DE4301018A1 - Processing colour line scan camera signals for surface inspection - Google Patents

Processing colour line scan camera signals for surface inspection

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DE4301018A1
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color
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line
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DE4301018A
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Robert Prof Dr Ing Massen
Erwin Herre
Gerhard Volk
Meinrad Simnacher
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STEINBEIS TRANSFERZENTRUM KONS
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STEINBEIS TRANSFERZENTRUM KONS
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    • G06T2207/30—Subject of image; Context of image processing
    • G06T2207/30108—Industrial image inspection

Abstract

A line-scanning camera (20) of the type used in quality control monitoring applications has three separate sensors (22-24) for red, green and blue colours. The sensor outputs are digitised (4-6) to form a 24-bit address to access a table-storing memory (10). The memory contains colour classifications that have been learned in a training phase. The information is coded in a 1-out-of-8 form and each single bit for each 8 bit group is transmitted to one of the associated 8-bit computers (11-19). The system can be expanded to accept input from three different types of line scan cameras.

Description

Bei der optischen Qualitätskontrolle von industriellen und natürlichen Pro­ dukten mit Hilfe der digitalen Bildverarbeitung ist der Einsatz von Farbe bis­ her oft an der Problematik der hohen zu verarbeitenden Datenmenge ge­ scheitert. Beim Einsatz von Farbkameras vergrößert sich die zu verarbeiten­ den Datenmenge gegenüber einer monochromen Grauwertverarbeitung min­ destens um den Faktor 3, da nunmehr 3 Primärfarbenbilder, üblicherweise ROT-, GRÜN- und BLAU-Bilder zu verarbeiten sind.In the optical quality control of industrial and natural pro products with the help of digital image processing is the use of color up often due to the problem of the large amount of data to be processed fails. When using color cameras, the processing increases the amount of data compared to monochrome gray value processing min at least by a factor of 3, since now 3 primary color images, usually RED, GREEN and BLUE images are to be processed.

In dem wichtigen Gebiet der optischen Oberflächeninspektion mit Hilfe der digitalen Bildverarbeitung wird Farbe praktisch nicht eingesetzt, da hier durch die hohe Auflösung von typ. 5000 bis 10 000 Bildpunkte pro Zeile und Zeilenfrequenzen von bis zu 5000 Hz bereits die Verarbeitung von mo­ nochromen Bildern extreme Anforderungen an die Rechenleistung der einge­ setzten Bildrechner stellt. Dies ist auch ein Grund dafür, daß für den indu­ striellen Bereich geeignete Farbzeilenkameras erst seit kurzem verfügbar sind. Diese Kameras können in drei Gruppen eingeteilt werden:In the important field of optical surface inspection with the help of digital image processing, color is practically not used since here due to the high resolution of typically 5000 to 10,000 pixels per line and line frequencies of up to 5000 Hz the processing of mo extreme pictures with extreme demands on the computing power of the set image calculator. This is also a reason why for the indu Color line cameras suitable in the field have only recently become available are. These cameras can be divided into three groups:

  • a) Zeilenkameras mit nur einer lichtempfindlichen, zeilen­ weise angeordneten Reihe von Sensoren. Die Bildpunkte die­ ser Zeile sind durch optische Filter entsprechend der Primärfarbenzerlegung abgedeckt. So besteht die Farbzeilen­ kamera der Fa. Pulnix, USA, z. B. aus einer Reihe von ca. 2300 Bildpunkten, welche in der Anordnung . . . RGBRGBRGB . . . mit optischen Filtern abgedeckt sind. Durch zeitliches Mul­ tiplexen der einzelnen Bildpunkte, Speicherung um jeweils 1 oder 2 Bildpunkttakte und anschließender Zusammenfassung entsteht aus dem einkanaligen Kamerasignal ein drei-kanali­ ges Farbsignal, allerdings mit einer in Zeilenrichtung um den Faktor 3 niedrigeren örtlichen Auflösung.a) Line scan cameras with only one light-sensitive line wise array of sensors. The pixels the This line are through optical filters according to the Primary color decomposition covered. So the color lines exist camera from Pulnix, USA, e.g. B. from a series of approximately 2300  Pixels, which in the arrangement. . . RGBRGBRGB. . . are covered with optical filters. By time Mul tiplexing of the individual pixels, storage by 1 or 2 pixel cycles followed by a summary a three-channel arises from the single-channel camera signal ges color signal, but with a in the line direction around the Factor 3 lower local resolution.
  • b) Zeilenkameras mit drei auf einem Substrat versetzt angeord­ neten Zeilen, welche jeweils ganz durch ein Rot-, Blau- und Grünfilter abgedeckt sind. Diese Zeilen erfassen damit die Vorlage an drei auseinanderliegenden Stellen. Durch eine Speicherung der ersten und zweiten Zeile um den zeitlichen Abstand, welcher sich aus dem örtlichen Versatz und der Ge­ schwindigkeit der beobachteten Oberfläche ergibt, können auch hier die drei einzelnen Signale zu einem dreikanaligen Farbsignal zusammengesetzt werden, welches im Gegensatz zu a) die gleiche örtliche Auflösung beibehält.
    Beim Einsatz solcher Kameras muß allerdings die Geschwin­ digkeit der beobachteten Vorlage genau bekannt sein, damit die zeitliche Speicherung und Zusammenfassung korrekt ar­ beitet.    b) Line cameras with three lines arranged on a substrate offset, which are each completely covered by a red, blue and green filter. These lines capture the template in three separate locations. By storing the first and second lines by the time interval which results from the local offset and the speed of the observed surface, the three individual signals can also be combined to form a three-channel color signal, which in contrast to a) is the same maintains local resolution.
    When using such cameras, however, the speed of the observed template must be known exactly so that the temporal storage and summary works correctly.
  • c) Zeilenkameras, bei welchen drei monochrome Zeilen über ein Farbteilerprisma oder eine Anordnung von Farbspiegeln auf die gleiche Linie abgebildet werden. Diese aufwendige Konstruktion hat den Vorteil, daß kein Auflösungsverlust auftritt und auch Oberflächen mit unbekannter Geschwin­ digkeit beobachtet werden.c) line cameras, in which three monochrome lines over a color splitter prism or an arrangement of color mirrors are mapped onto the same line. This elaborate Construction has the advantage that there is no loss of resolution occurs and also surfaces with unknown speed be observed.

