DE4038220A1

DE4038220A1 - Verfahren und anordnung zur kompensation eines bildsignals gegenueber beleuchtungsaenderungen

Info

Publication number: DE4038220A1
Application number: DE4038220A
Authority: DE
Inventors: David W Farchmin
Original assignee: Allen Bradley Co LLC
Current assignee: Allen Bradley Co LLC
Priority date: 1989-12-04
Filing date: 1990-11-30
Publication date: 1991-06-13
Anticipated expiration: 2010-12-01
Also published as: DE4038220C2; JP2634317B2; JPH03190391A; FR2655502B1; US5065443A; FR2655502A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Bildsignalverarbeitungssysteme zum Auswerten von in einem Bild vorhandenen Objekten und befaßt sich insbesondere mit solchen Systemen, die eine Änderung im Bildsignal aufgrund von Änderungen in der Objektbeleuchtung kompensieren.

Gleichermaßen wie die automatisierten Fertigungseinrichtungen immer ausgeklügelter werden, ist es erwünscht, diese Ausrüstungen und Anlagen Sehvermögen zu geben. Diese Einrichtungen und Anlagen wären dann in der Lage, die Position eines zu fertigenden Gegenstands oder Objekts zu lokalisieren als auch das Objekt im Hinblick auf das Vorhandensein von Bauteilen oder Baukomponenten zu überprüfen und den richtigen Ort sowie die richtige Abmessung von spezifischen Eigenheiten des Objekts zu überwachen. Zu diesem Zweck hat man bereits verschiedenartige Sehsysteme angewendet, die ein- oder zweidimensionale elektrische Bilder oder Abbildungen des Werkstücks erzeugen und analysieren. Das Bild setzt sich üblicherweise aus einer Reihe von Bildabtastelementen zusammen.

Bei einem herkömmlichen Bildanalyseverfahren wird das Werkstück von seinem Hintergrund aufgrund der relativen Helligkeit von Abschnitten des Bildes unterschieden. Die momentane oder augenblickliche Bildsignalspannung ändert sich mit der Helligkeit der entsprechenden Bildabtastelemente. Durch Verarbeitung von Bildabtastelementen, die eine Helligkeit oberhalb oder unterhalb eines eingestellten Schwellenwerts haben, kann der Gegenstand oder das Objekt vom Hintergrund getrennt werden. Ist beispielsweise das Objekt heller als der Hintergrund, besteht ein einfaches Analyseverfahren darin, die Bildabtastelemente mit einer Helligkeit oberhalb des Schwellenwerts auszuzählen, wobei dann die Summe der ausgezählten Bildabtastelemente die Breite oder den Bereich des Objekts darstellt.

Eine Schwierigkeit dieser bekannten Technik besteht darin, daß Änderungen oder Schwankungen in der Lichtintensität die relative Bildabtastelementhelligkeit ändern. Wenn beispielsweise eine künstliche Beleuchtungsquelle altert, ändert sich die von ihr ausgestrahlte Lichtmenge. Darüber hinaus können natürliche und auch künstliche Beleuchtungsquellen im Laufe eines Tages Änderungen erfahren. Eine Änderung in der Beleuchtung wird in eine Änderung in der Helligkeit des Bildes übersetzt und schlägt sich auch nieder in der Beziehung zwischen den Objekt- und Hintergrundhelligkeitspegeln sowie dem Schwellenwert, der benutzt wird, um zwischen diesen Bildbereichen eine Unterscheidung zu treffen.

Um diese Schwierigkeit zu überwinden, hat man Kompensationssysteme verwendet, die die Änderung im Bildsignal messen und die den Schwellenwert proportional einstellen. Aus der US-PS 48 55 830 ist ein Beispiel für ein solches System bekannt. In anderen Systemen werden die Kamerablende und die Verstärkung von Verstärkungseinrichtungen geändert, um die hellsten und dunkelsten Bildelemente auf relativ konstanten Signalpegeln zu halten.

Ein Vorteil eines maschinellen Sehsystems ist die Fähigkeit, einen Gegenstand oder ein Objekt zu überprüfen, das sich schnell längs einer Fertigungsstraße bewegt. Bei einer solchen Anwendung kann der Bildwandler oder Bildsensor fortwährend Bilder erfassen, selbst wenn ein Objekt in seinem Gesichtsfeld nicht vorhanden ist. Ist ein Objekt im Bild nicht vorhanden, unternehmen herkömmliche Lichtkompensationseinrichtungen den Versuch, die Blende und die Verstärkung des Sensors nachzustellen, um die hellsten und dunkelsten Bildabtastelemente auf die definierten Pegel zu bringen, und zwar wie im Falle eines vorhandenen Objekts. Wenn dann danach ein Objekt in das Gesichtsfeld des Wandlers oder Sensors eintritt, gelangt das Sensorsignal in die Sättigung und einige Kompensationsiterationen sind erforderlich, um die Signalpegel wieder so einzustellen, daß das Objekt analysiert werden kann. Der Einstellvorgang erfordert Zeit und erzwingt, daß die Fertigungsstraße mit einer geringeren Geschwindigkeit läuft, die der Einstellgeschwindigkeit des Sehsystems angepaßt ist. Es besteht daher ein Bedürfnis nach einer Beleuchtungskompensationstechnik, die feststellen kann, ob ein Objekt vorhanden ist oder nicht vorhanden ist, um eine Überkompensation zu vermeiden.

Kurze Beschreibung der Erfindung

Ein Bildprozessor enthält einen Mechanismus, der in bezug auf Veränderungen in der Beleuchtung eines Bildes eine Kompensation ausführt. Der Prozessor empfängt ein elektrisches Bildsignal, das das Bild darstellt, welches ein Objekt enthält, das gegenüber einem Hintergrund positioniert ist. Der Kompensationsmechanismus enthält eine Einrichtung zum Speichern von Daten, die die Beziehung zwischen Referenzbildsignalpegeln für das Objekt und den Hintergrund angeben. In einem Maschinensehsystem kann man ein Probe- oder Musterbild unter Verwendung exemplarischer Beleuchtungsbedingungen verarbeiten, um Referenzpegel für das Objekt und seinen Hintergrund zu erstellen. Das Verhältnis dieser beiden Referenzpegel kann man ableiten und in einem Speicher innerhalb des Prozessors speichern.

Während einer nachfolgenden Bildverarbeitung werden die tatsächlichen Bildsignalpegel für das Objekt und seinen Hintergrund erfaßt. Eine vorgesehene Recheneinheit dient zum Berechnen eines theoretischen Signalpegels aus dem erfaßten Bildsignalpegel für den Hintergrund und dem Referenzsignalverhältnis. Der Bildsignalpegel für das Objekt wird verglichen mit dem theoretischen Bildsignalpegel, um ein Signal zu gewinnen, das die Beziehung zwischen diesen beiden Signalen angibt. Eine Vorverarbeitungsschaltung für das Bildsignal wird eingestellt, um die Amplitude des Bildsignals zu ändern, und zwar auf der Grundlage eines Kriteriums von zwei Kriterien, in Abhängigkeit davon, ob eine vorbestimmte Beziehung existiert zwischen dem Bildsignalpegel für das Objekt und dem theoretischen Bildsignal. Wenn die vorbestimmte Beziehung existiert, wird die Amplitude des Bildsignals eingestellt, bis die Differenz zwischen dem Signalpegel für den Hintergrund und dem Signalpegel für das Objekt einem vordefinierten Wert entspricht. Dieser vordefinierte Wert kann beispielsweise die Differenz zwischen den Referenzsignalpegeln für das Objekt und dem Hintergrund im Muster- oder Probebild sein. Wenn die vorbestimmte Signalpegelbeziehung nicht existent ist, wird die Amplitude des Bildsignals eingestellt, bis die Differenz des Bildsignalpegels des Hintergrunds und des theoretischen Bildsignalpegels für das Objekt gleich einem vordefinierten Wert ist.

