DE3508400C2 - Mustererkennungsvorrichtung - Google Patents
MustererkennungsvorrichtungInfo
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- G06V10/50—Extraction of image or video features by performing operations within image blocks; by using histograms, e.g. histogram of oriented gradients [HoG]; by summing image-intensity values; Projection analysis
- G06V10/507—Summing image-intensity values; Histogram projection analysis
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Mustererkennungsvorrichtung
zur Ermittlung der Übereinstimmung der Gestalt eines von
mehreren Bezugsmustern mit derjenigen eines in die Vorrichtung
eingegebenen Musters.
Aus der US-PS 40 19 173 ist eine Vorrichtung zur Erkennung der
Gestalt von Mustern bekannt, bei der die Projektion des zu
erkennenden Musters auf eine Bezugslinie ermittelt, die
Projektionswerte zweifach differenziert und dabei das Muster
einmal um sich selbst gedreht wird, wobei die Tatsache ermittelt
wird, daß jede Seite des als polygonal angenommenen Musters
während einer Umdrehung zweimal exakt in die Projektionsrichtung
fällt. Aus den so gewonnenen Daten wird die Gestalt des Musters
ermittelt.
In der US-PS 38 03 553 ist eine Zeichenerkennungsvorrichtung
beschrieben, in der Abbilder von Schriftzeichen auf zwei
zueinander othogonal angeordnete fotoelektrische Wandlerflächen
projiziert werden. Die Abbilder werden durch Abtastschaltungen
in binär codierte elektrische Signale umgewandelt und werden mit
einer Anzahl von Bezugsmustern verglichen, wobei der höchste
Grad an Übereinstimmung mit einem Bezugsmuster für die Erkennung
des untersuchten Zeichens verwendet wird.
In vielen Fällen sind nur relativ einfache Gestalten von Mustern
zu erkennen. Beispielsweise haben die einer Biegemaschine
zugeführten Stanzteile bei der Herstellung von
Metallblechprodukten, ein Anwendungsgebiet der vorliegenden
Erfindung, im allgemeinen einfache geometrische Formen. Selbst
wenn solche Teile mit vorgeschriebenen Formen aus einer Vielzahl
von unterschiedlichen Stanzteilen, die einer Biegemaschine
zuzuführen sind, abgetrennt und klassifiziert werden sollen, ist
es nicht nötig, eine hochgenaue Gestalterkennung durchzuführen,
es genügt, charakteristische Daten der Muster zu erfassen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
Mustererkennungsvorrichtung anzugeben, die einen einfachen
Aufbau und einfache auszuführende Arbeitsschritte hat.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen
der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung, ihre Ausgestaltungen und Vorteile sollen
nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert
werden. Es zeigt
Fig. 1 eine Übersichtsbild des Aufbaus einer Ausführungsform
einer Figurenmustererkennungsvorrichtung nach
der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ein Blockdiagramm des Aufbaus der Vorrichtung
nach Fig. 1;
Fig. 3 ein Flußdiagramm des Arbeitsablaufs in der Erkennungsvorrichtung
nach Fig. 1;
Fig. 4 eine Darstellung der Figurendatenverarbeitung
in der Mustererkennungsvorrichtung;
Fig. 5 ein Flußdiagramm von Details der Schritte 120
und 130 von Fig. 3;
Fig. 6 ein Flußdiagramm einer anderen Ausführungsform
einer Figurenmustererkennungsvorrichtung nach
der Erfindung;
Fig. 7 ein Flußdiagramm von Details der Schritte 220
und 230 von Fig. 6, und
Fig. 8 ein Flußdiagramm des Arbeitsablaufes in einer
weiteren Ausführungsform einer Figurenmustererkennungsvorrichtung
nach der Erfindung.
Zu Beginn wird der Aufbau einer Figurenmustererkennungsvorrichtung,
die in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist,
erläutert. In Fig. 1 ist eine Mustereingabeeinrichtung 5
angeordnet, die beispielsweise von einer Tragsäule 6 so
gehalten ist, daß ihr Bildaufnahmebereich mit dem Meßbereich
3 übereinstimmt, der auf einem Teil einer Metallbandbahn
1 ausgebildet ist. Als Bildaufnahmeeinrichtung 5 wird
eine Fernsehkamera, eine fotoelektrische Bildwandlereinrichtung
in Matrixform oder dergleichen verwendet. Weiterhin
ist eine Lichtquelle 7 vorgesehen, die von einer Tragsäule
8 gehalten wird und die den Meßbereich 3 beleuchtet.
Die Lichtquelle 7 ist so angeordnet, daß die Beleuchtung
aus derselben Richtung erfolgt, wie die Bildaufnahmevorrichtung
in bezug auf den Meßbereich 3 angeordnet ist, wie
mit ausgezogenen Linien in Fig. 1 dargestellt ist, wenn
die Bildaufnahme mit der Bildaufnahmeeinrichtung 5 das reflektierte
Licht verwendet. Die Lichtquelle 7 steht jedoch
der Bildaufnahmeeinrichtung 5 mit dem Meßbereich 3 dazwischen
gegenüber, wie mit gestrichelten Linien in Fig. 1
eingezeichnet ist, wenn die Bildaufnahme mit Hilfe des
durchfallenden Lichtes durchgeführt wird. Die Bildaufnahmeeinrichtung
5 ist mit einer Verarbeitungssteuereinrichtung
9 verbunden und wird betätigt oder gibt das aufgenommene
Signal unter Steuerung durch ein Befehlssignal von
der Verarbeitungssteuereinrichtung 9 ab.
Die Verarbeitungssteuereinrichtung 9 enthält eine Musterunterscheidungseinrichtung
11, die die verschiedenen Verarbeitungs-
und Steuerfunktionen zusätzlich zur Mustererkennung
durchführt, ein Modem (beispielsweise ein RS232-System)
13 für die Datenübertragung zwischen der Musterunterscheidungseinrichtung
11 und dem äußeren Gerät durch
Verwendung eines Übertragungskreises, einen Eingabeanschluß
15, Ausgangsanschlüsse 17 und 18 und einen Eingabe/Ausgabe-Anschluß
19 auch zum Austauschen von Signalen mit
dem äußeren Gerät, und einen Steuerkreis 20 zum Steuern
des Betriebs der Bildaufnahmeeinrichtung 5, durch einen
Bildaufnahmesteuer- und -verarbeitungsteil 23, der später
beschrieben wird, unter Steuerung durch den Verarbeitungssteuerteil
11. Der Verarbeitungssteuerteil 11 enthält eine
zentrale Prozessoreinheit (CPU) 21, einen Nur-Lese-Speicher
ROM 23 zum Speichern des Verarbeitungsprogramms der
CPU 21, ein Bildaufnahmesteuerungs- und -verarbeitungsteil
23, das mit wenigstens einer der Signalaufnahmeeinrichtungen
5 verbunden ist (in Fig. 2 sind zwei solcher Signalaufnahmeeinrichtungen
5 gezeigt), ein erstes bis drittes
RAM 25, 27 und 29 zum Speichern der Ergebnisse der verschiedenen
vorgeschriebenen Verarbeitungsvorgänge, die
schon früher beschriebenen Eingabe- und Ausgabeanschlüsse
15, 17, 18 und 19 und ein Eingabe/Ausgabetor (I/O), das
mit der Steuereinheit 20 verbunden ist. Der Bildaufnahmesteuer-
und -verarbeitungsteil 23, der mit dem Steuerkreis
20 verbunden ist, steuert den Betrieb der Bildaufnahmeeinrichtungen
5, indem er ein Signal erhält, beispielsweise
zur Einstellung der Brennweite der Bildaufnahmeeinrichtungen
5, oder das Startsignal für die Bildaufnahme, das von
dem Steuerkreis 20 unter Steuerung durch die CPU 21 abgegeben
wird, und durch Zuführen des empfangenen Signals zu
den Bildaufnahmeeinrichtungen 5. Der Bildaufnahmesteuer-
und -verarbeitungsteil 23 ist mit seinem Ausgang mit dem
ersten RAM 25 verbunden, und bei Empfang eines Bildaufnahmesignals
von den Bildaufnahmeeinrichtungen 5 führt er die
Binärkodierungsverarbeitung nach A/D-Wandlung durch, um
das Ergebnis im ersten RAM 25 zu speichern (wenn eine Mehrzahl
von Bildaufnahmeeinrichtungen 5 vorhanden sind, dann
wird der Signalempfang ausgeführt, indem in geeigneter
Weise zwischen ihnen umgeschaltet wird). Das zweite RAM 27
ist mit der CPU 21 und anderen Einheiten über die Vielfachleitung
31 verbunden und speichert die Ergebnisse, die
sich auf Unterscheidungsvorgänge beziehen, die von der CPU
21 für Projektionen auf die X- und Y-Achsen durchgeführt
werden, wie später noch erläutert wird. Das dritte RAM 29
ist ebenfalls mit der CPU 21 über die Vielfachleitung 31
verbunden und speichert die charakteristischen Werte oder
Formwahlwerte, die von der CPU 21 gefunden wurden, wie
später noch beschrieben wird. Das dritte RAM 29 ist mit
einer Batterie 33 verbunden, damit der Speicherinhalt gegen
Verlust gesichert ist.