Um ein industrielles farbtüchtiges Bildverarbeitungssystem mit Farbzeilen­ kameras einzusetzen, wird daher ein Farbprozessor gewünscht, mit welchem möglichst alle drei Arten von Kameras betrieben werden können. Solche Zei­ lenkamera-Farbprozessoren sind derzeit nicht bekannt.An industrial color vision system with color lines To use cameras, a color processor is therefore desired, with which if possible, all three types of cameras can be operated. Such time Camera color processors are currently unknown.

Bei der Verarbeitung von Farbbildern, seien es Bilder von Farbmatrix- oder von den geschilderten Farbzeilenkameras muß mindestens die dreifache Da­ tenmenge abgespeichert und verarbeitet werden. Dies bedeutet bei dem typi­ schen Beispiel der Oberflächeninspektion von farbigen Oberflächen wie z. B. beim Stoffdruck oder beim Offsetdruck, daß sehr große Bildspeicher fortlau­ fend gefüllt und ausgewertet werden müssen. When processing color images, be it images from color matrix or of the described color line cameras at least three times the Da quantity can be saved and processed. This means with the typi rule example of surface inspection of colored surfaces such. B. in the case of fabric printing or offset printing, that very large image memories continue to work fend must be filled and evaluated.  

Es wäre daher von großem Vorteil, wenn durch eine Vorverarbeitung des mehrkanaligen Farbzeilenbildes mit in der Regel 256 Amplitudenstufen pro Farbkanal das Farbbild so aufbereitet und reduziert wird, daß es mit be­ kannten und schnell durchzuführenden Verfahren der klassischen mo­ nochromen Bildverarbeitung, allerdings ohne zu großen Informationsverlust, ausgewertet werden könnte.It would therefore be of great advantage if a preprocessing of the multichannel color line image with usually 256 amplitude steps per Color channel the color image is processed and reduced so that it with be known and quick to carry out the classic mo current image processing, but without too much loss of information, could be evaluated.

Die Reduktion von Grauwertbildern mit typisch 256 Graustufen auf Binärbilder mit nur zwei Helligkeitsstufen (schwarz oder weiß) ist ein be­ kanntes Verfahren, welches die Bildverarbeitung erheblich vereinfacht. Kom­ pressionsverfahren wie die Lauflängencodierung oder der hierarchische Kon­ turcode können in hardware in Echtzeit an Binärbildern durchgeführt wer­ den. An solchermaßen komprimierten Bilder können typische Bildverarbei­ tungsoperationen wie die sog. "blob"-Analyse (Erkennung zusammen­ hängender Gebiete), die geometrische Beschreibung der blobs, nicht-lineare morphologische Filteroperationen usw. sowohl in software als auch in hard­ ware sehr schnell durchgeführt werden.The reduction of gray value images with typically 256 gray levels Binary images with only two levels of brightness (black or white) is a be known method that considerably simplifies image processing. Com compression methods such as run length coding or hierarchical con Turcodes can be performed on binary images in hardware in real time the. Typical images can be processed on images compressed in this way processing operations such as the so-called "blob" analysis (detection together hanging areas), the geometric description of the blobs, non-linear morphological filter operations etc. in both software and hard ware can be done very quickly.

MASSEN hat in der Patentanmeldung "Automatische Inspektion von Tex­ tilbahnen"P 36 39 636.2 vom 20.11.1986 gezeigt wie durch eine bildpunktweise Klassifikation von Farbbildern mit Hilfe von trainierten Ta­ bellen ein Farbbild mit sehr geringem technischen Aufwand in eine Reihe Farbklassenbilder zerlegt werden können. Durch die Art des bei MASSEN beschriebenen Trainierens entstehen in der Klassifikationstabelle Farbgebie­ te, welche die einer trainierten Farbklasse entsprechenden Farbcluster wie­ dergeben. Diese Farbcluster können beliebig geformt sein; eine Farbklasse ist daher nicht eine Primärfarbe, sondern ein beliebig kompliziert geformter Ausschnitt aus dem Farbraum, welcher mit einem bestimmten Farbklassen­ code gekennzeichnet ist.MASSEN has in the patent application "Automatic inspection of Tex tilbahnen "P 36 39 636.2 from 20.11.1986 as shown by a Pixel-by-pixel classification of color images using trained Ta bark a color image in a row with very little technical effort Color class images can be broken down. By the type of at MASSEN described training arise in the classification table color areas te which the color clusters corresponding to a trained color class like give. These color clusters can have any shape; a color class is therefore not a primary color, but an arbitrarily complex one Excerpt from the color space, which has a certain color class code is marked.

