DE60003018T2

DE60003018T2 - Verfahren zum kalibrieren der kamera eines farbüberwachungssystems

Info

Publication number: DE60003018T2
Application number: DE60003018T
Authority: DE
Inventors: Christine Huddersfield CONNOLLY; James Andrew Bradford FOWLER
Original assignee: Eltromat GmbH
Current assignee: BST Eltromat International Leopoldshoehe GmbH
Priority date: 1999-03-25
Filing date: 2000-03-24
Publication date: 2004-03-18
Anticipated expiration: 2020-03-25
Also published as: ES2199796T3; ATE241802T1; EP1166061A2; DE60003018D1; GB9906765D0; WO2000058698A3; EP1166061B1; WO2000058698A2

Description

Die PCT-Anmeldung WO 96/05489 beschreibt ein Farbprüfsystem und ein Verfahren, mit dem eine Videokamera zur Übernahme eines Farbbildes unter verschiedenen Bildaufnahmebedingungen gesteuert wird. Eine schnell bewegliche (ungefähr 500 Meter min^–1) Bahn aus bedrucktem Material, die vor der Kamera durchläuft, wird überwacht. Die Videokamera eines solchen Systems hat eine rote, grüne und blaue Ausgabe und ist mit einer steuerbaren Blendenöffnung, einer steuerbaren Gesamt-RGB-Signalverstärkung, einer unabhängig steuerbaren RGB-Signalkanalverstärkung oder einer steuerbaren RGB-Signalkanalbalance ausgestattet. Die steuerbaren Parameter werden von einer Steuer- und Regeleinheit in der Form eines PCs oder anderer passender Prozessoren mit einer Bildaufnahmekarte gesteuert. Der Prozessor erzeugt Signale von einem von der Videokamera erhaltenen Bildsignal, wobei die Signale verwendet werden, um die steuerbaren Parameter zu korrigieren, um die Leistung der Bildaufnahme der Kamera zu verbessern.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung umfasst eine Verbesserung des Systems und des Verfahrens, die in der vorgenannten PCT-Anmeldung beschrieben sind.
Ein Problem des Standes der Technik und von Farbüberwachungssystemen im allgemeinen, das von den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung angesprochen wird, bezieht sich auf die Korrektur der Kameraausgabe, wenn diese zur Überwachung von Farben verwendet wird. In einer idealen Welt wäre die Videokameracharakteristik im Hinblick auf RGB-Ausgabe eine lineare Charakteristik, so dass eine Null-Lichtintensität von einer vollständig schwarzen Kulisse eine Null-Voltausgabe von einer Kamera ergeben würde. Ebenso würde, in einer idealen Welt, die RGB-Ausgabe linear ansteigen gemäß der zunehmenden Lichtintensität von einer bestimmten vorgegebenen Farbe. Leider zeigen reale Kameras eine unvollkommene Charakteristik, abhängig von der Umgebungstemperatur, welche eine Verschiebung vom Ursprung ergibt (d. h. eine Nichtnull-Voltausgabe für eine Null-Lichtintensität-Eingabe), nach welcher ein im allgemeinen linearer Antwortbereich folgt, welcher dann, über eine besondere Lichtintensität, dazu neigt, sich abzuflachen, um eine nicht-lineare Antwort zu geben.
Ein Verfahren zum Halten des Kamerasignalniveaus unter einem Sättigungsgrad ist in US-A-5589880 beschrieben. Der Kamerasignalversetzungsausgleich ist in US-A-5038369 oder US-A-5267053 beschrieben.
Mit einem Blick auf die Lösung oder Verringerung des ersten oben genannten Problems ist ein Verfahren zur Kalibrierung eines Farbüberwachungssystems vorgesehen, um nicht ideale reale Kameracharakteristiken auszugleichen, wobei das Verfahren umfasst: Festlegen einer Kamera-Messwertverschiebung durch Messen oder Berechnen der Ausgangsspannung der Kamera, wenn im Wesentlichen kein Licht auf eines ihrer Sensorelemente fällt, nachfolgend als Festlegung der Messwertverschiebung bezeichnet; Festlegen des Punktes, an dem eine Kennlinie der eingegebenen Lichtintensität gegen die Kameraausgangsspannung beginnt, von einer im Wesentlichen linearen Charakteristik abzuweichen, nachfolgend als Festlegen der Krümmung bezeichnet; und Beschränken der Lichtmenge, die auf alle Sensorelemente der Kamera einfällt, so das die maximale Ausgabe einer Spannung auf Höhe oder unter der Krümmung entspricht, und niedrige Lichtintensitäten alle innerhalb des Bereichs des linearen Betriebs liegen.
Der Schritt des Festlegens der Kamera-Messwertverschiebung kann auf einer periodischen Basis ausgeführt werden, um mit den Änderungen im Messwertverschiebungswert, die von einer Änderung der Umgebungsbedingungen verursacht werden, Schritt zu halten.
Der Schritt des Festlegens der Messwertverschiebung kann ausgeführt werden, wann immer ein Bilderfassungsvorgang zum Erfassen eines gewünschten zu überwachenden Bildes ausgeführt wird.
Das Festlegen des Punktes der Null-Lichtintensität kann durch Schließen der Kamerablende erreicht werden.
Das Festlegen des Punktes der Null-Lichtintensität kann durch Einstellen der Kamera zur Überwachung eines schwarzen Bildes oder eines schwarzen Teils eines Bildfeldes der Kamera erreicht werden.
Das Festlegen des Punktes der Null-Lichtintensität kann durch Ableiten von Messungen, die von zwei oder mehr Punkten gekannter Reflexion irgendwo in einem Bildfeld der Kamera erhalten werden, erreicht werden.
