DE3734609C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltungsanord­ nung zur Mustervorbereitung für farbige textile Flächengebilde, wobei die Bilderfassung über eine Videokamera erfolgt und die Weiterverarbeitung der Bilddaten in der Mustervorbereitung rechnergestützt unter Einbeziehung eines Monitors zur visuellen Kontrolle erfolgt.

In der DE-OS 33 42 004 wird eine Vorrichtung zum Eingeben von Videosignalen in einen Digitalspeicher beschrieben, bei der das von der Kamera kommende Videosignal mit Hilfe geeigneter Befeh­ le von einer Steuereinheit durch A/D-Wandler in digitale Daten umgewandelt und in einem Videospeicher eingeschrieben wird.

Während dieses Vorganges wird der CPU-BUS vom Speicher wegge­ schaltet, und die Adressen werden von einem Adressenzähler be­ reitgestellt. Bei Vorrichtungen dieser Art wird eine möglichst wirklichkeitsnahe Wiedergabe des Originalbildes durch das digi­ talisierte Videobild, d. h. geringstmöglicher Informationsver­ lust bei der Digitalisierung, angestrebt.

Das bedeutet aber, daß kosten- und bauelementeaufwendige Spei­ cheranordnungen eingesetzt werden müssen. Dies gilt besonders, wenn unter Echtzeitbedingungen gearbeitet werden soll und auf­ grund der hohen Geschwindigkeitsanforderungen statische RAM- Schaltkreise benötigt werden.

In der DE-AS 22 14 787 wird ein Verfahren und eine Einrichtung zur Übertragung des Informationsgehaltes einer mehrfarbigen Musterzeichnung für Textilmaschinen in einem Steuereinrich­ tungsspeicher beschrieben. Hier wird eine Mustervorlage noch weitestgehend über mechanisch bewegte Sensoren eingegeben.

Dieses Verfahren wird in der DE-AS 24 58 927, welche eine An­ ordnung zur Übertragung eines Musters beschreibt, bedeutend erweitert. Hier wird zunächst dem Original über eine Video­ kamera eine Musterinformation entnommen, deren Farben und Kon­ turen auf einem Bildschirm zur Anzeige gebracht werden, wobei das Bildfeld rasterförmig und sichtbar in eine vorbestimmte Anzahl von Bildelementen zerlegt und schrittweise für jedes dieser Bildelemente der zugehörige Farbwert ermittelt wird. Die farbtüchtige Videokamera liefert Signale für die drei Farbkanäle, Rot, Grün und Blau. Diese Informationen werden auf einer Magnetscheibe (Videospeicher) kurzzeitig zwischengespei­ chert. Von dort werden die Analogsignale der drei Farbkanäle einem Codewandler zugeführt. Der Codewandler enthält neun Span­ nungsvergleicher mit verschiedenen Spannungspegeln, die vom Bediener eingestellt werden können. Die Signale an den Aus­ gängen der Spannungsvergleicher werden digitalisiert und über einen Bandlocher auf ein Lochband ausgegeben. Gleichzeitig werden die codierten Signale des Wandlers wieder zusammenge­ setzt und nach D/A-Wandlung auf einem Farbmonitor angezeigt. Das Bild kann in maximal sechs Farben zerlegt werden. Dadurch, daß hier die Speicherung und Farbcodierung mit analogen Sig­ nalen durchgeführt wird, benötigt man eine aufwendige Video­ technik. Der eingesetzte Rechner ist an der Behandlung der Farbinformation nicht beteiligt.

Weiterhin ist die Musterausgabe nur auf ein Lochband möglich.

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Mustervorbereitung anzugeben, bei dem die Videosignale so reduziert werden, daß Speicherbedarf eingespart wird und gleichzeitig eine notwendige Einschränkung auf wenige Farben, die frei wählbar sind, reali­ siert wird. Zur Durchführung des Verfahrens soll eine Schal­ tungsanordnung entworfen werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine farbige Vorlage für textile Musterungen mit Hilfe einer Videokamera zu erfas­ sen, unter Echtzeitbedingungen in maximal 16 Farben (4 Bit/ Bildpunkt) zu klassifizieren und in einem Speicher abzulegen, von dem aus das entstandene Bild auf einem Farbmonitor darge­ stellt bzw. weiterverarbeitet werden kann.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe wie in den kennzeichnenden Teilen der Ansprüche dargestellt gelöst.

