DE4236928A1

DE4236928A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Reihenprüfung von Bildinformationen

Info

Publication number: DE4236928A1
Application number: DE19924236928
Authority: DE
Inventors: Eberhard Dr Koenig
Original assignee: Bodenseewerk Geratetechnik GmbH
Current assignee: Bodenseewerk Geratetechnik GmbH
Priority date: 1992-10-31
Filing date: 1992-10-31
Publication date: 1994-05-05

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reihenprüfung von Bildinformationen mit einem Gerät, bei dem

a) die Bildinformation ausgewertet wird,
b) eine Stellvorrichtung zur Variation von Geräteparametern betätigt wird, bis eine Optimierung der Darstellung der Bildinformation erreicht ist,
c) die Prüfung bei so optimierter Darstellung der Bildinformation durchgeführt wird und
d) nach Maßgabe der Prüfung eine Klassierung der Bildinformation erfolgt.

Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Beispiele für solche Verfahren ist die Prüfung von optischen Teilen wie Linsen oder Kontaktlinsen auf Fehler. Das zu prüfende Objekt bildet dann die "Bildinformation". Das Objekt wird in geeigneter Weise beleuchtet. Das beleuchtete Objekt wird mittels eines bilderfassenden Sensors, z. B. einer Videokamera oder eines zweidimensionalen Detektor-Arrays beobachtet. Die so erhaltenen Sensorsignale bilden eine "Darstellung der Bildinformation". Die Art der Beleuchtung, vorzugsweise einer Dunkelfeldbeleuchtung, stellt einen veränderlichen Geräteparameter dar. Durch Variation der Beleuchtung, also des Geräteparameters, wird die Darstellung der Bildinformation so verändert, daß ein "Optimierungsparameter" einen optimalen Wert annimmt. Dieser Wert kann beispielsweise der Kontrast oder Farbkontrast sein.

Die "Bildinformation" kann aber auch anderer Natur sein: beispielsweise kann die Bildinformation von tomographischen Schichtaufnahmen gebildet sein. Die "Darstellung der Bildinformation" ist dann die Darstellung einer Schicht auf dem Bildschirm. "Geräteparameter" kann die Ebene der jeweils dargestellten Schichtaufnahme sein. "Optimierungsparameter" kann der Kontrast einer speziellen darzustellenden Einzelheit sein.

Zugrundeliegender Stand der Technik

Die DE-A-34 32 002 zeigt eine Vorrichtung zur Bestimmung von Ablagerungen an Kontaktlinsen, bei welcher die Kontaktlinsen mit einer Dunkelfeldbeleuchtung beleuchtet werden. Die Auswertung erfolgt dabei visuell.

Die US-A-3 988 068 zeigt die Prüfung einer Linse, bei welcher die Linse mittels Dunkelfeldbeleuchtung beleuchtet und über einen Spiegel mittels eines Sensors abgetastet wird. Die Sensorsignale werden durch eine Signalverarbeitungs-Elektronik verarbeitet.

Es ist auch bekannt, zu prüfende Objekte punktförmig über bewegliche optische Glieder zu beleuchten und gestreutes Licht durch photoelektrische Detektoren zu erfassen (EP-A-63 761; DE-A-36 20 146).

Die DE-A-30 11 014 beschreibt eine Anordnung, bei welcher ein zu prüfender Bauteil als Ganzes beleuchtet und mittels einer Videokamera beobachtet wird.

Es ist auch eine Beleuchtungsvorrichtung zum Beleuchten klartransparenter Prüfobjekte, insbesondere von Kontaktlinsen, für die Untersuchung der Prüfobjekte auf Fehler bekannt, bei der die Prüfobjekte auf einer transparenten Auflage in Dunkelfeldbeleuchtung beleuchtet werden und bei der eine zur Anpassung an die Prüfobjekte einstellbare Beleuchtungsoptik vorgesehen ist. Die Einstellung der Beleuchtungsoptik erfolgt auch hier visuell (deutsche Patentanmeldung P 41 24 003.0).

Offenbarung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Durchführung des Verfahrens und die Bedienung der Vorrichtung der eingangs genannten Art für den Benutzer zu erleichtern.

Der Erfindung liegt weiter die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die Einstellung unabhängig von subjektiven Beurteilungen ist.