Vorzugsweise umfasst ein Punkt der bekannten Reflexion einen wesentlichen Teil des gewünschten Bildes selbst.
Vorzugsweise umfasst ein Punkt der bekannten Reflexion eine weiße Referenzfläche innerhalb des Bildfeldes.
Dies hat den Vorteil, dass es für jedes erfasste Bild durchgeführt werden kann.
Das oben genannte Problem wird gelöst durch die Erfindung, wie in den Ansprüchen dargelegt.
Besondere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun, nur als Beispiel, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
1 eine Farbüberwachungsvorrichtung in schematischer Form zeigt;
2 eine schematische Kennlinie ist, die die Kameraausgabe in Volt, gegen die eingegebene Lichtintensität, zeigt;
3 ein schematisches Diagramm ist, das eine abgestufte Grauskala zeigt, die innerhalb eines zu erfassenden Bildes zum Feststellen der Kameraantwort integriert sein kann,
4 eine schwarze Fläche und eine weiße Fläche, die Teil eines Testbildes bilden, zeigt;
5 darstellt, wie Ablesungen entsprechend der schwarzen Fläche und der weißen Fläche aus 4 verwendet werden können, um eine Kamera-Messwertverschiebung zu bestimmen;
6 ein schematisches Diagramm ist, das eine mögliche relative Größe der Wiederholungslänge in Bezug auf die Größe des Bildfeldes darstellt;
7A bis 7C jeweils erste bis dritte Muster zeigen, die von ersten bis dritten Zylindern gedruckt werden und überwacht werden sollen unter Verwendung einer passenden Auslösetechnik;
8 und 9 jeweils ein Trainingsbild und ein neu erfasstes Bild zeigen;
10A und 10B einen Grenzbereich eines versetzten Bildes zeigen, wenn es gewünscht ist, bis auf Subpixelgenauigkeit zu prüfen; und
11 eine Hardware-Anordnung zeigt, mit einem Scanner, der so angeordnet ist, dass er eine Kamera und einen Blitz in einer Querrichtung relativ zu einer sich bewegenden Bahn bewegt.
Unter Bezugnahme auf 1 der beigefügten Zeichnungen ist eine typische Vorrichtungsanordnung gezeigt, die zur Farbüberwachung verwendet werden kann. Die Vorrichtung umfasst eine Schnittstelleneinheit als Schnittstelle zu einer herkömmlichen, handelsüblichen Videokamera 1, mit einer Rot/Grün-/Blau-Ausgabe (RGB-Ausgabe) und einer steuerbaren Blendenöffnung, einer steuerbaren Gesamtverstärkung, unabhängig steuerbaren RGB-Signalkanalverstärkungen, oder einer steuerbaren Signalkanalbalance. Die Schnittstelle umfasst einen RS232C-Bus 2, um eine Fernsteuerung der Kamera zu ermöglichen, und einen herkömmlichen, handelsüblichen PC 3 mit einer herkömmlichen, handelsüblichen Bilderfassungskarte 4. Die Kamera 1 ist innerhalb eines Beleuchtungsgehäuses 5 angeordnet, welches auch eine Blitzbeleuchtungsquelle 6 enthält. Ein Auslöseschaltkreis 7 ist vorgesehen, der mit der Kameraausgabe 1, der Beleuchtungsquelle 6 und der Bilderfassungskarte 4 und dem PC 3 verbunden ist. Ein Bildschirm 8 ist ebenfalls vorgesehen.
Der Computer ist so ausgelegt, dass er die Kamera über den RS232C-Datenbus steuert, mittels eines dedizierten Anwendungsprogramm. Das dedizierte Anwendungsprogramm kann Teil eines größeren Computerprogramms sein, oder kann in Verbindung mit anderen Anwenderprogrammen laufen.
Bezüglich des Problems der Nicht-Linearität der Kameracharakteristiken wird nun ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 2 bis 5 beschrieben.
2 zeigt eine typische Kameracharakteristik in Bezug auf die Erhöhung der Lichtintensität einer bekannten Farbe (R, G oder B) entlang der horizontalen Achse und gemessener R-, Goder B-Ausgabe in Volt entlang der vertikalen Achse.
Die Kennlinie der 2 kann z. B. erhalten werden durch Erfassen des Bildes einer Sammlung von Farbstückchen von abgestufter Farbe, wie die Grauskala 30 in 3. Alle Farbstückchen müssen in einer einzigen Bilderfassungszeitspanne und unter gleichförmiger Beleuchtung erfasst werden.
Die bekannten Farben können unter Verwendung etablierter kolorimetrischer Techniken gemessen werden, d. h. ein Kolorimeter oder Spektrophotometer zurückführbar auf nationale Farbmessstandards, verbunden mit einer Standardumrechnungsmatrix zum Umrechnen der CIE-Tristimulus-Messungen in R-, G-, B-Werte der Kamera.
Unter Bezugnahme auf 3 ist das Farbstückchen 31 ganz links schwarz, das am weitesten rechts liegende Farbstückchen 32 ist weiß und dazwischen sind Stückchen mit Zwischenschattierungen in grau. Die Bilder von jedem dieser Stückchen werden erfasst, um die Kennlinie aus 2 graphisch darzustellen. Es sei angemerkt, dass die vertikale Achse jede beliebige der gemessenen R-, G- oder B-Ausgaben sein kann und auch dass durch Erhalt dieser Kennlinie, die Blende der Kamera 1 so eingestellt ist, dass das weiße Stückchen eine R-, G- und B-Ausgabe nahe der Sättigung erzeugt, die horizontale Achse stellt die steigende Lichtintensität von schwarz zu weiß dar, in bekannten Schritten, wie durch das Testmuster in 3 festgelegt.
