DE3800820A1 - Verfahren zur rechnergestuetzten darstellung zu untersuchender probe-graphiken in form von punktmatrixdarstellungen mit zwei unterschiedlichen soll-helligkeitswerten unter vergleich mit einer abgespeicherten muster-graphik - Google Patents

Description

Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zur rech­ nergestützten Darstellung zu untersuchender Probe- Graphiken in Form von Punktmatrixdarstellungen mit zwei unterschiedlichen Soll-Helligkeitswerten, unter Vergleich mit einer abgespeicherten Muster-Graphik insbesondere zur Qualitätsüberprüfung von LC-Punkt­ matrix-Anzeigeanordnungen für die Anwendung in Kraft­ fahrzeugen od.dgl., wobei jeweils für einen bestimmten flächigen Ausschnitt der zu untersuchenden Anzeigean­ ordnung ein spezifischer Binarisierungs-Schwellwert ermittelt und dementsprechend eine Klassifizierung der Segmente der Anzeigeanordnung in "hell" und "dunkel" vorgenommen wird.

Flüssigkristall-Anzeigeanordnungen, kurz LCD genannt, werden in zunehmendem Umfang eingesetzt. Für manche Anwendungsbereiche, wie z.B. den Kraftfahrzeug-Be­ reich, stehen einer umfassenderen Verwendung techno­ logische Probleme entgegen, insbesondere wegen der großen klimatischen und dynamischen Belastungen.

Dem stehen grundsätzliche Vorteile von LCD-Anzeigen wie geringer Leistungsverbrauch und Kompatibilität mit den meisten Schaltungsfamilien der Digitaltechnik sowie ein großer Spielraum beim Design gegenüber.

Für den an sich wünschenswerten weiteren Einsatz solcher LCD-Anzeigen, insbesondere LC-Punktmatrix-An­ zeigeanordnungen, in der Serienfertigung ist es erfor­ derlich, daß die Qualität und Zuverlässigkeit dersel­ ben durch geeignete Prüfmaßnahmen sichergestellt werden kann, welche einerseits bezogen auf die Prüfung eines einzelnen Prüflings in der Serie sehr schnell durchführbar, andererseits aber doch möglichst zuver­ lässig sein sollen.

Zur Überprüfung von Flüssigkristall-Anzeigen wird der­ zeit ein Testsystem unter dem Handelsnamen "DTS" ver­ wendet, bei welchem an ein Grundgerät mit einer Mikro­ prozessor-Einheit, einem Bildspeicher und Ein- und Ausgabeeinheiten, z.B. in Form eines Monitors, CCD-Kameras angeschlossen werden können. Mit diesen Kameras können Bilder der jeweils zu untersuchenden Anzeigeanordnung aufgenommen und über einen 8-Bit A/D-Wandler in eine Matrix von Grauwerten zerlegt werden, die im Bildspeicher abgelegt wird. Mit Hilfe des Prozessor-Systems ist es möglich, diese Bilddaten zu verarbeiten und auszuwerten. Der Inhalt des Bild­ speichers wird über einen D/A-Wandler umgewandelt und kann auf dem Schwarz-Weiß-Monitor angezeigt werden. Ein angeschlossenes Terminal dient als Schnittstelle zwischen Benutzer und Mikroprozessor-Einheit.

Für die Untersuchung üblicher LCD-Anzeigen hat sich ein derartiges System gut bewährt. Ganz spezielle Pro­ bleme ergeben sich jedoch bei der Untersuchung von LC-Punktmatrix-Anzeigeanordnungen, da dort eine große Zahl von Anzeigensegmenten bei geringen Abmessungen jedes einzelnen Segments untersucht werden muß.

Bei der Überprüfung von Punktgraphiken und deren rech­ nergestützten Umsetzung zur Darstellung eines gera­ sterten Schwarz-Weiß-Bildes ergeben sich insbesondere bei LC-Punktmatrix-Anzeigen Probleme, wenn die Anzei­ geanordnungen von punktförmigen Lichtquellen hinter­ leuchtet werden, so daß die Intensität des auftref­ fenden Lichtes über die Fläche der Anordnung ungleich­ mäßig ist: Zur Darstellung einer bestimmten Graphik werden ja die einzelnen Segmente der Anzeige so ange­ steuert, daß sie das von hinten auftreffende Licht entweder weitgehend durchlassen oder eine Extinktion des Lichtes bewirken, so daß diese Segmente zwei unterschiedliche Soll-Grauwerte einnehmen, d.h. sie sollen entweder hell oder dunkel erscheinen.