Zusätzliche Schaltungsmaßnahmen können vorhanden sein, um das Bildsignal um einen vorbestimmten Betrag zu verschieben oder zu versetzen, so daß das Bildsignal innerhalb eines vorbestimmten Teils des dynamischen Signalbereiches des Prozessors liegt. Der vorgesehene Verschiebungs- oder Versatzbetrag wird bestimmt durch die Beziehung zwischen den erfaßten Signalpegeln für den Hintergrund und das Objekt und einem definierten bezogenen Pegel des gesamten Dynamikbereiches des Prozessors.

Hauptziel der Erfindung ist es, eine Kompensation für eine Veränderung in einem Bildsignal aufgrund zeitlicher Änderungen in der Intensität der Beleuchtung der abzubildenden Szene vorzusehen.

Ferner ist es Ziel der Erfindung, ein Referenzverhältnis der Bildsignalpegel für das Objekt und den Hintergrund vorzusehen und dieses Referenzverhältnis heranzuziehen, um festzustellen, ob nachfolgende Bildsignale eingestellt werden müssen, um auf Beleuchtungsänderungen zurückzuführende Effekte zu kompensieren.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine bildliche Darstellung eines programmierbaren Steuerungssystems mit einem Bildprozessor, der von der Erfindung Gebrauch macht;

Fig. 2 ist ein schematisches Blockschaltbild der elektrischen Schaltung des Bildprozessors;

Fig. 3A bis 3E zeigen Bildsignale an verschiedenen Stellen in der Schaltung nach Fig. 2 als auch die Signale für verschiedene Bilder;

Fig. 4 ist ein Flußdiagramm zum Erläutern des Einrichtens eines nach der Erfindung ausgebildeten Beleuchtungskompensationsmechanismus; und

Fig. 5 ist ein Flußdiagramm zur Erläuterung des Betriebs des Beleuchtungskompensationsmechanismus.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Fig. 1 zeigt eine herkömmliche speicherprogrammierbare Steuerung 10, beispielsweise ein Allen-Bradley PLC- 2/15 System. Die Steuerung führt zum Betreiben einer Maschine Programmbefehle aus. Die Steuerung 10 enthält ein Gestellt oder einen Rahmen 11, in welchem eine Anzahl Funktionsmodule 13 bis 16 untergebracht sind, die über eine Mutterplatte innerhalb des Rahmens miteinander verbunden sind. Der Rahmen 11 enthält eine Energieversorgung 12, die elektrische Energie für alle Funktionsmodule bereitstellt. Ein Prozessormodul 13 dient zur Speicherung und Ausführung eines vom Anwender erstellten Steuerprogramms, das den Betrieb der Maschine leitet. Im Rahmen 11 befindet sich noch eine Anzahl Eingabe/Ausgabe(E/A)- Module 14 bis 16, die den Prozessormodul 13 mit Fühl- oder Sensorvorrichtung und Betätigungs- oder Aktorvorrichtungen an der gesteuerten Maschine schnittstellenmäßig verbinden. Zu diesen Modulen zählt auch ein herkömmlicher diskreter Gleichsignal-Eingabemodul 15, der acht Eingangsanschlüsse 19 hat, an die separate Gleichspannungen gelegt werden können. Typischerweise stellt jede dieser Gleichspannungen den Zustand eines Fühl- oder Sensorschalters dar, der auf einen bestimmten Zustand der gesteuerten Maschine anspricht. Ein analoger Eingabemodul 16 erhält von einer Sensorvorrichtung Daten in Form eines analogen Stromsignals zwischen 4 und 20 mA. Dieser Eingabemodul 16 digitalisiert das analoge Signal zur Übertragung zum Prozessormodul 13. Ein Gleichsignal-Ausgabemodul 17 dient zur Abgabe binärer Ausgabesignale zur Steuerung externer Vorrichtungen und Geräte.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Steuerung sind die Eingangsanschlüsse sowohl des analogen Eingabemoduls 15 als auch das Gleichsignal-Eingabemoduls 16 an die Ausgänge eines Zeilenabtastbildprozessors 20 angeschlossen. Der Bildprozessor 20 ist oberhalb eines Gegenstands oder Objekts 18 in einer solchen Weise angeordnet, daß Kennzeichen oder Merkmale des Objekts mittels einer Linse auf einem Zeilenabtastsensor innerhalb des Bildprozessors geworfen werden. Sowohl das Objekt 18 als auch sein Hintergrund werden von derselben Quelle beleuchtet, so daß eine Änderung in der Intensität der Quelle die Beleuchtung des Objekts und des Hintergrunds im selben Ausmaß beeinträchtigt.

Der Zeilenabtastsensor liefert von jedem Objekt 18, das in der Gesichtsfeld des Sensors eintritt, ein eindimensionales Abbild oder Bild längs einer über das Objekt laufenden Zeile. Dieses Bild besteht aus einer Anzahl Bildabtastelemente, die Bilddetektororten oder Bilddetektorstellen innerhalb des Sensors entsprechen. Das Ausgangssignal des Sensors ist eine elektrische Kaskade oder Kette von Signalen von jedem der Detektororte oder Detektorstellen, wobei jedes einzelne Signal den Betrag oder die Menge des auf die betreffende Detektorstelle auftreffenden Lichts darstellt.

Der Bildprozessor 20 enthält nicht nur den Zeilenabtastsensor, sondern auch die gesamte Logik zum Analysieren des linearen Bildes gemäß vom Anwender oder Benutzer definierten Parametern sowie eine Schaltung zum Erzeugen von Ausgangssignalen, die die Analyseergebnisse darstellen. Das Bild wird dadurch analysiert, daß die einzelnen Bildelemente bewertet werden. So kann beispielsweise die Anzahl der Bildabtastelemente oberhalb eines gegebenen Helligkeitspegels oder Helligkeitswertes gezählt werden, um die Breite des Objekts oder eines seiner Merkmale, das heller als der Rest des Bildes ist, auszumessen.

Der Gleichsignal-Ausgabemodul 17 ermöglicht es der programmierbaren Steuerung 10 ein Triggersignal auszusenden, das dem Bildprozessor 20 befiehlt, ein Bild zu erfassen und zu analysieren. Das Ergebnis der Analyse wird der programmierbaren Steuerung 10 über ein Kabel 22 in einem von zwei Formaten zugeführt. Das erste ist ein binäres Entscheidungsbit, das eine Darstellung darüber gibt, ob das Bewertungsprodukt innerhalb vordefinierter Grenzen ist. Dieses Entscheidungsbit wird an einen Eingang des Gleichsignal-Eingabemoduls 15 gelegt. Der Bildprozessor 20 erzeugt auch ein Stromsignal von 4 bis 20 mA, das dem Betrag des ausgewählten Bewertungsresultats entspricht. Dieses Stromsignal wird dem analogen Eingabemodul 16 zugeführt.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, wirft die Linse 21 des Bildprozessors 20 das Licht auf einen Zeilenabtastbildwandler oder Zeilenabtastbildsensor 30. Bei dem Sensor handelt es sich beispielsweise um eine lineare Anordnung aus 1024 Bilddetektorstellen, so daß der Bildsensor ein Bildsignal mit einer entsprechenden Anzahl von Bildabtastelementen erzeugt. Der Spannungswert oder Spannungspegel V_s des Ausgangssignals des Sensors ändert sich in Abhängigkeit von der Helligkeit des Bildabtastelements, das gerade in diesem Augenblick vom Sensor gelesen wird. Die Bilderfassung und die Bildauslesung des Sensors 30 wird von Steuerimpulsen gesteuert, die von einer Impulsformerschaltung 32 stammen.

