DE4218971C2 - Process for calibrating an image processing system - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbe griff des Anspruchs 1.The invention relates to a method according to the Oberbe handle of claim 1.
Im Rahmen der Holzver- und -bearbeitung werden in zuneh mendem Maß optische Systeme zur Qualitätskontrolle, Klassifizierung und Sortierung eingesetzt.In the context of wood processing and processing are increasing optical systems for quality control, Classification and sorting used.
Bei einem bekannten Verfahren der eingangs genannten Art (Holz-Zentralblatt, Stuttgart Nr. 10, 23.01.1991, Seite 171) wird die Sortierung von Schnittholz mit Hilfe eines Bildverarbeitungssystems durchgeführt, bei dem mit vier Videokameras alle Flächen des Schnittholzes im schnellen Durchgang geprüft werden. Die Kamerasignale werden von einem Bildrechner ausgewertet, der eine Kappsäge so ansteuert, daß Teile ungenügender Qualität aus dem Schnittholz herausgetrennt werden. Die Einstellung und Ausrichtung der vier Kameras sowie die Kalibrierung eines solchen Systems bereiten Schwierigkeiten und sind bisher noch ungenügend gelöst. Verändert sich z. B. die Dimension des zu prüfenden Schnittholzes, müssen in der Regel alle vier Kameras mechanisch verstellt, ihre Optiken neu justiert, die unterschiedlichen Beleuchtungs intensitäten korrigiert und die Ausrichtung der Kameras zueinander neu justiert werden. Dies erfordert einen erheblichen Zeitaufwand von bis zu einem Tag und bedeutet damit auch einen wirtschaftlichen Verlust, da während dieser Umstelldauer die Anlage nicht nutzbringend betrie ben werden kann.In a known method of the type mentioned (Holz-Zentralblatt, Stuttgart No. 10, January 23, 1991, page 171) is the sorting of lumber with the help of a Image processing system performed with four Video cameras all surfaces of the lumber in quick Continuity to be checked. The camera signals are from evaluated an image calculator that a chop saw like this controls that parts of insufficient quality from the Lumber is cut out. The setting and Alignment of the four cameras as well as the calibration of such a system are difficult and are still insufficiently solved. Changes z. B. the Dimension of the lumber to be tested must be in the Usually all four cameras mechanically adjusted theirs Optics readjusted, the different lighting Intensities corrected and the alignment of the cameras be readjusted to each other. This requires one considerable time expenditure of up to one day and means hence an economic loss as well during this changeover period, the system was not usefully operated can be used.
Ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 mit ähnlichen Nachteilen ist auch aus der US 4 891 530 bekannt. Zur Kalibrierung wird ein fehlerfreier oder fast fehlerfreier Prüfling durch die Prüfstation bewegt.A method according to the preamble of claim 1 Similar disadvantages are also apparent from US 4,891,530 known. An error-free or Almost flawless specimen moved through the test station.
Aus der GB 2 029 570 A ist ein Verfahren zum Finden von Entscheidungsschwellen bekannt, wobei auf einem Video monitor das Originalbild einer Prüffläche überlagert wird mit dem Ergebnis des über einen Schwellenwert binarisierten und klassifizierten Bildes. Der Bediener erhält auf diese Weise eine optische Kontrollmöglichkeit über die korrekte Einstellung dieser Schwelle. Eine solche visuelle Kontrolle der Einstellung von Schwellen wäre allenfalls im Anschluß an eine zuvor durchgeführte Kalibrierung sinnvoll anzuwenden.GB 2 029 570 A describes a method for finding Decision thresholds are known, being on a video monitor overlays the original image of a test area will result in having a threshold binarized and classified image. The operator is given a visual control facility in this way about the correct setting of this threshold. A such visual control of threshold setting would at most be following one use previously performed calibration sensibly.
Aus der US 4 301 373 ist es bekannt, eine selbsttätige Kompensation der unterschiedlichen Empfind lichkeiten der einzelnen Pixel einer Matrixkamera und auch eine Kompensation äußerer Einflüsse, wie einer Verstärkerdrift, durchzuführen. Diese Art eines Teils der radiometrischen Kalibrierung wird intermittierend während der Messung anhand einer Dunkelreferenz, die von dem eigentlichen Signal abgezogen wird, vorgenommen. Nachteilig ist ferner, daß multiplika tive Fehler nicht korrigierbar sind.From US 4 301 373 it is known a automatic compensation of different sensations the individual pixels of a matrix camera and also a compensation of external influences, such as one Amplifier drift. This kind of part of the radiometric calibration is measured intermittently during the measurement Dark reference subtracted from the actual signal is made. Another disadvantage is that multiplication tive errors cannot be corrected.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Kalibrie rung eines Bildverarbeitungssystems zu beschleunigen, zu vereinfachen und zu verbessern.The invention has for its object the calibration speeding up an image processing system, too simplify and improve.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Als Kameras können Matrix- oder Zeilenkameras verwendet werden. Das Verfahren eignet sich besonders für die Prüfung von Schnittholz und Spanplatten. Das Verfahren ermöglicht eine schnelle, zumindest teilautomatische Kalibration eines Bildverar beitungssystems für die automatische Inspektion der Prüflinge. Durch Einsatz von Einstellhilfen kann eine beschleunigte und selbsttätige Einstellung und Kalibrie rung eines solchen Systems erfolgen. Es erfolgt eine rechnergestützte Auswertung der Bilder der Musterfelder und eine entsprechend schnelle und sichere Kalibrierung der Kameras. In diesem Verfahren kann beispielsweise durch Einhaltung der Prüfsequenz a) radiometrische Kali brierung und danach b) geometrische Kalibrierung erreicht werden, daß die einzelnen Kalibrierungseinstellungen nicht negativ auf andere Kalibrierungseinstellungen zurückwirken. So kann z. B. die radiometrische Kalibrie rung korrekt erfolgen, selbst wenn die geometrische Kalibrierung noch fehlt, die Kameras also z. B. noch falsch ausgerichtet und/oder defokussiert sind. Anderer seits kann die geometrische Kalibrierung mit guter Genauigkeit erfolgen, wenn zuvor die radiometrische Kalibrierung durchgeführt worden ist.This task is accomplished by a method with the characteristics of claim 1 solved. As cameras, matrix or Line scan cameras are used. The procedure is suitable especially for testing lumber and Chipboard. The process enables fast, at least partially automatic calibration of an image processing processing system for automatic inspection of the Test subjects. By using adjustment aids accelerated and automatic adjustment and calibration such a system. There is one computer-aided evaluation of the images of the sample fields and a correspondingly quick and safe calibration of the cameras. In this method, for example by observing the test sequence a) radiometric potash and then b) geometric calibration achieved that the individual calibration settings not negative on other calibration settings act back. So z. B. the radiometric calibration correct, even if the geometric Calibration is still missing. B. still are misaligned and / or defocused. Other On the one hand, the geometric calibration can be done with good Accuracy is done if previously the radiometric Calibration has been performed.
Die Merkmale des Anspruchs 2 vervollständigen die Gesamt kalibrierung, wenn es sich bei der wenigstens einen verwendeten Kamera um eine Farbkamera handelt. The features of claim 2 complete the overall calibration if the at least one used Camera is a color camera.
Gemäß Anspruch 3 können bei Schnittholz z. B. alle vier Seiten des Prüflings inspiziert werden. Vorzugsweise sind dann vier Kameras vorgesehen, von denen jede auf eine Seite des Prüflings gerichtet ist. Der Kalibrations körper kann z. B. in Betriebspausen durch die Prüfstation geschickt werden, wenn also gerade kein Prüfling die Kameras passiert. Dann steht mehr Rechnerzeit für die Kalibrierung zur Verfügung.According to claim 3 z. B. all four Sides of the device under test. Preferably then four cameras are provided, each on one side of the test object is directed. The calibration body can e.g. B. during breaks in operation by the test station can be sent if there is no candidate Cameras happened. Then there is more computing time for the Calibration available.
