DE60213133T2

DE60213133T2 - Vorrichtung und verfahren zur erkennung von überlappungen

Info

Publication number: DE60213133T2
Application number: DE60213133T
Authority: DE
Inventors: Andre Rompe
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2001-12-03
Filing date: 2002-12-03
Publication date: 2007-07-05
Anticipated expiration: 2022-12-04
Also published as: US6817610B2; US20030132572A1; WO2003047773A2; WO2003047773A3; JP2005512030A; EP1472165A4; EP1472165A2; DE60213133D1; KR20040077668A; EP1472165B1

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft automatisierte Postbearbeitungssysteme und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erkennen von sich überlappenden Postsendungen in einem vereinzelten Strom von Postsendungen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
In herkömmlichen Postbearbeitungssystemen werden Stapel von Briefen und großformatigen flachen Sendungen (Flats) unter Verwendung von automatisierten Sortiermaschinen bearbeitet, die eine oder mehrere Aufgabeeinrichtungen aufweisen. Ein Problem, das bei Postaufgabeeinrichtungen häufig auftritt, ist eine doppelte oder mehrfache Aufgabe, d.h. von der Aufgabeeinrichtung werden sich überlappende Postsendungen ausgegeben. Wenn die Aufgabeeinrichtung mehrere sich überlappende Postsendungen ausgibt, können die Postsendungen nicht gescannt werden, was Fehlsortierungen und andere betriebliche Probleme zur Folge hat. Um sich überlappende Postsendungen zu erkennen, sind Lösungen bekannt, bei denen die sortierten Postsendungen nacheinander auf ihren Schmalseiten stehend in einer Längsrichtung entlang eines Bettes oder Transportbandweges bewegt werden, während unterhalb des Transportweges eine elektronische Zeilenkamera angeordnet ist, deren optische Längsachse senkrecht zur Transportrichtung der Postsendungen ist und welche durch eine Öffnung in dem Bett oder Transportbandweg hindurch die Unterkanten der Postsendungen scannt. In der Nähe der Unterkanten der Postsendungen sind Quellen von Licht angeordnet, um die Unterkanten der Postsendungen von unten zu beleuchten, wenn sich die Postsendungen über die Öffnung des Bettes oder Transportbandweges hinweg bewegen, so dass die Unterkanten der gescannten Postsendungen durch Schattenbildung hervorgehoben werden. Ferner wird das Ausgangssignal der elektronischen Zeilenkamera einem Auswertungsmittel zugeführt, welches die sich überlappenden Postsendungen durch Zählen der Unterkanten Seite an Seite identifiziert (US-A-5 331 151).
Das Verfahren und die Vorrichtung, die hier beschrieben werden, sind dazu bestimmt, sich überlappende Postsendungen in einem Strom von vereinzelten Postsendungen zu erkennen, so dass eine Korrekturmaßnahme durchgeführt werden kann.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Durch die Erfindung werden eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erkennen von sich überlappenden Postsendungen beim Vereinzeln von Stößen von flachen Postsendungen bereitgestellt, wenn die Postsendungen auf ihren Schmalseiten transportiert werden, wobei die sortierten Postsendungen nacheinander auf ihren Schmalseiten stehend in einer Längsrichtung entlang eines Bettes oder Transportbandweges bewegt werden. Unterhalb des Weges ist eine elektronische Zeilenkamera angebracht, die mit ihrer Längsachse senkrecht zur Aufgaberichtung der sortierten Postsendungen angeordnet ist und welche durch eine Lücke in dem Bett hindurch die unteren Schmalseiten der Postsendungen scannt. Zwei Quellen von Licht wie etwa Lichtemitterdioden sind seitlich von der Zeilenkamera angebracht und beleuchten diagonal die Postsendungen von unten, wenn sich die Postsendungen über ein Fenster in dem Weg hinweg bewegen, so dass die Kanten der gescannten Schmalseiten durch Schattenbildung hervorgehoben werden. Verschiedene Merkmale der gescannten Bilder werden zu einem Auswertungsmittel übertragen, welches statistische Analysen verwendet und mit Modellen von bekannten physischen Postsendungs-Konfigurationen vergleicht, die offline bestimmt wurden, um das Modell zu bestimmen, welches am besten mit der Analyse der gescannten Bilddaten übereinstimmt. Bei einer Ausführungsform umfasst das Auswertungsmittel einen Mikroprozessor, welcher so vorprogrammiert ist, dass er die erfassten Bilddaten unter Bezugnahme auf Standardbilddaten vergleicht und statistisch analysiert und die Wahrscheinlichkeit dafür bestimmt, dass die gescannten Bilddaten sich überlappende Postsendungen darstellen, wobei in diesem Falle der Mikroprozessor ein Signal erzeugt, welches eine Korrekturmaßnahme auslöst.
Bei einer anderen Ausführungsform der Vorrichtung werden die Helligkeit und/oder die Intensitäten der gescannten Zeilen bestimmt und ausgewählt, um gespeichert zu werden, und die Zeilen mit derselben Anzahl von Intensitätsmaxima werden zu Segmenten kombiniert, deren differenzierende Segmentmerkmale Anzahl von Intensitätsmaxima, Aufeinanderfolge und Merkmale von Segmenten sind. Diese Segmente und Merkmale werden mit den geeigneten bekannten Modellen verglichen, und das Modell mit der größten Übereinstimmung wird als das Ergebnis der Erkennung gewählt.