Unter Bezugnahme auf die Charakteristikdarstellung in 2 kann man sehen, dass die Kennlinie im Allgemeinen linear ist, aber dazu neigt, sich oberhalb des Krümmungspunktes (K) abzuflachen. Ebenso tritt eine Ursprungs-Messwertverschiebung (OFF) auf. Es wird zu sehen sein, dass in der dargestellten Graphik das Farbstückchen 32, das das höchste Lichtintensitätsniveau darstellt, pures weiß (d. h. das meiste weiß) als ein dargestellter Punkt 20 gezeigt ist, der in den nicht-linearen Bereich fällt. Die Kennlinie der 2 zeigt auch das nächste „am nächsten an weiß"-Farbstückchen als einen dargestellten Punkt 21, der sich im nicht-linearen Bereich befindet.
In einer idealen Welt würde die Kameracharakteristik durch den Ursprung verlaufen und vollkommen linear sein. Wie jedoch aus obigem ersichtlich ist, arbeiten herkömmliche Videokameras nicht in dieser idealen Weise und es ist notwendig, diese Nicht-Linearität auszugleichen, wenn genaue Bestimmungen der Lichtintensität durchgeführt werden sollen.
Um einen wirksamen Ausgleich zu schaffen, müssen die Messwertverschiebung (OFF) und der Krümmungspunkt (K) bestimmt werden.
Um die Sache noch komplizierter zu machen, verändern sich die Kameracharakteristiken einschließlich der Messwertverschiebung um messbare Beträge, wenn sich die Kamera 1 erwärmt oder abkühlt, und wenn sich die Umgebungstemperatur ändert. So muss für Zwecke der genauen Farbüberwachung ein Ausgleich auftreten durch Verändern der Beträge jedes Mal, wenn ein Bild erfasst wird.
Um die Messwertverschiebung zu bestimmen, kann ein schwarzes Objekt (Null-Reflexion) in dem Bild an jedem Bilderfassungspunkt enthalten sein. Durch Analyse der Ausgabedaten von der Kamera bezüglich des schwarzen Objektbereichs des Bildes können die entsprechenden Durchschnittswerte für die R-, G- und B-Ausgabe herausgefunden werden und diese Werte können direkt als die Messwertverschiebungswerte für die jeweiligen R-, G- und B-Kanäle verwendet werden.
Der Nachteil bei diesem Vorgehen ist, dass es schwierig ist, ein vollkommen schwarzes Objekt zu erhalten, und sicherzustellen, dass es keine Verunreinigung vor der Überwachung aufnimmt, die seine Farbe ändert. Im Hinblick darauf ist es ein besseres Vorgehen, eine weiße Keramikfliese 40 (siehe 4) mit bekannter RGB zu verwenden, und eine schwarze Keramikfliese 41 mit bekannter RGB, die gleichzeitig innerhalb des Kamerabildfeldes 42 vorhanden ist (die RGBs können gemessen werden unter Verwendung eines Kolorimeters oder eines Spektrophotometers zurückführbar auf nationale Farbmessstandards und durch Verwendung einer Standardmatrix zur Umrechnung solcher Messungen in RGB-Werte der Kamera). Keramikfliesen können leicht gereinigt werden durch Verwendung eines Linsenreinigungstuches, bevor die Bilderfassung stattfindet.
Vor Verwendung dieses Verfahrens mit der schwarzen und weißen Fliese muss festgestellt werden, dass die Kamera in einer linearen Weise funktioniert. Dies kann erreicht werden durch Bilden der Kennlinie aus 2, Beschränken der Größe der Öffnung um zu verhindern, dass man über die Krümmung hinausgeht, und dann Wiederholen der Kennlinienmessungen um zu prüfen, dass alle Punkte auf der gemessenen Grauskala nun R-, G- und B-Ausgaben innerhalb des linearen Bereichs erzeugen. Alle Grauskalen müssen während eines einzigen Erfassungszeitraums (d. h. von einem einzigen Bild) erfasst werden unter einheitlichen Beleuchtungsbedingungen. Eine Einstellung der Voltausgabe auf eine proportionale Verringerung ihres vollen Skalenwertes bei Prüfung der weißen Bereiche des Bildes wird in der Praxis ausreichend sein in vielen praktischen Situationen, solange wie das gesamte Bildfeld einheitlich erleuchtet ist oder die weiße Fliese sich in einem ausreichend gut beleuchteten Teil des Bildfeldes befindet, kein Teil des Bildfeldes Signale oberhalb der Krümmung erzeugt und für alle Kamerafunktionen verwendet werden kann, sobald überprüft wurde, dass die Kamera tatsächlich komplett innerhalb der linearen Zone arbeitet.
Wenn sichergestellt ist, dass die Kamera unterhalb ihres Krümmungspunktes arbeitet, kann eine Kennlinie wie in 5 gezeigt erhalten werden aus der gemessenen weißen Fliese und der schwarzen Fliese durch Ziehen einer Linie zwischen den beiden bekannten Punkten und Erstrecken dieser Linie, um die Messwertverschiebug vom Ursprung zu finden.
Die beiden bekannten Punkte können gemessen werden unter Verwendung bekannter kolorimetrischer Techniken, d. h. mit einem Kolorimeter oder Spektrophotometer, zurückführbar auf nationale Farbmessstandards und durch Verwendung einer Standardmatrix zur Umrechnung solcher Messungen in RGB-Werte der Kamera.
Wenn sichergestellt ist, dass sich die schwarze und die weiße Fliese ständig im Bildfeld befinden, dann kann die Berechnung der Messwertversetzung (durch Verwendung der zwei Punkte, die von der schwarzen und der weißen Fliese geliefert werden) durch den Computer durchgeführt werden, jedes Mal wenn ein Bild überwacht wird, um einen verlässlichen Ausgleich für Kameracharakteristiken in Echtzeit-Situationen zu erhalten.