Die Kalibrierung gemäß Anspruch 4 kann kontinuierlich oder in kurzen Abständen erfolgen. Bei der intermittie renden Re-Kalibrierung kann man auch in diesem Fall mit Vorteil Betriebspausen ausnutzen, um dann mehr Rechner zeit zur Verfügung zu haben.The calibration according to claim 4 can be continuous or at short intervals. At the intermittent In this case, recalibration can also be carried out Take advantage of breaks in order to use more computers to have time available.
Das Vorgehen gemäß Anspruch 5 kann in vielen Fällen einen gesonderten Kalibrationskörper und dessen perio dischen Durchlauf durch die Prüfzone erübrigen. Auch hier kann die Re-Kalibrierung ohne Unterbrechung des Prüfbetriebs durchgeführt werden.The procedure according to claim 5 can in many cases a separate calibration body and its perio the passage through the test zone is unnecessary. Also here the recalibration can be done without interrupting the Test operations are carried out.
Die Merkmale der Ansprüche 6 bis 12 kennzeichnen vorteilhafte Schritte zur radiometrischen Kalibrierung. Die über eine reine Subtraktion hinausgehende Transfor mationsvorschrift gemäß Anspruch 8 gestattet die Beseiti gung nicht nur von additiven Fehlern (Driften der Nulla ge), sondern auch von multiplikativen Fehlern (Driften der A/D-Wandlerreferenz, Driften der Verstärkungsfakto ren).Characterize the features of claims 6 to 12 advantageous steps for radiometric calibration. The Transfor that goes beyond pure subtraction mation rule according to claim 8 allows the elimination not only from additive errors (drift of the zero ge), but also of multiplicative errors (drifts the A / D converter reference, drifting the gain factor ren).
Die Merkmale der Ansprüche 13 bis 19 lassen sich mit Vorteil zur geometrischen Kalibrierung einsetzen.The features of claims 13 to 19 can be use with advantage for geometric calibration.
Gemäß Anspruch 14 können als Hell/Dunkel-Struktur z. B. periodische Strichmuster, hochfrequente zufällige Punkt muster, pseudo-zufällige Binärmuster und ähnliche hoch frequente Muster mit vielen Hell/Dunkel-Kantenübergängen Verwendung finden.According to claim 14 z. B. periodic line pattern, high frequency random dot patterns, pseudo-random binary patterns and similar high Frequent patterns with many light / dark edge transitions Find use.
Der Zwischenstreifen gemäß Anspruch 15 ist vorzugsweise von definierter Helligkeit oder Farbe.The intermediate strip according to claim 15 is preferred of defined brightness or color.
Die Einstellung gemäß Anspruch 17 kann z. B. manuell oder motorisch über Linearverstelleinrichtungen erfolgen.The setting according to claim 17 can, for. B. manually or done by motor via linear adjustment devices.
Gemäß Anspruch 18 können bei mehreren Kameras alle optischen Achsen durch einen gemeinsamen Punkt auf der Längsachse des Prüflings verlaufen.According to claim 18 can all with multiple cameras optical axes through a common point on the Longitudinal axis of the test piece run.
Gemäß Anspruch 19 kann die Periode mit hoher Genauigkeit aus dem Fourierspektrum oder aus der Autokorrelationsfunktion des Helligkeitssignals berechnet werden. Beide Verfahren erlauben die Bestimmung der Periode mit einer Genauigkeit von typisch 1/100 Bildpunkt.According to claim 19, the period with high accuracy from the Fourier spectrum or from the autocorrelation function of the brightness signal be calculated. Both methods allow the determination the period with an accuracy of typically 1/100 Pixel.
Die Merkmale der Ansprüche 20 und 21 sind mit Vorteil bei der kolorimetrischen Kalibrierung einzusetzen. Die Bestimmung der Transformation des Farbraums kann z. B. in vorgegebenen Zeitabständen erfolgen.The features of claims 20 and 21 are advantageous used in colorimetric calibration. The Determining the transformation of the color space can, for. B. in given time intervals.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbei spielen anhand der Zeichnungen. Es zeigt:Further features and advantages of the invention result from the following description of execution play with the drawings. It shows:
Fig. 1 schematisch den Aufbau einer Prüfstation mit vier Beleuchtungsvorrichtungen, vier auf ein Schnittholz gerichteten Zeilenkameras sowie einem Bildrechner, Fig. 1 shows schematically the structure of a test station with four illumination devices, four directed to a timber line scan cameras as well as an image computer,
Fig. 2 einen Kalibrationskörper, der mit zur radiome trischen, geometrischen und kolorimetrischen Kalibrierung geeigneten Musterfeldern versehen ist, Fig. 2 shows a calibration body, the appropriate with the radiome trical, geometric and colorimetric calibration pattern fields is provided,
Fig. 3 einen Prüfling, auf dessen eine Fläche die Muster felder gemäß Fig. 2 durch einen Projektor projiziert werden, Fig. 3 shows a test piece, on one face of the patterns are fields of FIG. 2 is projected through a projector,
Fig. 4 bis 8 jeweils Auswertungen der aus Musterfeldern zur radiometrischen Kalibrierung gewonnenen Signale, FIGS. 4 to 8 each obtained from evaluations of the pattern fields for radiometric calibration signals,
Fig. 9 bis 15 jeweils Auswertungen der aus Musterfeldern zur geometrischen Kalibrierung gewonnenen Signale, FIGS. 9 to 15 are evaluations obtained from the pattern fields to the geometric calibration signals,
Fig. 16 eine Anbringungsart von Kameras bei der Schnitt holzprüfung und Fig. 16 shows a type of attachment of cameras in the wood test and cut
Fig. 17 eine Anbringungsart von Kameras bei der Span plattenprüfung. Fig. 17 shows a type of attachment of cameras in the chipboard test.
In allen Figuren sind gleiche Elemente mit gleichen Bezugsziffern versehen.In all figures, the same elements are provided with the same reference numbers.
Gemäß Fig. 1 wird in einer Prüfstation 1 ein Prüfling 2, in diesem Fall Schnittholz, in einer Vorschubrichtung 3 bewegt.Referring to FIG. 1 in an inspection station 1, a test piece 2, in this case timber, moved in a feed device 3.
Ein Bildverarbeitungssystem 4 soll in diesem Fall alle vier Seiten des Prüflings 2 auf bestimmte Fehler 5, wie Risse, Knoten, Äste, Randausbrüche, Harzgallen, Blau- und Rotfäule, untersuchen. Dazu sind auf jede Fläche des Prüflings 2 eine Beleuchtungsvorrichtung 6 und eine Zeilenkamera 7 gerichtet. Jede Kamera 7 erfaßt einen strichförmigen Ausschnitt 8 der Oberfläche des Prüflings 2 in einer zu der Vorschubrichtung 3 rechtwinkligen Ebene.In this case, an image processing system 4 is intended to examine all four sides of the test specimen 2 for specific defects 5 , such as cracks, knots, branches, edge breakouts, resin gall, blue and red rot. For this purpose, an illumination device 6 and a line camera 7 are directed onto each surface of the test object 2 . Each camera 7 captures a line-shaped section 8 of the surface of the test specimen 2 in a plane perpendicular to the feed direction 3 .