Bei einer anderen Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Erkennen mehrerer sich überlappender Postsendungen in einem Strom von Postsendungen: 1) Verwenden einer Aufgabeeinrichtung für Postsendungen, um nacheinander Postsendungen Stück für Stück in einem vereinzelten Strom aufzugeben, wobei die Postsendungen hochkant transportiert werden; 2) Transportieren der Postsendungen entlang eines Weges, der eine Lücke oder ein Fenster aufweist, über welches sich die Postsendungen hochkant hinweg bewegen; 3) Scannen der Postsendungen, um eine Reihe von Bildern zu erfassen, die ein lineares (zeilenförmiges) Feld (Array) von Pixeln umfassen, die unterschiedliche Intensitäten aufweisen; 4) Analysieren der Reihe von linearen Bildern, um zu bestimmen, ob sich eine oder mehr als eine Postsendung gleichzeitig an dem Fenster vorbei bewegt; und optional 5) Durchführen einer Korrekturmaßnahme, falls eine doppelte, mehrfache oder andere anormale Aufgabebedingung erkannt wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
In den beigefügten Zeichnungen ist:
1 eine Seitenansicht einer Vorrichtung gemäß der Erfindung;
2 eine Prinzipskizze der Vorrichtung von 1, einschließlich des Steuerungssystems;
3 eine Vorderansicht der Vorrichtung von 1;
4 eine graphische Darstellung der Intensität (I) als Funktion der Position (P) für das Intensitätsprofil einer Zeile mit zwei Kanten von Postsendungen;
5 eine schematische Darstellung von zwei Postsendungen M1 und M2, die ein typisches Profil einer doppelten Aufgabe von Postsendungen repräsentieren;
6 eine graphische Darstellung einer Wahrscheinlichkeitsverteilung P(d) als Funktion der Zeilenbreite (LW(d)), welche eine angenommene Wahrscheinlichkeitsverteilung der mittleren Zeilendicke für zweifach und dreifach gefaltete Postsendungen (Bi-folds und Tri-folds, BTF) und Doppel (Doubles, D) darstellt;
7 eine graphische Darstellung einer Wahrscheinlichkeitsverteilung P(d/A) als Funktion von Dicke/Abstand (T/s), welche eine angenommene Wahrscheinlichkeitsverteilung P(d/A) für das Verhältnis der mittleren Zeilendicke zum mittleren Zeilenabstand für zweifach und dreifach gefaltete Postsendungen (Bi-folds und Tri-folds, BTF) und Doppel (Doubles, D) darstellt;
8 eine graphische Darstellung einer Wahrscheinlichkeitsverteilung P(Ts) als Funktion der Dispersion s(d), welche die Dispersion als einen Indikator für das Vorhandensein eines Bandsegmentes für Doppel (Doubles) P_Doub(Ts) und zweifach gefaltete Postsendungen (Bi-folds) P_Bi(Ts) darstellt;
9 eine schematische Darstellung einer Standardhypothese "Einzelaufgabe";
10 eine schematische Darstellung einer Hypothese "zweifach gefaltete Postsendung";
11 eine schematische Darstellung einer Hypothese "dreifach gefaltete Postsendung";
12 eine schematische Darstellung einer Standardhypothese "Einzelaufgabe";
13 eine schematische Darstellung einer Hypothese "defekte Kante";
14 eine schematische Darstellung einer Hypothese "offene Klappe";
15 eine schematische Darstellung einer Standardhypothese "doppelte Aufgabe"; und
16 eine schematische Darstellung einer Standardhypothese "mehrfache Aufgabe".
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Obwohl verschiedene Ausführungsformen der Erfindung in den beigefügten Zeichnungen dargestellt worden sind und in der folgenden ausführlichen Beschreibung beschrieben werden, ist die Erfindung selbstverständlich nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern es können, wie für Fachleute leicht einzusehen ist, zahlreiche Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden, ohne den Geist und den Schutzbereich der Erfindung, der in den nachfolgenden Ansprüchen dargelegt ist, zu verlassen.
Es wird auf die 1-3 Bezug genommen; die Vorrichtung zum Erkennen von doppelten Postsendungen ("Doppeln") 10 gemäß der Erfindung umfasst eine Zeilenkamera 12, die unter und mit ihrem Sichtfeld senkrecht zu dem Weg 14 eines vereinzelten Stromes von Briefen 16 angeordnet ist, welcher auf sich überlappende Postsendungen geprüft werden soll, während die Briefe wie durch den Pfeil in 1 angegeben transportiert werden. Bei einer Ausführungsform werden Briefe oder ähnliche flache Postsendungen 16 entlang eines Weges 14 zwischen Paaren von einander gegenüberliegenden Transportbändern oder Rollen (nicht dargestellt) transportiert, wobei ein Fenster 18 zwischen den Paaren von einander gegenüberliegenden Transportbändern oder Rollen angeordnet ist. Die Zeilenkamera 12 ist unter einem Fenster 18 angeordnet, um digitale Bilder der Unterkante von Postsendungen 16 zu erfassen, die sich in vorgegebenen Abständen über dem Fenster 18 vorbei bewegen. Der Begriff "Zeilenkamera" wird hier in dem Sinne verwendet, dass er eine Kamera bezeichnet, die so ausgestattet und konfiguriert ist, dass sie ein schmales oder lineares (zeilenförmiges) Bild erfasst. Bei einer Ausführungsform umfasst das von der Zeilenkamera 12 erfasste Bild ein lineares Bild mit 256 Pixeln. Die digitalen Bilder, die von der Kamera 12 erfasst wurden, werden in vorgegebenen Zeitabständen zu einem Mikroprozessor 22 zur Verarbeitung übertragen. Wie dargestellt, ist die Kamera 12 mit einer durchsichtigen Abdeckung wie etwa einer Glasabdeckung 20 versehen, um die Kamera vor Staub und Fremdkörpern zu schützen.