Erfindungsgemäß ist das Verfahren so ausgestaltet, daß

e) die Stellvorrichtung motorisch verstellt wird, wobei
f) die Stellvorrichtung in Abhängigkeit von den bei den verschiedenen Geräteparametern erhaltenen Darstellungen der Bildinformation gesteuert wird.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist gekennzeichnet durch

a) ein Gerät zur Darstellung einer Bildinformation, wobei die Bildinformation von einem Geräteparameter beeinflußt ist,
b) eine Bildverarbeitungs-Einrichtung zur Verarbeitung der dargestellten Bildinformation zur Bestimmung eines Optimierungsparameters,
c) eine motorische Stellvorrichtung zur Verstellung des Geräteparameters, die nach Maßgabe des Optimierungsparameters gesteuert ist, so daß der Optimierungsparameter einen für die Reihenprüfung im wesentlichen optimalen Wert annimmt, und
d) eine Einrichtung zum Auswerten der so optimierten Darstellung der Bildinformation und zur Klassifizierung der Bildinformation.

Die Einstellung der Geräteparameter erfolgt somit automatisch mittels einer motorisch angetriebenen Stellvorrichtung unter Ausnutzung der Darstellung der Bildinformation, also beispielsweise der von einem bilderfassenden Sensor erzeugten, die Bildinformation wiedergebenden Detektorsignale. Es kann dann der Geräteparameter so lange variiert werden, bis ein bestimmter Optimierungsparameter, z. B. der Kontrast, einen optimalen Wert angenommen hat. Bei dem zugehörigen Wert des Geräteparameters, z. B. der Beleuchtung eines Objekts, wird dann die Bildinformation klassiert. Das geschieht automatisch ohne menschliches Zutun. Damit wird die Einstellung erleichtert. Vor allem aber wird die Einstellung unabhängig von subjektiven Einflüssen, die bei einer visuellen Einstellung nicht zu vermeiden sind.

Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt den mechanischen Aufbau einer Einrichtung zur Dunkelfeldbeleuchtung von durchsichtigen optischen Linsen, die auf Fehler untersucht werden, wobei die so beleuchteten Linsen die Bildinformation bilden, einen bilderfassenden Sensor und als Blockdiagramm die Signalverarbeitung.

Fig. 2 zeigt ein Flußdiagramm der Signalverarbeitung.

Bevorzugte Ausführung der Erfindung

In Fig. 1 ist mit 10 ein zentraler erster Reflektorkörper bezeichnet. Der erste Reflektorkörper 10 weist eine ebene, obere Stirnfläche 12 auf. Die obere Stirnfläche 12 erstreckt sich senkrecht zu einer Systemachse 14. Anschließend an die Stirnfläche 12 weist der Reflektorkörper 10 eine zu der Systemachse 14 koaxiale, zylindrische Mantelfläche 16 auf. Auf der Unterseite bildet der Reflektorkörper 10 einen konvex konischen ersten Reflektor 18. Die Konusachse des Reflektors 18 fällt mit der Systemachse 14 zusammen.

Unterhalb des Reflektorkörpers 10 ist auf der Systemachse 14 eine Lichtquelle 20 angeordnet. Von der Lichtquelle 20 fällt ein zentrales Lichtbündel 22 auf den konvex-konischen Reflektor 18. Das Lichtbündel 22 wird von dem ersten Reflektor 18 radial auseinandergefächert. In Fig. 1 sind die Randstrahlen 24 und der längs der Systemachse 14 verlaufende Zentralstrahl 26 des Lichtbündels 22 vor und nach der Reflexion an dem ersten Reflektor 18 dargestellt.

Das radial auseinandergefächerte Lichtbündel 22 fällt auf einen zweiten Reflektor 28. Der zweite Reflektor 28 ist konkav-zylindrisch und koaxial zu der Systemachse 14. Der zweite Reflektor 28 ist an einem zweiten Reflektorkörper 30 angebracht. Der zweite Reflektorkörper 30 weist eine ringförmige, ebene Stirnfläche 32 auf. An die Stirnfläche 32 schließt sich innen der zylindrische, zweite Reflektor 28 an. Auf der Außenseite weist der Reflektorkörper 30 anschließend an die Stirnfläche 32 eine zylindrische Mantelfläche 34 koaxial zu dem Reflektor 28 auf. Anschließend an die zylindrische Mantelfläche 34 bildet der Reflektorkörper 30 einen konischen Abschnitt 36. An den konischen Abschnitt 36 schließt sich ein zylindrischer, mit einem Außengewinde versehener Abschnitt 38 an. Auf der Innenseite schließt sich an den zylindrischen Reflektor 28 ein konischer Abschnitt 40 an. Unten bildet der Reflektorkörper 30 eine untere Stirnfläche 42 mit einer zentralen Öffnung 44. Durch diese Öffnung 44 ragt die Lichtquelle 20 in das Innere des Reflektorkörpers 30.