Aufgrund der ungleichmäßigen Ausleuchtung des Anzei­ genfeldes kann es aber dazu kommen, daß z.B. ein Seg­ ment im Randbereich der Anzeigeanordnung, welches z.B. "hell" erscheinen soll, objektiv einen ebensolchen Grauwert einnimmt, wie ein "dunkel" gesteuertes Seg­ ment in der Nähe der Lichtquelle oder vielleicht sogar noch dunkler ist.

Während das menschliche Auge die Gesamtheit der Dar­ stellung wahrnimmt und dementsprechend die darzustel­ lende Graphik durchaus erkennt, führen derartige Ver­ hältnisse bei der rechnergestützten Bilddarstellung, welche durch Binarisierung mit Hilfe von Grauwert­ schwellen der von der CCD-Kamera erfaßten Bildpunkte arbeiten muß, zu Schwierigkeiten.

Ein weiteres Problem besteht darin, daß bei einem derartigen Prüfverfahren ein segmentweise abgespei­ chertes Bild einer als "gut" vorgegebenen Probe mit einem Testmuster verglichen werden muß, welches bei der laufenden Überprüfung der Serienposition relativ schnell in einer Halterung vor der CCD-Kamera positio­ nierbar sein muß. Hierdurch müssen notwendigerweise in gewissem Umfang Ungenauigkeiten bei der Positionierung des zu untersuchenden Musters in Kauf genommen werden, so daß als Vorgabe lediglich mit Sicherheit gesagt werden kann, daß die zu untersuchende Anzeigeanordnung innerhalb eines z.B. rechteckigen Toleranzbereiches zu liegen kommt. Von geringerer Bedeutung ist, daß die Ränder der Anzeigeanordnung gegenüber den rechteckigen Rändern des Toleranzbereiches gekippt sein können.

Bedingt durch eine derartige Verschiebung zwischen den Segmenten der konkret zu überprüfenden Anzeigeanord­ nung und den abgespeicherten Testsegmenten wird ein dunkel-gesteuertes Segment, welches von hell-gesteuer­ ten Segmenten umgeben ist, als heller eingestuft als es tatsächlich ist, da das Testsegment nicht konkret mit dem dunkel-gesteuerten Segment zur Deckung kommt, sondern auch benachbarte, hell-gesteuerte Segmente mit erfaßt.

Zur Auswertung punktförmiger Graphikdarstellungen mit von den Soll-Helligkeitswerten abweichenden Graustufen sind bereits sogenannte lokale histogramm-orientierte Verfahren bekannt, bei welchen nacheinander Ausschnit­ te aus der gesamten zu untersuchenden Graphikdarstel­ lung untersucht werden, wobei dann für jeden Aus­ schnitt eine Zuordnung der einzelnen Segmente in Ab­ hängigkeit von vorgegebenen Schwellwerten zu der Kategorie "hell" oder "dunkel" vorgenommen wird. Man macht sich dabei den Umstand zunutze, daß bei den meisten Anwendungsfällen innerhalb eines solchen kleineren, zu untersuchenden Bereiches keine so star­ ken Grauwertschwankungen vorliegen wie über ein größerflächiges Bild, so daß dementsprechend das Herausarbeiten der gesteuerten, aktiven Segmente, welche z.B. "dunkel" angesteuert sind, gegenüber den hell gesteuerten Segmenten, welche nur relativ grau erscheinen, besser möglich ist.

Bei bekannten histogramm-orientierten Verfahren wird die statistische Verteilung der Grauwerte erfaßt, wobei sich im Idealfall zwei Maxima der Grauwerte entsprechend den hell-gesteuerten und den dunkel- gesteuerten Segmenten ergeben sollten. In Abhängigkeit von der Lage dieser Maxima wird dann ein Schwellwert für die Binarisierung der einzelnen Segmente, d.h. für eine Zuordnung zur Kategorie "dunkel" oder "hell" definiert.