Das Ausgangssignal des Bildsensors gelangt zum nicht invertierenden Eingang eines Summierverstärkers 34, dessen invertierender Eingang mit dem Ausgang eines Verschiebe- oder Versatz-Digital/Analog-Umsetzers 36 verbunden ist. Der Versatz-D/A-Umsetzer 36 hat einen digitalen Eingang, der an einen Datenbus 40 innerhalb des Bildprozessors angeschlossen ist, und enthält ein Daten-Latch zum Speichern der digitalen Zahl an dem Bus aufgrund eines über eine Leitung 38 empfangenen Steuersignals. Der Versatz-D/A- Umsetzer 36 liefert ein analoges Signal, das dem Summierverstärker 34 zugeführt wird, um den Spannungswert oder den Spannungspegel des Sensorausgangssignals zu verschieben oder zu versetzen. Typische Bildwandler oder Bildsensoren sehen ein Vorspannsignal für ihr Ausgangssignal vor, so daß dieses Signal niemals auf 0 Volt abfällt. Um den maximalen dynamischen Signalspannungsbereich des Bildprozessors auszunutzen, verschiebt der Versatz- Digital/Analog-Umsetzer das Bildsignal in einer solchen Weise, daß der gesamte dynamische Bereich zur Verarbeitung des Signals ausgenutzt werden kann, wie es später noch im einzelnen erläutert wird.

Das vom Summierverstärker 34 abgegebene versetzte Bildsignal gelangt zum analogen Eingang einer herkömmlichen multiplizierenden Digital/Analog-Umsetzers 42. Der Datenbus 40 ist mit einem Satz Daten-Latches innerhalb des Digital/Analog-Umsetzers 42 verbunden, die bei Freigabe durch ein Signal über eine Leitung 44 den digitalen Wert des Datenbusses 40 speichern. Der multiplizierende Digital/Analog-Umsetzer 42 arbeitet als Verstärker mit variabler Verstärkung für das Bildsignal, wobei der Verstärkungsgrad durch den digitalen Wert vom Datenbus 40 bestimmt ist. Wie noch im einzelnen dargelegt wird, wird die Verstärkung des Signals geändert, um Änderungen in der Beleuchtung des Gegenstands oder Objekts und seines Hintergrunds zu kompensieren.

Das Ausgangssignal des multiplizierenden Digital/ Analog-Umsetzers 42 wird dem Eingang eines Pixel-Mittelwertbildners 46 zugeführt, der dieses Ausgangssignal integriert, um aus den gemittelten Signalen jeder Gruppe von vier Bildabtastelementen ein einziges Bildelement zu erzeugen. Der hier benutzte Begriff "Bildabtastelement" bezieht sich auf denjenigen Teil des Bildes, der jeweils von einem Detektorort oder einer Detektorstelle im Bildsensor 30 abgetastet wird, wohingegen der Begriff "Bildelement" das Ausgangssignal des Pixel-Mittelwertbildners 46 betrifft, der das Bildelement durch Mittelung von vier Bildabtastelementen gewinnt. Der Pixel- Mittelwertbildner 46 reduziert die Menge von Bilddaten um einen Teilerfaktor von vier und erzeugt ein Bildsignal mit geringerer Auflösung, das eine vernünftige Menge von Bilddaten enthält, die in Echtzeit analysiert werden können. Sofern es erwünscht ist, kann der die Datenverminderung vornehmende Teilerfaktor durch den Benutzer einstellbar sein.

Die beiden Digital/Analog-Umsetzer 36 und 42, der Summierverstärker 34 und der Pixel-Mittelwertbildner 46 bilden eine Vorprozessorschaltung 35 für das Bildsignal. Die Beziehung der Bildsignalspannung (VOUT) an einer Ausgangsleitung 48 der Vorprozessorschaltung 35 zur Ausgangsspannung (V_s) des Bildsensors 30 ist durch die nachstehende Gleichung gegeben:

VOUT = (V_s-VOFFSET) · (GDAC · GAVE) (1)

Darin ist VOFFSET die Ausgangsspannung des Versatz-D/A- Umsetzers 36, GDAC die Verstärkung des multiplizierenden Digital/Analog-Umsetzers 42 und GAVE ist die Signalverstärkung des Pixel-Mittelwertbildners 46.

Das Ausgangssignal des Pixel-Mittelwertbildners gelangt zu einem analogen Eingang eines Mikrocomputers 50. Bei dem Mikrocomputer 50 kann es sich um einen Baustein vom Typ MC68HC11A1, hergestellt von Motorola Inc., handeln, der einen Einchip-Speicher, eine Takt- oder Zeitgeberschaltung, eine serielle Kommunikationsschnittstelle, einen Analog/Digital-Umsetzer, parallele Eingabe/Ausgabe- Kanäle und eine externe Busschnittstelle enthält. Die Leitung 48, auf der das vorverarbeitete Bildsignal ansteht, wird dem Eingang des Analog/Digital-Umsetzers des Mikrocomputers zugeführt. Die externe Busschnittstelle ist mit dem Datenbus 40 verbunden, sowie mit einem Adreßbus 41 innerhalb des Bildprozessors. Eine Leitung von einem der parallelen E/A-Kanäle ist mit dem Eingang des Impulsformers 32 verbunden, um für den Sensor 30 Steuerimpulse vorzusehen, die die Bilderfassungs- und Bildauslesefunktionen regeln. Andere Leitungen der parallelen E/A-Kanäle sind mit einer E/A-Schnittstellenschaltung 52 verbunden, die einzelne Ausgangssignale liefert, die die Ergebnisse der Bildverarbeitung angeben und die über das Kabel 22 mit dem Gleichsignal-Eingabemodul 15 verbunden sind.

Ein Paar Leitungen 54 erstrecken sich von der Serienkommunikationsschnittstelle des Mikrocomputers zu einem Verbinder 23 am Gehäuse des Bildprozessors 20, wie es aus Fig. 1 hervorgeht. Damit wird eine serielle Kommunikationsverbindung geschaffen, so daß ein Terminal oder Endgerät für Konfigurationszwecke mit dem Prozessor 20 verbunden werden kann.

Der Datenbus 40 und der Adreßbus 41 sind mit einem Festwertspeicher (ROM) 56 verbunden, in dem das Software- Programm abgelegt ist, daß der Mikrocomputer ausführt, wenn er den Betrieb des Bildprozessors steuert. Ein Schreib/Lese-Speicher oder ein Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM) 58 ist ebenfalls mit den Adreß- und Datenbussen 40 und 41 verbunden, so daß in diesem Speicher Bilddaten, Variable und Verarbeitungsergebnisse für den Mikrocomputer 50 gespeichert werden können. Der Adreßbus 41 ist mit dem Eingang eines Adreßdecoders 60 verbunden, der auf ausgewählte Adressen dadurch anspricht, daß er für spezifische Komponenten innerhalb des Bildprozessors 20 Steuersignale erzeugt. Der Adreßdecoder 60 spricht beispielsweise auf zwei Adressen dadurch an, daß er über Leitungen 38 und 44 an den Versatz-Digital/Analog-Umsetzer 36 und den multiplizierenden Digital/Analog-Umsetzer 42 Freigabesignale abgibt, um die Daten-Latches in jedem Umsetzer individuell freizugeben.

An den Datenbus ist ein ausgangsseitiger Digital/ Analog-Umsetzer 62 angeschlossen, der, wenn er durch ein Signal an einer Leitung 63 vom Adreßdecoder freigegeben ist, den Digitalwert am Datenbus in einem SAtz interner Daten- Latches speichert. Der ausgangsseitige Digital/Analog- Umsetzer 62 erzeugt an seinem Ausgang ein Analogsignal mit einem Betrag, der dem gespeicherten Digitalwert entspricht. Ein Stromtreiber 64 verwendet das analoge Signal vom Ausgang des Digital/Analog-Umsetzers 62 zum Erzeugen eines herkömmlichen Stromschleifen-Ausgangssignals von 4 bis 20 mA, das den Betrag eines Bildanalyseergebnisses darstellt. Das Stromschleifensignal gelangt über Leiter des Kabels 22 zum analogen Eingabemodul 16 der programmierbaren Steuerung 10.