Der Ausgang des Tabellenklassifikators ist ein sog. Farbklassenbild: das At­ tribut jedes Bildpunktes ist nicht mehr sein ROT-, GRÜN- oder BLAU-Wert sondern ein Code, welcher eine der vorher trainierten Farbklassen bezeichnet. Bei einer Farbklassifikationstabelle mit einem 8-Bit-Ausgang können 2ˆ8 = 256 verschiedene Farbklassen codiert werden, sofern ein nicht-redundanter Blockcode wie der natürliche Dualcode verwendet wird.The output of the table classifier is a so-called color class picture: the At each pixel is no longer its RED, GREEN or BLUE value but a code which is one of the previously trained color classes designated. For a color classification table with an 8-bit output 2ˆ8 = 256 different color classes can be coded, if one non-redundant block code as the natural dual code is used.

Erfindungsgemäß wird das Verfahren von MASSEN dadurch erweitert, daß die Farbklasse in einem 1-aus-N-Code codiert wird. Bei einer Farbklassifika­ tionstabelle mit 8 Bit Ausgang können in dieser Art 8 verschiedene Farbklas­ sen codiert werden:
Klasse 1: 1000 0000
Klasse 2: 0100 0000
. . .
Klasse 7: 0000 0001
Klasse 8: 0000 0000 According to the invention, the MASSEN method is expanded in that the color class is encoded in a 1-out-of-N code. With a color classification table with an 8-bit output, 8 different color classes can be coded in this way:
Class 1: 1000 0000
Class 2: 0100 0000
. . .
Class 7: 0000 0001
Class 8: 0000 0000

Betrachtet man die einzelnen Bitebenen getrennt, so stellt jede Bitebene ein Binärbild dar, welches für jeden Bildpunkt angibt, ob dieser zu der ent­ sprechenden Farbklasse gehört oder nicht. Durch die erwähnte Art der Farb­ klassifikation wird daher ein 3-kanaliges Farbbild in N parallele (im Bei­ spiel in N = 8) Binärbilder zerlegt, welche wesentlich einfacher mit den bekannten Verfahren der Binärbildverarbeitung weiterverarbeitet werden können. Da die Farbklassifikation durch einfache Tabellen (in der Regel durch Speicherbausteine verwirklicht) realisiert werden kann, kann diese Zerlegung in Echtzeit, d. h. ohne sequentiell ablaufende numerische Algorith­ men durchgeführt werden.If you consider the individual bit levels separately, each bit level represents represents a binary image, which indicates for each pixel whether this corresponds to the ent speaking color class or not. By the type of color mentioned classification is therefore a 3-channel color image in N parallel (in the case of game divided into N = 8) binary images, which are much easier with the known methods of binary image processing are processed can. Since the color classification is based on simple tables (usually realized by memory modules), this can Real-time decomposition, d. H. without sequential numerical algorithm men.

Die Schaffung einer Anschlußmöglichlichkeit aller bekannten Arten von Farbzeilenkameras und die schnelle Reduktion des Farbbildes in mono­ chrome Bilder ohne großen Informationsverlust ist damit eine technische Aufgabenstellung, deren Lösung den Einsatz der Bildverarbeitung bei In­ spektions- und Kontrollaufgaben, in denen Farbe wichtig ist, außeror­ dentlich vereinfacht und der Bildverarbeitung einen großen Bereich neuer Anwendungsgebiete, insbesondere die farbtüchtige Oberflächeninspektion eröffnet.The creation of a connection possibility of all known types of Color line cameras and the rapid reduction of the color image in mono chrome pictures without much loss of information is therefore a technical one Task, the solution of which is the use of image processing at In inspection and control tasks in which color is important, except Simplified and image processing a large area new Areas of application, especially color-compatible surface inspection opened.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die analogen oder bereits digitalisierten Ausgangssignale von Farbzeilenkameras zeilenweise und/oder bildpunktweise so gespeichert und zusammengeführt werden, daß ein mehrkanaliges Farbsignal entsteht, daß die digitalisierten Primärfarb­ werte jedes Bildpunktes zu einer Adresse zusammengefaßt werden, welche einen Speicher adressiert, in welchem in einer vorherigen Trainingsphase K verschiedene Farbklassen gelernt und in einem 1-aus-K-Code abgelegt wur­ den, daß zeitgleich im Rhythmus des Bildpunkttaktes der Speicher adressiert und ausgelesen wird und das mehrkanalige mehrstufige Farbbild der Zei­ lenkamera in K gleichzeitig erzeugte Binärbilder zerlegt wird, wobei jedes Binärbild die Zugehörigkeit des betrachteten Bildpunktes zu dem der entsprechenden Bitstelle des 1-aus-K-Code zugeordneten Farbklasse entspricht.According to the invention this object is achieved in that the analog or Output signals from color line cameras already digitized line by line and / or be stored and merged pixel by pixel in such a way that A multi-channel color signal is created that the digitized primary color values of each pixel are combined to form an address, which addressed a memory in which K Different color classes were learned and stored in a 1-out-of-K code that addresses the memory simultaneously in the rhythm of the pixel clock and is read out and the multi-channel multi-level color image of the time Steering camera is broken down into K simultaneously generated binary images, each Binary image the affiliation of the viewed pixel to that of the corresponding bit position of the color class assigned from 1-out-of-K code corresponds.