Wenn die zu erkennenden Objekte, beispielsweise zu einer
Biegemaschine zuzuführende Stanzteile, geometrische Formen
aufweisen, nämlich Figurenmuster, die in geschlossenen
Schleifenformen mit Linien gestaltet sind, die parallel und
senkrecht zu einer gewissen Linie als Hauptbestandteil verlaufen,
dann ist es einfach, diese Teile mit Hilfe einer
Führungseinrichtung oder dergleichen gleichförmig auszurichten,
bevor sie der Maschine zugeführt werden. Wenn beispielsweise
die Teile im wesentlichen rechteckige Form
aufweisen, dann ist es möglich, sie so anzuordnen, daß eine
ihrer Seiten längs der Führung liegt, so daß eine Phasendifferenz
von 90° oder Vielfach davon verbleibt. Es sei
daher nachfolgend angenommen, daß die zu der Biegemaschine
zugeführten Figurenmuster bereits in ihrer Lage ausgerichtet
sind.
Für so zugeführte Figurenmuster wird das Figurenmuster zunächst
mit der Mustereingabevorrichtung 5 (Schritt 100 von
Fig. 3, wie später noch erläutert) ausgelesen, um die binär
kodierten Figurendaten (Schritt 110 von Fig. 3) zu erhalten.
Für die von der Mustereingabeeinrichtung 5 ausgelesenen Figurendaten
wird eine Extraktion der charakteristischen Werte
ausgeführt, wie weiter unten noch erläutert wird, indem
man sie in der Gestalt-Unterscheidungseinrichtung 11 verarbeitet
(Schritte 130 bis 190), wie in Fig. 3 gezeigt.
Dieser Erkennungsprozeß hat sein spezielles Merkmal darin,
daß er im wesentlichen das von der Mustereingabeeinrichtung
5 ermittelte und binär kodierte Figurenmuster in der
Gestalt-Unterscheidungseinrichtung 11 auf die projizierten
Figuren in den zwei Achsen transformiert, die aufeinander
senkrecht stehen. Das Muster wird dann durch den Gestaltübereinstimmungswert
erkannt, den man aus einer arithmetischen
Operationsformel ermitteln kann, wobei die charakteristischen
Werte verwendet werden, die als die positiven
und negativen Impulszahlen in den differenzierten Wellenformen
gefunden wurden, die man durch Differenzieren der
projizierten Figuren erhält.
Dieser Erkennungsvorgang hat weiterhin die Eigenschaft,
daß er die Erkennung solcher Figurenmuster durchführt, für
die die Übereinstimmung mittels des Gestaltübereinstimmungswertes
vorerwähnter Art ineffektiv ist, durch Verwendung
eines zweiten charakteristischen Wertes, wie beispielsweise
die Umfangslänge des Figurenmusters, die aus der Gesamtsumme
der Absolutwerte der abgeleiteten Werte in den
differenzierten Wellenformen bestimmt wurde, oder es wird
die Position des Schwerpunkts oder die Flächengröße des
Figurenmusters ausgewertet, die man aus dem binär kodierten
Figurenmuster erhält.
Für binär kodierte Figurendaten entsprechend einem Figurenmuster
15, wie als Beispiel in Fig. 4 gezeigt, wird nämlich
das Figurenmuter zunächst in die projizierten Fig. 20X
und 20Y auf den aufeinander senkrechten Achsen X
und Y durch die Datenverarbeitung in der Gestalt-Unterscheidungseinrichtung
11 transformiert, und dann werden
die projizierten Figuren differenziert (Schritt 120). In
Fig. 4 sind die differenzierten Wellenformen 30X und 30Y
der projizierten Figuren des Figurenmusters 15 auf den X-
und Y-Achsen dargestellt.
Die differenzierten Wellenformen, die man so erhalten hat,
haben unterschiedliche Gruppen positiver und negativer
Impulse, die den verschiedenen Gestaltformen entsprechen,
und es wird daher möglich, eine Erkennung der grundsätzlichen
geometrischen Figurenmuster durch Auswertung speziell
dieser Tatsache durchzuführen.
Dann werden die charakteristischen Werte eines Figurenmusters
als positive und negative Impulszahlen Nx⁺ und Nx -
in den differenzierten Wellenformen der projizierten Figuren
auf der X-Achse und in gleicher Weise positive und negative
Impulszahlen Ny⁺ und Ny - für die projizierte Figur
auf der Y-Achse definiert.
In Tabelle 1 sind verschiedene Figurenmuster, die positiven
und negativen Impulsgruppen in den differenzierten Wellenformen
der projizierten Figuren auf den X- und Y-Achsen
dieser Figurenmuster und die aus den Impulsgruppen errechneten
charakteristischen Werte Nx⁺, Nx -, Ny⁺ und Ny - gezeigt.
Wie man aus der Tabelle sieht, zeigen die charakteristischen
Werte der verschiedenen Figurenmuster Unterschiede
von einer Art zur anderen, und es wird daher möglich,
die Figurenmuster mit Hilfe der charakteristischen
Werte zu erkennen und voneinander zu unterscheiden.
Bei der Ausführung der Figurenmustererkennung durch Verwendung
dieser charakteristischen Werte wird es möglich,
wie nachfolgend gezeigt wird, die Notwendigkeit eines komplizierten
Vergleichsvorganges zu vermeiden, indem anstelle
ein Gestaltübereinstimmungswert N* verwendet wird, den
man aus einer arithmetischen Formel unter Verwendung der
charakteristischen Werte bestimmen kann.
Als ein Kandidat für die arithmetische Berechnungsformel
sei beispielsweise betrachtet:
N* = (Nx⁺ + Nx -) × (Ny⁺ + Ny -),
N* = (Nx⁺ + Ny⁺) × (Nx - + Ny -),
oder dergleichen. Die arithmetische Berechnungsformel ist
jedoch nicht auf diese beiden Beispiele beschränkt, ist
jedoch ausreichend, um einen Ausdruck darzustellen, der
eine präzisere Charakterisierung eines jeden zu erkennenden
Musters in Betracht zieht.