Die Vorrichtung 10 ist außerdem mit einem Sensor 24 ausgestattet, um eine sich dem Fenster 18 nähernde Postsendung zu erkennen und die Kamera 12 zu aktivieren. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Sensor 24 eine Fotozelle; in Abhängigkeit von der speziellen Konstruktion und Anwendung können jedoch auch andere bekannte Sensoren verwendet werden. Die Vorrichtung 10 ist außerdem mit einer oder mehreren Lichtquellen wie etwa Lichtemitterdioden (LEDs) 26 zum Beleuchten von Objekten wie etwa Briefen, die sich über das Fenster 18 hinweg bewegen, ausgestattet. Die Lichtquellen 26 können Licht im sichtbaren, Infrarot- oder UV-Spektrum aussenden, in Abhängigkeit von der speziellen Konstruktion und Anwendung.
Wie in 2 am besten dargestellt ist, ist der Mikroprozessor 22 mit dem Sensor 24, einem Transportband-Encoder 28, Lichtquellen 26, einem Platinengehäuse-Steuergerät 30 und einer Stromquelle 32 verbunden. Der Transportband-Encoder 28 liefert dem Mikroprozessor 22 ein Signal, das der Geschwindigkeit der Transportbänder (nicht dargestellt) entspricht, welche Postsendungen entlang des Weges 14 transportieren. Das Platinengehäuse-Steuergerät 30 weist einen Kommunikationsanschluss wie etwa eine RS232 Schnittstelle zum Kommunizieren mit einem Hostrechner (nicht dargestellt) auf. Außerdem ist eine entfernte Programmier- und/oder Diagnoseeinheit wie etwa ein Personalcomputer 34 vorgesehen, um die Funktionsweise des Mikroprozessors 22 zu programmieren, zu testen und zu diagnostizieren.
Es wird auf 3 Bezug genommen; es ist ein Paar sich überlappender Briefe 16 dargestellt, die das Fenster 18 überqueren. Die Zeilenkamera 12 erfasst eine Reihe von aufeinanderfolgenden Bildern der Briefe 16 über ein Sichtfeld, das durch die gestrichelte Linie 36 dargestellt ist, und überträgt die Bilddaten zu dem Mikroprozessor 22 zur Verarbeitung. Wie weiter unten ausführlich erläutert wird, verarbeitet der Mikroprozessor 22 die erfassten Bilddaten, um charakteristische Bildparameter zu bestimmen und vergleicht diese Parameter mit charakteristischen Bildparametern für Standardbilder, die früher (offline) verarbeitet wurden. Der Mikroprozessor 22 kann dann ermitteln, dass eine hohe Wahrscheinlichkeit dafür vorliegt, dass das erfasste Bild zum Beispiel ein Paar sich überlappender Briefe darstellt. Der Mikroprozessor 22 erzeugt dann ein Signal, welches eine Korrekturmaßnahme auslöst. Zum Beispiel kann das Signal zu einer Umlenkeinrichtung übertragen werden, welche aktiviert wird, um die sich überlappenden Postsendungen zur weiteren Verarbeitung umzulenken.
In Betrieb empfängt der Mikroprozessor 22 ein Signal von dem Sensor 24, dass anzeigt, dass eine Postsendung im Begriff ist, das Fenster 18 zu überqueren, und signalisiert der Kamera 12, mit dem Erfassen von Bilddaten zu beginnen. Die Bilddaten können in Intervallen erfasst werden, die entweder auf dem Signal von dem Transportband-Encoder 28 beruhen, oder auf einem zuvor eingestellten Zeitintervall, das von der speziellen Konstruktion und Anwendung abhängt. Bei Empfang der Bilddaten erzeugt oder konstruiert der Mikroprozessor 22 ein digitales Bild der Unterkante der Postsendung oder der Postsendungen. Das digitale Bild enthält Bereiche maximaler Intensität oder Helligkeit, welche in Segmenten analysiert werden, um ein Modell zu konstruieren, welches die physische Konfiguration der Unterkanten der Postsendung oder der Postsendungen repräsentiert, die mit der Kamera 12 gescannt wurden.
Parameter, die aus dem konstruierten Bild abgeleitet wurden, werden mit Modellen verglichen, die auf Standardbildern beruhen, wobei Verfahren der statistischen Analyse angewendet werden, um die Wahrscheinlichkeit dafür zu bestimmen, dass das konstruierte Bild einem der Standardbilder entspricht. Auf der Basis der Ergebnisse der Analyse wird eine Bestimmung der Wahrscheinlichkeit vorgenommen, dass das erfasste Bild einem der Standardmodelle entspricht, d.h. der Wahrscheinlichkeit, dass ein bestimmtes Bild eine einzelne Postsendung oder sich überlappende Postsendungen darstellt. Falls die Ergebnisse der Analyse eine hohe Wahrscheinlichkeit dafür anzeigen, dass das konstruierte Bild sich überlappende Postsendungen darstellt, erzeugt und überträgt der Mikroprozessor 22 ein Signal zu dem Hostrechter oder einem nachgeordneten Steuergerät für die Implementierung einer Korrekturmaßnahme.