Der Prüfling 2 bewegt sich mit verhältnismäßig hoher Geschwindigkeit von bis zu mehreren m/s, z. B. 1 bis 2 m/s. Um zu robusten und absoluten Meßwerten zu gelangen, ist es erforderlich, daß alle vier Kameras 7 richtig ausgerichtet sind (üblicherweise rechtwinklig zur Vor schubrichtung 3), daß ihre Abbildungsmaßstäbe und ihre Fokussierung identisch sind, daß ihre Empfindlichkeit im Grauwert- oder Farbbild identisch ist, und daß die Beleuchtungsstärke und -verteilung identisch sind.The test object 2 moves at a relatively high speed of up to several m / s, z. B. 1 to 2 m / s. In order to arrive at robust and absolute measured values, it is necessary that all four cameras 7 are correctly aligned (usually at right angles to the feed direction 3 ), that their imaging scales and their focusing are identical, that their sensitivity in the gray value or color image is identical, and that the illuminance and distribution are identical.
Diese Kalibrierungen sind besonders dann wichtig, wenn die Bilder 9 der Zeilenkameras 7 vor ihrer Auswertung zu einem der Abwicklung entsprechenden Panoramabild 10 zusammengesetzt werden, so daß ein Bildrechner 11 die gleichen Algorithmen auf die Bildpunkte aller vier Zeilenkameras 7 anwenden kann.These calibrations are particularly important if the images 9 of the line cameras 7 are combined before they are evaluated to form a panorama image 10 corresponding to the processing, so that an image computer 11 can apply the same algorithms to the pixels of all four line cameras 7 .
Es können anstelle der Zeilenkameras 7 auch Matrixkameras eingesetzt werden. Je nach der Prüfaufgabe sind Schwarz/Weiß-Kameras oder Farbkameras einzusetzen.Instead of line cameras 7 , matrix cameras can also be used. Depending on the test task, black / white cameras or color cameras are to be used.
Die Kalibrierung des Bildverarbeitungssystems 4 ist unterteilt in eine radiometrische, eine geometrische und eine kolorimetrische Kalibrierung.The calibration of the image processing system 4 is divided into a radiometric, a geometric and a colorimetric calibration.
Die radiometrische Kalibrierung:
Hierunter versteht man alle diejenigen Einstellungen,
die erforderlich sind, um eine korrekte und stabile
Umwandlung von Lichtsignalen in dazu proportionale
elektrische Signale zu erreichen. Die radiometrische
Kalibrierung betrifft in dem vorliegenden Beispiel im
einzelnen folgende Schritte:
Die Bestimmung der Beleuchtungsintensität entlang der
Bildpunktzeile zur Erfassung der absoluten Lichtver
teilung und des Randabfalls,
die Bestimmung der Empfindlichkeit aller Bildpunkte
entlang der Bildpunktzeile und
die Einstellung von Nullpunkt und Verstärkung des
analogen Videoverstärkers und des Analog/Digital-
Wandlers jeder Kamera.
Radiometric calibration:
This means all those settings that are required to achieve a correct and stable conversion of light signals into proportional electrical signals. The radiometric calibration in the present example relates to the following steps:
The determination of the lighting intensity along the pixel line to record the absolute light distribution and the edge drop,
determining the sensitivity of all pixels along the pixel line and
the setting of zero and gain of the analog video amplifier and the analog / digital converter of each camera.
Diese Kalibrierung wird dadurch durchgeführt, daß gemäß Fig. 4 ein Zeilenprofil 12 von einer Vorlage mit bekann tem Grauwert aufgenommen und hieraus für jeden Bildpunkt die z. B. lineare TransformationsvorschriftThis calibration is carried out in that, according to FIG. 4, a line profile 12 is recorded from a template with a known gray value and from this the z. B. linear transformation rule
x(i)soll = a(i) + b(i) · x(i)ist [1]x (i) is intended = a (i) + b (i) * x (i) is [1]
ermittelt wird. Hierbei stellt x(i) das elektrische Ausgangssignal des Bildpunktes mit dem Index i dar. xist ist der nicht korrigierte Wert, xsoll der korrigierte Wert. Der Koeffizient a(i) gibt die erforderliche Null punktverschiebung, der Koeffizient b(i) die erforderliche (positive oder negative) Verstärkung des elektrischen Signals des Bildpunktes i an, die erforderlich ist, um aus dem Ist-Wert den gewünschten Soll-Wert zu erhalten. Um die beiden unbekannten Koeffizienten a und b zu bestimmen, muß der Bildpunkt nacheinander zwei Musterfel der 13 und 14 (Fig. 2 und 8) mit bekannter, unterschied licher Helligkeit beobachten. Die Musterfelder 13, 14 werden zweckmäßigerweise so gewählt, daß sie im mittle ren, von der Zeilenkamera 7 erfaßten Helligkeitsbereich liegen. Dabei ist das Musterfeld 13 etwas heller als das Musterfeld 14.is determined. Here, x (i) the electrical output signal of the pixel with the index i. X is the non-corrected value, the corrected value x to. The coefficient a (i) indicates the required zero point shift, the coefficient b (i) the required (positive or negative) amplification of the electrical signal of the pixel i, which is required in order to get the desired value from the actual value receive. In order to determine the two unknown coefficients a and b, the pixel must successively observe two sample fields of 13 and 14 ( FIGS. 2 and 8) with known, different brightness. The pattern fields 13 , 14 are expediently chosen so that they are in the central area, detected by the line camera 7 brightness range. The pattern field 13 is somewhat lighter than the pattern field 14 .
In Fig. 5 ist am Beispiel einer der Zeilenkameras 7 ein in diesem Fall als Bildpunktzeile ausgebildeter Bildsen sor 15 mit einzelnen Bildpunkten 16 dargestellt. Die elektrischen Ausgangssignale jedes Bildpunkts 16 werden über ein Schaltglied 17 seriell abgefragt, durch einen analogen Videoverstärker 18 nachverstärkt und danach in einen Analog/Digital-Wandler 19 eingegeben.In FIG. 5, an example of one of the line cameras 7 shows an image sensor 15, which in this case is designed as a pixel line, with individual pixels 16 . The electrical output signals of each pixel 16 are queried serially via a switching element 17 , amplified by an analog video amplifier 18 and then input into an analog / digital converter 19 .
Durch die Tatsache, daß jeder Bildpunkt 16 nacheinander die beiden Musterfelder 13, 14 betrachtet, ist sicherge stellt, daß alle Bildpunkte 16 trotz dort noch fehlender Nullpunkt- und Verstärkungseinstellung der analogen Videoverstärker 18 und der Analog/Digital-Wandler 19 einen Wert abgeben, der noch im Aussteuerungsbereich der analogen Videoverstärker 18 und der Analog/Digital- Wandler 19 liegt.The fact that each pixel 16 consecutively looks at the two pattern fields 13 , 14 ensures that all pixels 16, despite the lack of a zero point and gain setting of the analog video amplifier 18 and the analog / digital converter 19, give a value which is still in the modulation range of the analog video amplifier 18 and the analog / digital converter 19 .
Durch Auflösen des linearen GleichungssystemsBy solving the linear system of equations
x1(i)soll = a(i) + b(i) x1(i)ist
x2(i)soll = a(i) + b(i) x2(i)ist [2] to x1 (i) = a (i) + b (i) x1 (i) is
x2 (i) is intended = a (i) + b (i) x2 (i) [2]
wird für jeden Bildpunkt i (bzw. 16) das Koeffizienten paar a(i) und b(i) und damit die für jeden Bildpunkt individuelle Transformationsvorschrift bestimmt, die erforderlich ist, um die individuelle Nullpunktverschie bung (d. h., den individuellen Dunkelstrom) und die individuelle Empfindlichkeit (d. h., den Umwandlungsfaktor von Strahlungsleistung in elektrische Spannung) des Bildpunktes auf den Sollwert zu korrigieren.For each pixel i (or 16 ) the coefficient pair a (i) and b (i) and thus the individual transformation rule for each pixel is determined, which is necessary to the individual zero point shift (ie, the individual dark current) and the correct individual sensitivity (ie, the conversion factor of radiation power into electrical voltage) of the pixel to the setpoint.