Auf der oberen Stirnfläche 32 des Reflektorkörpers 30 liegt eine klar-transparente Platte 46, welche mit ihrer planen Oberseite eine Auflage 48 für die Prüfobjekte bildet. Die von der Auflage 48 definierte Auflageebene ist senkrecht zu der Systemachse 14 und dementsprechend parallel zu der Stirnfläche 12 des ersten Reflektorkörpers 10. Die Platte 48 ist oben und unten mit reflexmindernden Schichten 50, 52 versehen. Der konkav-zylindrische zweite Reflektor 28 reflektiert das radial auseinandergefächerte Lichtbündel 22 so, daß es unter einem kleinen Winkel in der Mitte der Auflage 48 in einem Lichtfleck gesammelt wird.

Der zweite Reflektorkörper 30 ist mit dem mit Außengewinde versehenen Abschnitt 38 in einen mit einem Innengewinde 54 versehenen, topfförmigen Gehäuseteil 56 eingeschraubt. Der Gehäuseteil 56 trägt innen auf der Systemachse 14 einen Sockel 58 für die Lichtquelle 20.

Außerdem sind im Boden des topfförmigen Gehäuseteils 56 Tragstangen 60 gehaltert, welche den ersten Reflektorkörper 10 tragen. Die Tragstangen 60 sind durch fluchtende Durchbrüche im Boden des Gehäuseteils 56 sowie durch eine Querbohrung 62 von Klemmschrauben 64 geführt. Die Klemmschrauben 64 sitzen in radialen Gewindebohrungen 66 im Boden des Gehäuseteils 56 zwischen den besagten fluchtenden Durchbrüchen. Die Klemmschrauben können gelöst werden. Dann sind die Tragstangen 60 und damit der erste Reflektorkörper 10 relativ zu dem topfförmigen Gehäuseteil 56 höhenverstellbar. Auf diese Weise ist eine Justage des Reflektorkörpers 10 relativ zu der Lichtquelle 20 möglich. Der Gehäuseteil 56, die Lichtquelle 20 und der erste Reflektorkörper 10 bilden eine zusammenhängende Baugruppe 70. Die Baugruppe 70 ist als Ganzes über das Innengewinde 54 und den mit Außengewinde versehenen Abschnitt 38 des zweiten Reflektorkörpers 30 relativ zu dem zweiten Reflektorkörper 30 in Richtung der Systemachse 14 verstellbar (oder umgekehrt). Damit erfolgt auch eine Verstellung der Baugruppe 70 relativ zu dem zweiten Reflektor 28 und zu der Auflage 48 in Richtung der Systemachse 14. Diese Verstellung erfolgt mittels eines Zahnkranzes 80. Der Zahnkranz 80 ist auf dem Abschnitt 38 des zweiten Reflektorkörpers 30 fest angebracht. Mit dem Zahnkranz 80 ist ein Ritzel 82 in Eingriff. Das Ritzel 82 ist von einem Stellmotor 84 antreibbar. Der Stellmotor 84 sitzt an dem Gehäuseteil 56.

Auf der Auflage 48 sitzt eine in einer Reihenprüfung auf Fehler zu kontrollierende Linse 86. Die Linse 86 kann beispielsweise eine Kontaktlinse sein. Die Linse 86 auf der Auflage 48 wird von einem bilderfassenden Sensor 88 betrachtet. Der bilderfassende Sensor 88 kann eine Videokamera sein. Der bilderfassende Sensor liefert Sensorsignale, welche ein Bild der Linse 86 wiedergeben. Die Linse 86 wird von der Beleuchtungs-Einrichtung mit Dunkelfeldbeleuchtung beleuchtet. Das von der Lichtquelle 20 ausgehende, die Linse durchsetzende Lichtbündel 90 tritt nicht direkt in die Apertur des bilderfassenden Sensors 88. Der Sensor 88 erhält nur Licht, das durch Streuung an der Linse 86 in die Apertur des Sensors 88 geleitet wird. Solche Streuung erfolgt an Fehlern oder an den Rändern der Linse 86. Solche Fehler können Kratzer, Risse oder Lunker sein. Es können auch Unregelmäßigkeiten am Rand der Linse 86, z. B. Ausbrüche, auftreten. Solche Fehler werden durch Bildverarbeitung erfaßt. Dementsprechend werden fehlerhafte Linsen aussortiert. Allgemein gesagt: Die Meßobjekte werden nach bestimmten, durch Bildverarbeitung festgestellten Merkmalen klassiert. In Fig. 1 ist die Bildverarbeitung durch einen Block 92 dargestellt. Die Klassierung ist durch einen Block 94 dargestellt.