Mit dem Datenbus 40 ist noch eine Schalterschnittstelle 66 verbunden, die aus einer Vielzahl von Tri-State- Datenpuffern besteht, welche, wenn sie vom Adreßdecoder 60 freigegeben sind, einen Satz Modulkonfigurationsschalter 68 mit dem Datenbus verbinden. Die Schalterschnittstelle 66 enthält einen Satz Pull-Up-Widerstände für jede der Schaltereingangsleitungen zur Schnittstelle. Die Konfigurationsschalter 68, wie es noch beschrieben wird, versetzen den Anwender in die Lage, daß er unterschiedliche Verarbeitungsoptionen auswählen kann und den Bildprozessor in unterschiedliche Betriebsarten bringen kann. Einer der Schalter 68 dient dazu, den Bildprozessor 20 in eine Einricht-Betriebsart (Setup Mode) oder eine Lauf-Betriebsart (Run Mode) zu bringen.

Die verschiedenen Arten des Bildprozessorbetriebs werden im Zusammenhang mit einem Bild beschrieben, bei dem der Gegenstand oder das Objekt relativ dunkel im Gegensatz zu einem helleren Hintergrund ist. Für den Fachmann ist es klar, daß die Erfindung auch auf die Verarbeitung von Bildern abgestellt werden kann, bei denen das Objekt heller als der Hintergrund ist. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel gestattet es daher einer der Schalter 68, daß der Anwender angeben kann, ob das Objekt heller oder dunkler als der Hintergrund ist. Der Mikrocomputer 50 verwendet diese Angabe zur Festlegung, wie die Schritte des Beleuchtungskompensationsvorgangs, der nachstehend noch beschrieben wird, ausgeführt werden sollen. Unabhängig davon, ob das Objekt heller oder dunkler als der Hintergrund ist, muß dazwischen ein beachtliches Ausmaß an Kontrast vorhanden sein, und zwar für die Zwecke einer geeigneten Beleuchtungskompensation als auch einer Bildanalyse.

Bei dem zur Erläuterung der Erfindung dienenden Beispiel liefert der Zeilenabtastbildsensor 30 einen Spannungsverlauf des eindimensionalen Bildes, wie es durch den in Fig. 3A dargestellten Verlauf gezeigt ist. Der Betrag der Ausgangsspannung V_s des Bildsensors ist umgekehrt proportional zu der Helligkeit der Bildabtastelemente. Das bedeutet, daß ein rein weißer Abschnitt des Bildes eine relativ niedrige Spannung im Gefolge hat, wohingegen ein relativ dunkler Abschnitt eine höhere Spannung im Gefolge hat, wie es der dargestellte Signalverlauf zeigt. Da bei dem betrachteten Beispiel das Objekt relativ dunkel ist, liefert es eine hohe Spannung, wohingegen der Hintergrund durch eine relativ niedrige Spannung gekennzeichnet ist, wie es aus dem dargestellten Signalverlauf hervorgeht. Typischerweise ist der Hintergrund nicht rein weiß und der Gegenstand nicht rein schwarz, so daß in Wirklichkeit Bildspannungen erzeugt werden, die von den entsprechenden extremen Signalpegeln geringfügig abweichen. Der Bildsensor 30 sieht auch noch eine ihm innewohnende Vorspannung in seiner Ausgangsspannung vor, so daß ein rein weißer Bildabschnitt keinen Nullspannungspegel oder Nullspannungswert hervorruft, sondern geringfügig höher als Null liegt, wie es dargestellt ist. Wenn dieses Signal jedoch mit dem Ausgangssignal des Versatz-Digital/Analog- Umsetzers 36 in der Summierschaltung 34 vereinigt wird, wird der in Fig. 3A dargestellte Signalverlauf in einer solchen Weise verschoben, daß ein rein weißer Pegel durch 0 Volt dargestellt wird.

Fig. 3B zeigt den Bildsignalverlauf an der Ausgangsleitung 48 der Vorprozessorschaltung 35. Der dynamische Bereich des analogen Eingangs des Mikrocomputers 50 beträgt 0 bis 5 Volt, wodurch der maximal zulässige Bereich der Vorprozessorausgangssignalspannung VOUT definiert wird. Wenn die Vorprozessorschaltung 35 richtig eingestellt ist, nimmt der Ausgangsbildsignalverlauf das mittlere Drittel des dynamischen Bereiches der Schaltung ein. Nach der Erfindung werden die Vorprozessorschaltung 35 und der Bildsensorbetrieb periodisch eingestellt, um diese Beziehung zwischen dem Bildsignalspannungsbereich und dem dynamischen Signalspannungsbereich des Mikrocomputers aufrecht zu erhalten, wenn sich die Beleuchtung des Objekts ändert. Insbesondere werden die Bildsensorbelichtungszeit, die Ausgangsspannung vom Versatz-Digital/Analog-Umsetzer 36 und die Verstärkung des multiplizierenden Digital/Analog- Umsetzers 42 in einer solchen Weise eingestellt, daß der Spannungsbereich des Vorprozessorschaltungsausgangssignals sich im wesentlichen innerhalb des mittigen Drittels des dynamischen Signalspannungsbereiches des Mikrocomputers befindet.

Damit diese Kompensation vorgenommen werden kann, muß der Bildprozessor 20 für den vom zu analysierenden Bild erzeugten Spannungsverlauf konfiguriert werden. Zur Ausführung dieses Konfigurationsvorgangs wird ein Muster des zu inspizierenden Objekts vor den Prozessor gebracht und beleuchtet. Der Anwender oder Benutzer bringt dann den Betriebsartschalter 70 in die Einrichtbetriebsartposition, die dem Mikrocomputer 50 anzeigt, daß er die Vorprozessorschaltung 35 für den Spannungsverlauf für das Proben- oder Musterbild konfigurieren soll.

In diesem Augenblick beginnt dann der Mikrocomputer 50 mit der Ausführung der Einrichtbetriebsartroutine, die im Flußdiagramm nach Fig. 4 dargestellt ist. Die Routine beginnt mit einem Schritt 100, bei dem die Variablen und Zähler initialisiert werden, die im Verlaufe der Ausführung des Einrichtsprogramms benutzt werden. Während dieser Stufe werden Vorgabe- oder Standardwerte mittels des Mikrocomputers 50 aus dem Speicherraum des Festwertspeichers 56 entnommen und in die Datenpuffer der Digital/Analog- Umsetzer 36 und 42 geladen.

Sobald die Initialisierung beendet ist, gibt der Mikrocomputer 50 einen Steuerimpuls an den Impulsformer 32 ab, der dann den Bildwandler oder Bildsensor 30 veranlaßt, bei einem Schritt 102 ein Bild zu erfassen. In diesem Zustand ändern die einzelnen Detektorstellen des Bildsensors ihre elektrische Eigenschaft aufgrund des auftreffenden Lichts. Handelt es sich beispielsweise bei dem Bildsensor um einen CCD-Bildwandler (CCD=ladungsgekoppeltes Element) ändert sich die bei jeder Detektorstelle akkumulierte Ladung proportional zu der Menge an Licht, die während des Belichtungsintervalls auf dieser Stelle auftrifft. Die Länge oder Dauer des vom Mikrocomputer zum Bildsensor übermittelten Impulses bestimmt das Zeitintervall für die Belichtung. Wie noch beschrieben wird, ist dieses Belichtungsintervall eine Variable, die so geregelt wird, daß sie Veränderungen in der Beleuchtung des Objekts kompensiert.