Das Wesen der Erfindung ist darin zu sehen, daß die von der Videokamera kommenden digitalisierten Farbsignale als Adressen an einen Speicher angelegt werden, wobei in diesem auf jedem Speicherplatz ein 4-Bit-Farbcodewort steht, welches folgender­ maßen ermittelt wurde:
Die vom Bediener festgelegten Auswahlfarben, in die die Vor­ lage klassifiziert werden soll, lassen sich durch Punkte in einem durch die Intensitäten Rot, Grün und Blau aufgespannten Raum darstellen. Die digitalisierten Farbsignale, deren Rot-, Grün- und Blauanteile bekannt sind, lassen sich ebenfalls in diesem Farbraum darstellen. Nach einem geeigneten Algorithmus wird für alle theoretisch möglichen Farbsignale, die von der Videokamera kommen können, der geringste Abstand des zu unter­ suchenden Farbsignales zu einem der ausgewählten Farbpunkte ermittelt. Der entsprechende Farbcode wird in die dem Farb­ signal entsprechende Adresse eingetragen, d. h. es wird an­ stelle des eigentlichen Farbsignales für jeden Bildpunkt nur der Farbcode in den Bildwiederholspeicher eingetragen. Zu be­ achten ist dabei noch, daß jeweils die Farbcodes von vier aufeinanderfolgenden Bildpunkten zu einem Wort zusammengefaßt und erst dann in den Bildwiederholspeicher eingeschrieben wer­ den.

Der Vorteil der Erfindung liegt in den erreichten zeitlichen Bedingungen, die die Verwendung von dynamischen RAM-Schalt­ kreisen, die zwar längere Zugriffszeiten haben, aber aufgrund ihrer höheren Integrationsdichte ökonomisch günstiger einsetz­ bar sind, ermöglichen.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbei­ spieles näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine Übersichtsdarstellung,

Fig. 2 die Zuordnung der Speicher zum Mikroprozessor,

Fig. 3 eine räumliche Darstellung für die Farbinformationen,

Fig. 4 ein Blockschaltbild der Schaltungsanordnung,

Fig. 5 Algorithmus zur Abstandsermittlung.

In Fig. 1 wird eine Übersichtsdarstellung gezeigt, mit deren Hilfe die Einordnung der vorgeschlagenen Lösung in ihr Anwen­ dungsgebiet vorgenommen werden soll.

Eine Mustervorbereitungsanlage 5 wird u. a. zum Entwerfen von Jacquardmustern in der Textilindustrie verwendet. Das im Bild­ wiederholspeicher 2 abgelegte Muster wird unter Steuerung ei­ nes Mikroprozessors 1 in den Hauptspeicher 3 der Mustervorbe­ reitungsanlage und von dort beispielsweise auf eine Diskette 4 geschrieben. Die auf der Diskette 4 gespeicherten Daten werden mittels eines Laufwerkes 6 der Bedieneinheit 7 der Textilmaschine 11 gelesen. Von dort aus gelangen sie in den Hauptspeicher 8 der Maschine. Diese Daten werden dann vom Mikroprozessor 9 genutzt, um die Jacquardeinrichtung 10 zu steuern.

In Fig. 2 wird die Zuordnung der Speicher zum Mikroprozessor in der Mustervorbereitungsanlage gezeigt.

Der Mikroprozessor 1 arbeitet wechselseitig mit dem Bild­ wiederholspeicher 2 und dem Hauptspeicher 3. Weiterhin steuert er einen Farbklassifikationsspeicher 14 und einen Intensitäts­ wertspeicher 15. Von der Videokamera 12 gelangen die Signale über einen A/D-Wandler 13 auf den Farbklassifikationsspeicher 14, dessen Ausgang auf den Bildwiederholspeicher 2 geschaltet ist, wobei der Bildwiederholspeicher 2 über den Intensitäts­ wertspeicher 15 auf einen D/A-Wandler 16 geschaltet ist, der die Analogsignale für den Monitor 17 liefert.

Der Arbeitsablauf sieht vor, daß die von der Videokamera 12 kommenden Signale der drei Farbkanäle Rot, Grün und Blau über den A/D-Wandler 13 digitalisiert und an die Adreßeingänge des Farbklassifikationsspeichers 14 gelegt werden. Den einzelnen Farbinformationen sind dabei feste Bitpositionen zugeordnet. Durch geeignete Software werden die Speicherzellen in der Ini­ tialisierungsphase vor der Farbklassifikation so geladen, daß jeder Farbinformation/Bildpunkt (9 Bit) ein bestimmter Farb­ code (4 Bit) zugeordnet wird. Dieser Farbcode wird nun anstel­ le des eigentlichen digitalen Farbsignales in den Bildwieder­ holspeicher 2 eingetragen.