Die Standard-Bildmodelle, welche der Mikroprozessor 22 für den Vergleich verwendet, enthalten Bilddaten, die einzelnen und sich überlappenden Postsendungen sowie anderen Postsendungen, die normalerweise von einem Postdienst verarbeitet werden, entsprechen, zum Beispiel Bilder, die zweifach und dreifach gefalteten Blättern, großformatigen flachen Sendungen (Flats) wie etwa Zeitschriften und Broschüren und ähnlichen Objekten entsprechen. Diese Standard- oder Referenzbilder werden erzeugt, indem solche Postsendungen mittels der Vorrichtung 10 verarbeitet werden und charakteristische Bildparameter für solche Standardbilder abgeleitet werden.
Die Erfindung stellt einen Prozess zur Identifizierung von einzelnen, doppelten, mehrfachen und anderen Typen von Postsendungen, wie etwa zweifach und dreifach gefalteten Sendungen, welche im Spektrum von Postsendungen vorkommen, bereit. Der Zweck des Algorithmus der Erfindung besteht darin, eine Entscheidung über das Vorliegen einer einzelnen oder nicht einzelnen Postsendung entsprechend den von der Zeilenkamera gelieferten Bildinformationen zu treffen. Der DFD-Algorithmus enthält die folgenden Schritte:

1. Zeilenweises Scannen des Kantenbildes
2. Berechnung der Zeilenmerkmals-Vektoren
3. Segmentierung der Zeilen
4. Berechnung von charakteristischen Merkmalen der Segmente
5. Berechnung der Hypothesenwahrscheinlichkeit
6. Hypothesenentscheidung

Um das zeilenweise Scannen des Kantenbildes durchzuführen, wird der Scannvorgang der Zeilenkamera durch eine Briefweg-Lichtschranke gesteuert, welche über der Scanebene der Kamera angeordnet ist. Der Scannvorgang beginnt unmittelbar, bevor die Postsendung mit ihrer Vorderkante in das Sichtfeld der Kamera eintritt, und endet, nachdem die Hinterkante der Postsendung das Sichtfeld der Kamera verlassen hat.
Die Zeilen-Scangeschwindigkeit ist so gewählt, dass der geometrische Zusammenhang des Objektbildes von aufeinanderfolgenden Zeilen in jedem Falle aufrechterhalten wird. Der Zeilen-Scanabstand in Relation zu der Zeilen-Scangeschwindigkeit über der Transportbandgeschwindigkeit sollte für eine gegebene Transportbandgeschwindigkeit zwischen 0,2 mm und 3 mm betragen. Das Messfenster der Kamera wird eingestellt, indem die Brennweite auf ungefähr 25 mm eingestellt wird. Für die Verwendung einer Zeile von 256 Pixeln ergibt sich eine entsprechende Auflösung von ungefähr 256 dpi.
Die Berechnung der Zeilenmerkmals-Vektoren wird aus den gescannten Werten (8 Bit Graustufen) der Pixel durchgeführt.
Für jede Zeile Z_k:
Anzahl der Maxima in der Zeile: N_Max
Position (für das i-te Maximum): p_i (Index 0-255)
Maximale Intensität (für das i-te Maximum): I_i (Byte)
Intensität des linken lokalen Minimums: I_Li (Byte)
Abstand zum linken Minimum: d_Li = P₁ – P_L1
Intensität des rechten lokalen Minimums: I_Ri (Byte)
Position des rechten Minimums: p_Ri
Abstand zum rechten Minimum: d_Ri = P_R1 – P₁
Zeilenbreite: b_i = D_Li + D_Ri,
Zeilenabstand (zwischen Maxima, oder Kanten):
Dx_i = p_i – p_i-1 für i > 1
Kontrast zu links: k_Li = I_i/Max(1, I_Li) für i > 0
Kontrast zu rechts: k_Ri = I_i/Max(1, I_Ri) für i > 0
Der Zeilenkontrast ist ein Maß der Intensitätsverhältnisse zwischen den Maxima und den entsprechenden Minima. In der Regel wird angenommen, dass die Kanten die Intensität 0 haben.
Die Anzahl der Minima ist stets N_max – 1.
Für N_max = 2: k(2) = 1/2 [(I1 – IR1) + (I2 – ILi)] Für N_max = 3: k(3) = 1/4 [(I1 – IR1) + (I2 – IR1) + [(I2 – IR2) + (I3 – IR2)]
Der Zeilenkontrast wird allgemein für N_max Kanten berechnet: k(Nmax) = 1/(2(NMax – 1))(I1 + 2·I2 + 2·I3 ... 2·INmax-1 + INmax) – 2·Σ IRi
4 zeigt ein Beispiel für das Intensitätsprofil einer Zeile mit zwei Kanten für Postsendungen.