Die Transformationsvorschrift nach Gleichung [1] kann vorteilhafterweise durch ein Tabellenrechenwerk nach Fig. 5 durchgeführt werden. Die Tabelle 20 wird mit dem Adressierzeiger 21 vom Index i und mit dem Adressierzei ger 22 vom Grauwert x(i)ist des Bildpunktes i (bzw. 16) adressiert. Unter jeder dieser Adressen wird in der Kalibrationsphase der korrigierte Ausgangswert x(i)soll abgespeichert, der sich ergibt, wenn ein Bildpunkt i einen Helligkeitswert xist erzeugt. Diese Berechnung erfolgt durch den Bildrechner 11 (Fig. 1), der die beiden Helligkeitswerte x1(i)soll und x2(i)soll für jeden Bildpunkt abspeichert, hieraus die Koeffizienten a(i) und b(i) nach dem Gleichungssystem [2] berechnet und die Tabelle 20 nach der Vorschrift der Gleichung [1] füllt. Der Vorteil dieses Tabellenrechenwerks ist, daß keine weitere arithmetischen Prozessoren, wie Multipli zierer und Akkumulatoren, erforderlich sind und die Transformationsvorschrift in Echtzeit im Bildpunkt-Takt durchgeführt werden kann.The transformation rule according to equation [1] can advantageously be carried out using a table calculator according to FIG. 5. The table 20 is with the Adressierzeiger 21 by the index i and the Adressierzei ger 22 of the gray value x (i) of the pixel i (or 16) is addressed. Under either of these addresses of the corrected output value x (i) is to be stored in the calibration, which is obtained when an image point i a brightness value x is generated. This calculation is performed by the image computer 11 (FIG. 1), the two brightness values x1 (i) is intended, and x2 (i) is intended for each pixel stores, therefrom the coefficients a (i) and b (i) according to the system of equations [2 ] is calculated and Table 20 is filled according to the specification of equation [1]. The advantage of this table arithmetic is that no further arithmetic processors, such as multipliers and accumulators, are required and the transformation rule can be carried out in real time in the pixel cycle.
Die Kalibrierungsmarkierungen für diesen Schritt der radiometrischen Kalibrierung bestehen, wie erwähnt, aus den beiden Musterfeldern 13, 14 mit jeweils einem gleich mäßigen und bekannten, aber voneinander unterschiedlichen Helligkeitswert. Diese beiden Helligkeitswerte sollen im sicheren Aussteuerungsbereich der Zeilenkameras 7 liegen.As mentioned, the calibration markings for this step of the radiometric calibration consist of the two sample fields 13 , 14 , each with a uniform and known, but different brightness value. These two brightness values should lie in the safe modulation range of the line scan cameras 7 .
Die Korrektur der unterschiedlichen Empfindlichkeit und des unterschiedlichen Nullpunkts der Bildpunkte 16 des Bildsensors 15 (Fig. 5) umfaßt gleichzeitig die Korrektur des durch die optischen Gesetzmäßigkeiten bewirkten Randabfalls der Helligkeit (der sog. Vignettierung), da dieser Randabfall sich wie eine geringere Empfindlichkeit der am Rand des Bildfeldes angeordneten Bildpunkte 16 auswirkt.The correction of the different sensitivity and the different zero point of the pixels 16 of the image sensor 15 ( FIG. 5) simultaneously includes the correction of the edge drop in brightness caused by the optical laws (the so-called vignetting), since this edge drop is like a lower sensitivity of the Pixel 16 arranged at the edge of the image field affects.
Der nächste Schritt der radiometrischen Kalibrierung, nämlich die Nullpunkt- und die Verstärkungseinstellung des Videoverstärkers 18 und des Analog/Digital-Wandlers 19 jeder Zeilenkamera 7, wird dadurch durchgeführt, daß alle Bildpunkte i (bzw. 16) nacheinander jeweils gleich zeitig auf ein sehr dunkles Musterfeld 23 (Fig. 2, 6 und 8) mit konstantem Helligkeitswert und dann auf ein sehr helles Musterfeld 24 (Fig. 2, 7 und 8) mit ebenfalls konstantem Helligkeitswert gerichtet werden.The next step of the radiometric calibration, namely the zero point and the gain setting of the video amplifier 18 and the analog / digital converter 19 of each line camera 7 , is carried out in that all pixels i (or 16 ) in succession in each case simultaneously on a very dark one Pattern field 23 ( FIGS. 2, 6 and 8) with a constant brightness value and then onto a very bright pattern field 24 ( FIGS. 2, 7 and 8) with a likewise constant brightness value.
Gemäß Fig. 6 wird bei Betrachtung des sehr dunklen Musterfeldes 23 der Nullpunkt so eingestellt, daß nach dem Analog/Digital-Wandler 19 alle Bildpunkte i einen kleinen, am unteren Aussteuerungsbereich liegenden numerischen Wert erzeugen, der in Fig 6 durch den Kurvenzug 25 dargestellt ist. Bei der Betrachtung des sehr hellen Musterfeldes 24 wird die Verstärkung so eingestellt, daß alle Bildpunkte i einen größeren, am oberen Aussteuerungsbereich liegenden numerischen Wert erzeugen, der im Zusammenhang in Fig. 7 durch den Kurven zug 26 dargestellt ist.Referring to FIG. 6 of the very dark pattern field 23 is set, the zero point so when considering that after the analog to digital converter producing / 19, all pixels i a small, lying at the lower dynamic range numerical value is shown in Figure 6 by the curve 25 . When looking at the very bright pattern field 24 , the gain is set so that all pixels i produce a larger numerical value, which is at the upper modulation range, which is shown in connection with FIG. 7 by the curve 26 .
Da alle drei Einstellungen (Bildpunktempfindlichkeit Nullpunkt und Verstärkung) sich gegenseitig beeinflussen, wird nach einer Ausführungsform der Erfindung dieses dreistufige Verfahren so lange iteriiert, bis eine gewünschte Aussteuerung aller Bildpunkte i (bzw. 16) erreicht ist, d. h. bis der numerische Ausgangswert aller Bildpunkte bei der Betrachtung einer homogenen Fläche, z. B. des Musterfelds 13 oder 14, einen Wert annimmt, der ausreichend nahe an dem gewünschten Wert xsoll liegt.Since all three settings (pixel sensitivity zero point and gain) mutually influence one another, this three-stage method is iterated according to one embodiment of the invention until a desired modulation of all pixels i (or 16 ) is reached, ie until the numerical output value of all pixels at considering a homogeneous surface, e.g. B. the pattern field 13 or 14 , assumes a value that is sufficiently close to the desired value x should .
Fig. 8 zeigt einen beispielhaften Ablauf einer solchen Iteration. Dabei kommt den einzelnen Kästen folgende Bedeutung zu: 27 = Start der radiometrischen Kalibration; 28 = Bildpunktempfindlichkeit; 29 = Nullpunkt; 30 = Ver stärkung; und 31 = Helligkeitsprofil ausreichend homogen und im richtigen Wertebereich? Fig. 8 shows an exemplary sequence of such iteration. The individual boxes have the following meaning: 27 = start of the radiometric calibration; 28 = pixel sensitivity; 29 = zero point; 30 = reinforcement; and 31 = brightness profile sufficiently homogeneous and in the correct value range?