Eine Alternative zum Prüfen der Messwertversetzung ist es, die Blende der Kamera zu schließen und Durchschnittswerte für R, G und B bei geschlossener Blende zu verwenden, um die Messwertversetzung direkt zu bestimmen.
Bezüglich eines anderen Problems der Systeme des Standes der Technik, die mit der Nicht-Einheitlichkeit der Beleuchtungscharakteristiken über das zu überwachende Material zusammenhängen, werden nun Beispiele für Verfahren zum Ausgleichen solcher Nicht-Einheitlichkeit beschrieben.
Nicht-Einheitlichkeiten in der Beleuchtung, spezielle Charakteristiken (z. B. interne Reflexionen) des Beleuchtungsgehäuses, von dem einzelne Bilder erfasst werden, und physikalische Charakteristiken des Substratmaterials können Anomalien in dem Betrag des reflektierten Licht (oder des übertragenen Lichts im Falle eines von hinten beleuchteten Gewebes) erzeugen, die an der Kameralinse von verschiedenen Stellen innerhalb des Bildfeldes der Kamera ankommen und ausgeglichen werden müssen.
Das Prinzip hinter einer solchen Ausgleichstechnik ist es, ein Bild mit einer einheitlich farbigen oder unbedruckten Materialprobe zu erfassen. Räumliche Bilddaten von dem unbedruckten Gewebe und einfallend auf die Kameralinse stellen Daten dar, die nicht nur die Einheitlichkeit der einfallenden Strahlen in unterschiedlichen Teilen des Bildfeldes betreffen, sondern auch die Lichtdurchlässigkeit des Gewebes und die internen Reflexionen von dem Beleuchtungsgehäuse.
Es ist natürlich bekannt, dass die unbedruckte Materialprobe in der Tat eine im Wesentlichen einheitliche Oberfläche ist.
Durch Erfassen von räumlichen Nicht-Einheitlichkeiten in der Kameraausgabe über das Bildfeld können Normalisierungseinstellungen erreicht werden, so dass die einzelnen Ausgabedaten von den einzelnen räumlichen Bereichen ausgeglichen werden. Zum Beispiel werden die Durchschnittswerte R, G und B eines Bereichs der Oberflächenfarbe aufgezeichnet an ihrer Startposition („gelernte" Position) R_T, G_T, B_T. Wenn das Bild als nächstes erfasst wird, sei angenommen, dass dieser Bereich im Bild sich zu einer weniger gut beleuchteten Position bewegt hat und seine Durchschnittswerte R, G und B nun R_S, G_S, B_S sind. Wenn R₁, G₁, B₁ die Durchschnittswerte für RGB sind für den Bereich des unbedruckten Gewebes entsprechend den Startpositionen, und R₂, G₂, B₂ die Durchschnittswerte des unbedruckten Gewebes entsprechend der weniger gut ausgeleuchteten Position sind, dann werden RS, GS, BS normalisiert wie folgt, bevor sie mit den gelernten Werten R_T, G_T, B_T verglichen werden:
RS × R₁/R₂, und das gleiche gilt für G_S und B_S.
Nun wird beschrieben, wie eine vorteilhafte Auslösetechnik verwendet werden kann, um eine sich bewegende Materialbahn ohne komplizierte Auslöseverfahren zu überwachen.
Unter Bezugnahme auf 6 ist eine typische Materialbahn gezeigt, die man vielleicht überwachen möchte. 6 zeigt schematisch das nominale Bildfeld, gesehen von der Überwachungskamera und dargestellt durch ein Rechteck 60, das eine schematische Ansicht der sich bewegenden Materialbahn 61 überlagert.
Es wird verstanden werden, dass ein auf der Bahn 61 gedrucktes Muster eine gegebene Wiederholungslänge R aufweist. Die Wiederholungslänge definiert das auf der Bahn gedruckte Muster in seiner Gesamtheit und kann breiter (wie hier gezeigt) oder enger sein als eine Breite W des Bildfeldes 60 der Überwachungskamera.
In früheren Systemen, wenn es erwünscht war, eine vollständige Wiederholung der Bahn 61 zu überwachen, oder in der Tat einfach bekannte Bereiche der Musterbahn zu überwachen, konnte eine Referenzmarkierung auf der Bahn verwendet werden in Verbindung mit einem Sensor, um einen Bilderfassungszyklus auszulösen, wenn die Bahn einen bestimmten Punkt erreicht hatte. In solchen Systemen wird die Bilderfassung durch die Positionierung der Bahn angetrieben, und das Bilderfassungssystem muss bereit sein auszulösen, wann immer die Referenzmarkierung mit dem Auslösesensor übereinstimmt. Um ein solches System zu implementieren, muss die Überwachungskamera relativ hoch entwickelt sein.
Die Ausführungsbeispiele lösen das Auslöseproblem auf eine andere Weise.
Eine einfache Videokamera kann verwendet werden und die Bilderfassung kann durch Synchronisation-(SYNC) Signale von der Kamera selbst betrieben werden.
Gemäß dem Verfahren sind die Bilddaten eines bestimmten einmaligen Merkmals innerhalb der vollständigen Wiederholung (R) im Speicher vorgespeichert, so dass sie für Zwecke der Mustererkennung verwendet werden können. Während sich die Materialbahn bewegt, werden von der Videokamera ausgegebene Synchronisationssignale überwacht und Beleuchtung und Bilderfassung von der Bahn ausgelöst in Übereinstimmung mit den Synchronisationssignalen, so dass, wann immer die Kamera selbst bereit ist, einen Bilderfassungsvorgang auszuführen, und ein solcher Bilderfassungsvorgang angefordert wird, die Beleuchtung der Bahn automatisch synchronisiert und auf der Grundlage der SYNC-Signale ausgeführt wird.