Die Erfindung wird anhand folgender Figuren beispielhaft erläutert:The invention is explained by way of example with reference to the following figures:

Fig. 1 zeigt das Blockschaltbild eines nach dem Erfindungs­ gedanken aufgebauten Farbzeilenkameraprozessors Fig. 1 shows the block diagram of a color line camera processor constructed according to the invention

Fig. 2 zeigt das Prinzip des Farbzeilenkameraprozessors mit Anschlußmöglichkeit aller drei Typen von Farbzeilen­ kameras. Fig. 2 shows the principle of the color line camera processor with the possibility of connecting all three types of color line cameras.

Zur Erklärung des Erfindungsgedanken wird beispielhaft nach Fig. 1 von einer analogen Farbzeilenkamera 20 mit drei getrennten Zeilensensoren 22, 23 und 24, jeweils für eine der Primärfarben ROT, GRÜN, BLAU und einer optischen Zusammenführung mit Hilfe eines Farbteilerprismas 21 ausgegangen. Die drei analogen Ausgangssignale der Farbkanäle ROT 1, GRÜN 2 und BLAU 3 werden über jeweils drei Analog/Digital-Wand­ ler 4, 5 und 6 in drei digitale Farbsignale 7, 8, und 9 umgewan­ delt. Beispielhaft wird von einer Umsetzung in jeweils 8 Bit entsprechend 256 Amplitudenstufen pro Kanal ausgegangen.To explain the idea of the invention 1 is exemplified in FIG. From an analog color line camera 20 separate three-line sensors 22, 23 and 24, respectively assumed for one of the primary colors RED, GREEN, BLUE, and an optical combining means of a color splitting prism 21st The three analog output signals of the color channels RED 1 , GREEN 2 and BLUE 3 are converted via three analog / digital converters 4 , 5 and 6 into three digital color signals 7 , 8 and 9 . As an example, a conversion into 8 bits is assumed, corresponding to 256 amplitude levels per channel.

Diese drei digitalen Signale werden zu einer 24-Bit-Adresse zusammen­ gefügt und an den Adreßeingang eines Tabellenspeichers 10 angelegt. Der Tabellenspeicher wird im Rhythmus des Bildpunkttaktes ausgelesen. In dem Tabellenspeicher sind in einer vorherigen Trainingsphase nach der bei MASSEN beschriebenen Methode K verschiedene Farbklassen gelernt worden. Beispielhaft wird von K = 8 Farbklassen ausgegangen. Diese werden erfindungsgemäß in einem 1-aus-8-Code codiert, so daß der digitale Aus­ gang 11 des Tabellenspeichers eine Bitbreite von K = 8 Bit aufzeigt. Durch eine Aufteilung des 8 Bit breiten Signals in 8 einzelne 1-Bit-Signale entstehen 8 binäre Signale, welche von den 8 Binärbildrechnern 12 bis 19 weiter verarbeitet werden.These three digital signals are combined to form a 24-bit address and applied to the address input of a table memory 10 . The table memory is read out in the rhythm of the pixel cycle. In a previous training phase, different color classes were learned in the table memory using the method K described in MASSEN. As an example, K = 8 color classes are assumed. These are encoded according to the invention in a 1-out-of-8 code, so that the digital output 11 of the table memory shows a bit width of K = 8 bits. By dividing the 8-bit wide signal into 8 individual 1-bit signals, 8 binary signals are produced, which are further processed by the 8 binary image computers 12 to 19 .

Fig. 2 verdeutlicht den Erfindungsgedanken eines Farbzeilenkameraprozes­ sors mit Tabellenklassifikation und Anschluß an die oben beschriebenen drei Varianten von Farbzeilenkameras. Fig. 2 illustrates the inventive concept of a color line camera processor with table classification and connection to the three variants of color line cameras described above.

Die Farbzeilenkamera Typ I (1) besteht aus einem Zeilensensor, dessen einzelne Bildpunkte mit einem optischen Filter mit wechselnder Primärfarbe abgedeckt ist. Die über einen Analog/Digital-Wandler 2 digitalisierten Signale werden mit einer Multiplexschaltung 4, welche mit dem Bild­ punkttakt 3 der Kamera betrieben wird, in den drei Registern 5, 6, und 7 gespeichert. Die Ausgänge dieser Register werden zu einem 24-Bit-Signal zusammengeführt und an den Adreßeingang 30 des Tabellenspeichers 31 angelegt. Der Auslesetakt wird über einen Frequenzteiler 8 um den Faktor 3 geteilt aus dem Bildpunkttakt 3 gewonnen, so daß der Tabellen­ speicher immer nur nach drei Bildpunkttakten einmal ausgelesen wird. Hierdurch wird erreicht, daß die angelegte Adresse einem digitalisierten Farbwert entspricht, welcher aus den Signalen von jeweils einer Gruppe von drei in Zeilenrichtung benachbarten Bildpunkten entspricht. The color line camera type I ( 1 ) consists of a line sensor, the individual pixels of which are covered with an optical filter with a changing primary color. The signals digitized via an analog / digital converter 2 are stored in a three multiplex circuit 4 , which is operated with the image clock 3 of the camera, in the three registers 5 , 6 and 7 . The outputs of these registers are combined into a 24-bit signal and applied to the address input 30 of the table memory 31 . The reading clock is obtained by a frequency divider 8 divided by a factor of 3 from the pixel clock 3 , so that the table memory is only ever read out once after three pixel clocks. This ensures that the address applied corresponds to a digitized color value, which corresponds to the signals from a group of three pixels adjacent in the row direction.