Im Schritt 130 wird dementsprechend der Gestaltübereinstimmungswert
N* für die Eingabemuster aus den charakteristischen
Werten Nx⁺, Nx -, Ny⁺ und Ny - errechnet,
indem eine angenommene arithmetische Berechnungsformel benutzt
wird. In den Schritten 140 und 150 wird dann eine
Erkennung der Eingabemuster erzielt, indem die Koinzidenz
des errechneten Gestaltübereinstimmungswertes N*
mit dem Standardgestaltübereinstimmungswert N*, der zuvor
für jedes Figurenmuster gespeichert worden ist, verglichen
und bestätigt wird. Im Falle, daß man keine Koinzidenz zwischen
zwei Arten von Gestaltübereinstimmungswerten N* in
den Vergleichsschritten 140 und 150 erhält, wird das Eingabemuster
als nicht in den zuvor gespeicherten Figurenmustern
enthalten angenommen, d. h., eine Erkennung ist ausgeschlossen
(Schritt 190).
An dieser Stelle seien die Vorgangsdetails in den Schritten
130 und 140 unter Bezugnahme auf Fig. 5 erläutert.
Wenn man am Schritt 120 nach Abschluß der Binärkodierung
im Schritt 110 angekommen ist, dann geht man zum Schritt
1203 über, nachdem die i- und j-Register auf 1 gesetzt
worden sind, um als Initialisierung die X- und Y-Achsen
anzugeben (Schritt 1201). Es sei betont, daß bei dem ersten
Einstellvorgang im Schritt 1201 ebenfalls eine Verarbeitung
durchgeführt wird, obgleich in der Figur nicht gezeigt,
um den Inhalt jeder der Register X(i), Y(j), AREA,
n, FDX, FDY, Nx⁺, Nx -, Ny⁺, Ny -, N* usw. zu löschen, wie
später noch beschrieben wird.
In den Schritten zwischen dem Schritt 1203 und Schritt
1223 werden Balkendiagramme der projizierten Figuren des
zu erkennenden Figurenmusters gebildet, wie das eine in
Fig. 4, für jede der X- und Y-Achsen als Basis, indem der
Pegelzustand diskriminiert wird (die Bereiche innerhalb
der projizierten Figur haben den hohen Pegel "1", während
die Bereiche außerhalb der projizierten Figur den niedrigen
Pegel "0" haben), für jeden Koordinatenpunkt f(i, j),
der von den Registern i und j in dem rechteckigen Koordinatensystem
nach Fig. 4 repräsentiert wird.
Zunächst wird die Verarbeitung des Balkendiagramms mit der
X-Achse als Basis beschrieben. Übergehend zum Schritt 1203
nach der Initialisierung im Schritt 1201, wird bezüglich
der Koordinate f(1, 1), die die Koordinate von f(i, j) am
Beginn der Diskriminierung repräsentiert, ermittelt, ob
sie auf dem Pegel "1" oder "0" ist, entsprechend der anfänglich
eingestellten Werte der Register i und j. Hier entspricht
die Koordinate f(1, 1) dem Ursprung des Koordinatensystems,
der der Ausgangspunkt für die X- und Y-Achsen ist.
Wenn das Ergebnis der Diskriminierung anzeigt, daß f(1, 1)
auf hohem Pegel ist, d. h., wenn er in der projizierten Figur
gefunden wird, dann geht man auf den Schritt 1205 über,
wo das Register X(i) (hier ist es gleich mit X(i=1)), das
die Häufigkeit des Aufgefundenwerdens in der projizierten
Figur (hoher Pegel "1") für jede X-Koordinate i repräsentiert,
inkrementell wie das Register AREA gesteigert wird,
das die Flächengröße des Figurenmusters angibt, dessen Inhalt
ebenfalls inkrementell erhöht wird, bevor man zum
Schritt 1206 übergeht. Im Schritt 1206 wird bestätigt, daß
der Balkendiagrammbetrieb mit der X-Achse als Basis nun abläuft,
und danach geht man auf Schritt 1207 über, um die
Koordinate anzugeben, die als nächste diskriminiert wird.
Im Schritt 1207 wird nur der Y-Achsenwert, der vom Register
j repräsentiert wird, durch stufenweises Vergrößern
des Inhalts des Registers j für die Punkte auf der Linie
variiert, entsprechend dem X-Register i zum gegenwärtigen
Zeitpunkt. Konkret ausgedrückt, es wird die Größe f(1, 2)
nach Verarbeitung im Schritt 1207 haben, wenn die Koordinate
vor der Verarbeitung f(1, 1) war. Danach wird auf
den Schritt 1209 übergegangen, wo diskriminiert wird, ob
der Wert des Registers j den Maximalwert Ymax der Y-Achse
erreicht hat. Wenn gefunden wird, das j<Ymax das Ergebnis
der Diskriminierung ist, dann wird entschieden, daß die
Veränderung des Y-Wertes auf der Linie entsprechend jenem
Wert von X seine Grenze erreicht hat, d. h., daß die Bestimmung
der Häufigkeit des Auftretens auf dieser Linie
abgeschlossen worden ist. Dann wird auf den Schritt 1211
übergegangen, wo der Inhalt des Registers i stufenweise
vergrößert wird und das Register j auf 1 zurückgesetzt
wird, um einen neuen Diskriminatorvorgang im nächsten
Schritt 1203 für die Linie entsprechend dem X-Wert durchzuführen,
der benachbart zu, und auf seiten des Maximalwertes
Xmax, relativ zu der Linie liegt, für die die Verarbeitung
soeben abgeschlossen worden ist. Konkret ausgedrückt,
es wird sich der Wert f(2, 1) nach Verarbeitung
im Schritt 1211 ergeben, wenn die Koordinate vor der Verarbeitung
f(1, Ymax) war. Wenn sich im Schritt 1209 nicht
j<Ymax ergibt, dann geht man direkt zum Schritt 1203 zurück,
um die Häufigkeit auf der Linie entsprechend demselben
Wert von X herauszufinden.
Nach Abschluß der Verarbeitung im Schritt 1211 wird auf
den Schritt 1213 übergegangen, wo eine Diskriminierung
stattfindet, ob der Inhalt des stufenweise erhöhten Registers
i den Maximalwert Xmax für die X-Achse übersteigt.
Wenn nämlich gefunden wird, das i<Xmax ist, dann zeigt
dies an, daß der Häufigkeitsbetrieb für alle Linien im
gesamten X-Wertebereich abgeschlossen worden ist, so daß
ein Befehl erzeugt wird, der den Verarbeitungsbetrieb für
das Balkendiagramm mit der Y-Achse als Basis durchführt
und die Register i und j auf die Anfangswerte 1 rückgestellt
werden, um zum Schritt 1203 zurückzukehren. Wenn
nun i<Xmax nicht gegeben ist, dann geht man direkt zum
Schritt 1203 über, indem entschieden wird, daß die Herstellung
des Balkendiagramms mit der X-Achse als Basis
noch nicht vollendet ist.
Auf diese Weise ist es möglich, die Häufigkeit für alle
Werte im gesamten Bereich der X-Achse zu erhalten, d. h.,
das Balkendiagramm mit der X-Achse als Basis, indem man
die Vorgänge zwischen den Schritten 1203 und 1215 wiederholt.
Als nächstes werden die Verarbeitungsschritte für das Balkendiagramm
mit der Y-Achse als Basis beschrieben. Zurückgehend
zum Schritt 1203 nach dem Einstellen deer vorgeschriebenen
Schalter im Schritt 1215 wird eine Unterscheidung
durchgeführt, ob "1" oder "0" als Pegel der Koordinate
f(1, 1) gegeben ist, die die Koordinate f(i, j) für die
anfänglich eingestellten Werte der Register i und j repräsentiert.