Für Zwecke der Implementierung ist die Anzahl der Zeilen nicht bekannt und kann in einzelnen Fällen groß sein. Die Zeilenmerkmale sind dynamisch zu implementieren. z.B. in einer doppelt verketteten Liste. Zu Beginn werden die Extremwerte mit einer Intensitätstoleranz versehen, welche leichte Schwankungen um das Minimum und Maximum gestattet. Diese Intensitätstoleranz ist als ein Parameter implementiert.
Die Segmentierung der Zeilen wird wie folgt durchgeführt. In der Regel sind bei mehrfachen Aufgaben die Vorder- und Hinterkanten der Postsendungen nicht parallel zueinander. Für die Abbildung der Kanten führt dies am Anfang zum Erscheinen einer Kante, danach von zweien (im Falle einer doppelten Aufgabe) und danach wieder von einer. 5 zeigt diese Situation schematisch. Die Situation, in der zwei Postsendungen zu exakt demselben Zeitpunkt beginnen und enden, ist ein Spezialfall, für welchen die Segmente S₁ und S₃ entfallen. Ebenso gibt es Spezialfälle, in denen nur S₁ oder nur S₃ entfällt. Die Handhabung dieser Spezialfälle stellt kein Problem dar.
Für diesen Fall werden die drei Segmente S1 bis S3 erzeugt. Durch die Segmentierung der Zeilen können zusätzliche Merkmale abgeleitet werden, welche durch die charakteristischen Merkmale der Segmente beschrieben werden. Die Segmentierung wird formal durch die Kombination von Zeilen mit demselben Auftreten eines oder mehrerer charakteristischer Merkmale, z.B. Anzahl der Maxima, durchgeführt. In dem Beispiel von 5 haben alle Zeilen der Segmente 1 und 3 ein einfaches Maximum, während Segment 2 ein zweifaches Maximum hat.
Die charakteristischen Merkmale der Segmente werden für jedes Segment bestimmt:
Anzahl der Segmente: N_Seg
Für jedes Segment S_k:
Anzahl der Maxima im Segment – N_Max
Länge des Segmentes (in Zeilen) – L_Seg
Mittlere Position der k-ten Zeile: I. p k = 1/n Σ pki Varianz der mittleren Position für die k-te Zeile: II. Vpk = 1/(n – 1) Σ (pi – p k)2 (für k > 0, Summierung innerhalb der Segmentgrenzen über i)Mittlere Intensität der k-ten Zeile: III. I k = 1/n Σ Iki Varianz der mittleren Intensität für die k-te Zeile: IV. VIk = 1/(n – 1) Σ (Ii – I k)2 (für k > 0, Summierung innerhalb der Segmentgrenzen über i)Mittlere Zeilenbreite der k-ten Zeile: V. b k = 1/n Σ bki (Summierung innerhalb der Segmentgrenzen über i)Varianz der Zeilenbreite der k-ten Zeile: VI. VLbk = 1/(n – 1) Σ (bi – b k)2 (für k > 0, Summierung innerhalb der Segmentgrenzen über i)Mittlerer Zeilenabstand für die k-te Zeile bezüglich der linken benachbarten Zeile: VII. Δx k = 1/n Σ Δxki (Summierung innerhalb der Segmentgrenzen über i)Varianz des Zeilenabstands für die k-te Zeile bezüglich der linken benachbarten Zeile: VIII. VLASk = 1/(n – 1) Σ (Δxi – Δx k)2 (für k > 1, Summierung innerhalb der Segmentgrenzen über i)Mittlerer Segmentkontrast: IX. k = 1/n Σ ki (Summierung innerhalb der Segmentgrenzen über i)
Die folgende Analyse zeigt den Zusammenhang zwischen der Anzahl identifizierter Segmente und der resultierenden Folge von Maxima (einfache, zwei-, dreifache usw.) und der zugehörigen Kombination möglicher Alternativen, die durch entsprechende Hypothesen repräsentiert werden. Die Hypothesen-Cluster (Hypothesen-Gruppen) sind die Alternativen, welche innerhalb einer Situation für eine gewisse Anzahl von Segmenten gegeneinander konkurrieren. In der folgenden Tabelle sind die Hypothesen-Cluster entsprechend der Anzahl von Segmenten zusammengefasst.
Zweifach und dreifach gefaltete Postsendungen sind einfache Postsendungen mit zwei sichtbaren Kanten. Sie stehen im Gegensatz zu Doppeln, welche ebenfalls zwei sichtbare Kanten aufweisen. Die entsprechenden charakteristischen Merkmale, welche als besonders geeignet erscheinen, um die drei Fälle zu unterscheiden, werden für die Cluster-Hypothese gewählt. Dies sind mittlere Zeilenbreite, Zeilenabstand/mittlere Zeilenbreite, Vorhandensein eines Bandsegmentes. 6 zeigt die für die Zeilenbreite d zu erwartende Wahrscheinlichkeitsverteilung P(d) für zweifach gefaltete, dreifach gefaltete und doppelte Postsendungen. Für dreifach gefaltete Postsendungen wird die dünnere Linie ausgewertet. Die angenommene Wahrscheinlichkeitsverteilung für das Verhältnis der mittleren Zeilendicke zum mittleren Zeilenabstand P(d/A) für zweifach gefaltete, dreifach gefaltete und doppelte Postsendungen ist in 7 dargestellt.