Sobald das Bild erfaßt worden ist, tritt die Programmausführung in eine Schleife ein, in der jedes Bildabtastelement vom Bildsensor ausgelesen und gemittelt wird, um ein Bildelement zu liefern, das dann überprüft wird, um die Minimum- und Maximumspannungspegel des Bildes zu erfassen. Wie zuvor dargelegt, entspricht der Spannungspegel eines Bildabtastelements und eines Bildelements der Helligkeit des betreffenden Elements. Die Programmschleife beginnt bei einem Schritt 104, bei dem die erste Gruppe von vier Bildabtastelementen vom Sensor 30 ausgelesen und dem positiven Eingang der Summierschaltung 34 zugeführt wird. Gleichzeitig liefert der Versatz-Digital/Analog-Umsetzer 36 einen konstanten Spannungspegel an den negativen Eingang der Summierschaltung 34. Dieser Spannungspegel ist festgelegt durch eine digitale Zahl, die vorher in die Datenpuffer des Versatz- Digital/Analog-Umsetzers 36 geladen worden ist. Das bei der Signalsummierung in der Schaltung 34 erzeugte pegelverschobene Bildsignal wird an den analogen Eingang des multiplizierenden Digital/Analog-Umsetzers 42 gelegt. In diesem Digital/Analog-Umsetzer 42 wird der analoge Signalpegel mit einer Digitalzahl multipliziert, die in seinen Datenpuffern gespeichert ist, um ein verstärktes Bildsignal zu gewinnen, das dem Eingang des Pixel-Mittelwertbildners 46 zugeführt wird.

Der Spannungspegel des vom Mikrocomputer 50 empfangenen Bildelements wird bei einem Schritt 106 mit einem Spannungspegel verglichen, der im RAM 58 gespeichert ist, um zu bestimmen, ob dieses Bildelement den maximalen Spannungspegel für das Bild hat. Dieser Vergleich erfaßt den Pegel des dunkelsten Bildelements. Hat das gegenwärtige Bildelement einen Spannungspegel, der größer als das bisherige Spannungsmaximum ist, zweigt die Programmausführung zu einem Schritt 108 ab, wo der Spannungspegel für dieses Bildelement im RAM 58 als der neue maximale Spannungspegel gespeichert wird. Die Programmausführung schreitet dann zu einem Schritt 110 voran, bei dem der Spannungspegel des Bildelements mit dem minimalen Spannungspegel verglichen wird, der zuvor für Elemente dieses Bildes in Erfahrung gebracht worden ist. Dieser Minimumspannungspegel wird ebenfalls im RAM 58 gespeichert. Hat das gegenwärtige Bildelement einen Spannungspegel, der unterhalb des bisherigen Minimumspannungspegels für dieses Bild ist, wird der gegenwärtige Spannungspegel des Elements bei einem Schritt 112 als Minimumpegel gespeichert. Auf diese Weise wird der Spannungspegel des hellsten Bildelements erfaßt und festgestellt.

Nachdem das Bildelement mit dem Minimum- und Maximumspannungspegel, die für das Bild angetroffen worden sind, verglichen worden ist, wird bei einem Schritt 114 eine Bestimmung durch den Mikrocomputer 50 dahingehend vorgenommen, ob das letzte Bildelement des Bildes auf diese Weise verglichen worden ist. Ist das Ende des Bildes noch nicht aufgetreten, geht die Programmausführung in der Schleife zurück zum Schritt 104, um eine weitere Gruppe von Bildabtastelementen auszulesen, die gemittelt werden und schließlich zum Vergleich mit dem bisherigen Minimum- und Maximumspannungspegel herangezogen werden. Nachdem schließlich das gesamte Bild mittels der Schleife bestehend aus den Programmschritten 104 bis 114 verarbeitet worden ist, schreitet die Programmausführung zu einem Schritt 116 voran. Die bezeichneten Speicherplätze im RAM 58 enthalten jetzt den minimalen und maximalen Spannungspegel V_min und V_max des laufenden oder gegenwärtigen Bildes. Der minimale und maximale Spannungspegel stellen das hellste bzw. das dunkelste Bildelement dar und verkörpern den Bereich der Spannungen, die von dem Bild erzeugt worden sind. Aufgrund der Art und Weise, wie die Szene beleuchtet wird, wird das hellste Bildelement vom Bildhintergrund hervorgerufen, und das dunkelste Bildelement wird vom Gegenstand oder Objekt hervorgerufen.

Der Mikrocomputer 50 berechnet dann die Differenz zwischen dem minimalen und maximalen Spannungspegel des Bildes, um festzustellen, ob diese Differenz gleich einem Drittel des dynamischen Signalspannungsbereiches des analogen Eingangs des Mikrocomputers ist. Trifft dies nicht zu, zweigt die Programmausführung vom Schritt 116 zu einem Schritt 118 ab, bei dem der Mikrocomputer 50 entweder die Verstärkung des multiplizierenden Digital/ Analog-Umsetzers 42 oder das Sensorbelichtungsintervall oder beide genannte Parameter einstellt. Die gemeinsame Einstellung dieser Parameter ändert das Bildsignal im Verhältnis zu dem Betrag, um den der tatsächliche Spannungsbereich zwischen dem minimalen und maximalen Bildsignalspannungspegel (V_min und V_max) von einem Drittel des dynamischen Signalspannungsbereiches des Mikrocomputers abweicht. Wenn daher der tatsächliche Spannungsbereich größer als dieser Bruchteil des dynamischen Signalspannungsbereiches ist, werden die Belichtung und/oder der Verstärkungspegel herabgesetzt, um den Bildspannungsbereich zu komprimieren. Ist andererseits der tatsächliche Spannungsbereich kleiner als dieser Bruchteil des dynamischen Signalspannungsbereiches, werden das Belichtungsintervall und die Verstärkung erhöht, um den Spannungsbereich des Bildsignals zu expandieren. Um dies auszuführen, berechnet der Mikrocomputer einen neuen Wert für die Verstärkung und überträgt diesen über den Datenbus 40 zu den Puffern in dem multiplizierenden Digital/Analog-Umsetzer 42. In ähnlicher Weise stellt der Mikrocomputer 50 in dem RAM 58 eine Variable ein, die das Belichtungsintervall für den Bildwandler oder Bildsensor 30 angibt. Sobald diese Parameter beim Schritt 118 ein- oder nachgestellt worden sind, kehrt die Programmausführung zum Schritt 102 zurück, um ein neues Bild zu erfassen. Die Programmausführung fährt mit ihrem Schleifenbetrieb fort, bis die Verstärkung und die Belichtung so eingestellt sind, daß die Differenz zwischen dem hellsten Teil und dem dunkelsten Teil des Bildes im wesentlichen gleich einem Drittel des dynamischen Signalspannungsbereiches des Mikrocomputers ist.

Sobald der Spannungsbereich des Bildsignals in geeigneter Weise eingestellt worden ist, geht die Programmausführung zu einem Schritt 120 über, bei dem der Durchschnitt oder das Mittel dieses Spannungsbereiches mit dem Durchschnitt oder dem Mittel des dynamischen Signalspannungsbereiches des Mikrocomputers verglichen wird. Insbesondere werden der maximale und minimale Spannungspegel (V_min und V_max) des Bildes gemittelt, und der resultierende Wert wird in vorliegenden Fall mit 2,5 Volt verglichen, wobei der dynamische Signalbereich 0 bis 5 Volt beträgt. Irgendeine Abweichung des Mittels des Bildspannungsbereiches vom Mittel des dynamischen Signalspannungsbereiches wird bei einem Schritt 122 herangezogen, um den Bildsignalspannungsversatz einzustellen, den der Versatz-Digital/Analog-Umsetzer 36 vorsieht. Der Mikrocomputer 50 berechnet einen neuen Spannungsversatz auf der Grundlage dieser Abweichung und bewirkt eine digitale Übertragung des neuen Versatzes oder der neuen Verschiebung über den Datenbus 40 zu den Puffern in dem Versatz-Digital/Analog-Umsetzer 36.

Sobald die Vorprozessorschaltung 35 so eingestellt worden ist, daß das Bildsignal an ihrer Ausgangsleitung 48 das mittlere Drittel des dynamischen Signalspannungsbereiches des Mikrocomputers einnimmt, schreitet die Programmausführung zum Schritt 124 voran.