Wenn gefunden wird, daß f(1, 1) sich auf hohem
Pegel "1" befindet als Ergebnis der Diskriminierung, d. h.,
daß sie innerhalb eines Bereiches der projizierten Figur
liegt, dann wird zum Schritt 1205 übergegangen. Dort wird
das Register Y(j) (hier ist es gleich mit Y(j=1)), das die
Häufigkeit des Auftretens des Teils der projizierten Figur
(hoher Pegel "1") für jeden Wert j für die Y-Achse repräsentiert,
stufenweise erhöht, wie auch der Inhalt des Registers
AREA, der die Flächengröße des Figurenmusters repräsentiert,
stufenweise erhöht wird, bevor man zum Schritt
1206 übergeht. Wenn gefunden wird, daß f(1, 1) sich auf
niedrigem Pegel "0" im Schritt 1203 befindet, dann wird
direkt auf den Schritt 1206 übergegangen. Vom Schritt 1206
wird nach Bestätigung, daß der Betrieb zur Erzielung des
Balkendiagramms mit der Y-Achse als Basis sich in Ausführung
befindet, auf den Schritt 1217 übergegangen, um die
als nächste zu diskriminierende Koordinate einzustellen.
Im Schritt 1217 wird nur der X-Wert, der durch das Register
i repräsentiert wird, durch inkrementelles Erhöhen
des Inhalts des Registers i auf der Linie verändert, die
dem vorhandenen Wert des Registers j entspricht. Konkret
ausgedrückt, es wird den Wert f(2, 1) nach Verarbeitung im
Schritt 1217 haben, wenn die Koordinate vor der Verarbeitung
f(1, 1) war. Darauf folgend wird auf den Schritt 1219
übergegangen, um zu ermitteln, ob der Wert des Registers i
den Maximumwert Xmax für die X-Achse erreicht hat. Wenn als
Ergebnis der Diskriminierung gefunden wird, daß j<Xmax ist,
dann wird auf den Schritt 1221 übrgegangen, indem entschieden
wird, daß die Variation des X-Wertes auf einer Linie
mit gegebenem Y-Wert ihre Grenze erreicht hat, d. h.,
daß das Auffinden der Häufigkeiten auf dieser Linie abgeschlossen
worden ist. Im Schritt 1221 wird der Inhalt des
Registers j stufenweise erhöht und das Register i wird auf
1 zurückgesetzt, um einen neuen Diskriminationsvorgang im
nächsten Schritt 1223 zu beginnen für die Linie, die benachbart
zu, und auf der Seite gegen die Linie für den Maximumwert
Xmax in bezug auf die Linie, für die die Diskrimination
gerade abgeschlossen worden ist, liegt. Konkret gesagt,
es ergibt sich die Koordinate f(1, 2) nach der Verarbeitung
im Schritt 1221, wenn sie vor der Verarbeitung
f(Xmax, 1) war. Wenn im Schritt 1219 sich ergibt, daß
j<Xmax ist, dann geht man direkt zum Schritt 1203 zurück,
um die Häufigkeitsbestimmung für die Linie mit demselben
Y-Wert wie zuvor zu machen. Nach Abschluß der Verarbeitung
im Schritt 1221 geht man auf den nächsten Schritt 1223
über, wo unterschieden wird, ob der Inhalt des Registers j,
der stufenweise erhöht worden ist, den Maximumwert Ymax
für die Y-Achse überschritten hat. Wenn j<Ymax ist, dann
bedeutet dies, daß der Häufigkeitsbetrieb für alle Linien
im gesamten Bereich der Y-Achse abgeschlossen ist. Wenn
andererseits j<Ymax nicht gegeben ist, dann geht man direkt
zum Schritt 1203 zurück, indem entschieden wird, daß
die Herstellung des Balkendiagramms mit der Y-Achse als
Basis noch nicht abgeschlossen ist.
Durch Wiederholung der Vorgänge vom Schritt 1203 über die
Schritte 1206 und 1217 zum Schritt 1223 ist es daher möglich,
eine Häufigkeitsbestimmung für alle Linien im gesamten
Bereich der Y-Achse zu erzielen, d. h. ein Balkendiagramm
mit der Y-Achse als Basis zu erstellen. Kombiniert
mit dem Balkendiagramm mit der X-Achse als Basis, das zuvor
erhalten wurde, sind als Ergebnis die Arbeitsabläufe
für die Balkendiagramme für das Figurenmuster, das auf die
rechtwinkligen Koordinatenachsen nach Fig. 4 projiziert
worden ist, nun abgeschlossen.
In den Schritten 1225 bis 1249 wird nun eine Differenzierung
und Verarbeitung für die charakteristischen Werte Nx⁺,
Nx -, Ny⁺ und Ny - ausgeführt auf der Basis der Balkendiagramme
mit den X- und Y-Achsen als Basis, die man in den
Schritten 1203 bis 1223 erhalten hat.
Nach Erreichen des Schrittes 1225 geht man auf den Schritt
1227 über, nachdem der Inhalt des Registers n auf 1 zurückgestellt
worden ist. Im Schritt 1227 wird die Häufigkeitsdifferenz
FDX für die benachbarten X-Koordinaten (n
und n+1) errechnet unter Verwendung der Häufigkeit X(i),
die für jede X-Koordinate i gefunden worden ist. Der Vorgang
wird hier ausgeführt, um die Häufigkeitsdifferenz
FDX zwischen X(2) und X(1) zu ermitteln, da sie dem entspricht,
unmittelbar nach dem Rücksetzen des Registers n.
Im nächsten Schritt 1229 wird der Inhalt des Registers LEN,
der die Umfangslänge des Figurenmusters angibt, zum Absolutwert
der oben gefundenen Häufigkeitsdifferenz FDX hinzugezählt.
Danach wird zum Schritt 1231 übergegangen. Nach Bestätigung,
daß der Absolutwert der errechneten Häufigkeitsdifferenz
FDX einen vorgeschriebenen Wert P erreicht hat, wird
das Vorzeichen der Häufigkeitsdifferenz FDX ermittelt
(Schritt 1233). Es ergibt sich der charakteristische Wert
Nx⁺, der stufenweise im Schritt 1235 erhöht wird, wenn das
Vorzeichen positiv ist, oder der charakteristische Wert
Nx -, der stufenweise im Schritt 1237 erhöht wird, wenn das
Vorzeichen negativ ist. Wenn im Schritt 1231 gefunden
wird, daß die Häufigkeitsdifferenz FDX kleiner als P ist,
dann wird ein solcher Wert von der Auswertung von Nx⁺ und
Nx - ausgeschlossen, indem entschieden wird, daß dieser Wert
eine Störkomponente oder dergleichen ist.
Die Auswertung der charakteristischen Werte Ny⁺ und Ny -
für die Y-Achse wird später in den Schritten 1239 bis 1249
in gleicher Weise wie für die X-Achse ausgeführt.
Mit Abschluß einer Runde einer Serie charakteristischer
Werte Nx⁺, Nx -, Ny⁺ und Ny - für die X- und Y-Achsen geht
die Verarbeitung zum Schritt 1251 über. Im Schritt 1251
wird eine Diskriminierung durchgeführt, ob das Register n
den Maximumwert Max (hier wird zur Vereinfachung der Erläuterung
angenommen, daß Xmax=Ymax und im konkreten Fall
beispielsweise nmax=nmax-1, nmax=Max f(i-1, j)=Max
f(i, j-1)) erreicht hat. Wenn gefunden wird, daß
n=Max nicht gegeben ist als Ergebnis dieser Unterscheidung,
dann geht man zum Schritt 1253 über, wo das Register
n stufenweise erhöht wird, und man geht zum Schritt
1227 zurück, um den Differentiationsvorgang fortzusetzen
und die Auswertung der charakteristischen Werte durch Verschiebung
der Linien entsprechend gegen die Maximumwerte
Xmax und Ymax fortzusetzen. In der Schleife der Schritte
vom Schritt 1225 zum Schritt 1253 wird nämlich eine Auswertung
der charakteristischen Werte für die Gesamtbereiche
der X- und Y-Achsen ausgeführt auf der Grundlage der
Ergebnisse der Häufigkeitsdifferenzen FDX und FDY, die
für die Gesamtbereiche der X- und Y-Achsen ausgewertet werden.