Die Elemente des Bandsegmentes können analytisch bestimmt werden, indem der Mittelwert (MW) und die Standardabweichung(en) der Zeilendicke durch Anwendung der folgenden Regel bestimmt werden. Für die Elemente eines Bandsegmentes mit der Dicke d_i gilt das Folgende per Definition: X. di > MW + ½ s
Die Elemente des Bandsegmentes haben eine signifikant größere Dicke, als die mittlere Dicke des Nicht-Bandsegmentes.
Ein einfacher Indikator für das Vorhandensein des Bandsegmentes ist die Streuung der Zeilendicke. Diese ist bei Vorhandensein eines Bandsegmentes wesentlich größer, wie in 8 dargestellt ist. Der Hypothesenwert für den Hypothesen-Cluster "zwei-, dreifach gefaltet" gegen "Doppel" wird aus der Überlappung der Wahrscheinlichkeits-Verhältnisse der zutreffenden Verteilung von "zwei-, dreifach gefaltet" zu der entsprechenden Verteilung von "Doppel" berechnet, wie in den 6-8 dargestellt ist.
Falls eine einzelne Postsendung eine aufgebogene (gerade gebogene) Vorderkante für die Postsendung aufweist, so muss diese Postsendung in der Regel zurückgewiesen werden, da eine weitere Bearbeitung nicht möglich ist. Die Merkmale, die für die Unterscheidung von der Hypothese "Doppel" geeignet sind, sind: (1) drei Segmente, (2) S₁ ist sehr kurz und korreliert mit der Zeilendicke, und (3) das Segment S₂ ist kürzer als eine typische Postsendung. Länge der Faltkante der Postsendung L_Sdg. = 2 (L_S1 + L_S2) + S₃.
Ein Hypothesen-Entscheidungsprozess der Erfindung läuft wie folgt ab. Das Scannen wird zeilenweise durchgeführt (z.B. 256 Pixel/Zeile). Die Scanwerte werden danach in den Speicher des Mikrocomputers übertragen. Anschließend wird eine zeilenweise Berechnung der charakteristischen Merkmale der Zeilenstruktur durchgeführt, wie etwa für alle Maxima: laufende Nummer, Anfangsindex, Endindex, min, max, 50% Breite, Anzahl der Maxima (1, 2, 3, ...) und Abstand der Maxima Dx₁₂, Dx₂₃, .... Der Zweck des Algorithmus besteht darin, anhand der von der Zeilenkamera gelieferten Bildinformationen eine Entscheidung über das Vorliegen einer einzelnen oder nicht einzelnen Postsendung zu treffen.
Die 9 bis 16 zeigen Beispiele von Hypothesen gemäß dem Prozess der Erfindung, welche eine Erkennung verschiedener Typen zugeführter Postsendungen mittels Software ermöglichen. Für eine einzelne Postsendung, wie in 9 dargestellt, ist zu erwarten, dass sie ein Segment des Typs "mit einem Maximum" aufweist, erwarteter Bereich für die Zeilenbreite 0,25–10 mm. Für eine verdrehte (schiefe) Postsendung ist S₁ < Z₁, eine Zurückweisungs-Bedingung.
Für eine Hypothese "zweifach gefaltete Postsendung", die in 10 dargestellt ist, kann die Anzahl der Segmente zwischen 1 und 3 variieren. Eine zweifach gefaltete Postsendung besteht aus einem einmal gefalteten Blatt, welches in der Mitte durch ein Band zusammengehalten wird. Aufgrund dieser Anordnung scheinen beide Kanten der Postsendung gleich dünn zu sein. Am Anfang und am Ende können geringfügige Verschiebungen bei den Kanten der Postsendungen auftreten. Je nachdem, ob sich die gefaltete Kante an der Oberseite oder Unterseite bezüglich des Verlaufs der Hüllkurve befindet, weist das Bild eine oder zwei Kanten für die Postsendung auf. Hier wird nur der Fall erörtert, in dem die zwei Kanten der Potsendung nach unten gerichtet sind, da der andere Fall dem Feld einer standardmäßigen einzelnen Postsendung entspricht.
Gemäß der Hypothese "dreifach gefaltete Postsendung", 11, besteht die dreifach gefaltete Postsendung aus einem zweimal gefalteten Blatt, welches in der Mitte durch ein Band zusammengehalten wird. Aufgrund dieser Anordnung erscheint die gefaltete Kante der Postsendung wesentlich dicker als die andere, einzelne. Am Anfang und am Ende können geringfügige Verschiebungen bei den Kanten der Postsendung auftreten. In der Regel sind drei Segmente vorhanden, wobei die Länge des ersten und des letzten im Vergleich zu dem mittleren Segment sehr klein ist. Ungefähr in der Mitte der Postsendung verursacht das Band eine Verbreiterung der Zeilen, eine Verringerung des Zeilenabstandes und eine Verringerung des Kontrastes. In der Regel ist keine Änderung der Anzahl sichtbarer Linien vorhanden. Charakteristische Merkmale: Anzahl der Segmente gleich 1–3, ein "Bandsegment" in der Mitte mit Unterschieden in Zeilenbreite, Abstand und Kontrast, S₁ vom Typ mit einem Maximum, welches in speziellen Fällen verschwinden kann, S₂ vom Typ mit zwei Maxima, S_T vom Typ mit zwei Maxima, S₃ vom Typ mit einem Maximum (kann in speziellen Fällen verschwinden), S₁ ≪ S₂ und S₁ ≪ S₃ (die Segmente S₁ und S₃ sind sehr klein). Im Falle einer Verdrehung der Postsendung ist die sichtbare Gesamt-Zeilenlänge kleiner als die Anzahl aufgezeichneter Zeilen. Dieser Fall führt zu einer Zurückweisung, Zurückweisungs-Bedingung (S₁ + S₂ + S₃) < Z₁. Die Länge der Postsendung entspricht der Länge der Segmente ΣS_i und muss in einem definierten Bereich liegen. Postsendungen, welche zu groß oder zu klein sind, werden zurückgewiesen, Zurückweisungs-Bedingung: Längenbegrenzung 1 < ΣS_i, S_i > Längenbegrenzung 2.