Fig. 2 zeigt einen Kalibrationskörper 32, der zweckmäßi gerweise die gleiche Querschnittsform wie der Prüfling 2 aufweist und anstelle des Prüflings durch die Prüfstation 1 (Fig. 1) bewegt wird, wenn das Bildverarbeitungssystem 4 kalibriert werden soll. Auf jede der vier Seiten des Kalibrationskörpers 32 sind in Gestalt umlaufender Streifen die Musterfelder 13, 14, 23, 24 aufgebracht. Fig. 2 shows a calibration body 32 , which expediently has the same cross-sectional shape as the test specimen 2 and is moved instead of the test specimen by the test station 1 ( Fig. 1) when the image processing system 4 is to be calibrated. The pattern fields 13 , 14 , 23 , 24 are applied to each of the four sides of the calibration body 32 in the form of circumferential strips.
Anstelle des Kalibrationskörpers 32 kann auch gemäß Fig. 3 vorgegangen werden. Dort wird innerhalb der Prüfstation 1 auf wenigstens eine Fläche des Prüflings 2 mittels eines Projektors 33 die gleiche Anordnung von Musterfel dern, z B. 13, projiziert. Die Zeilenkamera 7 nimmt anstelle einer Fläche des Kalibrationskörpers 32 (Fig. 2) in Fig. 3 das so projizierte Bild von dem Prüfling 2 selbst auf. Die Auswertung der von den Musterfeldern gewonnenen elektrischen Signale erfolgt dann in der gleichen Weise wie mit dem Kalibrationskörper 32.Instead of the calibration body 32, one can also proceed according to FIG. 3. There, the same arrangement of sample fields, for example 13, is projected onto at least one surface of the test object 2 within the test station 1 by means of a projector 33 . Instead of a surface of the calibration body 32 ( FIG. 2) in FIG. 3, the line camera 7 records the image of the test object 2 itself that is projected in this way. The electrical signals obtained from the sample fields are then evaluated in the same way as with the calibration body 32 .
Die geometrische Kalibrierung:
Dazu gehören folgende Kalibrationsschritte:The geometric calibration:
This includes the following calibration steps:
-
a) Die Bestimmung der Abbildungsschärfe (Fokuskalibrie
rung).
Hierzu wird nach Fig. 9 ein periodisches Strichmuster 34 in das Sichtfeld der Zeilenkameras 7 gebracht und ein Kontrastmaß aus dem Helligkeitsprofil bestimmt. Dieses Kontrastmaß K kann z B. aus der Summe der Betragsdifferenzen benachbarter Bildpunkthelligkeiten bestehen: K = Σ|x(i) - x(i+1)| [3].Das in Fig. 10 gezeigte Kontrastmaß K ist maximal, wenn das Objektiv der zugehörigen Zeilenkamera 7 scharf eingestellt ist. Die Fokuseinstellung der Objektive wird dann so lange automatisch oder manuell fortgesetzt, bis ein gewünschtes Kontrast-Soll-Maß erreicht ist. Andere von Gleichung [3] abweichende Kontrastmaße sind dem Fachmann der Bildverarbeitung bekannt und brauchen daher hier nicht weiter erwähnt zu werden.
Die Markierung zur Fokus-Kalibrierung besteht in jedem Fall aus einem hochfrequent hell/dunklen Muster feld. Das Musterfeld 34 mit dem periodischen Strich muster ist hierfür eine ausreichende, aber nicht die einzig mögliche Ausführung. Andere Ausführungen können z. B. hochfrequente zufällige Punktmuster, pseudo-zufällige Binärmuster und ähnliche hochfrequen te Muster mit vielen Hell/Dunkel-Kantenübergängen sein.a) The determination of the image sharpness (focus calibration).
For this purpose, a periodic line pattern is shown in FIG. 9 is brought into the field of view of the line cameras 7 34 and determines a contrast measure from the brightness profile. This contrast measure K can consist, for example, of the sum of the differences in magnitude of neighboring pixel brightnesses: K = Σ | x (i) - x (i + 1) | The contrast measure K shown in FIG. 10 is maximum when the lens of the associated line scan camera 7 is in focus. The focus adjustment of the lenses is then continued automatically or manually until a desired contrast target dimension is reached. Other contrast measures deviating from equation [3] are known to the person skilled in the art of image processing and therefore need not be mentioned further here.
The marking for focus calibration always consists of a high-frequency light / dark pattern field. The pattern field 34 with the periodic dash pattern is sufficient for this, but not the only possible design. Other designs can e.g. B. high-frequency random dot patterns, pseudo-random binary patterns and similar hochfrequen te patterns with many light / dark edge transitions. -
b) Die Ausrichtung der Zeilenkameras
Eine weitere geometrische Einstellung besteht in der Ausrichtung aller vier Zeilenkameras 7 derart, daß sie rechtwinklig zum Prüfling 2 ausgerichtet sind und zueinander entweder in der gleichen Beobachtungsebene oder um definierte Abstände in der Vorschubrichtung 3 versetzt liegen. Hierzu wird nach Fig. 11 z. B. ein Musterfeld 35 (s. auch Fig. 2) verwendet, das zwei zur Abtastrichtung parallele, im Abstand voneinander angeordnete, verhältnismäßig dunkle Streifen 36 und 37 und einen dazwischen angeordneten, helleren Zwi schenstreifen 38 aufweist. Die Streifen 36 bis 38 müssen jeweils mindestens die Breite der Abb. 39 des Bildsensors 15 auf dem Kalibrationskörper 32 (Fig. 2) oder dem Prüfling 2 (Fig. 3) aufweisen.
Ist die betreffende Zeilenkamera 7 nicht korrekt ausgerichtet, schneidet die Abb. 39 einen der beide Streifen 36, 37. Dann ergibt sich das in Fig. 11 unten eingezeichnete Profil der Ausgangsspan nung. In diesem Fall erfolgt die Ausrichtung der Zeilenkamera 7 durch manuelle oder motorische Ver schiebung, Drehung und Kippung so lange, bis das Zeilenprofil gemäß Fig. 12 homogen ist und nur den Zwischenstreifen 38 erfaßt. Der Zwischenstreifen 38 ist zweckmäßigerweise von definierter Helligkeit bzw. definierter Farbe.b) The alignment of the line scan cameras
A further geometric setting consists in the alignment of all four line cameras 7 in such a way that they are aligned at right angles to the test specimen 2 and are offset from one another either in the same observation plane or by defined distances in the feed direction 3 . For this purpose, according to FIG . B. uses a pattern field 35 (see also Fig. 2), which has two parallel to the scanning direction, spaced from each other, relatively dark strips 36 and 37 and an intermediate, lighter inter mediate strips 38 . The strips 36 to 38 must each have at least the width of FIG. 39 of the image sensor 15 on the calibration body 32 ( FIG. 2) or the test object 2 ( FIG. 3).