Wenn im Schritt 1251 nach Wiederholung dieser Serie von
Verarbeitungsvorgängen festgestellt wird, daß n=nmax
vorliegt, was anzeigt, daß die Differentiation und die
Auswertung des charakteristischen Wertes für die gesamten
Bereiche der X- und Y-Achsen abgeschlossen ist, dann
geht man zum Schritt 1255 über, wo der Gestaltübereinstimmungswert
N* ausgewertet wird, wobei eine solche
arithmetische Formel, wie zuvor erläutert, verwendet wird,
und dann geht man zum nächsten Schritt 140 über, wo der
Vergleichsvorgang für die Muster durchzuführen ist.
Mit einem Erkennungssystem der zuvor beschriebenen Art ist
es möglich, verschiedene Figurenmuster, wie in Tabelle 1
gezeigt, voneinander zu unterscheiden. Die Figurenmuster,
die in Tabelle 2 gezeigt sind, haben jedoch, obgleich sie
einfache geometrische Figuren sind, denselben charakteristischen
Wert wie die Muster Nr. 4 und Nr. 7 aus der Tabelle
1, so daß die Unterscheidung zwischen den entsprechenden
Mustern gemäß dem vorangehenden System unmöglich
wird, wenn diese Muster vermischt vorliegen.
Um ein solches Problem zu lösen, ist es nur notwendig, ein
oder eine Kombination aus einer Vielzahl von Verfahren der
nachfolgend beschriebenen Art (Schritt 160) anzuwenden.
Ein erstes dieser Verfahren besteht darin, das Figurenmuster
unter Verwendung der Umfangslänge des Musters auszuwerten,
die auf eine einfache Weise, wie nachfolgend erläutert,
ermittelt werden kann.
Aufgrund der Tatsache, daß die Ableitungen der projizierten
Fig. 20X und 20Y in Fig. 4 in der Stufe ermittelt
werden können, wo die Figurendaten binär kodiert werden,
kann man sie als endliche Differenzen zwischen den benachbarten
projizierten Werten erhalten. Wenn die projizierten
Figuren auf die X- und Y-Achsen jene der projizierten Fig. 20X
und 20Y von Fig. 4 sind, dann sind die Werte der
endlichen Differenzen in den Tabellen 3 und 4 dargestellt.
Es sei festgehalten, daß die Umfangslänge des Figurenmusters
durch die Gesamtsumme der Absolutwerte der endlichen
Differenzen angegeben ist und daß die Länge ohne speziell
komplizierte Rechenvorgänge aus den Ableitungen (die Werte
der endlichen Differenzen) erhalten werden kann, die man
durch Differenzierung der projizierten Figuren im Verfahren
der Ermittlung der charakteristischen Werte, wie oben
beschrieben, erhält. Die Verwendung der Umfangslänge als
zweiter charakteristischer Wert macht es möglich, jene Figuren
voneinander zu unterscheiden, die man mit dem Gestaltübereinstimmungswert
N* allein nicht unterscheiden
kann.
Ein zweites Verfahren besteht darin, die Lage des Schwerpunktes
des Figurenmusters für die Unterscheidung heranzuziehen.
Die Lage des Schwerpunktes in bezug auf die X- und
Y-Achsen kann man aus den binär kodierten Figurenmustern
durch Anwendung einfacher mathematischer Formeln ermitteln.
Durch die Verwendung der Schwerpunktpositionen XG und YG,
notfalls geteilt durch die Maximalbreiten des Figurenmusters
X₁ bzw. Y₁, um sie zu normieren, als zweiter Satz
charakteristischer Werte wird es auch möglich, eine Übereinstimmung
auch solcher Figurenmuster festzustellen, die
mit den Gestaltübereinstimmungswert N* allein nicht ermittelt
werden kann.
Ein drittes Verfahren besteht darin, die Figurenmuster mit
Hilfe ihrer Fläche voneinander zu unterscheiden, die wiederum
sehr einfach durch Integrieren der projizierten Figuren
ermittelt werden kann. Mit der Fläche als dritter
charakteristischer Wert wird es möglich, solche Figurenmuster
voneinander zu unterscheiden, die unter Verwendung des
Gestaltübereinstimmungswertes N* allein nicht voneinander
unterschieden werden können.
Die Übereinstimmung der Figurenmuster nach Tabelle 2 kann
durch Verwendung der Umfangslänge festgestellt werden. Diese
Figurenmuster können auch durch Verwendung der Schwerpunktsorte
oder der Fläche miteinander verglichen werden,
vorausgesetzt, daß die Größe ihrer verschiedenen Teile
voneinander verschieden sind (Schritte 170 und 190).
In der vorangehenden Diskussion ist als Grundvoraussetzung
angenommen worden, daß die Figurenmuster in bezug auf ihre
Positur ausgerichtet sind, wie zuvor erwähnt. Selbst unter
einem solchen Erfordernis ist es denkbar, daß vier verschiedene
Posituren mit Phasendifferenzen von Vielfachen
von 90° für Figurenmuster gegeben sind, die etwa die Form
eines Rechtecks aufweisen. D. h., die zu erkennenden Objekte
sind geometrische Figuren, wie Stanzteile, die zu der
Biegemaschine zugeführt werden, und haben Figurenmuster,
die eine geschlossene Schleife umreißen, deren Linien parallel
und senkrecht zu einer gewissen Linie verlaufen.
Bevor sie der Maschine zugeführt werden, werden diese Teile
in bezug auf ihre Positur mit Hilfe einer Führungseinrichtung
ausgerichtet. Die Einrichtung zum Ausrichten der
Positur ist ausreichend, wenn sie solcher Art ist, daß sie,
wie allgemein in Anwendung, die Teile in einen Satz mehrerer
unterschiedlicher Posituren ausrichtet, indem sie die
Teile, die auf einer Fördervorrichtung in beliebigen Posituren
transportiert werden, gegen die Führung anschlagen
läßt, die im Transportweg angeordnet ist. Wenn die Teile
beispielsweise im wesentlichen die Gestalt eines Rechtecks
aufweisen, dann können sie in vier verschiedenen Posituren
angeordnet sein mit jeweils 90° Phasenverschiebung gegeneinander,
weil eine der Seiten des Rechteckes auf die
Führungslinie ausgerichtet ist. Aus diesem Grunde ist als
Beitrag zur automatischen Zuführung der erkannten Teile zu
einer Maschine, wie beispielsweise einer Biegemaschine,
eine Positurerkennung für diese Teile vorgesehen, die
nachfolgend erläutert wird (Schritt 180).
Die Positurerkennung eines Figurenmusters ist durch die
folgende Serie von Ablaufschritten gekennzeichnet. Ein Figurenmuster,
in einer aus einer Mehrzahl von möglichen,
durch die Führung gegebenen Posituren, wird durch die Mustereingabeeinrichtung
5 ermittelt und wird binär kodiert.
Die binär kodierten, so erhaltenen Musterdaten werden in
projizierte Figuren für die aufeinander senkrecht stehenden
zwei Achsen durch die Gestalt-Unterscheidungseinrichtung
11 transformiert. Durch Zählen der positiven und negativen
Impulse, die in den differenzierten Wellenformen,
die durch Differentiation dieser projizierten Figuren erhalten
werden, erscheinen, wird die Positurerkennung des
Figurenmusters auf der Grundlage der Regelmäßigkeit ausgeführt,
mit der die Impulszahlen entsprechend der Positur
des Figurenmusters variieren.
Bei diesem Verfahren der Positurerkennung eines Figurenmusters
wird nämlich von den charakteristischen Werten
Nx⁺, Nx -, Ny⁺ und Ny - Gebrauch gemacht, die man durch Zählung
der Anzahlen der positiven und negativen Impulse in
den differenzierten Wellenformen der auf die X- und Y-Achsen
projizierten Figuren finden kann. Bei diesem Verfahren
wird speziell Gebrauch gemacht von einer gewissen Regelmäßigkeit,
mit der diese charakteristischen Werte entsprechend
der Positur des Figurenmusters variieren.