Sobald ein Bilderfassungsvorgang durchgeführt wurde, ist es notwendig zu bestimmen, wovon das Bild ist. In dieser Hinsicht werden die erfassten Bilddaten unter Verwendung eines Mustererkennungsprogramms analysiert, um so genau festzustellen, wovon das Bild ist, in Bezug auf das einmalige Merkmal in der Musterwiederholung. Danach können, sobald das System genau weiß, wovon die erfassten Bilddaten sind, Standardfarbüberwachungsprozeduren ausgeführt werden, um die Qualität des Druckes usw. zu überwachen und unter Verwendung anderer Softwarekompensationstechniken im Hinblick auf die Kompensation der Nicht-Linearität/Nicht-Einheitlichkeit der Beleuchtung usw., um bedeutsame Ergebnisse zu erzielen.
Eine typische Funktionsweise der Vorrichtung wird nun beschrieben.
Ein Bild wird erfasst, um die vorher bezeichnete Beleuchtungseinheitlichkeitskompensation durchzuführen, wobei ein unbedrucktes Bahnmaterial vorhanden ist und die Öffnung begrenzt ist (wenn erforderlich), um einen Betrieb im linearen Bereich der Kameracharakteristik sicherzustellen. Diese Bild wird nachfolgend als „Einheitlichkeitsbild" bezeichnet.
Danach wird ein Bild erfasst, wobei das genehmigte Druckmaterial von der Presse läuft und weiße und schwarze Referenzflächen vorhanden sind. Die Referenzflächen dienen dazu, eine genaue Bestimmung einer Neigung und Messwertverschiebung der Kameracharakteristik während jedes Erfassungsvorgangs, wie oben beschrieben, zu ermöglichen, und die weise Fläche dient ebenfalls dazu, die Kamera zu steuern und die Farbmessungen wiederholbar zu halten, wie in der PCT-Anmeldung WO 96/05489 beschrieben. Rechtecke können über bestimmte Bereiche des zu überwachenden Musters gezogen werden. Eine ausreichende Anzahl von Bildern wird erfasst, um Einzelheiten der vollen Wiederholung aufzuzeichnen.
Als nächstes wird der Übungsbetrieb durchgeführt. Übung bedeutet das folgende: Es wählt automatisch ein Mustermodell und lernt die Farben, unter Verwendung der Beleuchtungseinheitlichkeitskompensation und anderer erforderlicher Softwareeinstellungen. Das System kann dann eingestellt werden auf einen Modus, der bekannt ist als „Autoprüf"-Modus, in dem es die Farben der durch die Rechtecke definierten Bereiche in dem Übungsbild in 10-Sekunden-Abständen während des Durchgangs überwacht, was zu Echtzeitund protokollierten Ergebnissen führt. Autoprüf bedeutet das folgende: es erfasst ein Bild in Abständen von der sich bewegenden Bahn, wobei die Kamera gesteuert bleibt; es findet ein Mustermodell und berechnet die Bildverschiebung von einem gelernten Bild; es prüft die farbigen Bereiche, gestattet dabei die Verschiebung und Belichtungseinheitlichkeit; protokolliert die Ergebnisse in einer Datei; und signalisiert, wenn die Farbe in irgendeinem Bereich über den Warngrenzen liegt.
Während einer solchen automatischen Prüfung kann das Lernbild zu jeder Zeit angezeigt werden und die gerade laufenden Messungen jedes definierten Bereichs können nach Wunsch angezeigt werden.
Diese vorteilhafte Auslösetechnik erzeugt einen erheblichen Vorteil gegenüber dem herkömmlichen Bahnauslösen in Anwendungen, in denen die Druckzylinder nicht miteinander in Register gebracht wurden.
Zum Beispiel beim Drucken von Papier für Zigarettenfilterspitzen, wo es erwünscht ist, ein Korkmuster auf das Papier in einer anscheinend willkürlichen Weise zu drucken, ist in 7A bis 7C ein Muster gezeigt, das mittels dreier Zylinder gedruckt werden soll.
Der erste, in 7A gezeigte Zylinder, wird verwendet, um eine Herstellermarkierung 70 (LOGO) zu drucken. Die Markierung (LOGO) muss einmal pro Zigarette gedruckt werden.
Der zweite, in 7B gezeigte Zylinder wird verwendet, um eine erste Farbe 71 zu drucken, z. B. ein reines Gelb 11. Der dritte, in 7C gezeigte Zylinder wird verwendet, um ein weiteres Muster 72 zu drucken, z. B. eine braune Farbe mit Lücken darin, so dass das Gelb zwischen diesen Lücken hindurchschauen kann. Die Drucke 71 und 72 zusammen bilden das Korkmuster.
Die Markierung 70 muss auf jede Zigarette gedruckt werden, aber das Filterspitzenmuster, hergestellt auf der ersten Farbe 71 vom Zylinder 2 überlagert von dem Braun vom Zylinder 3, muss willkürlich erscheinen, so dass seine Wiederholung ca. alle 3,5 Zigaretten auftritt.
Jeder Zylinder druckt ferner ein rechteckiges Kästchen 73–75 an der Kante der Bahn, welches seine Tintenfarbe einmal pro Zylinderumfang sowie eine Textfolge 76, 77, 78 zeigt.
Da es erwünscht ist, ein nicht regelmäßiges Muster zu erzeugen, gibt es keine Notwendigkeit, dass die Zylinder den gleichen Umfang haben, noch ist es nötig, dass sie sich phasengleich miteinander drehen. Die Tintenkästchen erscheinen deshalb willkürlich in Bezug aufeinander, und dies verursacht Probleme bei Bahn-auslösenden Prüfsystemen.