Im Sinne des Grundgedankens der vorliegenden Erfindung stellt die durch Dunkelfeldbeleuchtung beleuchtete Linse 86 auf der Auflage 48 die "Bildinformation" dar. Die Sensorsignale, die von dem bilderfassenden Sensor 88 in Form von Pixeln geliefert werden, bilden die "Darstellung der Bildinformation".

Für eine einwandfreie Bildverarbeitung ist es wesentlich, daß die Bildinformation optimal dargestellt wird. Zu einer solchen optimalen Darstellung gehört im vorliegenden Fall ein optimaler Kontrast, der Fehler der Linse deutlich hervortreten läßt. Dieser Kontrast kann durch Höhenverstellung des Reflektorkörpers 30 relativ zu der Lampe optimiert werden. Zu diesem Zweck wird aus den Sensorsignalen des bilderfassenden Sensors 88 ein Meßwert für den Kontrast gebildet. Der Stellmotor 84 wird über eine Motor-Ansteuerung 96 angesteuert. Damit wird der Reflektorkörper 30 über das Ritzel 82 und den Zahnkranz 80 gegenüber dem Gehäuseteil 56 verdreht. Damit wird der mit Außengewinde versehene Abschnitt 38 des Reflektorkörpers 30 in dem Innengewinde 54 des Gehäuseteils 56 längs der Systemachse 14 verstellt. Dadurch wird die Dunkelfeldbeleuchtung der Linse 86 verändert. Das führt zu einer Veränderung des Kontrastes in der Bildinformation und in der Darstellung der Bildinformation durch den bilderfassenden Sensor 88.

Die Höhe des Reflektorkörpers 30 und damit die Art der Dunkelfeldbeleuchtung der Linse 86 ist im Sinne der vorliegenden Erfindung der "Geräteparameter". Der Kontrast ist im Sinne der vorliegenden Erfindung ein "Optimierungsparameter".

Der Reflektorkörper 30 wird nun in Abhängigkeit von dem durch die Bildverarbeitung 92 ermittelten Kontrast so verstellt, daß der Kontrast ein Maximum wird. Fig. 2 ist ein Flußdiagramm, welches diese automatische Einstellung auf optimalen Kontrast erläutert. Dabei ist vorausgesetzt, daß der Kontrast beim Durchlaufen des Stellbereiches des Reflektorkörpers 30 ein einziges Maximum durchläuft. Es ist weiter vorausgesetzt, daß als Ausgangspunkt von einer Stellung des Reflektorkörpers 30 am Rande des Stellbereiches ausgegangen wird, bei welcher der Optimierungsparameter "Kontrast" von dem Maximum entfernt ist und durch eine Verstellung "vorwärts" sich bis zu dem Maximum verbessert. Der Stellmotor 84 ist als Schrittmotor angenommen.

Nach dem "Start", dargestellt durch das Oval 100, wird durch die Bildverarbeitung 92 aus den vom Sensor 88 gelieferten Sensorsignalen, der "Darstellung der Bildinformation", der Kontrast als "Optimierungsparameter" bestimmt. Das ist durch das Rechteck 102 in Fig. 2 dargestellt. Anschließend wird gemäß Rechteck 104 in Fig. 2 der Stellmotor 84 um einen Schritt in einer "Vorwärts"-Richtung fortgeschaltet. Nach dieser inkrementalen Verstellung wird erneut der Kontrast als Optimierungsparameter bestimmt. Das ist in Fig. 2 durch Rechteck 106 dargestellt. Es wird nun durch Vergleich mit der Messung von Rechteck 104 geprüft, ob der Kontrast stärker oder, allgemeiner, der Optimierungsparameter besser geworden ist. Das ist durch die Raute 108 "BESSER ?" dargestellt. Wenn dies der Fall ist ("JA"), wird die Schleife 110 durchlaufen. Es erfolgt also eine weitere Verstellung um einen Schritt "vorwärts", und ein erneuter Vergleich des aktuellen Optimierungsparameters mit dem vorhergehenden. Das setzt sich so lange "vorwärts" fort, bis der Vergleich von Raute 108 keine Verbesserung des Kontrastes mehr feststellt. Dann ist das Maximum erreicht. Bei dem dann erhaltenen Kontrast wird die Klassierung der Linse 86 nach bestimmten vorgegebenen Kriterien durchgeführt. Wie das geschieht ist an sich bekannt und daher hier nicht im einzelnen beschrieben. Die Klassierung ist in Fig. 2 durch ein Rechteck 112 dargestellt.