Es sei betont, daß die Tatsache, daß die charakteristischen
Werte eines Figurenmusters mit seiner Positur variieren,
in geeigneter Weise in Betracht gezogen wird, wenn die
Gestaltprüfung für die Zuführung von Teilen durchgeführt
wird, die als Gemisch einer Vielzahl von Teilen unterschiedlicher
Gestalt vorliegen.
Die obige Variation der charakteristischen Werte eines Figurenmusters
weist eine Regelmäßigkeit auf, die sich mit
einem gewissen Verhältnis ändert, das der Positur des Figurenmusters
entspricht. Für das Figurenmuster Nr. 3 von
Tabelle 1 ändern sich die charakteristischen Werte beispielsweise
wie in Tabelle 5 gezeigt. Die charakteristischen
Werte in Tabelle 5 sind jene, die den Figurenmustern
entsprechen, die man erhält, indem man sie im Uhrzeigersinn
in Schritten von 90° dreht, mit der Figur in Tabelle 1
(Drehwinkel 0°) als Bezugsrichtung.
Die Veränderung der charakteristischen Werte entsprechend
der Positur der Figurenmuster, wie sie oben angegeben ist,
ist eine spezielle Verwirklichung des allgemeineren, in
Tabelle 6 dargestellten Zusammenhangs. Tabelle 6 gibt die
charakteristischen Werte für jede Positur an, mit den charakteristischen
Werten für den Fall des Winkels 0°, wo die
charakteristischen Werte a, b, c und d sind.
Durch Verwendung der charakteristischen Werte, die eine
solche Variationsregelmäßigkeit haben, wird es möglich,
die Positur eines Figurenmusters zu ermitteln, indem man
den Drehwinkel ermittelt, für den die Art des Auftretens
der charakteristischen Werte, wie in Tabelle 6 angegeben,
mit der Art für das untersuchte Figurenmuster übereinstimmt.
Für die Figurenmuster, wie beispielsweise für die der
Bildaufnahmeeinrichtung 5 zugeführten Teile, ist es möglich,
zuvor nicht nur die charakteristischen Werte für diese
Bezugsposituren zu kennen, sondern auch die charakteristischen
Werte für jede Positur, die Änderungen im Drehwinkel
von Vielfachen von 90° gegenüber den Verhältnissen
entsprechen, die in Tabelle 6 angegeben sind. Durch vorausgehende
Speicherung dieser Information in der Gestaltübereinstimmungseinrichtung
ist es möglich, die Positur
des Figurenmusters zu erkennen, indem man sie mit den charakteristischen
Werten vergleicht, die von dem zugeführten
Figurenmuster ermittelt werden.
Als nächstes wird eine weitere Ausführungsform des Erkennungsbetriebes
unter Bezugnahme auf Fig. 6 erläutert. Der
Aufbau dieser Vorrichtung ist der gleiche, aber die Verarbeitung
in der Gestalt-Unterscheidungseinrichtung 11 ist anders
als bei der Vorrichtung, die unter Bezugnahme auf die
Fig. 1 und 2 beschrieben wurde.
Die Erkennung wird durch Transformation der von der Mustereingabeeinrichtung
aufgenommenen, binär kodierten Figurenmuster
in der Gestalt-Unterscheidungseinrichtung in auf
zwei aufeinander senkrecht stehende Achsen projizierte Figuren
ausgeführt und durch Zählen der Anzahl von benachbarten
Vielzahlen von Impulsen, die in den differenzierten
Wellenformen vorhanden sind, die man durch Differenzieren
der projizierten Figuren erhält, für jede mögliche Kombination
in der Anordnung positiver und negativer Vorzeichen.
Die Erkennung eines Figurenmusters wird durch Verwendung
dieser gezählten Anzahlen als charakteristische Werte für
das Figurenmuster durchgeführt.
Hier besteht das spezielle Merkmal dieses Verfahrens der
Erkennung eines Figurenmusters in der Verwendung von Gestaltauswahlwerten,
die als Zahlen definiert werden können,
die aus diesen charakteristischen Werten ausgewertet
werden können mit Hilfe von arithmetischen Formeln, oder
als die numerischen Werte, die durch Zuordnung dieser charakteristischen
Werte zu jeder unterschiedlichen Stelle
erstellt werden.
Es sei, wie im Falle der vorangehenden Ausführungsform,
weiterhin angenommen, daß die Zuführung dieser Figurenmuster
in ausgerichteten Figurenposituren erfolgt.
Nun wird für eine Vielzahl von Impulsen in der differenzierten
Wellenform der Projektion auf die X-Achse eines
Figurenmusters, das von der Mustereingabeeinrichtung 5 abgelesen
wurde (Schritt 200) und binär kodiert wurde
(Schritt 201) die Häufigkeit des Auftretens einer Vielzahl
benachbarter Impulse mit derselben Gruppe positiver
und negativer Vorzeichen für jede mögliche Kombination von
Vorzeichengruppen bestimmt. Ein Satz dieser Häufigkeiten
des Auftretens wird nun als ein neuer Satz charakteristischer
Werte für das Bild definiert.
Genauer gesagt, es gibt beispielsweise vier Kombinationen
++, +-, -+ und -- als mögliche Gruppen von Vorzeichen eines
Paares benachbarter Impulse. Für die Impulse in den differenzierten
Wellenformen nach Fig. 4 sind beispielsweise
die Häufigkeiten des Auftretens dieser Vorzeichengruppen,
nämlich die charakteristischen Werte, 1, 1, 0, 1 entsprechend
den X- und Y-Achsen. Wenn man die charakteristischen
Werte, die man aus der differenzierten Wellenform der auf die
X-Achse projizierten Figur erhält, Mx ++, Mx +-, Mx -+ und Mx --
und ähnlich für die Y-Achse My ++, My +-, My -+ und My --
nennt, dann sind die charakteristischen Werte für die verschiedenen
Figurenmuster nach Tabelle 7 in der dritten
Spalte dieser Tabelle angegeben.
In Tabelle 7 sind verschiedene Figurenmuster dargestellt,
sowie die Impulsgruppen, die in den differenzierten Wellenformen
der auf die X- und Y-Achsen projizierten Figuren
erscheinen, die aus diesen Impulsgruppen erhaltenen
charakteristischen Werte, und die Gestaltauswahlwerte, die
aus diesen charakteristischen Werten errechnet worden sind.
Wie man aus dieser Tabelle ersieht, zeigen die verschiedenen
Figurenmuster einige Unterschiede in ihren charakteristischen
Werten und es ist daher möglich, sie zu erkennen
und voneinander zu unterscheiden, indem man diese charakteristischen
Werte verwendet (Schritt 230).
Bei der Ausführung der Erkennung dieser Figurenmuster mit
Hilfe dieser charakteristischen Werte wird es möglich, wie
unten beschrieben, die Notwendigkeit, eine komplizierte Vergleichsverarbeitung,
wie sie bei der allgemeinen Mustererkennung
verwendet wird, zu vermeiden und die Untersuchung drastisch
zu vereinfachen, indem die Gestaltauswahlwerte verwendet
werden, die man mit den arithmetischen Formeln unter Verwendung
der charakteristischen Werte erhält.
Als arithmetische Formeln zum Bestimmen der Gestaltauswahlwerte
kann man beispielsweise die folgenden verwenden:)
Mx* = (Mx ++ · Mx --) + (Mx +- · Mx -+) (1)
My* = (My ++ · My --) + (My +- · My -+) (2).