Bei der Zuordnung der Farbcodes zu den ankommenden Farbinfor­ mationen müssen zunächst vom Bediener die Farben ausgewählt werden, in die das Bild klassifiziert werden soll. Das kann beispielsweise durch Auswahl aus vorgegebenen Farbbalken oder durch Mischen der Intensitäten der einzelnen Farbkanäle im In­ tensitätswertspeicher 15 zur gewünschten Farbe erfolgen. Diese Farben sind durch Punkte in einem Raum, der durch die Koordinaten Intensität Rot, Grün, Blau aufgespannt ist, dar­ stellbar (siehe Fig. 3).

Für alle theoretisch möglichen Farbkombinationen, die von den A/D-Wandlern 13 kommen können, und die ebenfalls durch Punkte im Farbraum darstellbar sind, werden nun die Abstände zu den Auswahlpunkten ermittelt. Der Farbcode des Auswahlpunktes, welcher der gerade im Test befindlichen Farbkombination am nächsten liegt, wird in den Bildspeicherplatz mit der Adresse, die dieser Farbkombination entspricht, eingetragen.

Der Farbraum, in dem die Farbinformationen liegen können, kann wie in Fig. 3 gezeigt, durch die Flächen eines Würfels begrenzt dargestellt werden.

Die Abmessungen bedeuten dabei
A = maximale Rotintensität
B = maximale Grünintensität
C = maximale Blauintensität

Besitzen alle Intensitätswerte ihren Maximalwert, Punkt D, entspricht das der Farbe Weiß. Sind alle Werte Null, Punkt E, erhält man die Farbe Schwarz.

Für jede mögliche Bitkombination, die vom A/D-Wandler 13 kom­ men kann, d. h. von Rot = 000, Grün = 000, Blau = 000 bis Rot = 111, Gründ = 111 und Blau = 111, muß nun der Abstand zu den Auswahlpunkten ermittelt werden. Wenn A, B, C, D und E vom Bediener gewünschte Auswahlfarben sind, denen er die Farbcodes 01, 02, 03, 04 und 05 zugeordnet hat, ergibt z. B. die Behand­ lung der Kombination 101 000 000 mit Rot 101 = xi, Grün 000 = yi und Blau 000 = zi den Punkt F, der einem Dunkelrot ent­ spricht, wobei in die Speicherzelle mit der Adresse 101 000 000 des Farbklassifikationsspeichers 14 der Wert 01 eingetragen wird. (Zu den Werten xi, yi und zi siehe auch Erläuterung zu Fig. 5.)

Bei gleichen Abständen eines Vergleichswertes von zwei oder meh­ reren Auswahlpunkten wird der zuerst ermittelte Wert verwendet. Durch Variation der Intensitätswerte der Auswahlfarben kann der Bediener diesem Problem entgegenwirken. Die in der Fig. 3 dar­ gestellten Punkte wurden aus Gründen der einfacheren Darstel­ lung an die Ecken und Kanten des Würfels gelegt, sie können natürlich auch Positionen innerhalb des Würfels einnehmen.

In Fig. 4 wird das Blockschaltbild der Schaltungsanordnung ge­ zeigt.

Die von einer Steuerung 27 über eine Taktleitung 30 synchroni­ sierte Videokamera 12 liefert bei der Abtastung einer Vorlage mit beliebig vielen Farbnuancen die analogen Videosignale der drei Farbkanäle Rot, Grün und Blau. Diese Signale werden den A/D-Wandlern 13 zugeführt, die für jeden Farbkanal einen 3-Bit- Digitalwert liefern.

Hier erfolgt die erste Datenreduktion, da mit der entstandenen 9-Bit-Information in maximal 512 Farben klassifiziert werden kann. Diese Datenleitungen gelangen an Bustreiber 18. Werden keine Daten von der Videokamera 12 erwartet, sorgt die Steue­ rung 27 dafür, daß sich die Ausgänge der Bustreiber im hoch­ ohmigen Zustand befinden und somit den Datentransfer zwischen dem Mikroprozessor 1 und dem Farbklassifikationsspeicher 14 nicht stören. Wenn die Bilddaten in den Bildwiederholspeicher 2 eingeschrieben werden sollen, gelangen die Informationen über den zugehörigen Bustreiber an die Adresseneingänge des Farbklassifikationsspeichers 14. Dieser ist als schneller statischer RAM mit 512 × 4 Bit ausgelegt.