Die Vorprozessorschaltung 35 ist jetzt für das Proben- oder Musterbild, das einen zu analysierenden Gegenstand oder ein zu analysierendes Objekt enthält, geeicht. Als nächstes wird das Verhältnis der Referenzhelligkeitspegel des Musterobjekts und seines Hintergrunds abgeleitet und im RAM 58 gespeichert, um es als Fixpunkt oder Bezugsmarke zum Erfassen einer späteren Abweichung in der Beleuchtung der zu inspizierenden Gegenstände zu erfassen. Die Ausgangsspannung V_s des Wandlers oder Sensors ist direkt bezogen auf die Bildhelligkeit. Der Mikrocomputer 50 enthält allerdings nicht diese Ausgangsspannung V_s, sondern er empfängt einen Spannungspegel VOUT, der von der Vorprozessorschaltung 35 erzeugt wird, die die Sensorausgangsspannung V_s transformiert. Da diese Signaltransformation oder Signalumsetzung durch die obigen Gleichung (1) definiert ist, kann man relative Helligkeitspegel des Objekts und des Bildhintergrunds dadurch ableiten, daß man diese Gleichung für die äquivalenten Bildsensorausgangsspannungen V_s unter Verwendung der Minimum- und Maximumbildelementspannungspegel (V_min und V_max) als Ausgangsspannung VOUT löst. Beim Schritt 124 wird die Gleichung gelöst, um die äquivalenten Bildsensorausgangsspannungen V_s für V_min und V_max zu gewinnen, wobei ein Paar numerischer Werte erzeugt wird, die direkt den relativen Helligkeitspegeln des Bildhintergrunds bzw. des Objekts entsprechen. Das Verhältnis dieser beiden äquivalenten Sensorausgangspannungen wird abgeleitet bei einem Schritt 126 und im RAM 58 gespeichert. Wie noch beschrieben wird, wird dieses Verhältnis während der Run- oder Lauf-Betriebsart des Beleuchtungskompensationsverfahren wiedergewonnen, wenn gerade ein Bild ausgewertet wird. Abweichend davon können die Werte für V_min und V_max oder ihre äquivalenten Bildsensorausgangsspannungen zu diesem Zeitpunkt gespeichert werden, und die Berechnungen nach den Schritten 124 und 126 können aufgeschoben werden, bis das Spannungsverhältnis später benötigt wird. Die Berechnung dieser Werte während der Setup- oder Einricht-Betriebsart hat jedoch den Vorteil, daß die Ausführung der Kompensationsroutine in der Lauf-Betriebsart schneller abläuft.

Danach überprüft bei einem Schritt 128 der Mikrocomputer den Betriebsartschalter 70, um festzustellen, ob der Anwender oder Benutzer die Einricht-Betriebsart verlassen möchte. Solange dieser Schalter in der Einrichtungs- Betriebsart bleibt, kehrt die Programmausführung zum Schritt 100 zurück, um die Vorprozessoreinstellung und den Helligkeitsverhältnisberechnungsprozeß zu wiederholen.

Ist der Betriebsartschalter 70 auf die Lauf-Betriebsart umgeschaltet worden, beginnt der Mikrocomputer 50 mit der Ausführung eines Bildanalyseprogramms, das eine Routine zur Neueinstellung oder Nachstellung der Signalverarbeitung enthält, und zwar zum Kompensieren von Veränderungen in der Beleuchtung der abzubildenden Objekte. Unter Bezugnahme auf Fig. 2 sei bemerkt, daß der Bildprozessor 20 mit der Erfassung und Analyse eines Bildes beginnt, wenn er ein Triggersignal an einer Eingangsleitung 53 zur Eingabe/Ausgabe-Schnittstelle 52 empfängt. Der Mikrocomputer 50 spricht auf das Triggersignal dadurch an, daß er einen Steuerimpuls an den Bildsensor 30 abgibt, wodurch der Sensor veranlaßt wird, ein Bild zu erfassen. Das Signal von jeder Sensordetektorstelle oder jedem Sensordetektorort wird sequentiell durch die Vorprozessorschaltung 35 ausgelesen, um eine Serie von Bildelementen am analogen Eingang des Mikrocomputer 50 zu erzeugen. Beim Empfang jedes dieser Bildelemente führt der Mikrocomputer 50 ein herkömmliches Bildanalyseprogramm aus. Dieses Programm vergleicht beispielsweise den Spannungspegel jedes Bildelements mit einem Schwellenwert und zählt die Bildelemente aus, die einen Spannungspegel haben, der oberhalb des Schwellenwerts liegt.

Während jedes Bildelement durch die Bildanalyseroutine des Mikrocomputers ausgewertet wird, wird es auch mittels der Beleuchtungskompensationsroutine verarbeitet, die in Fig. 5 dargestellt ist. Bei einem Schritt 140 dieser Routine wird der Spannungspegel dieses gerade verarbeiteten Bildelements mit den minimalen und maximalen Spannungspegeln der bisherigen Bildelemente desselben Bildes verglichen, um festzustellen, ob er oberhalb des bisherigen maximalen Spannungspegels oder unterhalb des bisherigen minimalen Spannungspegels ist. Dieser Vergleich kann durch eine Reihe von Programmschritten ausgeführt werden, die den Schritten 106 bis 113 der Einricht- Betriebsartroutine nach Fig. 4 ähnlich sind. Wenn der laufende oder gegenwärtige Bildelementspannungspegel einen der bisherigen Extremwerte überschreitet, ersetzt er den bisherigen Wert im RAM 58, und wird dann zum neuen maximalen bzw. minimalen Spannungspegel oder Spannungswert. Bei einem Schritt 142 stellt der Mikrocomputer fest, ob oder ob nicht das letzte Bildelement des Bildes verarbeitet worden ist. Solange weitere Bildelemente verbleiben, kehrt die Programmausführung unmittelbar zur Bildanalyseroutine zurück, um ein weiteres Bildelement zu verarbeiten.

Wenn alle Bildelemente des Wandlers oder Sensors 30 ausgelesen worden sind, schreitet die Beleuchtungskompensationsroutine zum Schritt 144 vor. Hier wird ein Spannungspegel gewonnen, der dem Bildhintergrund entspricht. Bei dem in Fig. 3 dargestellten Beispiel ist der Hintergrund heller als das Objekt, so daß die den Hintergrund darstellenden Bildelemente einen niedrigeren Spannungspegel haben als diejenigen, die vom Objekt hervorgerufen werden. Folglich ist die minimale Spannung V_min des Bildes dem Hintergrund zugeordnet. Der Mikrocomputer 50 verwendet die obigen Gleichung (1), um die äquivalente Sensorausgangsspannung V_s MIN für die minimale Bildelementspannung V_min zu berechnen. Ist abweichend davon das Objekt heller als der Hintergrund, wird die maximale Spannung V_max des Bildes als Pegel verwendet, der den Hintergrund darstellt, und der Mikrocomputer berechnet V_s MAX.

Aus der äquivalenten minimalen Sensorspannung V_s MIN und dem Verhältnis der maximalen und minimalen Sensorspannungen, die während der Einricht-Betriebsart gespeichert worden sind, wird bei einem Schritt 146 ein theoretischer Sensorspannungspegel V_s REF für den maximalen Spannungspegel des Bildes berechnet. Dieser theoretische Spannungspegel V_s REF entspricht idealerweise dem dunkelsten Teil des Bildes in bezug auf das Objekt. Als nächstes verwendet der Mikrocomputer wiederum die Gleichung (1), um den theoretischen Sensorspannungspegel V_s REF des Objekts in den äquivalenten Vorprozessorschaltungsausgangsspannungspegel VREF umzuformen, und zwar bei einem Schritt 148.