Sofern es benötigt wird, kann ein neuer Gestaltauswahlwert
M* wie folgt definiert werden:
M* = Mx* + My* (3)
unter den Bedingungen der Gestaltauswahlwerte Mx* und My*,
die man aus den vorangehenden Gleichungen erhält. Ein weiterer
Gestaltauswahlwert M* kann beispielsweise definiert
werden durch:
M* = (M++ · M--) + (M+- · M-+) (4)
worin M++, M--, M+- und M-+ die Summen der entsprechenden
charakteristischen Werte sind, die den gleichen Vorzeichengruppen
in bezug auf die X- und Y-Achsen entsprechen.
Im Schritt 230 werden daher die Gestaltauswahlwerte für die
eingegebene Figur aus den arithmetischen Formeln unter Verwendung
der charakteristischen Werte Mx ++, Mx +-, Mx -+, Mx --,
My ++, My +-, My -+ und My -- errechnet, die sich auf die differenzierten
Wellenformen der auf die X- und Y-Achsen projizierten
Figuren beziehen. In den Schritten 240 und 250
wird die Erkennung des Eingabefigurenmusters abgeschlossen,
indem man durch Vergleich die Koinzidenz der errechneten
Gestaltauswahlwerte für die Figur mit den Bezugsgestaltauswahlwerten,
die zuvor für die verschiedenen Figurenmuster
eingespeichert worden sind, überprüft. Im Falle,
daß man keine Koinzidenz zwischen den zwei Arten von Gestaltauswahlwerten
durch den Vergleich in den Schritten
240 und 250 erhält, wird entschieden, daß die Eingabefigur
unter den zuvor gespeicherten Figurenmustern nicht gefunden
werden kann oder daß die Figur eine solche ist, die
nicht erkannt werden kann (Schritt 290).
Unter Bezugnahme auf Fig. 7 sollen nun die Details der Verarbeitung
in den Schritten 220 und 230 erläutert werden.
Wenn nach Abschluß des Binärkodierungsvorgangs im Schritt
210 der Schritt 220 erreicht ist, dann geht der Ablauf zum
Schritt 2203 über, nachdem die i- und j-Register für die
X- bzw. Y-Achsen auf 1 als Anfangswerte eingestellt worden
sind (Schritt 2201). Dieser anfängliche Einstellvorgang im
Schritt 2201 umfaßt auch, obgleich nicht dargestellt, die
Löschung des Inhalts jedes der Register X(i), Y(j), AREA,
n, FDX, FDY, Mx ++, Mx +-, Mx -+, Mx --, My ++, My +-, My -+,
My -- und weitere, wie später noch beschrieben wird.
Die Beschreibung des Ablaufs zwischen den Schritten 2203
und 2223 braucht hier nicht mehr zu erfolgen, da er dem
zwischen den Schritten 203 und 1223 der unter Bezugnahme
auf Fig. 5 erläuterten Ausführungsform entspricht.
In den Schritten 2225 bis 2251 wird nun die Differentiation
und die Verarbeitung für die charakteristischen Werte
Mx ++, Mx +-, Mx -+, Mx --, My ++, My +-, My -+ und My -- auf der
Grundlage der Balkendiagramme für die X- und Y-Achsen ausgeführt,
die man in den Schritten 2203 bis 2223 erhält.
Wenn man beim Schritt 2225 ankommt, wird der Wert des Registers
n auf 1 zurückgesetzt, bevor man zum Schritt 2227
übergeht. Im Schritt 2227 wird die Häufigkeitsdifferenz
FDX für die benachbarten X-Koordinaten (n und n+1) errechnet
unter Benutzung der Häufigkeit X(i) für jede X-Koordinate
i, die im Schritt 2205 erhalten wird. Hier wird
die Häufigkeitsdifferenz FDX zwischen X(2) und X(1) be
rechnet, da das Register n jenem Wert unmittelbar vor dem
Rücksetzen entspricht. Im nächsten Schritt 2229 wird unter
Verwendung der so erhaltenen Häufigkeitsdifferenz FDX der
Inhalt des Registers LEN, der der Umfangslänge des Figuren
musters entspricht, hinzuaddiert.
Nach Bestätigung, daß der Absolutwert der errechneten Häu
figkeitsdifferenz FDX einen vorbestimmten Wert P erreicht
hat, wird zum Schritt 2331 übergegangen, wo das Vorzeichen
von FDX ermittelt wird (Schritt 2233), bevor man zum Schritt
2234 übergeht, wenn das Vorzeichen positiv ist, oder zum
Schritt 2237 übergeht, wenn das Vorzeichen negativ ist. In
den Schritten 2234 oder 2237 wird ein vorbestimmter charak
teristischer Wert stufenweise erhöht, indem das Vorzeichen
des vorangehenden FDX geprüft wird. D. h. im Schritt 2234
wird der charakteristische Wert Mx ++ stufenweise erhöht,
wenn das vorangehende FDX einen positiven Wert hat, oder
der charakteristische Wert Mx +- wird stufenweise erhöht,
wenn es einen negativen Wert hatte. Andererseits werden im
Schritt 2237 die charakteristischen Werte Mx +- und Mx --
stufenweise erhöht, wenn das vorangehende FDX positive bzw.
negative Werte hatte. Wenn weiterhin die Häufigkeitsdifferenz
FDX im Schritt 2231 kleiner als P ist, dann wird eine
solche Häufigkeitsdifferenz von der Auswertung der charak
teristischen Werte Mx ++, Mx +-, Mx -+ und Mx -- ausgeschlossen,
indem entschieden wird, daß sie eine Rauschkomponente
dieser oder jener Art repräsentiert.
Die Auswertung der charakteristischen Werte My ++, My +-,
My -+ und My -- für die Y-Achse wird in der gleichen Weise
wie jene für die X-Achse in den nachfolgenden Schritten
2240 bis 2251 ausgeführt.
Nach Abschluß der Auswertung einer Serie von charakteristischen
Werten Mx ++, Mx +-, Mx -+, Mx --, My ++, My J+-, My -+ und
My -- geht man auf den Schritt 2252 über. Die Verarbeitungs
vorgänge zwischen dem Schritt 2252 und dem Schritt 2255
brauchen nicht erläutert zu werden, da sie denen zwischen
den Schritten 1251 und 1255 von Fig. 5 der vorangehenden
Ausführungsform vergleichbar sind.
In der Gestalterkennung nach dem vorangehend beschriebenen
System, im besonderen mit dem Verfahren, das den Gestalt
auswahlwert wie durch die Gleichungen (1) bis (3) definiert,
verwendet, wird die Übereinstimmungsprüfung bezüglich
der Figurenmuster 4 und 5 aus Tabelle 7 als Beispiel
unmöglich, wenn diese Muster durcheinander gemischt sind.
Solche Figurenmuster, die nach dem vorangehend beschriebe
nen Verfahren nicht voneinander unterschieden werden können,
lassen sich durch ein Verfahren wie beispielsweise
dem nachfolgend beschriebenen voneinander unterscheiden.
Wenn nämlich die Anzahlen der positiven und negativen Impulse
in den differenzierten Wellenformen der auf die X-
und Y-Achsen projizierten Figuren, nämlich Nx⁺, Nx -, Ny⁺
und Ny - als zweiter Satz charakteristischer Werte verwendet
wird, dann unterscheiden sich diese Sätze für die zwei
betrachteten Figurenmuster. Sie sind nämlich 2, 2, 2, 1
für das Figurenmuster Nr. 4 und 2, 2, 2, 2 für das Figuren
muster Nr. 5, wie man aus den Impulsgruppen entnehmen
kann, die in Tabelle 7 angegeben sind. Wenn man daher den
beispielsweisen durch N* = (Nx⁺ Nx -) + (Ny⁺Ny -) definierten
Gestaltübereinstimmungswert verwendet, dann erhält man N* = 12 für
das Figurenmuster Nr. 4, während man N* = 16 für das Figuren
muster Nr. 5 erhält, wodurch es möglich wird, diese
beiden Figurenmuster leicht voneinander zu unterscheiden.