If the line camera 7 in question is not correctly aligned, Fig. 39 cuts one of the two strips 36 , 37 . Then there is the profile of the output voltage shown in FIG. 11 below. In this case, the alignment of the line camera 7 is carried out by manual or motorized displacement, rotation and tilting until the line profile according to FIG. 12 is homogeneous and only detects the intermediate strip 38 . The intermediate strip 38 is expediently of a defined brightness or a defined color. -
c) Der Abbildungsmaßstab
Eine weitere geometrische Kalibrierung besteht in der Bestimmung des Abbildungsmaßstabes, d. h. der Anzahl von Bildpunkten je mm, für jede Zeilenkamera 7. Hierzu wird die bekannte Periode des unter a) erwähn ten, für die Fokuskalibrierung bereits eingesetzten Musterfeldes 34 mit dem periodischen Strichmuster ausgemessen und die Periode der Hell/Dunkel-Struktur im digitalisierten Helligkeitssignal bestimmt. Es ist bekannt, diese Periode mit hoher Genauigkeit aus dem Fourierspektrum (Fig. 14) oder aber aus der Autokorre lationsfunktion des Helligkeitssignals (Fig. 15) zu berechnen. Im Fall der Fig. 14 ist die Ortsfrequenz, die aus dem Strichmuster 34 entsteht, proportional zu seiner Schrittweite, nämlich 1/d0. Beide Verfahren sind dem Fachmann der Bildverarbeitung an sich bekannt und erlauben die Bestimmung der Periode mit einer Genauigkeit von typisch 1/100 Bildpunkt.c) The image scale
Another geometric calibration consists in determining the imaging scale, ie the number of pixels per mm, for each line camera 7 . For this purpose, the known period of the pattern field 34 already mentioned under a), which is already used for focus calibration, is measured with the periodic line pattern and the period of the light / dark structure in the digitized brightness signal is determined. It is known to calculate this period with high accuracy from the Fourier spectrum ( FIG. 14) or from the autocorrection function of the brightness signal ( FIG. 15). In the case of FIG. 14, the spatial frequency which arises from the line pattern 34 is proportional to its step size, namely 1 / d 0 . Both methods are known per se to the person skilled in the art of image processing and allow the determination of the period with an accuracy of typically 1/100 pixel.
Die kolorimetrische Kalibrierung:
Bei der Verwendung von Farbkameras 7 muß sichergestellt
werden, daß unabhängig von der Drift der Kameraelektronik
und der Alterung der Beleuchtung ein möglichst absolut
treues Farbsignal gewonnen werden kann. Eine Veränderung
der analogen Kameraelektronik oder in der Farbtemperatur
der Beleuchtung bedeutet ein Wegwandern aller Farbvekto
ren. Dies entspricht einer affinen Transformation der
ursprünglichen Farbvektoren, d. h., die Farbvektoren
verändern ihre Lage durch Rotation und Skalierung. Ein
solches Wegwandern kann korrigiert werden, wenn diese
affine Transformation bekannt ist.The colorimetric calibration:
When using color cameras 7, it must be ensured that a color signal that is as faithful as possible can be obtained regardless of the drift of the camera electronics and the aging of the lighting. A change in the analog camera electronics or in the color temperature of the lighting means that all color vectors migrate away. This corresponds to an affine transformation of the original color vectors, ie the color vectors change their position through rotation and scaling. Such wandering can be corrected if this affine transformation is known.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird jede Farbkamera 7 dadurch kalibriert, daß in einer ersten Phase die Farbvektoren von mindestens vier Farbreferenzen Fsoll(n) gemessen werden. Fsoll (n) bezeichnet den Farb vektor, bestehend aus den Farbkomponenten [Rotsoll, Grünsoll, Blausoll] der Farbreferenz mit dem Index n. Üblich ist z. B. die Verwendung von n = 4 Farbreferenzen, z B. Grün, Gelb, Rot und Blau. Dafür geeignete ultra stabile Farbreferenzen werden z. B. von der Minolta Camera Co., Ltd., 30 2-Chome, Azuchi-Machi, Higashi-Ku, Osaka 514, Japan, und der Firma Labsphere Inc., P.O. Box 70, North Futton, N.H. 03260 USA, angeboten.According to one embodiment of the invention, each color camera 7 is calibrated in that the color vectors of at least four color references F should be measured in a first phase. F soll (s) is the color vector, consisting of the color components [Red to Green to Blue to] the color reference with the index n. It is usual z. B. the use of n = 4 color references, e.g. green, yellow, red and blue. Suitable ultra stable color references are e.g. B. from Minolta Camera Co., Ltd., 30 2-Chome, Azuchi-Machi, Higashi-Ku, Osaka 514, Japan, and Labsphere Inc., PO Box 70, North Futton, NH 03260 USA.
Zur Re-Kalibrierung der Farbkamera 7 werden in bestimmten Abständen diese Farbreferenzen wieder nachgemessen. Infolge der erwähnten Driften mißt der Bildrechner 11 nunmehr die Ist-Farbreferenzvektoren Fist (n), die mit den Soll-Farbvektoren über eine affine Transformation verknüpft sind. Diese Transformation kann in Form einer Multiplikation der Soll-Farbvektoren durch eine Transfor mationsmatrix T ausgedrückt werden:To recalibrate the color camera 7 , these color references are measured again at certain intervals. As a result of the drifts mentioned, the image computer 11 now measures the actual color reference vectors Fist (s), which are linked to the target color vectors via an affine transformation. This transformation can be expressed in the form of a multiplication of the target color vectors by a transformation matrix T:
Fist(n) = Fsoll(n) · T [4]F is (n) = F should (n) · T [4]
T ist eine 3 mal 4-Matrix mit 12 unbekannten Koeffizien ten. Durch das Ausmessen von n = 4 Farbreferenzen mit jeweils 3 Farbvektorkomponenten ergeben sich durch Umstellung von Gleichung [4] und Auflösen nach T 12 lineare Gleichungen, deren Lösungen die 12 unbekannten Koeffizienten der Matrix T sind. Damit sind T und T-1 bekannt. Werden alle beobachteten Farbvektoren Fist(i) der Oberfläche des Prüflings 2 mit T-1 multipliziert, erhält man die korrigierten Farbvektoren Fsoll(i), die derjenigen Farbe entsprechen, die sich bei einer Farbka mera 7 ohne Drift und bei einer Beleuchtung ohne Verän derung der Beleuchtungsintensität und -temperatur ergeben würden:T is a 3 by 4 matrix with 12 unknown coefficients. By measuring n = 4 color references, each with 3 color vector components, by converting equation [4] and solving according to T 12 linear equations result, the solutions of which are the 12 unknown coefficients of Matrix T are. T and T -1 are thus known. If all observed color vectors F ist (i) of the surface of the test specimen 2 are multiplied by T -1 , one obtains the corrected color vectors F soll (i), which correspond to the color that occurs with a color camera 7 without drift and with illumination without Changes in lighting intensity and temperature would result in:
Fsoll(i) = Fist(i) · T-1 [5].F should (i) = F is (i) · T -1 [5].
Dies entspricht der Re-Kalibrierung des gesamten Farb systems.This corresponds to the re-calibration of the entire color systems.
Zu diesem Zweck sind in den Fig. 2 und 3 jeweils Muster felder 40 mit jeweils einer blauen 41, grünen 42, gelben 43 und roten Farbreferenz 44 eingezeichnet.For this purpose, pattern fields 40 , each with a blue 41 , green 42 , yellow 43 and red color reference 44, are shown in FIGS. 2 and 3.
Diese Re-Kalibrierung wird in periodischen Abständen durch Ausmessen von mindestens vier Farbreferenzen und durch Berechnung der inversen Transformationsmatrix durchgeführt. Die mathematischen Grundlagen der Matrizen- und geometrischen Transformations-Mathematik sind dem Fachmann bekannt und brauchen hier nicht weiter verdeut licht zu werden.This recalibration is done periodically by measuring at least four color references and by calculating the inverse transformation matrix carried out. The mathematical basics of matrix and geometric transformation mathematics are the Known expert and need not clarify further here to become light.
Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung werden alle gemessenen Bildpunkte vor der eigentlichen Bildauswertung mit Hilfe eines Farbraumtransformations-Rechenwerks nach Gleichung [5] transformiert. Solche Rechenwerke existieren in Form spezieller Matrix-Multiplizier-Bausteine für die Echtzeit-Farbraum-Transformation und werden z. B. von der Brooktree Corporation, 9950 Barnes Canyon Rd., San Diego, CA 92121-2790, USA, und der Firma TRW LSI Products Inc., P.O. Box 2472, La Jolla, CA 92038, USA, herge stellt.According to one embodiment of the invention, all measured pixels before the actual image evaluation with the help of a color space transformation calculator Equation [5] transformed. Such arithmetic units exist in the form of special matrix multiplier modules for the Real-time color space transformation and z. B. from the Brooktree Corporation, 9950 Barnes Canyon Rd., San Diego, CA 92121-2790, USA, and TRW LSI Products Inc., P.O. Box 2472, La Jolla, CA 92038, USA poses.
Zur Kalibrierung kann der Kalibrationskörper 32 (Fig. 2) oder der das wenigstens eine Projektionsbild mit den Musterfeldern tragende Prüfling 2 gemäß Fig. 3 zonenwei se automatisch oder manuell sowie kontinuierlich oder schrittweise durch das Bildfeld der Zeilenkameras bewegt werden. Dabei werden im Bildrechner 11 die einzel nen Kalibrationsberechnungen durchgeführt. Beim konti nuierlichen Durchlauf können die Zonen zwischen den einzelnen Musterfeldern so ausgelegt sein, daß sie als optische Triggersignale dienen.For calibration, the calibration body 32 ( FIG. 2) or the test specimen 2 carrying the at least one projection image with the pattern fields according to FIG. 3 can be moved zonenwei se automatically or manually as well as continuously or stepwise through the image field of the line scan cameras. The individual NEN calibration calculations are carried out in the image computer 11 . In the continuous pass, the zones between the individual pattern fields can be designed so that they serve as optical trigger signals.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung können einige der vorerwähnten Musterfelder, z. B. die Farbreferenzen 41 bis 44, permanent am Rande des Bildfeldes der Kamera 7 eingeblendet werden. Auf diese Weise kann in kurzen Abständen oder kontinuierlich und in jedem Fall ohne Unterbrechung des laufenden Prüfbetriebs die Re-Kalibrie rung durchgeführt werden. Bei der intermittierenden Re- Kalibrierung kann man mit Vorteil die Re-Kalibrierung in Betriebspausen durchführen, wenn also gerade kein Prüf ling die Kameras 7 passiert. In diesen Betriebspausen steht grundsätzlich mehr Rechnerzeit zur Verfügung. Zwar beschränkt sich in diesem Fall die Kalibrierung auf die betroffenen Bildpunkte am Rande des Bildfeldes, jedoch kann durch diese Art der Re-Kalibrierung die vorerwähnte Grundkalibrierung in vorteilhafter Weise ergänzt werden.According to one embodiment of the invention, some of the aforementioned pattern fields, e.g. B. the color references 41 to 44 , permanently displayed at the edge of the image field of the camera 7 . In this way, the recalibration can be carried out at short intervals or continuously and in any case without interrupting the ongoing test operation. With the intermittent re-calibration, the re-calibration can advantageously be carried out during breaks in operation, ie when no test object is passing the cameras 7 . In principle, more computer time is available during these breaks. In this case, the calibration is limited to the pixels concerned at the edge of the image field, but the above-mentioned basic calibration can advantageously be supplemented by this type of re-calibration.
Fig. 16 zeigt die Anordnung der Zeilenkameras 7 an einem rahmenartigen, stabilen Träger 45. Jede Zeilenkamera 7 ist relativ zu dem Träger 45 dreidimensional einstellbar, wobei eine Dimension 46 parallel zu der Vorschubrichtung 3, eine weitere Dimension 47 waagerecht und die dritte Dimension 48 senkrecht verläuft. Optische Achsen 49 der Zeilenkameras 7 sind rechtwinklig zu der Vorschubrich tung 3 angeordnet und schneiden in einem Punkt 50 die Längsachse 51 des Prüflings 2. Fig. 16 shows the arrangement of the line cameras 7 to a frame-like, stable carrier 45. Each line camera 7 can be adjusted three-dimensionally relative to the carrier 45 , one dimension 46 parallel to the feed direction 3 , another dimension 47 horizontally and the third dimension 48 vertically. Optical axes 49 of the line scan cameras 7 are arranged at right angles to the feed direction 3 and intersect the longitudinal axis 51 of the test specimen 2 at a point 50 .
Die vorerwähnte dreidimensionale Einstellung jeder Zeilenkamera 7 kann z. B. über eine an sich bekannte Mehrfachschlittenführung entweder manuell oder - durch den Bildrechner 11 gesteuert - motorisch erfolgen.The aforementioned three-dimensional setting of each line camera 7 can, for. B. over a known multiple slide guide either manually or - controlled by the image computer 11 - motorized.
Die Prüfstation 1 gemäß Fig. 17 ist für die Prüfung von als Spanplatten ausgebildeten Prüflingen 2 bestimmt. In diesem Fall werden nur eine obere Fläche 52 und eine untere Fläche 53 des Prüflings 2 durch je zwei Zeilen kameras 7, 7 inspiziert. Die strichförmigen Ausschnitte 8 jedes dieser Zeilenkamerapaare 7, 7 erstrecken sich quer zur Vorschubrichtung 3 des Prüflings 2, stoßen aneinander an und fluchten miteinander.The test station 1 according to FIG. 17 is intended for testing test specimens 2 designed as chipboard. In this case, only an upper surface 52 and a lower surface 53 of the test specimen 2 are inspected by two line cameras 7 , 7 . The line-shaped cutouts 8 of each of these line camera pairs 7 , 7 extend transversely to the feed direction 3 of the test specimen 2 , abut one another and are in alignment with one another.
Je nach der Breite der Spanplatten kann die Inspektion der oberen Fläche 52 und der unteren Fläche 53 mit jeweils nur einer Zeilenkamera 7 oder mehr als zwei Zeilenkameras 7 erfolgen. Bei Bedarf können auch Seiten flächen 54 und 55 des Prüflings 2 durch jeweils eine Zeilenkamera 7 entsprechend Fig. 16 inspiziert werden. Auch diese Zeilenkameras würden dann an dem rahmenarti gen, starren Träger 45 in der gleichen Weise montiert und verstellbar sein wie die in Fig. 17 eingezeichneten Zeilenkameras 7.Depending on the width of the chipboard, the inspection of the upper surface 52 and the lower surface 53 can be carried out with only one line camera 7 or more than two line cameras 7 . If necessary, side surfaces 54 and 55 of the test object 2 can also be inspected by a line camera 7 in accordance with FIG. 16. These line cameras would then also be mounted and adjustable on the frame-like, rigid support 45 in the same way as the line cameras 7 shown in FIG. 17.
Die gemäß Fig. 17 zu prüfenden Spanplatten können roh oder mit Laminaten oder Folie beschichtet seine auch im Fall der Fig. 17 findet die Kalibration des Bildverar beitungssystems 4 in der gleichen Weise statt, wie zuvor im Zusammenhang mit der Prüfung von Schnittholz beschrie ben.The chipboard to be tested in accordance with FIG. 17 can be raw or coated with laminates or film. Also in the case of FIG. 17, the image processing system 4 is calibrated in the same manner as described above in connection with the testing of sawn timber.