Da es die Farbe der Tintenkästchen ist, die überwacht werden soll, und da jedes Kästchen in einem festen Abstand von seiner zugehörigen Textfolge liegt, kann das Problem hinsichtlich der Bahnauslösung, das im Stand der Technik angetroffen wurde, vollständig entfernt werden durch die Verwendung der oben beschriebenen, vorteilhaften Auslösetechniken. Dies wird erreicht durch Verwendung der einmaligen Textfolge 76–78, welche jedes Tintenkästchen 73–75 als ein Mustermodell begleitet, und die Suche kann durchgeführt werden für jedes erfasste Bild für alle 3 Textfolgen, um so die Tintenkästchen 73–75 zu finden und dann ihre Farbe zu prüfen.
Unter Bezugnahme auf 8 und 9 wird nun ein Verfahren zur Prüfung eines Bereichs einer Materialbahn bis auf Subpixelgenauigkeit erläutert.
8 zeigt eine Kamerabildfeld mit einer Materialbahn 80, auf welche ein Logo 81 gedruckt ist und andere Bilddaten 82, einschließlich eines Prüfbereichs 83. Die in 8 gezeigte Ansicht ist z. B. ein Original-Lernbild, verwendet während der Einstellung.
9 ist ein Bild, dass während eines nachfolgenden Bilderfassungszyklus erfasst wurde und die gleichen Elemente aufweist, wie das in 8 gezeigte Bild. In 9 ist festzustellen, dass die Bahn zur rechten Seite des Bildfeldes um einen Betrag versetzt ist und dass die tatsächliche Positionierung des Musters vertikal versetzt ist. Diese vertikale Versetzung kann auftreten aufgrund einer Auslöseungenauigkeit oder kann als Ergebnis der Anwendung eines vorteilhaften Auslöseverfahren, wie vorstehend beschrieben, erfolgen.
Das Element 81, oben bezeichnet als das Mustermodell, dessen Daten vom Original-Lernbild gespeichert sind, wird als ein Suchmuster verwendet, um das gleiche Muster in dem erfassten Bild zu lokalisieren. Sobald das Muster in dem erfassten Bild lokalisiert wurde, kann seine Versetzung berechnet werden, welche z. B. 50,6 Pixel nach rechts und 73,3 Pixel nach unten sein kann. Wenn man die Versetzung des Mustermodells kenn, kann der zu prüfende Bereich 83 ebenso lokalisiert werden durch Verwendung der gleichen Versetzung, d. h. es ist bekannt, dass der Bereich ebenfalls um 50, 6 und 73, 3 Pixel in Bezug auf seine ursprüngliche Position versetzt ist.
In dem neu erfassten Bild kann ein Pixelrechteck bearbeitet werden, das etwas großflächiger ist als das ursprüngliche Prüfrechteck im Lernbild und eine Fehlerspanne, die gegeben ist durch Zufügen einer zusätzlichen Reihe und einer zusätzlichen Spalte von Pixeln. Da die Versetzung Pixelbruchteile beinhaltet, überbrückt der Bereich des Musters, der zu prüfen ist, nun die Pixel. Hier wird angenommen, dass der digitalisierte Wert des Spannungsniveaus entsprechend 0,1 Pixel 0,1 des digitalisierten Wertes des Spannungsniveaus für das gesamte Pixel entspricht. Um die Durchschnittswerte für R, G oder B des Bereichs zu messen, wird ein Bruchteil der Pixelwerte um den Umfang wie folgt angenommen:
Man addiere den R-, G- oder B-Wert jedes Pixels in dem versetzten Bereich, und den R-, G- oder B-Wert jedes überbrückten Pixels, gewichtet wie in der obigen Tabelle gezeigt. Man dividiere den Gesamtsumme durch (Breite x Höhe) und dies ergibt die Durchschnittswerte R, G oder B dieses geprüften Bereichs auf Subpixelgenauigkeit. Jeder der Kanäle R, G und B muss unabhängig bearbeitet werden.
Um das obige weiter zu erläutern, wird auf 10A und 10B Bezug genommen.
10A zeigt ein Lernbild zusammen mit einem Prüfbereich 83, der geprüft werden soll und mit einem Rechteck A (gezeigt als ------) markiert ist. Jedes dargestellte „Quadrat" stellt ein Pixel dar und der Prüfbereich umfasst notwendigerweise ganze Pixel. Es sei angemerkt, dass ein unrealistisch kleiner Prüfbereich von 5 x 5 Pixel hier gezeigt ist, um so die Pixelbruchteile zeigen zu können. Tatsächliche Prüfbereiche in der Praxis würden sehr viel größere Bereiche sein.
10B zeigt ein erfasstes Bild, wobei der Prüfbereich 85 um 50,6 Pixeln in der horizontalen (X) Richtung und 73,3 Pixeln in der vertikalen (Y) Richtung versetzt ist.
Zum Zwecke der nachfolgenden Erläuterung ist es natürlich offensichtlich, dass, um die Grenzbedingungen zu erläutern, eine tatsächliche Versetzung von 50 × 73 nicht in 10B gezeigt werden kann. Vielmehr dient die 10B nur für Zwecke der Erläuterung, was auf Subpixelniveau geschieht. Das Quadrat A, das den Prüfbereich 83 aus 10A enthält, ist in 10B gezeigt, wie es sich zu einer Position A' bewegt hat. Die „Boden"-Ganzpixelposition, d. h. das um 50 Pixel horizontal und 73 Pixel vertikal verschobene Mustermodell wird als Rechteck C beschriftet (gezeigt _._._.).