Die Adreßbelegung ist folgende:

Adreßbit 0 . . . 2 Farbkanal Blau Bit 0 . . . 2
Adreßbit 3 . . . 5 Farbkanal Grün Bit 0 . . . 2
Adreßbit 6 . . . 8 Farbkanal Rot Bit 0 . . . 2

Mit einer geeigneten Belegung der Speicherzellen, die später erläutert wird, erreicht man eine definierte Zuordnung von 4-Bit-Farbcodes zu den 512 möglichen Farben. Über eine Kombi­ nation von Schieberegistern 19 und Zwischenspeichern 20 wer­ den die Informationen von jeweils 4 Bildpunkten zusammengefaßt und über Bustreiber 21 als 16-Bit-Wort in den Bildwiederhol­ speicher 2 eingeschrieben. Die Adressen werden dabei durch einen Adreßzähler 22 bereitgestellt.

Dadurch, daß hierbei nur alle 4 Bildpunkttakte ein Speicher­ zugriff notwendig ist, können auch dynamische RAM-Schaltkreise für den Bildwiederholspeicher 2 eingesetzt werden.

Während des Einschreibens der Kameradaten werden der Adreß- und Datenbus 28, 29 des Mikroprozessors 1 über zugehörige Bus­ treiber vom Bildwiederholspeicher 2 weggeschaltet. Als Bei­ spiel wird eine Speicherstruktur von 64 K × 16 Bit genutzt, die das Abspeichern von maximal 512 × 512 Bildpunkten mit je­ weils 4 Bit ermöglicht.

Die Darstellung des Inhaltes des Bildwiederholspeichers 2 auf dem Farbmonitor 17 geschieht folgendermaßen:
Der Adreßzähler 22 stellt die benötigten Adressen der 16-Bit- Datenworte bereit und realisiert somit ein ständiges Auslesen des Bildwiederholspeichers 2. Eine zweite Anordnung aus Zwi­ schenspeichern 23 und Schieberegistern 24 spaltet diese In­ formation in 4 × 4 Bitwerte auf, die den Farbcodes von 4 auf­ einanderfolgenden Bildpunkten entsprechen. Diese Farbcodes werden über einen Multiplexer 26 als Adressen an den in drei Kanäle aufgeteilten Intensitätswertspeicher 15 angelegt. Der Intensitätswertspeicher 15 ist mittels schneller statischer RAMs mit einer Struktur von jeweils 16 × 8 Bit realisiert. Dieser Speicher 15 kann vom Mikroprozessor 1 aus mit Inten­ sitätswerten von 0 . . . 255 für jeden Farbkanal Rot, Grün, Blau geladen werden. Den 16 Farbcodes können somit Farben aus einer Palette von etwa 16 Millionen Farbnuancen zugeordnet werden. Durch die D/A-Wandler 16 werden die digitalen Intensitätswerte für die drei Farbkanäle in Analogwerte umgewandelt und dem Mo­ nitor 17 zugeführt. Sein Synchronsignal erhält der Monitor 17 über die Taktleitung 30 von der Steuerung 27. Über einen der Bus­ treiber können die digitalisierten Kameradaten direkt an den D/A-Wandler 16 angelegt werden, wobei jeweils die höchstwer­ tigen 3 Bit belegt sind. Damit wird die Motivauswahl und das Einjustieren der Vorlage erleichtert. Der Mikroprozessor 1 hat über den Adreßbus 28 und den Datenbus 29 auf die beschrie­ benen Speicher 14, 2 und 15 Zugriff und kann Daten schreiben und beim Bildwiederholspeicher 2 auch lesen. Über die zuge­ hörigen Bustreiber 18 sowie den Multiplexer 26 sorgt die Steue­ rung 27 dafür, daß jeweils nur die Videokamera 12 oder der Mikroprozessor 1 auf einen dieser Speicher 14, 2, 15 zugreifen kann.

Um eine definierte Farbklassifikation durchführen zu können, ist es notwendig, den Farbklassifikationsspeicher 14 in ge­ eigneter Weise zu laden.

Zunächst wird vom Bediener verlangt, daß er die Farben aus­ wählt, in die er die Vorlage klassifiziert haben möchte.