Claims (22)
- a) Von dem Bildverarbeitungssystem (4) wird mit wenigstens einer Kamera (7) ein Bild des Prüflings (2) aufgenommen und durch einen Bildsensor (15) der Kamera (7) in zu den Lichtsignalen proportiona le elektrische Bildsignale umgewandelt,
- b) die Bildsignale werden von einem Bildrechner (11) ausgewertet,
- c) der Bildrechner (11) steuert Funktionen zur Verwer tung der Prüflinge (2), und
- d) jeder Bildsensor (15) wird nach Bedarf kalibriert,
- a) an image of the test object ( 2 ) is recorded by the image processing system ( 4 ) with at least one camera ( 7 ) and converted into electrical image signals proportional to the light signals by an image sensor ( 15 ) of the camera ( 7 ),
- b) the image signals are evaluated by an image computer ( 11 ),
- c) the image computer ( 11 ) controls functions for the utilization of the test objects ( 2 ), and
- d) each image sensor ( 15 ) is calibrated as required,
- A) Zur radiometrischen Kalibrierung jedes Bildsensors (15) werden im Blickfeld des Bildsensors (15) Musterfelder (13, 14, 23, 24) von Helligkeitsmustern angeordnet und aufgenommen,
- B) die im Schritt A) erhaltenen Bildsignale der Musterfelder (13, 14, 23, 24) werden zur Gewinnung von Kalibrationsdaten durch den Bildrechner (11) ausgewertet,
- C) zur geometrischen Kalibrierung jedes Bildsensors (15) werden im Blickfeld des Bildsensors (15) Musterfelder (34 bis 38) von Linien- und/oder Strukturmustern angeordnet und aufgenommen,
- D) die im Schritt C) erhaltenen Bildsignale der Musterfelder (34 bis 38) werden zur Gewinnung von Kalibrationsdaten durch den Bildrechner (11) ausgewertet, und
- E) die in den Schritten B) und D) gewonnenen Kalibra tionsdaten werden zur Kalibrierung des jeweiligen Bildsensors (15) verwendet.
- A) In order to radiometric calibration of each image sensor (15)) arranged in the field of view of the image sensor (15) pattern fields (13, 14, 23, 24 of brightness patterns and recorded,
- B) the image signals of the pattern fields ( 13 , 14 , 23 , 24 ) obtained in step A) are evaluated by the image computer ( 11 ) in order to obtain calibration data,
- C) for the geometric calibration of each image sensor (15)) arranged in the field of view of the image sensor (15) pattern fields (34 to 38 of line and / or texture patterns and recorded,
- D) the image signals of the pattern fields ( 34 to 38 ) obtained in step C) are evaluated by the image computer ( 11 ) in order to obtain calibration data, and
- E) the calibration data obtained in steps B) and D) are used to calibrate the respective image sensor ( 15 ).
- F) Zur kolorimetrischen Kalibrierung jedes Bildsen sors (15) werden im Blickfeld des Bildsensors (15) Musterfelder (40) von Farbmustern angeordnet,
- G) die im Schritt F) erhaltenen Bildsignale der Musterfelder (40) werden zur Gewinnung von Kali brationsdaten durch den Bildrechner (11) ausgewer tet, und
- H) die im Schritt G) gewonnenen Kalibrationsdaten werden zur Kalibrierung des jeweiligen Bildsensors (15) verwendet.
- F) are arranged in the field of view of the image sensor (15) patterned areas (40) of color samples to colorimetric calibration of each Bildsen sors (15)
- G) the image signals of the pattern fields ( 40 ) obtained in step F) are evaluated by the image computer ( 11 ) for obtaining calibration data, and
- H) the calibration data obtained in step G) are used to calibrate the respective image sensor ( 15 ).
x2(i)soll = a(i) + b(i) · x2(i)ist,worin x1(i) und x2(i) die elektrischen Ausgangssigna le des Bildpunktes (16) mit dem Index i bei Betrach tung der beiden Musterfelder (13, 14), sowie der Koeffizient a(i) die Nullpunktverschiebung und der Koeffizient b(i) die Verstärkung des elektrischen Ausgangssignals darstellen, die erforderlich sind, um aus dem Ist-Wert den gewünschten Soll-Wert zu erhal ten,
und daß durch durch diese Auflösung für jeden Bild punkt i das Koeffizientenpaar a(i) und b(i) und damit die individuelle Transformationsvorschrift bestimmt wird, um die individuelle Nullpunktverschiebung und die individuelle Empfindlichkeit des Bildpunkts (i; 16) auf den gewünschten Sollwert zu korrigieren.8. The method according to claim 7, characterized in that each pixel (i; 16 ) successively two pattern fields ( 13 , 14 ) of different brightness values in the central, from the associated camera ( 7 ) detected brightness range that are shown by the image computer ( 11 ) the linear equation system is resolved: x1 (i) is intended = a (i) + b (i) * x1 (i) is
x2 (i) is intended = a (i) + b (i) * x2 (i), wherein x1 (i) and x2 (i) the electrical Ausgangssigna le of the pixel (16) with the index i at Betrach the two tung Sample fields ( 13 , 14 ), as well as the coefficient a (i) represent the zero offset and the coefficient b (i) the amplification of the electrical output signal, which are required to obtain the desired value from the actual value,
and that by this resolution for each pixel i, the pair of coefficients a (i) and b (i) and thus the individual transformation rule is determined to the individual zero point shift and the individual sensitivity of the pixel (i; 16 ) to the desired setpoint correct.
daß die Tabelle (20) sowohl vom Index i als auch vom Grauwert x(i)ist jedes Bildpunktes (i; 16) adressiert wird,
daß in der Kalibrationsphase unter jeder dieser Adressen die korrigierten Werte x1(i)soll und x2(i)soll des elektrischen Ausgangssignals abgespeichert wer den,
und daß durch den Bildrechner (11) aus diesen korri gierten Werten die Koeffizienten a(i) und b(i) berech net werden und die Tabelle (20) entsprechend gefüllt wird.9. The method according to claim 8, characterized in that the transformation rule is carried out by a table arithmetic,
that the table ( 20 ) is addressed by both the index i and the gray value x (i) of each pixel (i; 16 ),
in the calibration phase under each of these addresses, that the corrected values x1 (i) is intended, and x2 (i) to the electrical output signal stored who to,
and that the coefficients a (i) and b (i) are calculated by the image computer ( 11 ) from these corrected values and the table ( 20 ) is filled accordingly.
daß bei Betrachtung des sehr dunklen Musterfelds (23) der Nullpunkt des Videoverstärkers (18) so eingestellt wird, daß nach dem Analog/Digital-Wandler (19) alle Bildpunkte (i; 16) einen verhältnismäßig kleinen, am unteren Ende des Aussteuerungsbereichs liegenden numerischen Wert (25) erzeugen,
und daß bei Betrachtung des sehr hellen Musterfelds (24) die Verstärkung des Videoverstärkers (18) so eingestellt wird, daß nach dem Analog/Digital-Wandler (19) alle Bildpunkte (i; 16) einen verhältnismäßig großen, am oberen Ende des Aussteuerungsbereichs liegenden numerischen Wert (26) erzeugen.11. The method according to any one of claims 6 to 10, characterized in that all the pixels (i; 16 ) of each image sensor ( 15 ) successively in each case simultaneously on a very dark pattern field ( 23 ) with constant brightness value and on a very bright pattern field ( 24 ) with a constant brightness value,
that when viewing the very dark pattern field ( 23 ) the zero point of the video amplifier ( 18 ) is set so that after the analog / digital converter ( 19 ) all the pixels (i; 16 ) have a relatively small numerical value at the lower end of the modulation range Generate value ( 25 ),
and that when looking at the very bright pattern field ( 24 ) the gain of the video amplifier ( 18 ) is set so that after the analog / digital converter ( 19 ) all the pixels (i; 16 ) are relatively large, at the upper end of the modulation range generate numerical value ( 26 ).
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