Der theoretische Vorprozessorschaltungsausgangsspannungspegel VREF wird verglichen mit dem aktuellen maximalen Spannungspegel VMAX des dunkelsten Bildelements des laufenden oder gegenwärtigen Bildes. Ist das Objekt in geeigneter Weise beleuchtet, müßte das dunkelste Bildelement von einem Teil des Objekts stammen. Ist ein Objekt im Bild vorhanden, wie es durch den in Fig. 3C dargestellten Spannungsverlauf angedeutet ist, ist der Pegel von VMAX näherungsweise gleich dem theoretischen Spannungspegel VREF. Wenn daher VMAX nicht größer als 90% des theoretischen Spannungspegels VREF für das Objekt ist, zieht der Mikrocomputer daraus den Schluß, daß ein Objekt im Bild nicht vorhanden ist und lediglich Hintergrund abgebildet wird. Selbst wenn ein Objekt vorhanden ist, jedoch ein maximaler Spannungspegel VMAX von nicht mehr als 90% von VREF erzeugt wird, folgert das System, daß ein Objekt nicht vorhanden ist. Es sei bemerkt, daß der Bildsignalverlauf nach Fig. 3C nicht in der Mitte des dynamischen Signalbereiches liegt und der maximale Spannungspegel größer als der theoretische maximale Wert ist, was der Fall sein kann, wenn sich die Intensität der Objektbeleuchtung ändert.

Wie oben beschrieben, kann der Bildprozessor 20 für ein Bild konfiguriert werden, bei dem der Hintergrund dunkler als das Objekt ist. In diesem Fall ist, wie es aus Fig. 3E hervorgeht, das Bildsignal am Ausgang der Vorprozessorschaltung 35 ein Spannungssignalverlauf, der im Vergleich zu demjenigen nach Fig. 3C invertiert ist. Da die Bildelemente des Objekts dargestellt sind durch niedrigere Spannungspegel als die Hintergrundbildelemente, muß die Logik, die zum Feststellen, ob ein Objekt vorhanden ist, invertiert werden. Das heißt, um zu folgern, daß ein Objekt vorhanden ist, muß die tatsächliche minimale Bildsignalspannung V_min (dem Objekt zugeordnet) weniger als 110% des theoretischen Spannungspegels VREF für das Objekt sein.

Die Spannungspegel, die bei dem Beleuchtungskompensationsvorgang verwendet werden, hängen von der Folgerung ab, ob ein Objekt vorhanden ist oder nicht. Es wird wieder zurückgekehrt auf das Beispiel nach Fig. 3C, bei dem der Hintergrund heller als das Objekt ist. Wenn hier gefolgert wird, daß ein Objekt vorhanden ist, wird der gemessene maximale Spannungspegel VMAX für das Bild als der hellste Bildpegel verwendet, andernfalls wird der theoretische Spannungspegel VREF für das Objekt verwendet. Wenn bei einem Schritt 150 nach Fig. 5 der Wert von VMAX 90% des theoretischen Spannungspegels VREF nicht überschreitet, folgert das System, daß ein Objekt im Bild nicht vorhanden ist. In diesem Fall zweigt das Programm zu einem Schritt 152 ab, bei dem der Wert von VMAX ersetzt wird durch den Wert des theoretischen Spannungspegels VREF. Daher wird während des Restes der Beleuchtungskompensationsroutine der theoretische Spannungspegel anstelle des tatsächlichen Spannungspegels des dunkelsten Bildelements des Objekts verwendet. Wenn aber der Wert von VMAX, der zuvor durch Inspektion der Bildelemente bestimmt worden ist, 90% des theoretischen Wertes der Spannung des Objekts überschreitet, wird während des Restes des Kompensationsvorgangs der tatsächliche Wert benutzt.

Sobald der Wert für VMAX ausgewählt worden ist, schreitet das Programm zu einem Schritt 156 voran, bei dem die Differenz zwischen dem tatsächlichen Wert von VMIN und einem ausgewählten Wert für VMAX bestimmt wird und mit einem Pegel verglichen wird, der gleich einem Drittel des dynamischen Signalspannungsbereiches des Mikrocomputers 50 ist. Wenn eine beachtenswerte Änderung in der Beleuchtung des Objekts auftritt, weicht die Differenz zwischen den Pegeln von VMAX und VMIN beträchtlich von einem Drittel des dynamischen Signalspannungsbereiches des Mikrocomputers ab. Ist dies der Fall, zweigt das Programm zu einem Schritt 158 ab, bei dem die Verstärkung GADC des multiplizierenden Digital/ Analog-Umsetzers 42 und die Belichtungszeit eingestellt werden, und zwar proportional zum Betrag der Abweichung. Einige gegenseitige Einwirkungen des Verstärkungs- und Belichtungszeitänderungsprozesses können erforderlich sein, bevor die Differenz zwischen VMAX und VMIN im wesentlichen gleich einem Drittel des dynamischen Signalspannungsbereiches ist.

Bei einem Schritt 160 werden der Durchschnitt oder das Mittel zwischen VMAX und VMIN berechnet und verglichen mit dem Durchschnitt oder dem Mittel des dynamischen Signalspannungsbereiches des Mikrocomputers. Wenn das berechnete Mittel im wesentlichen mit dem Mittel des dynamischen Signalspannungsbereiches nicht übereinstimmt, zweigt das Programm zu einem Schritt 162 ab, bei dem der Ausgang des Versatz-Digital/Analog-Umsetzers 36 eingestellt wird, um die beiden Mittel oder Durchschnitte in Übereinstimmung miteinander zu bringen. Die Schritte 156 bis 162 sehen daher eine Einstellung des Signals vor, das dem analogen Eingang des Mikrocomputers 50 zugeführt wird, um Veränderungen im Bildsignal aufgrund von Änderungen in der Intensität des auf das Objekt auftreffenden Lichts zu kompensieren.

Claims

1. Anordnung zur Kompensation von durch Beleuchtungsänderung verursachten Auswirkungen in einem Bildsignal, das ein Bild eines vor einem Hintergrund befindlichen Objekts darstellt, enthaltend:
eine Einrichtung (58) zum Speichern von Daten, die die Beziehung von Referenzbildsignalpegeln für das Objekt und den Hintergrund angeben;
eine Einrichtung (30, 35, 50) zum Erfassen eines Bildsignalpegels für den Hintergrund des Bildes;
eine Einrichtung (30, 35, 50) zum Erfassen eines Bildsignalpegels für das Objekt in dem Bild;
eine Einrichtung (50) zum Berechnen eines theoretischen Bildsignalpegels für das Objekt aus den gespeicherten Daten und dem erfaßten Bildsignalpegel für den Hintergrund;
eine Einrichtung (50) zum Vergleichen des Bildsignalpegels für das Objekt mit dem theoretischen Bildsignalpegel; und
eine Einrichtung (35, 50) zum Einstellen der Amplitude des Bildsignals dahingehend, (1) daß die Differenz zwischen dem Bildsignalpegel des Hintergrunds und dem Bildsignalpegel für das Objekt gleich einem vordefinierten Wert wird, wenn der Bildsignalpegel für das Objekt eine vorbestimmte Beziehung zu dem theoretischen Bildsignalpegel einnimmt, oder (2) daß die Differenz zwischen dem Bildsignalpegel des Hintergrunds und dem theoretischen Bildsignalpegel für das Objekt gleich einem vordefinierten Wert wird, wenn der Bildsignalpegel für das Objekt nicht die vorbestimmte Beziehung zu dem theoretischen Bildsignalpegel hat.

2. Anordnung nach Anspruch 1, bei der die Daten, die die Beziehung von Referenzbildsignalpegeln für das Objekt und den Hintergrund angeben und in der Speichereinrichtung (58) gespeichert sind, das Verhältnis der beiden Referenzbildsignalpegel zueinander darstellen.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Einrichtung (35, 50) zum Einstellen der Amplitude des Bildsignals einen gemeinsamen vordefinierten Wert verwendet, der im wesentlichen gleich der Differenz zwischen den Referenzbildsignalpegeln für das Objekt und den Hintergrund ist.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die vorbestimmte Beziehung der Einrichtung (35, 50) zum Einstellen der Amplitude des Bildsignals erfüllt ist, wenn der Bildsignalpegel für das Objekt größer als der theoretische Bildsignalpegel ist.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die vorbestimmte Beziehung der Einrichtung (35, 50) zum Einstellen der Amplitude des Bildsignals erfüllt ist:

(a) wenn der Bildsignalpegel für das Objekt größer ist als der Bildsignalpegel für den Hintergrund und auch größer ist als der theoretische Bildsignalpegel oder
(b) wenn der Bildsignalpegel für das Objekt kleiner ist als der Bildsignalpegel für den Hintergrund und auch kleiner ist als der theoretische Bildsignalpegel.