Das Festlegen der Farben kann durch Auswahl aus vorgegebenen Farb­ balken oder durch Mischen der Intensitäten, Laden des Intensi­ tätswertspeichers 15, der einzelnen Farbkanäle zum gewünschten Farbton erfolgen. Ein Rechnerprogramm, dessen Ablaufdiagramm in Fig. 5 dargestellt ist, stellt die Zuordnung zwischen den 512 möglichen Werten, die von der Videokamera kommen können, und den vom Bediener ausgewählten Farben her. Jede dieser Far­ ben wird, wie in Fig. 3 angedeutet, durch einen Punkt in einem Farbraum mit den Koordinaten Intensität Rot, Grün und Blau dar­ gestellt. Das Programm ermittelt von jedem der möglichen Werte, denen ebenfalls Punkte im Farbraum zugeordnet werden können, den Abstand zu den ausgewählten Farbpunkten. Der Farbcode des Auswahlfarbpunktes, der dem gerade zu testenden Farbpunkt am nächsten liegt, wird auf den Speicherplatz mit der Adresse des im Test befindlichen Wertes eingetragen.

Die Koordinaten xi, yi und zi entsprechen den Intensitätswerten der drei Kanäle der ausgewählten Farben. Die Werte stehen lüc­ kenlos hintereinander im Hauptspeicher 3 und werden über ein Indexregister IX des Mikroprozessors 1 adressiert. Die Koordi­ naten xj, yj und zj entsprechen den Testwerten zwischen 0 und 511, die vom Programm auf die obersten drei Bit von drei Spei­ cherplätzen aufgeteilt werden. Die restlichen Bit dieser Spei­ cherzellen werden auf Null gesetzt. Die Adressierung erfolgt über das Indexregister IY. Die Subtraktion erfolgt im Arbeits­ register A und das Quadrieren im Doppelregister HL, wobei der Wert von X anschließend in das Doppelregister DE und der Wert von y in das Doppelregister BC geschafft wird. Ist der z-Wert ermittelt, wird der Inhalt der Register BC und DE auf das Re­ gister HL addiert.

Claims (3)

1. Verfahren zur Mustervorbereitung für farbige textile Flä­ chengebilde, bei dem die Bilderfassung durch eine Video­ kamera erfolgt, die eine Mustervorlage abtastet und drei Farbsignale erzeugt, und die Weiterverarbeitung der Bild­ daten in der Mustervorbereitung rechnergestützt unter Ein­ beziehung eines Monitors zur visuellen Kontrolle erfolgt, wobei die Bilddaten über A/D-Wandler auf einen Speicher geführt werden, gekennzeichnet durch die zeitliche Aufein­ anderfolge folgender Verfahrensschritte:

• a) daß in einem Farbklassifikationsspeicher (14) eine 9 Bit digitale Farbinformation als Adresse angelegt wird,
• b) daß aus diesem Speicher (14) vier Bit-Farbcodes ausge­ lesen werden,
• c) wobei die Farbcodierungen für mehrere Bildpunkte in Schieberegistern (19) und Zwischenspeichern (20) zusam­ mengefaßt und mit einem langsameren Takt als dem Bild­ punkttakt parallel in einen Bildpunktspeicher (2) über­ nommen werden.
• d) und daß in einem nachgeschalteten Intensitätswertspei­ cher (15) die Wandlung der Farbcodes in Intensitätswerte für die drei Farbkanäle erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Farbcode des Auswahlpunktes, welcher der gerade im Test befindlichen Farbkombination am nächsten liegt, in den Speicherplatz mit der Adresse, die dieser Farbkombination entspricht, eingetragen wird, wobei die Farbcodierung durch eine Vergleichsoperation ermittelt wird, deren In­ tensitätswert im Speicher (15) den geringsten Abstand zum jeweiligen Farbsignal aufweist.

3. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge der A/D-Wandler (13) auf einen Farbklassifikationsspeicher (14) und über D/A-Wandler (16) auf den Monitor (17) ge­ schaltet sind, daß auf den Farbklassifikationsspeicher (14) über zugehörige Bustreiber (18) Steuersignale des Mikro­ prozessors (1) geführt werden und die Ausgänge des Farb­ klassifikationsspeicher (14) über Schieberegister (19) und Zwischenspeicher (20) auf den Bildwiederholspeicher (2) geschaltet sind, der mit dem Adreß- und Datenbus (28, 29) des Mikroprozessors (1) verbunden ist und daß die Ausgänge des Bildwiederholspeichers (2) über weitere Zwischenspei­ cher (23) und Schieberegister (24) auf einen Intensitäts­ wertspeicher (15) geschaltet sind, dessen Ausgänge eben­ falls auf den D/A-Wandler (16) geführt sind.