In der Figur ist ΔX = Teilpixel-Horizontalverschiebung (+VE bedeutet Verschiebung nach rechts); Δy = Teilpixel- Vertikalverschiebung (+VE bedeutet Verschiebung nach unten); x-displ = ganzzahliger Teil der Horizontalverschiebung; ydispl = ganzzahliger Teil der vertikalen Verschiebung.
In dem gegebenen Beispiel sind ΔX = 0,6, Δy = 0,3, Boden-xdispl = 50, Boden-y-displ = 73.
Wenn ΔX und Δy positiv sind, werden eine Spalte von Pixeln rechts des versetzten Bereichs und eine Reihe von Pixeln unter dem versetzten Bereich bearbeitet. Wenn ΔX und Δy andererseits negativ sind, dann werden eine Spalte nach links und eine Reihe darüber bearbeitet.
Die gleichen Gleichungen zum Berechnen des Bruchteils jedes Pixels in den unteren, oberen, linken und rechten Reihen und Spalten in dem erweiterten Bearbeitungsbereich werden verwendet, egal ob ΔX und/oder Δy positiv oder negativ sind (+VE oder –VE). Mit anderen Worten werden, bezüglich des Umfangbereichs des Beispiels in 8/9 und der Vernstzungen, die schematisch in 10A und 10B gezeigt sind, die Bruchteil-Pixelwerte, welche die Gewichtung, wie in Tabelle 1 gegeben, vorsehen, als dunkel getönte Bereiche in 10B dargestellt und werden erhalten durch Durchführung der folgenden Berechnungen:

(i) Oberes linkes Eckpixel = (1 – Δy)(1 – Δx) x R-, G- oder B-Pixelwert
(ii) Oberes rechte Eckbereichpixel = (1 – Δy)(Δx) x R-, Goder B-Pixelwert
(iii) Unteres linkes Eckpixel = (Δy)(1 – Δx) x R-, G- oder B-Pixelwert (iv) Unteres rechtes Eckpixel = (ΔY)(Δx) x R-, G- oder B-Pixelwert
(v) Obere Pixelreihe = (1 – Δy) x R-, G- oder B-Pixelwert
(vi) Untere Pixelreihe = Δy x R-, G- oder B-Pixelwert
(vii) Linke Pixelreihe = (1-Δx) x R-, G- oder B-Pixelwert
(viii) Rechte Pixelreihe = Δx x R- G- oder B-Pixelwert

Wiederum wird bei Prüfung dieser Umfangswerte davon ausgegangen, dass der digitalisierte Wert des Spannungsniveaus entsprechend 0,1 Pixel 0,1 des digitalisierten Wertes des Spannungsniveaus für das gesamte Pixel entspricht.
Unter Bezugnahme auf das Obige kann man sehen, dass ein Prüfverfahren für einen Bereich einer Materialbahn bis auf Subpixelgenauigkeit vorhanden ist, welches eine Bahnprüfung erleichtert, auch wenn Teile des Musters der gesamte Bahn zu variieren scheinen in einer anscheinend willkürlichen Weise.
11 zeigt eine Hardwareanordnung mit einer Kamera 85 und einem Blitz 86, die miteinander verbunden sind auf einem beweglichen Schlitten 87 eines Scanners 88. Die Kamera 85, der Blitz 86 und Schlitten 87 des Scanners 88 sind unterhalb einer sich bewegenden Materialbahn 89 angeordnet gezeigt. Ein Beleuchtungsgehäuse 90 ist ebenfalls mit dem Scanner 88 verbunden. In der gezeigten Anordnung ist die Bahn so angeordnet, dass sie sich von links nach rechts bewegt, wie in der Figur gezeigt, und die Kamera und der Blitz sind für eine Auf- und Abbewegung befestigt.
Im Betrieb bewegen sich die Kamera und der Blitz quer in Bezug auf die Bahn, um so eine Einrichtung zur mechanischen Kompensation für die Querbewegung („X"-Achse) der Bahn vorzusehen. Der Betrag der mechanischen Bewegung der Kamera und des Blitzes wird berechnet mittels des oben genannten Verfahrens zur Messung der Versetzung eines vorgespeicherten Mustermodells in einem erfassten Bild relativ zu seiner Position in einem Lernbild und Übersetzung (z. B. durch Verwendung eines Skalierungsfaktors) dieser Versetzung in einen „Echtwelt"-Wert, um den sich die Kamera bewegt, um so mechanisch auszugleichen durch Verringerung der Versetzung. Nach der Bewegung der Kamera 85 und des Blitzes 86 wird dann ein nachfolgender Bilderfassungsvorgang durchgeführt, in dem die Querbewegung der Bahn bereits bis zu einem gewissen Grad ausgeglichen ist.
Eine solche mechanische Kompensation ist nicht so genau wie diejenige, die durch Subpixel-Interpolation, wie vorstehend beschrieben, erreicht werden kann, so dass in der Praxis eine Kombination des mechanischen Verfahrens mit der Subpixel-Interpolation bevorzugt ist. In diesem kombinierten Verfahren wird nach der Bewegung von Kamera 85/Blitz 86 die Mustermodellversetzung erneut gemessen und dann der Schritt der Farbberechnung durchgeführt.
Wenn die Kamera 85 eine ausgelöste Kamera ist, kann eine variable Verzögerung eingeführt werden zwischen dem Erfassen des Auslösesignals (das Auslösesignal, das von einem Merkmal in der Musterwiederholung aktiviert wird) und der Einleitung der Blitz- und Bilderfassung. Noch einmal: dieses Verfahren ist nicht so genau wie das Subpixel-Interpolationsverfahren, so dass Idealerweise diese Verfahren in Kombination verwendet werden.
