (3) in der Bildpunktzusammenfassungseinrichtung erzielt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß nach Durchführung der Matrixoperation die ermittelten absoluten Grauwertelemente des groben Abbildes (8) der Gegenstände (2) zur Erzielung von beleuchtungsunabhängigen, relativen Grauwertelementen einem Normierungsverfahren unterzogen werden.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche l bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das auflösungsreduzierte grobe Abbild (8) der Gegenstände (2) zur Erkennung, Identifikation und/oder Qualitätskontrolle der Gegenstände (2) als Referenzbild in Speichern abgelegt wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erkennung, Identifikation und/oder Qualitätskontrolle der Gegenstände (2) das aktuelle auflösungsreduzierte, grobe Abbild (8) der Gegenstände (2) herangezogen wird, daß von jedem Elementenpaar des aktuellen Abbildes und des Referenzbildes (9) die Betragsdifferenz gebildet wird, und daß die einzelnen Betragsdifferenzen aufsummiert werden.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß zum Vergleich des aktuellen, auflösungsreduzierten, groben Abbildes (8) mit einem Referenzbild (9) ein Korrelationsverfahren verwendet wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, gekennzeichnet durch die Verwendung von mehreren lleferenzbildern (9) zur Durchführung eines Vergleiches.