Gemäß einer Hypothese "gefaltete Kante", 12, muss, wenn eine einzelne Postsendung eine umgebogene Vorderkante aufweist, die betreffende Postsendung in der Regel zurückgewiesen werden, da eine weitere Bearbeitung nicht möglich ist. Es ist vorteilhaft, wenn für solche Postsendungen ein spezielles Fach für zurückgewiesene Sendungen (Sendungen für die manuelle Bearbeitung) vorhanden ist. Dieser Typ weist wenigstens drei Segmente auf. Das erste Segment resultiert aus der Faltung der Postsendung und ist daher sehr kurz (3 Segmente – ein Maximum, zwei Maxima, ein Maximum). Im Falle einer Verdrehung der Postsendung ist die sichtbare Zeilenlänge erneut kleiner als die Anzahl aufgezeichneter Zeilen, und sie ist eine Zurückweisungs-Bedingung.
Betreffs einer Hypothese "defekte Kante" siehe 13. Falls eine einzelne Postsendung deformierte Kanten besitzt, so bedeutet das, dass die Kante wenigstens teilweise als ein zweifaches Maximum erscheint. Diese Postsendung muss in der Regel nicht zurückgewiesen werden, da eine weitere Bearbeitung möglich ist. Die Störungen besitzen enge räumliche Grenzen. Die Gesamtlänge der deformierten Segmente ist im Vergleich zur Gesamtlänge der Postsendung gering. Es ist ein niedriger Kontrast in den Zweifach-Segmenten vorhanden, und die Anzahl der Störungen ist nicht definiert. Dieser Typ weist mehr als ein Segment auf. Die Reihenfolge der Segmente ist beliebig und hängt von der Position und Anzahl der Kantendefekte ab. Charakteristische Merkmale sind eine begrenzte Anzahl von gestörten Segmenten des Typs "mit zwei Maxima", die Anzahl der Segmente ist gleich 1 + 2 mal die Anzahl der Kantendefekte, und die Gesamtlänge der Segmente mit zwei Maxima stellt nur einen Bruchteil der Länge der Postsendung dar.
Eine mögliche Hypothese "offene Klappe" ist in 14 dargestellt. Es sind zwei Segmente zu erwarten, ein kurzes und ein langes.
Betreffs einer Standardhypothese für Doppel siehe 15. Die standardmäßige doppelte Postsendung besteht aus zwei Postsendungen, die zusammen abgezogen wurden. Die Kanten der Postsendungen sind in der Regel mehr oder weniger relativ zueinander verschoben, so dass drei Segmente erzeugt werden. Aufgrund der beliebigen Formate der zwei Postsendungen müssen alle Kombinationen für die vorhergehende und nachfolgende Postsendung in Betracht gezogen werden. In der Regel sind drei Segmente vorhanden, wobei keine Aussage über ihre Länge getroffen werden kann. Hauptsächliche charakteristische Merkmale: Anzahl der Segmente gleich 1 bis 3, S₁ vom Typ mit einem Maximum (kann in speziellen Fällen verschwinden), S₂ vom Typ mit zwei Maxima, S₃ vom Typ mit einem Maximum (kann in speziellen Fällen verschwinden). Die Zeilenbreite wird Segment für Segment und Kante für Kante betrachtet. Die mittlere Zeilenbreite reicht von dünn bis dick und ist direkt proportional zur Dicke der Postsendung. Die Zeilenbreiten, die zu ähnlichen Postsendungen gehören, haben über alle Segmente und Kanten dieselbe Größe. Eine Verdrehung (Schieflage) ist charakterisiert durch (S₁ + S₂ + S₃) < Z₁.
Bei jeder Hypothese wird manchen charakteristischen Merkmalen ein höheres Gewicht verliehen als anderen bei der Entscheidung, ob eine Bedingung wie etwa "Doppel", "gefaltete Kante" oder ähnliches vorliegt. Zum Beispiel was ein Doppel betrifft, so repräsentiert jede der zwei sichtbaren Kanten eine der beiden Postsendungen: L_Sdg1 = L_S1 + L_S2 und L_Sdg2 = L_S2 + L_S3, doch dies hat ein geringeres Gewicht als andere charakteristische Merkmale, die oben erörtert wurden. Der Kontrast eines Doppels liefert eine charakteristische Häufigkeitsverteilung, welche experimentell aus dem Trainings-Muster bestimmt wird. Das charakteristische Merkmal Häufigkeitsverteilung erhält ein mäßiges Gewicht im Vergleich zu den hauptsächlichen charakteristischen Merkmalen, die oben aufgelistet wurden.