Für eine genaue Übereinstimmungsprüfung der Figurenmuster
ist es weiterhin auch wirksam, den charakteristischen Wert
M* nach dem folgenden Verfahren zu ermitteln. Man braucht
nämlich nur die Gestaltsauswahlwerte Mx* und My* zu defi
nieren, beispielsweise durch
Mx* = Mx ++ × 1000 + Mx +- × 100 + Mx -+ × 10 + Mx -- (5)
My* = My ++ × 1000 + My +- × 100 + My -+ × 10 + My -- (6)
oder man kann den Gestaltauswahlwert M*, wie durch die
Gleichung (3) definiert, auswerten.
In Tabelle 7 sind die Gestaltauswahlwerte angegeben, wie
sie unter Verwendung der verschiedenen, soweit angegebenen
Gleichungen errechnet worden sind.
Die arithmetischen Formeln zur Verwendung für die Überein
stimmungsprüfung sind nicht notwendigerweise auf die ange
gebenen beschränkt, es können auch andere Formeln verwendet
werden, die die speziellen Merkmale jedes zu vergleichenden
Figurenmusters in Betracht ziehen.
Außerdem kann für kompliziertere Figurenmuster beispiels
weise von dem charakteristischen Werten Gebrauch gemacht
werden, die als Häufigkeit des Auftauchens von acht
Arten von Vorzeichengruppen, nämlich +++, ++-, +-+, +--,
-++, -+-, --+ und --- definiert sind, die man als mögliche
Kombinationen von Gruppen positiver und negativer Vorzeichen
von drei aufeinanderfolgenden Impulsen erhält.
Mit den Übereinstimmungs- und Erkennungssystemen der vor
beschriebenen Art ist es möglich, die Unterscheidung der
Figurenmuster nach Tabelle 7 oder verschiedenen Arten von
Figurenmustern auszuführen. In Abhängigkeit von den Figuren
mustern können jedoch auch Fälle auftreten, in denen mehreren
Figurenmustern identische charakteristische Werte zu
geordnet sind, in welchem Falle die Unterscheidung unmöglich
wird.
In einem solchen Falle werden die Umfangslänge, die Lage
des Schwerpunktes oder die Flächengröße der Figurenmuster
als zweiter charakteristischer Wert verwendet, wodurch,
wie im ersten Ausführungsbeispiel beschrieben, für solche
Figurenmuster die Unterscheidung möglich ist, die unter
Verwendung der obigen charakteristischen Werte allein nicht
unterschieden werden können (Schritte 260, 270 und 290).
Außerdem wird vorausgesetzt, daß die Figurenmuster,
die als ungefähr rechteckig angesehen werden können,
existieren vier mögliche Posituren, die um 90° gegeneinander
phasenverschoben sind, für die obigen charakteristischen
Werte voneinander verschieden sind. Es existieren
jedoch gewisse Zusammenhänge zwischen den charakteristi
schen Werten für diese vier Posituren, so daß durch Verwendung
solcher Zusammenhänge es möglich wird, wie für das zuvor
beschriebene Ausführungsbeispiel, die Figurenmuster un
abhängig von ihren Posituren zu erkennen und darüber hinaus
ihre Posituren gleichzeitig zu erkennen (Schritt 280).
Fig. 8 zeigt eine Verarbeitung, bei der die zwei voran
gehend erläuterten Ausführungsformen miteinander kombiniert
sind. Es wird nämlich das von der Mustereingabeeinrichtung
5 ermittelte Figurenmuster, das binär kodiert wurde, in
die Figuren transformiert, die auf zwei aufeinander senk
recht stehende Achsen projiziert worden sind (Gestalt-Unter
scheidungseinrichtung 11). Dann werden die charakteristischen
Werte als positive und negative Impulszahlen und als
die Werte bestimmt, die auf den benachbarten Polaritäten
beruhen, die man in den differenzierten Wellenformen findet,
die durch Differenzieren dieser projizierten Figuren
erhalten wurden (Schritte 300 bis 320). Das spezielle Merkmal
des Verfahrens besteht darin, die Erkennung der Figuren
muster durch Verwendung dieser charakteristischen Werte
auszuführen (Schritte 330 bis 420). In diesem Falle ist
der Aufbau der Vorrichtung der gleiche wie in Fig. 1 ge
zeigt, aber der Arbeitsablauf in der Gestalt-Unterschei
dungseinrichtung 11 ist unterschiedlich, wie zuvor erläutert.
Claims (5)
1. Mustererkennungsvorrichtung zur Ermittlung der
Übereinstimmung der Gestalt eines von mehreren Bezugsmustern
mit derjenigen eines in die Vorrichtung mittels einer
optischen Erfassungseinrichtung eingegebenen Musters, das
Seiten aufweist, die auf zwei zueinander orthogonale X- und
Y-Koordinaten ausgerichtet sind, enthaltend:
eine Einrichtung zum Erzeugen der Projektionen (20X, 20Y) des Eingabemusters auf die X- und Y-Koordinaten,
eine Einrichtung zum Erzeugen der ersten Ableitungen (30X, 30Y) der Projektoren bezüglich der X- und Y-Koordinaten;
eine Einrichtung zum Ermitteln der Anzahl positiver Impulse (Nx⁺, Ny⁺) und der Anzahl negativer Impulse (Nx -, Ny -) der ersten Ableitungen;
eine Einrichtung zum Erzeugen eines charakteristischen Wertes des Eingabemusters aus einer Funktion der Anzahl positiver und negativer Impulse, wobei diese Funktion derart ist, daß der charakteristische Wert dazu verwendet werden kann, jedes Muster von anderen der Bezugsmuster zu unterscheiden; und
eine Einrichtung (11) zum Ermitteln einer Übereinstimmung der Gestalt des Eingabemusters mit derjenigen eines der Bezugsmuster durch Vergleich des charakteristischen Wertes des Eingabemusters mit den in einem Speicher (29) gespeicherten charakteristischen Werten der Bezugsmuster.
eine Einrichtung zum Erzeugen der Projektionen (20X, 20Y) des Eingabemusters auf die X- und Y-Koordinaten,
eine Einrichtung zum Erzeugen der ersten Ableitungen (30X, 30Y) der Projektoren bezüglich der X- und Y-Koordinaten;
eine Einrichtung zum Ermitteln der Anzahl positiver Impulse (Nx⁺, Ny⁺) und der Anzahl negativer Impulse (Nx -, Ny -) der ersten Ableitungen;
eine Einrichtung zum Erzeugen eines charakteristischen Wertes des Eingabemusters aus einer Funktion der Anzahl positiver und negativer Impulse, wobei diese Funktion derart ist, daß der charakteristische Wert dazu verwendet werden kann, jedes Muster von anderen der Bezugsmuster zu unterscheiden; und
eine Einrichtung (11) zum Ermitteln einer Übereinstimmung der Gestalt des Eingabemusters mit derjenigen eines der Bezugsmuster durch Vergleich des charakteristischen Wertes des Eingabemusters mit den in einem Speicher (29) gespeicherten charakteristischen Werten der Bezugsmuster.
2. Mustererkennungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die
Funktion das Produkt aus der Summe der Anzahl
positiver Impulse und der Summe der Anzahl negativer Impulse
der ersten Ableitungen der Projektionen ist.
3. Mustererkennungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei
der die Einrichtung (11) zur Ermittlung der
Gestaltübereinstimmung die Umfangslänge des Eingabemusters
zur Erkennung desselben verwendet.
4. Mustererkennungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei
der die Einrichtung (11) zur Ermittlung der
Gestaltübereinstimmung die Lage des Schwerpunktes des
Eingabemusters zur Erkennung desselben verwendet.
5. Mustererkennungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei
der die Einrichtung (11) zur Ermittlung der
Gestaltübereinstimmung die Flächengröße des Eingabemusters zur
Erkennung desselben verwendet.
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