Zur Klassierung weiterer, gleichartiger Linsen braucht nicht jedesmal eine neue Optimierung des Kontrastes stattzufinden. Diese Klassierung kann mit der einmal gefundenen Einstellung des Kontrastes erfolgen.

Die Erfindung kann in vielfältiger Weise abgewandelt werden:

Als Optimierungsparameter können andere Größen dienen, beispielsweise ein Farbkontrast. Wenn für die Klassierung die Summe der an der Linse diffus reflektierenden und in der Bildinformation daher hell erscheinenden Flächen herangezogen wird, dann kann als Optimierungsparameter das Maximum der so erfaßten Gesamtfläche dienen. Der Optimierungsparameter kann auch von dem Grad der Übereinstimmung der Bildinformation mit vorgegebenen Strukturen gebildet werden. Als Maß für den Grad der Übereinstimmung kann eine Korrelation der Bildinformation mit den vorgegebenen Strukturen dienen.

Auch die automatische Einstellung des Optimierungsparameters kann auf verschiedene Weise erfolgen: Es ist möglich, zunächst den gesamten Stellbereich zu durchfahren und für jede Stellung aus der Darstellung der Bildinformation den Optimierungsparameter zu bestimmen und in einem Speicher zu speichern. Es kann dann aus dem Verlauf des Optimierungsparameters als Funktion des Geräteparameters der Wert des Geräteparameters, als z. B. der Stellung des Reflektorkörpers 30, bestimmt werden, bei der sich ein optimaler Optimierungsparameter, z. B. Kontrast, ergibt.

Claims

1. Verfahren zur Reihenprüfung von Bildinformationen mit einem Gerät, bei dem

a) die Bildinformation ausgewertet wird,
b) eine Stellvorrichtung zur Variation von Geräteparametern betätigt wird, bis eine Optimierung der Darstellung der Bildinformation erreicht ist,
c) die Prüfung bei so optimierter Darstellung der Bildinformation durchgeführt wird und
d) nach Maßgabe der Prüfung eine Klassierung der Bildinformation erfolgt,
dadurch gekennzeichnet, daß
e) die Stellvorrichtung motorisch verstellt wird, wobei
f) die Stellvorrichtung in Abhängigkeit von den bei den verschiedenen Geräteparametern erhaltenen Darstellungen der Bildinformation gesteuert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellvorrichtung verstellt wird, bis ein Optimierungsparameter einen optimalen Wert annimmt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Darstellung der Bildinformation durch Aufnahme eines einer Reihenprüfung zu unterwerfenden Objektes mittels eines bilderfassenden Sensors erzeugt und einer Bildverarbeitung unterworfen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Bildverarbeitung als Optimierungsparameter ein Maß für die Erkennbarkeit von Eigenschaften des Objektes gebildet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Bildverarbeitung als Optimierungsparameter der Kontrast der Darstellung der Bildinformation ermittelt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Bildverarbeitung als Optimierungsparameter der Farbkontrast der Darstellung der Bildinformation ermittelt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Geräteparameter die Beleuchtung des Objektes verändert wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei Dunkelfeldbeleuchtung des Objekts durch die Stellvorrichtung Lage und/oder Einfallsrichtung des Beleuchtungs-Strahlenganges relativ zu dem Objekt verändert wird.

9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch

a) einen bilderfassenden Sensor, der als Bildinformation ein der Reihenprüfung zu unterwerfendes Objekt erfaßt und in Form von Sensorsignalen eine Darstellung dieser Bildinformation erzeugt, und
b) von den Sensorsignalen beaufschlagte Bildverarbeitungs- Mittel.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildverarbeitungs-Mittel zur Erzeugung eines Maßes für die Erkennbarkeit von Eigenschaften des Objektes als Optimierungsparameter eingerichtet sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildverarbeitungs-Mittel zur Bestimmung des Kontrastes der Darstellung der Bildinformation als Optimierungsparameter eingerichtet sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildverarbeitungs-Mittel zur Bestimmung des Farbkontrastes der Darstellung der Bildinformation als Optimierungsparameter eingerichtet sind.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß als Geräteparameter die Beleuchtung des Objektes verstellbar ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Objekt durch Dunkelfeldbeleuchtung beleuchtet ist und durch die Stellvorrichtung Lage und/oder Einfallsrichtung des Beleuchtungs-Strahlenganges relativ zu dem Objekt veränderbar ist.