In der Praxis versagen die bekannten Verfahren dann, wenn z.B. aufgrund von Unschärfen an den vertikalen Segmentgrenzen außer den beiden zu erwartenden Grau­ wert-Peaks ein dritter Grauwertbereich gehäuft auf­ tritt. Darüber hinaus ist mit diesen Kriterien eine Zuordnung nicht möglich, wenn der jeweils untersuchte Ausschnitt nur Segmente einer Kategorie enthält, d.h. z.B. nur dunkle oder nur helle Segmente.

Andere Verfahren zur Schwellwertbildung arbeiten mit "Gütefunktionen", wobei diese Verfahren jedoch einen relativ hohen Rechenaufwand bedingen, so daß sie für einen praxisorientierten Qualitätstestbetrieb wenig geeignet sind.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zu­ grunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß beliebige graphische Darstellungen in Form einer Punktmatrix zuverlässig ausgewertet werden können, auch wenn die einzelnen Segmente unab­ hängig von den Soll-Helligkeitswerten "dunkel" bzw. "hell" aufgrund von Ausleuchtungs- oder Darstellungs­ inhomogenitäten darüber hinausgehend Grauabstufungen aufweisen und die zu untersuchende Graphik-Vorlage in ihrer Lage innerhalb eines Toleranzbereiches nicht exakt festliegt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß für jeden derartigen Ausschnitt als Schwellwert das arithmetische Mittel des jeweils größten Grauwertes aller unter Berücksichtigung von Lagetoleranzen mög­ licherweise in diesen Ausschnitt fallenden abgespei­ cherten, als dunkel klassifizierten Muster-Segmente und des entsprechenden jeweils kleinsten Grauwertes der als hell klassifizierten Muster-Segmente verwendet wird.

Dieses Verfahren macht sich den Umstand zunutze, daß bei dem Einlernen einer Punktmatrix-Anordnung für jedes Segment ein zuverlässiger Schwellwert angegeben werden kann, weil bei diesem Einlernen mehrere Ein­ lern-Durchläufe zur Optimierung des eingelernten Musters durchgeführt werden können, d.h. für den Einlernvorgang kann wirtschaftlich vertretbar ein wesentlich größerer zeitlicher Aufwand getrieben werden als bei der späteren Überprüfung einer konkreten Probe auf Übereinstimmung mit dem vorge­ gebenen Muster.

Erfindungsgemäß wird insbesondere ein eingangs be­ schriebenes Verfahren weitergebildet, bei welchem eine Muster-Graphik in Form einer LC-Punktmatrix-Anzeigean­ ordnung vor einer CCD-Kamera angeordnet wird, das von der CCD-Kamera aufgenommene Bild über einen A/D-Wand­ ler in eine Matrix von Grauwerten zerlegt und in einem Bildspeicher abgelegt wird, wobei dann nachfolgend zu untersuchende Probe-LC-Punktmatrix-Anzeigeanordnungen ebenfalls vor die CCD-Kamera gebracht, das Bild wiederum über einen A/D-Wandler in eine Matrix von Grauwerten zerlegt wird und das derart zerlegte Bild ausschnittsweise mit den abgespeicherten Bilddaten verglichen wird, wobei erfindungsgemäß dann vorgesehen ist, daß für jeden derartigen Ausschnitt als Schwell­ wert das arithmetische Mittel des jeweils größten Grauwertes aller unter Berücksichtigung von Lagetole­ ranzen möglicherweise in diesen Ausschnitt fallenden abgespeicherten, bei der Abspeicherung als dunkel klassifizierten Muster-Segmente und des entsprechenden jeweils kleinsten Grauwertes der bei der Abspeicherung im Bildspeicher als hell klassifizierten Muster-Seg­ mente verwendet wird.

Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit der Zeichnung näher beschrieben. Dabei zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer repräsenta­ tiven LC-Punktmatrix-Anzeige,

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung des in Fig. 1 an­ geordneten Ausschnitts umfassend eine Mehrzahl von Segmenten, wobei in jedes Segment dessen jeweiliger Grauwert im angesteuerten und nicht­ angesteuerten Zustand eingetragen ist,

Fig. 3 einen Toleranzbereich, innerhalb dessen eine zu untersuchende Probe-Punktmatrix-Anzeige im lau­ fenden Testbetrieb zu liegen kommt,

Fig. 4 die Einteilung des in Fig. 3 dargestellten Toleranzbereiches in Ausschnitte,

Fig. 5 mögliche Extremlagen einer zu untersuchenden Punktmatrix-Anzeige innerhalb des Toleranzbe­ reiches und die sich daraus ergebende maximale Anzahl von Segmenten, welche in einen einzel­ nen, bestimmten, allein eingezeichneten Aus­ schnitt fallen kann, und

Fig. 6 die für die erfindungsgemäße Schwellwertbildung heranzuziehenden Grauwerte für den in Fig. 5 dargestellten Ausschnitt.

In Fig. 1 ist eine LC-Punktmatrix-Anzeige 1 darge­ stellt, welche im Ausführungsbeispiel quadratisch ist, jedoch nicht notwendigerweise quadratisch zu sein braucht. Die Anzeige 1 besteht aus einer Vielzahl von einzeln elektrisch ansteuerbaren Segmenten 2, welche für einen Ausschnitt 3 in Fig. 1 in Fig. 2 vergrößert dargestellt sind.

Die Punktmatrix-Anzeige 1 wird - wie an sich bekannt und deshalb in der Zeichnung im einzelnen nicht darge­ stellt - durch eine oder mehrere Lichtquellen von hin­ ten beleuchtet, wobei durch die elektrische Ansteue­ rung der Segmente 2 deren Transmission verändert wird, so daß diese entweder hell oder dunkel erscheinen. Für jedes derartige Segment 2 kann ein Grauwert festgelegt werden, welchen dieses bei einem den Anforderungen entsprechenden Qualitätszustand der Anzeige 1 ein­ nimmt. Die entsprechenden Grauwerte sind in Fig. 2 für den hell- bzw. dunkel-gesteuerten Zustand jedes Seg­ ments 2 eingezeichnet. Die Definition der Grauwerte ist für die Realisierung des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens nicht wesentlich. Beispielsweise kann in Ab­ hängigkeit von den Helligkeitsabstufungen der verwen­ deten CCD-Kamera der Grauwertbereich von 0 bis 255 gehen, wobei der Wert 255 dann die größte Helligkeit darstellt, d.h. bei dieser Definition wird der Grau­ wert eines bestimmten Segments um so höher sein als dessen Helligkeit ist.

Eine in Fig. 1 dargestellte Punktmatrix-Anzeige 1 bzw. noch nicht untersuchte derartige Anzeigen 1 können während der routinemäßigen Reihenuntersuchung aufgrund von bei einer schnellen Positionierung unvermeidbaren Positionierfehlern nicht völlig exakt positioniert werden, so daß lediglich sicher gesagt werden kann, daß die zu untersuchenden Anzeigen 1 innerhalb eines in Fig. 3 dargestellten Toleranzbereiches 4 mit Sicherheit zu liegen kommen.

Teilt man den in Fig. 3 dargestellten Toleranzbereich 4 willkürlich in Ausschnitte 5 ein (vgl. Fig. 4), kann bei der Untersuchung einer ganz bestimmten Punktma­ trix-Anzeige diese verschiedene denkbare Positionen innerhalb des Toleranzbereiches 4 einnehmen, wovon in Fig. 5, oben, vier Extrempositionen dargestellt sind.

Je nachdem wie im Einzelfall die Positionierung der Punktmatrix-Anzeige 1 erfolgt, fallen in in Randberei­ chen liegende Ausschnitte, wie beispielsweise den Aus­ schnitt 5, unterschiedliche Zahlen von Segmenten 2.