Die Farbzeilenkamera Typ 11 (10) besteht aus drei räumlich um jeweils eine Strecke Δx auseinanderliegenden Zeilensensoren, wobei jeder Zeilensensor von mit einem optischen Filter entsprechend einer der Primärfarben abge­ deckt ist. Die drei analogen Signale dieser Zeilen werden über jeweils einen Analog/Digital-Wandler 11 bis 13 digitalisiert. Außerdem liegt an 16 ein Pulssignal an, dessen Pulsperiode proportional zur LaufzeitThe color line camera type 11 ( 10 ) consists of three line sensors which are spatially separated by a distance Δx, each line sensor being covered by an optical filter corresponding to one of the primary colors. The three analog signals of these lines are digitized via an analog / digital converter 11 to 13, respectively. In addition, a pulse signal is present at 16 , the pulse period of which is proportional to the transit time

Δt = Δx/vΔt = Δx / v

ist. Hierbei ist Δx der räumliche Abstand zwischen den Zeilen und v die Ge­ schwindigkeit der abgebildeten Oberfläche in der Bildebene. Der Einfachheit halber wird in diesem Beispiel davon ausgegangen, daß die Abstände zwi­ schen den Zeilen R und G und zwischen den Zeilen G und B gleich sind.is. Here Δx is the spatial distance between the lines and v the Ge speed of the surface shown in the image plane. The simplicity for the sake of this example it is assumed that the distances between lines R and G and between lines G and B are the same.

Mit den Verzögerungseinheiten 14 und 15 werden die Signale der jeweils in Vorschubrichtung zuerst und als zweite kommenden Zeilensignale um je­ weils die Dauer Δt elektronisch verzögert. Dadurch wird erreicht, daß an den Registern 17, 18 und 19 jeweils Bildpunkt für Bildpunkt die digi­ talen Signale anliegen der gleichen Oberflächenzeile. Durch Steuerung der Verzögerungszeit proportional zur Laufzeit bzw. zum Kehrwert der Geschwin­ digkeit v bleibt diese zeitliche Überlagerung auch bei nicht konstanter Ge­ schwindigkeit v erhalten.The delay units 14 and 15 are used to electronically delay the signals of the line signals coming first and as the second coming in the feed direction, each time by the duration Δt. This ensures that the digital signals are applied to the registers 17 , 18 and 19 , pixel by pixel, of the same surface line. By controlling the delay time proportional to the running time or the reciprocal of the speed v, this temporal overlap is retained even when the speed v is not constant.

Über die Multiplex-Schaltung 30 kann zwischen dem Kameratyp I , II und III ausgewählt werden. Beim besprochenen Typ II wird die Tabelle im Rhyth­ mus des Bildpunkttaktes ausgelesen.The multiplex circuit 30 can be used to choose between camera types I, II and III. In the Type II discussed, the table is read out in the rhythm of the pixel cycle.

Die Farbzeilenkamera Typ III (20) besitzt jeweils optisch auf die gleiche Oberflächenlinie abbildende drei Zeilen R, G und B. Die analogen Signale werden über drei Analog/Digital-Wandler 21 bis 23 in digitale Signale umgewandelt, im Beispiel in jeweils 8-Bit-Signale. Diese werden direkt zu einer Adresse zusammengefaßt und über die Auswahlschaltung 30 an den Adreßeingang des Tabellenspeichers 31 angelegt.The color line camera type III ( 20 ) each has three lines R, G and B that map optically onto the same surface line. The analog signals are converted into digital signals via three analog / digital converters 21 to 23 , in the example in each case 8-bit Signals. These are combined directly into an address and applied to the address input of the table memory 31 via the selection circuit 30 .

Durch die beschriebene Auslegung des Farbzeilenkameraprozessors können daher je nach Stellung der Auswahlschaltung 30 alle drei bekannten Vari­ anten von Farbzeilenkameras ausgewertet werden.Due to the described design of the color line camera processor, all three known variants of color line cameras can therefore be evaluated, depending on the position of the selection circuit 30 .

Ein weiterer Erfindungsgedanke ist, daß die codierten Farbklassenbilder in einem monochromen Bildspeicher abgelegt werden, dessen Wortlänge gleich der Länge des zur Codierung der Farbklassen verwendeten Codes ist. Another idea of the invention is that the coded color class images in be stored in a monochrome image memory whose word length is the same the length of the code used to code the color classes.  