Die Aufmerksamkeit des Lesers sei auf alle Dokumente gerichtet, die gleichzeitig mit oder vor dieser Beschreibung in Verbindung mit dieser Anmeldung eingereicht wurden und die mit dieser Beschreibung der öffentlichen Prüfung zugänglich sind.
Alle in dieser Beschreibung offenbarten Merkmale (einschließlich aller beigefügten Ansprüche, der Zusammenfassung und der Zeichnungen) und/oder alle Schritte jedes so offenbarten Verfahrens oder Vorgangs kann mit anderen Kombinationen kombiniert werden, mit Ausnahme von Kombinationen, bei denen sich zumindest manche dieser Merkmale und/oder Schritte gegenseitig ausschließen.
Jedes in dieser Beschreibung offenbarte Merkmal (einschließlich aller beigefügten Ansprüche, der Zusammenfassung und der Zeichnungen) kann durch alternative Merkmale, die dem gleichen, äquivalenten oder ähnlichem Zweck dienen, ersetzt werden, wenn nicht ausdrücklich anders festgelegt. Soweit nicht ausdrücklich anders festgelegt, ist somit jedes offenbarte Merkmal nur ein Beispiel einer gattungsgemäßen Reihe von äquivalenten oder ähnlichen Merkmalen.
Die Erfindung ist nicht auf die Einzelheiten des/der vorhergehenden Ausführungsbeispiels/beispiele beschränkt. Die Erfindung erstreckt sich auf jedes neue Merkmal, oder jede neue Kombination von Merkmalen, die in dieser Beschreibung (einschließlich aller beigefügten Ansprüche, der Zusammenfassung und der Zeichnungen) offenbart sind, oder auf jeden neuen Schritt, oder jede neue Kombination von Schritten, jedes so offenbarten Verfahrens oder Vorgangs.

Claims

Verfahren zur Kalibrierung eines Farbüberwachungssystem, um nicht ideale reale Kameracharakteristiken auszugleichen, wobei das Verfahren umfasst: Festlegen einer Kamera-Messwertverschiebung durch Messen oder Berechnen der Ausgangsspannung der Kamera, wenn im Wesentlichen kein Licht auf eines ihrer Sensorelemente fällt, nachfolgend als Festlegung der Messwertverschiebung bezeichnet; Festlegen eines Punktes, an dem eine Kennlinie der eingegebenen Lichtintensität gegen die Kameraausgangsspannung beginnt, von einer im Wesentlichen linearen Charakteristik abzuweichen, nachfolgend als Festlegen der Krümmung bezeichnet; und Beschränken der Lichtmenge, die auf alle Sensorelemente der Kamera einfällt, so dass die maximale Ausgabe einer Spannung auf Höhe oder unter der Krümmung entspricht, und alle Lichtintensitäten, die niedriger sind als die maximale Lichtintensität, innerhalb des Bereichs des linearen Betriebs liegen, wobei der Schritt des Festlegens der Kamera-Messwertverschiebung auf einer periodischen Basis ausgeführt: wird, um mit den Änderungen im Messwertverschiebungswert, die von einer Änderung der Umgebungsbedingungen verursacht werden, Schritt zu halten und/oder wobei der Schritt des Festlegens der Messwertverschiebung ausgeführt wird, wann immer ein Bilderfassungsvorgang zum Erfassen eines gewünschten zu überwachenden Bildes ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei des Festlegen des Punktes der Null-Lichtintensität durch Schließen der Kamerablende erreicht wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Festlegen des Punktes der Null-Lichtintensität durch Einstellen der Kamera zur Überwachung eines schwarzen Bildes oder eines schwarzen Teils eines Bildfeldes der Kamera erreicht wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Festlegen des Punktes der Null-Lichtintensität durch Ableiten von Messungen, die von zwei oder mehr Punkten bekannter Reflexion irgendwo in einem Bildfeld der Kamera erhalten werden, erreicht wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei ein Punkt der bekannten Reflexion einen wesentlichen Teil des gewünschten Bildes selbst beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei ein Punkt der bekannten Reflexion eine weiße Referenzfläche innerhalb des Bildfeldes beinhaltet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Quelle maximaler Lichtreflexion innerhalb des Bildfeldes durch Sicherstellung, dass ein weißes Objekt: irgendwo im Bildfeld vorhanden ist, vorgesehen ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Beschränkung der Kamera, in einem linearen Bereich zu arbeiten, erreicht wird durch Verringern der Kameraöffnung durch Schließen der Blende auf einen vorbestimmten Grad, so dass die Ausgangsspannung beim Messen der Quelle der maximalen Lichtintensität der Kameraausgangsspannung auf Höhe oder unter der Krümmung entspricht.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Blende beschränkt ist, um so eine passende Kameraausgangsspannung zu gewähren, die in Proportion zu einem Gesamtwertbereich ist.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Beschränkung der Blende angeordnet ist um zu gewährleisten, dass ein perfekter weißer Reflektor an der obersten Stelle des linearen Bereichs erfasst wird und dann herunterzuskalieren, um passende Werte der Kameraausgabe gegenüber der Lichtintensität zu finden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schritt des Festlegens der Krümmung weniger oft ausgeführt wird als der Schritt des Festlegens der Messwertverschiebung.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Schritt des Festlegens der Krümmung ausgeführt wird bevor eine Vielzahl von Druckvorgängen begonnen wird, von denen jeder eine Vielzahl von Bilderfassungsvorgängen beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei der Schritt des Festlegens der Krümmung ausgeführt wird nach Beendigung einer Vielzahl von Druckvorgängen, von denen jeder eine Vielzahl von Bilderfassungsvorgängen beinhaltet.