In Fig. 5, unten, ist ein Bereich 6 eingezeichnet, welcher alle diejenigen Segmente 2 umfaßt, welche theoretisch bei einer beliebigen Positionierung der Punktmatrix-Anzeige 1 in den speziell betrachteten Ausschnitt 5 fallen können. Neben den Segmenten 2, die durch den Ausschnitt 5 ohnehin überdeckt werden, fal­ len in den Bereich 6 solche Segmente, welche in den Ausschnitt 5 fallen, wenn die jeweils zu untersuchende Punktmatrix-Anzeige 1 nach oben oder unten verschoben ist.

Zur Vereinfachung der Darstellung wird angenommen, daß der Bereich 6 dem ausschnittsweise dargestellten Be­ reich von Segmenten 2 gemäß Fig. 2 entspricht.

Erfindungsgemäß wird von den Segmenten 2 dieses Berei­ ches 6 der jeweils größte Grauwert (im Ausführungsbei­ spiel "19") der als dunkel klassifizierten Muster-Seg­ mente 2 und der jeweils kleinste Grauwert (im Ausfüh­ rungsbeispiel "130") der als hell klassifizierten Muster-Segmente 2 verwendet, so daß sich im vorliegen­ den Fall als Schwellwert für die Diskriminierung und Zuordnung hell-dunkel ein Grauwert von 74 oder 75 er­ geben würde, der eine zuverlässige Zuordnung ermög­ licht.

Wie vorstehend stellvertretend für den Ausschnitt 5 dargelegt, läßt sich für jeden der in Fig. 4 darge­ stellten Ausschnitte entsprechend dem beispielsweise gewählten Ausschnitt 5 ein Schwellwert ermitteln.

Claims (2)

1. Verfahren zur rechnergestützten Darstellung zu untersuchender Probe-Graphiken in Form von Punkt­ matrixdarstellungen mit zwei unterschiedlichen Soll- Helligkeitswerten unter Vergleich mit einer abgespei­ cherten Muster-Graphik, wobei jeweils für einen be­ stimmten flächigen Ausschnitt der zu untersuchenden Anzeigeanordnung ein spezifischer Binarisierungs- Schwellwert ermittelt und dementsprechend eine Klas­ sifizierung der Segmente der Anzeigeanordnung in "hell" und "dunkel" vorgenommen wird, dadurch ge­ kennzeichnet, daß für jeden derartigen Ausschnitt als Schwellwert das arithmetische Mittel des jeweils größten Grauwertes aller unter Berücksichtigung von Lagetoleranzen möglicherweise in diesen Ausschnitt fallenden abgespeicherten, als dunkel klassifizierten Muster-Segmente und des entsprechenden jeweils klein­ sten Grauwertes der als hell klassifizierten Muster- Segmente verwendet wird.

2. Verfahren zur rechnergestützten Darstellung zu untersuchender Probe-Graphiken in Form von Punkt­ matrixdarstellungen mit zwei unterschiedlichen Soll- Helligkeitswerten unter Vergleich mit einer abge­ speicherten Muster-Graphik, insbesondere zur Quali­ tätsüberprüfung von LC-Punktmatrix-Anzeigeanordnungen für die Anwendung in Kraftfahrzeugen od.dgl., wobei eine Muster-Graphik in Form einer Punktmatrix-An­ zeigeanordnung vor einer CCD-Kamera angeordnet wird, das von der CCD-Kamera aufgenommene Bild über einen A/D-Wandler in eine Matrix von Grauwerten zerlegt und in einem Bildspeicher abgelegt wird, wobei dann nach­ folgend zu untersuchende Probe-Punktmatrix-Anzeige­ anordnungen ebenfalls vor die CCD-Kamera gebracht, das Bild wiederum über einen A/D-Wandler in eine Matrix von Grauwerten zerlegt und das zerlegte Bild aus­ schnittsweise mit den abgespeicherten Bilddaten ver­ glichen wird, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden derartigen Ausschnitt als Schwellwert das arithme­ tische Mittel des jeweils größten Grauwertes aller unter Berücksichtigung von Lagetoleranzen möglicher­ weise in diesen Ausschnitt fallenden abgespeicherten, bei der Abspeicherung als dunkel klassifizierten Muster-Segmente und des entsprechenden jeweils klein­ sten Grauwertes der bei der Abspeicherung im Bildspei­ cher als hell klassifizierten Muster-Segmente verwen­ det wird.