Erfindungsgemäß wird hierzu ein nicht redundanter Code, z. B. der natür­ liche Dualcode verwendet, um die erforderliche Wortbreite des Bildspeichers zu minimieren.According to the invention, a non-redundant code, e.g. B. the natural Liche dual code used to the required word width of the image memory to minimize.

Bei der Erstellung von Farbklassenbildern mit der von MASSEN beschrie­ benen Technik der trainierten Tabellen sind die Ränder der so erzeugten Farbklassenbilder unsicher und verrauscht. Dies rührt daher, daß der Übergangsbereich von einer Farbe zu einer anderen ein nicht genau definier­ tes Farbgebiet darstellt. Erfindungsgemäß werden die Ränder der Farbklas­ senbilder dadurch verbessert, daß durch lineare oder nichtlineare Nachbar­ schaftsoperationen Störstellen beseitigt werden.When creating color class images with that described by MASSEN The technique of the trained tables is the edges of the generated tables Color class images unsafe and noisy. This is because the Transitional area from one color to another not exactly defined represents the color area. According to the edges of the color class Senbilder improved in that by linear or non-linear neighbors interferences are eliminated.

Ein weiterer Erfindungsgedanke ist die Verarbeitung der binären Farbklas­ senbilder mit den Verfahren der morphologischen Bildverarbeitung, um lo­ kale Fehlstellen an den Rändern der Farbklassengebiete sowie im Innern zu beseitigen.Another idea of the invention is the processing of the binary color class sen pictures with the methods of the morphological image processing to lo kale imperfections at the edges of the color class areas as well as inside remove.

Ein weiterer Erfindungsgedanke ist die Codierung der Farbklassen durch einen Code, welcher sowohl die Bezeichnung der Farbklasse enthält als auch einen numerischen Wert, welcher gleich der Distanz des aktuellen, am Adreßeingang der Tabelle anliegenden Farbvektors zum Zentrum der Farb­ klasse angibt. Diese Distanz enthält eine Aussage über die Sicherheit der Klassenzugehörigkeit: je weiter ein Farbvektor vom Rand des die Farbklasse bildenden Clusters entfernt liegt, desto sicherer ist diese Aussage.Another idea of the invention is the coding of the color classes a code that contains the name of the color class as well a numerical value that is equal to the distance of the current, am Address input of the color vector table attached to the center of the color class indicates. This distance contains a statement about the safety of the Class affiliation: the further a color vector from the edge of the color class forming cluster, the more certain this statement is.

Erfindungsgemäß werden alle die Bildpunkte einer Farbklasse , deren Di­ stanz zum Clusterzentrum kleiner als eine gewählte Schwelle ist, bei der Be­ handlung des betreffenden Farbklassenbildes als "Hintergrund" bewertet.According to the invention all the pixels of a color class, the Di punch to the cluster center is smaller than a selected threshold at the Be act of the relevant color class image rated as "background".

Bei sehr kompliziert geformten Farbklassengebieten wird erfindungsgemäß als Aussage über die Sicherheit der Klassifikation neben dem Code der Farbklasse eine Information mit ausgegeben, welche der Distanz des aktuel­ len, am Adreßeingang des Tabellenklassifikators anliegenden Farbvektors zum nächsten Rand des Clusters mit ausgegeben.In the case of very intricately shaped color class areas, the invention as a statement about the security of the classification in addition to the code of the Color class an information with which the distance of the current len, color vector at the address input of the table classifier to the next edge of the cluster.

Claims (14)