6. Prozessor, insbesondere in einer Anordnung zur Kompensation von durch Beleuchtungsänderung verursachten Einflüssen, welcher Prozessor Bilder analysiert, die ein vor einem Hintergrund befindliches Objekt darstellen und welcher Prozessor enthält:

einen Bildsensor (30) zum Gewinnen eines Bildsignals, das ein Bild darstellt;
einen Vorprozessor (35) zum Verstärken des Bildsignals;
eine Einrichtung (50), die mit dem Vorprozessor verbunden ist, zum Analysieren von Anteilen des Bildsignals, die das Objekt darstellen;
eine Einrichtung (58) zum Speichern eines Verhältnisses der Bildsignalpegel für das Objekt und den Hintergrund als Referenzbild;
eine Einrichtung (50) zum Erfassen eines Bildsignalpegels für den Hintergrund des Bildes;
eine Einrichtung (50) zum Erfassen eines Bildsignalpegels für das Objekt in dem Bild;
eine Einrichtung (50) zum Berechnen eines theoretischen Bildsignalpegels für das Objekt aus dem gespeicherten Verhältnis und dem erfaßten Bildsignalpegel für den Hintergrund;
eine Einrichtung (50) zum Vergleichen des Bildsignalpegels für das Objekt mit dem theoretischen Bildsignalpegel; und
eine Einrichtung (50) zum Einstellen des Vorprozessors (35) dahingehend, (1) daß die Differenz zwischen dem Bildsignalpegel für den Hintergrund und dem Bildsignalpegel für das Objekt gleich einem vordefinierten Wert wird, wenn der Bildsignalpegel für das Objekt eine vorbestimmte Beziehung zu dem theoretischen Bildsignalpegel einnimmt, oder (2) daß die Differenz zwischen dem Bildsignalpegel des Hintergrunds und dem theoretischen Bildsignalpegel für das Objekt gleich dem vorbestimmten Wert wird, wenn der Bildsignalpegel für das Objekt nicht die vorbestimmte Beziehung zu dem theoretischen Bildsignalpegel hat.

7. Prozessor nach Anspruch 6, bei dem:

der Vorprozessor (35) ferner enthält eine Einrichtung (36) zum Versetzen des Bildsignals innerhalb eines definierten Bereiches von Signalpegeln, und
die Einrichtung (50) zum Einstellen des Vorprozessors ferner die Einrichtung (36) zum Versetzen derart ändert, daß das Bildsignal mit einem im wesentlichen konstanten Versatz innerhalb des definierten Bereiches von Signalpegeln aufrechterhalten wird.

8. Prozessor nach Anspruch 6 oder 7, bei dem der von der Einrichtung (50) zum Einstellen des Vorprozessors (35) benutzte vordefinierte Wert im wesentlichen gleich der Differenz zwischen den Bildsignalpegeln für das Objekt und den Hintergrund des Referenzbildes ist.

9. Prozessor nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei dem die vorbestimmte Beziehung der Einrichtung (50) zum Einstellen des Vorprozessors erfüllt ist:

10. Anordnung zur Kompensation von durch Beleuchtungsänderung verursachten Auswirkungen in einem Bildsignal, das einen ersten und einen zweiten Extrempegel hat, welche Anordnung enthält:

eine Einrichtung (58) zum Speichern von Daten, die eine Referenzbeziehung für den ersten und zweiten Extrempegel angeben;
eine Einrichtung (59) zum Erfassen des ersten Extrempegels des Bildsignals;
eine Einrichtung (50) zum Erfassen des zweiten Extrempegels des Bildsignals;
eine Einrichtung (50) zum Berechnen eines theoretischen zweiten Extrempegels des Bildsignals aus den gespeicherten Daten und dem erfaßten ersten Extrempegel des Bildsignals;
eine Einrichtung (50) zum Vergleichen des zweiten Extrempegels des Bildsignals mit dem theoretischen zweiten Extrempegel; und
eine Einrichtung (35, 50) zum Einstellen der Amplitude des Bildsignals dahingehend, (1) daß die Differenz zwischen dem ersten und zweiten Extrempegel des Bildsignals gleich einem vordefinierten Wert ist, wenn der zweite Extrempegel des Bildsignals eine vorbestimmte Beziehung zu dem theoretischen zweiten Extrempegel einnimmt, oder (2) daß die Differenz zwischen dem ersten Extrempegel des Bildsignals und dem theoretischen zweiten Extrempegel gleich dem vorbestimmten Wert ist, wenn der zweite Extrempegel nicht die vorbestimmte Beziehung zu dem theoretischen zweiten Extrempegel hat.

11. Anordnung nach Anspruch 10, bei der die Daten, die die in der Speichereinrichtung (58) gespeicherte Referenzbeziehung angeben, das Verhältnis des ersten und zweiten Extrempegels für ein Referenzbildsignal darstellen.

12. Anordnung nach Anspruch 11, bei der der von der Einrichtung (35, 50) zum Einstellen der Amplitude des Bildsignals benutzte vordefinierte Wert im wesentlichen gleich der Differenz zwischen dem ersten und zweiten Extrempegel für das Referenzbildsignal ist.

13. Anordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, bei der die vorbestimmte Beziehung der Einrichtung (35, 50) zum Einstellen der Amplitude des Bildsignals erfüllt ist;

(a) wenn der zweite Extrempegel des Bildsignals größer ist als der erste Extrempegel des Bildsignals und auch größer ist als der theoretische Bildsignalpegel oder
(b) wenn der zweite Extrempegel des Bildsignals kleiner ist als der erste Extrempegel des Bildsignals und auch kleiner ist als der theoretische zweite Extrempegel.

14. Verfahren zur Kompensation von durch Beleuchtungsänderung verursachten Auswirkungen in einem Bildsignal, das einen ersten und zweiten Extrempegel hat, welches Verfahren die folgenden Schritte enthält:

Erstellen eines Verhältnisses von Referenzwerten für den ersten und einen zweiten Extrempegel;
Erfassen des ersten Extrempegels des Bildsignals;
Erfassen des zweiten Extrempegels des Bildsignals;
Berechnen eines theoretischen zweiten Extrempegels des Bildsignals aus dem Verhältnis der Referenzwerte und dem erfaßten ersten Extrempegel des Bildsignals;
Einstellen der Amplitude des Bildsignals dahingehend, daß die Differenz zwischen dem ersten und zweiten Extrempegel des Bildsignals gleich einem vordefinierten Wert wird, wenn der zweite Extrempegel des Bildsignals eine vorbestimmte Beziehung zu dem theoretischen zweiten Extrempegel einnimmt; und
Einstellen der Amplitude des Bildsignals dahingehend, daß die Differenz zwischen dem ersten Extrempegel des Bildsignals und dem theoretischen zweiten Extrempegel gleich einem vorbestimmten Wert wird, wenn der zweite Extrempegel des Bildsignals nicht die vorbestimmte Beziehung zu dem theoretischen zweiten Extrempegel hat.

15. Verfahren nach Anspruch 14, enthaltend den weiteren Schritt:

Addieren eines vorbestimmten Spannungsversatzes zu dem Bildsignal, so daß ein vordefinierter Signalpegel zwischen dem ersten und zweiten Extrempegel einschließlich eine feste Beziehung zu einem Nullbetragspegel einnimmt.