1. Verfahren zur Auswertung der Signale von Farbzeilenkameras, insbe­ sondere zur Oberflächeninspektion, mit einer Tabellen-gestützten bildpunktweisen Farbklassifikation dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignale einer Farbzeilenkamera zeilenweise und/oder bildpunktweise so gespeichert und zusammengeführt werden, daß ein mehrkanaliges Farbsignal mit einem für jeden beobachteten Bildpunkt der Oberfläche eindeutigen Farbvektor entsteht, daß der digitalisierte Farbvektor jedes Bildpunktes zu einer Adresse zusammengefaßt wird, welche einen Tabellenspeicher adressiert, in welchem in einer vorheri­ gen Trainingsphase K verschiedene Farbklassen gelernt wurden, daß diese Klassen in der Tabelle in einem 1-aus-K-Code codiert werden, daß zeitgleich im Rhythmus des Bildpunkttaktes oder eines ganzzahli­ gen Teilers hiervon der Tabellenspeicher adressiert und ausgelesen wird und daß die jeder Bitstelle des 1-aus-K-Code entsprechenden Binärbilder mit bekannten Verfahren der binären Bildverarbeitung ver­ arbeitet werden.1. A method for evaluating the signals from color line cameras, in particular for surface inspection, with a table-based pixel-by-point color classification, characterized in that the output signals of a color line camera are stored line by line and / or pixel by point in such a way that a multichannel color signal with one observed for everyone Pixel of the surface unique color vector arises that the digitized color vector of each pixel is combined to an address which addresses a table memory in which K different color classes were learned in a previous training phase K that these classes in the table in a 1-from-K -Code are coded that the table memory is addressed and read out simultaneously in the rhythm of the pixel clock or an integer divider thereof, and that the binary images corresponding to each bit position of the 1-out-of-K code are used with known methods of binary Bi ldprocessing to be processed. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Farbklassen in dem Tabellenspeicher in einem nicht-redundan­ ten Code codiert werden und in einem monochromen Bildspeicher zwischengespeichert werden.2. The method according to claim 1, characterized in that that the color classes in the table memory in a non-redundant th code are encoded and in a monochrome image memory be cached. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zur Codierung der Farbklassen in jeder Speicherstelle der Tabelle eine Signifikanzinformation abgespeichert wird, welche den Abstand des betreffenden Farbvektors vom Zentrum des die Farbklasse definierenden Gebietes gleicher Klassencodierung angibt.3. The method according to claim 2, characterized in that that in addition to coding the color classes in each memory location the table, significance information is stored, which the Distance of the color vector concerned from the center of the color class defining area of the same class coding. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zur Codierung der Farbklassen in jeder Speicherstelle der Tabelle eine Signifikanzinformation abgespeichert wird, welche den Abstand des betreffenden Farbvektors vom Rand des die Farbklasse definierenden Gebietes gleicher Klassencodierung angibt. 4. The method according to claim 3, characterized in that in addition to coding the color classes in each memory location the table, significance information is stored, which the Distance of the color vector concerned from the edge of the color class defining area of the same class coding.   5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils eine eigene Anpassungsschaltung vorgesehen ist, welche aus den Signalen von
  • a) Farbzeilenkameras mit einer Sensorzeile, welche von einem mit jedem Bildpunkt wechselnden Primärfarbfilter abgedeckt ist
  • b) Farbzeilenkamera mit mehreren, in einem bestimmten Abstand angeordneten Sensorzeilen, welche jeweils von einem Primär­ farbfilter mit einer für die Bildpunkte einer Zeile jeweils gleichen Farbe abgedeckt ist
  • c) Farbzeilenkameras mit mehreren Sensorzeilen, welche über einen Farbteiler Licht jeweils in nur einer Primärfarbe erhalten und auf welche der gleiche Ausschnitt der beobachteten Ober­ fläche abgebildet wird
5. The method according to claim 1 to 4, characterized in that each has its own matching circuit is provided, which from the signals from
  • a) Color line cameras with a sensor line, which is covered by a primary color filter that changes with each pixel
  • b) Color line camera with a plurality of sensor lines arranged at a certain distance, each of which is covered by a primary color filter with the same color for the pixels of a line
  • c) Color line cameras with several sensor lines, which receive light in only one primary color via a color splitter and on which the same section of the observed surface is mapped
einen für jeden Bildpunkt der erfaßten Oberfläche eindeutigen Farbvektor dadurch erzeugt wird, daß
  • d) die Signale der benachbarten Bildpunkte, welche allen Primärfarben entsprechen, um 1, 2 bis N- 1 mit N = Anzahl der verwendeten Primärfarben , Bildpunkttakte verzögert werden und die so verzögerten Signale zu einem Farbvektor zusammen­ gesetzt werden
  • e) die Signale der Sensorzeilen, welche allen Primärfarben entsprechen, um 1, 2 bis N-1 mit N = Anzahl der verwendeten Primärfarben Zeiteinheiten verzögert werden und die so verzögerten Signale bildpunktweise zu einem Farbvektor zusam­ mengesetzt werden, wobei eine Zeiteinheit derjenigen Zeit ent­ spricht, welche das Abbild eines Punktes der beobachteten Oberfläche benötigt, um die Strecke von einer Sensorzeile zur nächsten zurückzulegen
  • f) die Signale der Sensorzeilen bildpunktweise zu einem Farbvektor zusammengesetzt werden
a color vector which is unique for each pixel of the detected surface is generated in that
  • d) the signals of the neighboring pixels, which correspond to all primary colors, are delayed by 1, 2 to N-1 with N = number of primary colors used, pixel clocks and the signals thus delayed are combined to form a color vector
  • e) the signals of the sensor lines, which correspond to all primary colors, are delayed by 1, 2 to N-1 with N = number of primary colors used, and the signals thus delayed are combined pixel by pixel to form a color vector, with a time unit corresponding to that time , which the image of a point on the observed surface needs to cover the distance from one sensor line to the next
  • f) the signals of the sensor lines are combined pixel by pixel to form a color vector
wobei bei Farbzeilenkameras nach Punkt a) die Signale mit dem Ver­ fahren nach d), Farbzeilenkameras nach Punkt b) die Signale mit dem Verfahren nach e) und Farbkameras nach Punkt c) Signale mit dem Verfahren nach f) ausgewertet werden. with color line cameras according to point a) the signals with the Ver drive to d), color line cameras to point b) the signals with the Method according to e) and color cameras according to point c) signals with the Procedure according to f) are evaluated.   6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die binären Farbklassenbilder mit Nachbarschaftsoperatoren verarbeitet werden, welche lokale Fehlstellen beseitigen.6. The method according to claim 1 to 5, characterized in that the binary color class images with neighborhood operators processed, which eliminate local defects. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachbarschaftsoperatoren morphologische Bildoperationen durchführen.7. The method according to claim 6, characterized in that the neighborhood operators have morphological image operations carry out. 8. Anordnung zur Durchführung der Verfahren 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß
die über eine Auswahlschaltung jeweils eine eigene Signalvorverarbei­ tung eingeschaltet wird, welche die Signale
  • a) einer Farbzeilenkamera mit einer Sensorzeile, welche von einem mit jedem Bildpunkt wechselnden Primärfarbfilter abgedeckt ist, empfängt, mit einem Analog/Digital-Wandler digitalisiert, mit N-1 Verzögerungseinheiten die Signale benachbarter Bildpunk­ te verzögert und in einem Register zu einem Farbvektor zu­ sammensetzt, wobei N die Anzahl der Primärfarbfilter ist, und daß der Farbvektor an die Adresse eines Tabellenspeichers angelegt wird, welcher zu jedem Nten Bildpunkttakt ausgelesen wird,
  • b) einer Farbzeilenkamera mit mehreren, in einem bestimmten Ab­ stand angeordneten Sensorzeilen, welche jeweils von einem Primärfarbfilter mit einer für die Bildpunkte einer Zeile jeweils gleichen Farbe abgedeckt ist empfängt, mit jeweils N Analog/Digital-Wandler digitalisiert, wobei N die Anzahl der Primärfarben ist, über einen zusätzlichen Eingang eine digitale Information über die Geschwindigkeit der beobachteten Oberfläche empfängt, mit welcher jeweils N-1 Zeilenverzögerungseinheiten so eingestellt werden, daß die Zeilen um diejenige Zeiteinheit verzögert werden, welche der Zeit entspricht, welche das Abbild eines Punktes der beobachteten Oberfläche benötigt, um die Strecke von einer Sensorzeile zur nächsten zurückzulegen, daß die Signale der N Sensorzeilen bildpunktweise zu einem Farb­ vektor zusammengefaßt werden und an die Adresse eines Tabellenspeichers angelegt werden, welcher im Rhythmus des Bildpunkttaktes ausgelesen wird,
  • c) einer Farbzeilenkamera mit mehreren Sensorzeilen, welche über einen Farbteiler Licht jeweils in nur einer Primärfarbe erhalten und auf welche der gleiche Ausschnitt der beobachteten Oberfläche abgebildet wird, empfängt, über N Analog/Digital- Wandler digitalisiert, wobei N die Anzahl der verwendeten Primärfarben ist, daß die digitalisierten Signale bildpunktweise zu einem Farbvektor zusammengesetzt werden, welcher an den Adreßeingang eines Tabellenspeichers angelegt wird,
8. Arrangement for performing the methods 1 to 5, characterized in that
which is switched on via a selection circuit each own signal preprocessing, which the signals
  • a) a color line camera with a sensor line, which is covered by a primary color filter that changes with each pixel, receives, digitized with an analog / digital converter, delayed with N-1 delay units, the signals from neighboring pixels and combined in a register to form a color vector , where N is the number of primary color filters, and the color vector is applied to the address of a table memory which is read out every Nth pixel clock,
  • b) a color line camera with several, in a certain Ab arranged sensor lines, each of which is covered by a primary color filter with a color that is the same for the pixels of a line, digitized with N analog / digital converters, where N is the number of primary colors is receives, via an additional input, digital information about the speed of the observed surface, with which in each case N-1 line delay units are set such that the lines are delayed by the time unit which corresponds to the time corresponding to the image of a point on the observed surface To cover the distance from one sensor line to the next, the signals of the N sensor lines are combined pixel by pixel to form a color vector and are applied to the address of a table memory which is read out in rhythm with the pixel clock.
  • c) a color line camera with several sensor lines, which receives light in only one primary color via a color splitter and on which the same section of the observed surface is mapped, is digitized via N analog / digital converters, where N is the number of primary colors used that the digitized signals are combined pixel by pixel to form a color vector which is applied to the address input of a table memory,
daß das Ausgangssignal des Tabellenspeichers so an eine Anzahl von Binärbildrechnereinheiten angeschlossen wird, daß jede Binärbild­ rechnereinheit eine unterschiedliche Bitebene des Tabellenspeicher- Ausgangssignals empfängt.that the output signal of the table memory to a number of Binary image processing units that each binary image is connected computing unit a different bit level of the table memory Output signal received. 9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Tabellenspeichers an den Eingang eines monochromen Bildspeichers angelegt wird.9. Arrangement according to claim 8, characterized in that the output of the table memory to the input of a monochrome image memory is created. 10. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Bit des Ausgangssignals des Tabellenspeichers an einen Filterbaustein angelegt wird.10. The arrangement according to claim 8, characterized in that each bit of the output signal of the table memory to one Filter module is created. 11. Anordnung nach Anspruch 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß alle Teile der Anordnung, welche spezifisch für einen bestimmten Farbzeilenkameratyp sind, auf einer eigenen Aufsteckplatine zusam­ mengefaßt sind und die übrigen Schaltungsteile, welche allen Farb­ zeilenkameravarianten gemeinsam sind, auf einer Mutterplatine zusammengefaßt sind, welche gleichzeitig Träger für die Aufsteck­ platinen ist.11. The arrangement according to claim 8 to 10, characterized in that all parts of the arrangement that are specific to a particular Color line camera type are together on its own plug-in board are quantified and the other circuit parts, which all color line camera variants are common on a motherboard are summarized, which at the same time bearers for the attachment circuit boards is.
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