Eine Standardhypothese für eine mehrfache Aufgabe von Postsendungen ist in 16 dargestellt. Die standardmäßige mehrfache Postsendung besteht aus mehr als zwei Postsendungen, die zusammen abgezogen wurden. Die Kanten der Postsendungen sind in der Regel mehr oder weniger relativ zueinander verschoben, so dass drei Segmente erzeugt werden. Aufgrund der beliebigen Formate der Postsendungen müssen alle Kombinationen für die vorhergehende und nachfolgende Postsendung in Betracht gezogen werden.
In dem dargestellten Beispiel sind 4 Postsendungen und 7 Segmente vorhanden; im Allgemeinen erzeugen N Postsendungen bei der Abbildung der Kanten der Postsendungen 2N – 1 Segmente. Über die Länge der Segmente kann keine Aussage getroffen werden. Charakteristische Merkmale einer mehrfachen Aufgabe von Postsendungen sind: Anzahl der Segmente = 5 bis 2N – 1, S₁ vom Typ mit einem Maximum, S₂ vom Typ mit zwei Maxima, S₃ vom Typ mit drei Maxima, S₄ vom Typ mit vier Maxima, S₅ vom Typ mit drei Maxima, S₆ vom Typ mit zwei Maxima, S₇ vom Typ mit einem Maximum.
Bei der softwaremäßigen Implementierung der gewählten Hypothesen wird das Kamerabild analysiert, und auf der Basis des Ergebnisses wird eine Maßnahme getroffen (passieren lassen oder zurückweisen). Die Entscheidung kann ausreichend schnell getroffen werden, so dass Doppel oder mehrfache Postsendungen in einer sich schnell bewegenden Reihe von transportierten Postsendungen umgelenkt werden, d.h. das Steuergerät 22 sollte über eine ausreichende Leistung verfügen, um die Entscheidung zwischen dem Zeitpunkt, zu dem die Postsendung(en) die Vorrichtung 10 passiert (passieren), und dem Zeitpunkt, zu dem sie die erste Umlenkeinrichtung der Sortiermaschine erreichen, zu treffen.
Obwohl verschiedene Ausführungsformen der Erfindung in den beigefügten Zeichnungen dargestellt und in der obigen ausführlichen Beschreibung beschrieben worden sind, ist die Erfindung selbstverständlich nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern es können, wie für Fachleute leicht einzusehen ist, zahlreiche Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden, ohne den Geist und den Schutzbereich der Erfindung, der in den nachfolgenden Ansprüchen dargelegt ist, zu verlassen.

Claims

Verfahren zum Erkennen von sich überlappenden Postsendungen (16) beim Vereinzeln von Stößen von flachen Postsendungen, wenn die Postsendungen auf ihren Schmalseiten transportiert werden, wobei die sortierten Postsendungen (16) nacheinander auf ihren Schmalseiten stehend in einer Längsrichtung entlang eines Bettes oder Transportbandweges (14) bewegt werden, wobei unterhalb des Transportweges eine elektronische Zeilenkamera (12) angebracht ist, deren optische Längsachse senkrecht zu der Transportrichtung der Postsendungen (16) ist und welche durch eine Öffnung (18) in einer Grundplatte hindurch die Unterkanten der Postsendungen (16) scannt, wobei zwei Quellen (26) von Licht seitlich von den Unterkanten der Postsendungen angebracht sind, um die Unterkanten der Postsendungen (16) diagonal von unten zu beleuchten, wenn sich die Postsendungen (16) über die Öffnung (18) der Grundplatte hinweg bewegen, so dass die Unterkanten der gescannten Postsendungen (16) durch Schattenbildung hervorgehoben werden, wobei ferner der Ausgang der elektronischen Zeilenkamera (12) einem Auswertungsmittel zugeführt wird, welches verschiedene statistische charakteristische Merkmale des Bildes der zeilenweise gescannten Unterkante der Postsendung berechnet und sie mit entsprechenden charakteristischen Merkmalen von offline im Voraus bestimmten Mengen von charakteristischen Merkmalen vergleicht, die von typischen Mustern von Bildern von Unterkanten abgeleitet wurden, die verschiedene physische Klassenmodelle von bekannten Unterkanten-Bildkonstellationen für Einzelaufgabe sowie für Doppelaufgabe repräsentieren, um als das Entscheidungsergebnis das Klassenmodell mit der höchsten Wahrscheinlichkeit dafür, dass es die gemessenen charakteristischen Merkmale repräsentiert, zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine geeignete Menge von statistischen charakteristischen Merkmalen der gescannten Zeilen bestimmt wird und außerdem Zeilen mit einer ähnlichen Untermenge von charakteristischen Merkmalen zu Segmenten gruppiert werden und außerdem geeignete charakteristische Merkmale dieser Segmente berechnet werden, um alle diese Zeilen und Segmente betreffenden charakteristischen Merkmale, wie mittlere Zeilenintensität, Anzahl der Maxima pro Zeile und Reihenfolge der Segmente, mit entsprechenden charakteristischen Merkmalen der offline im Voraus bestimmten physischen Klassenmodelle zu vergleichen, und außerdem das Klassenmodell mit dem höchsten Grad an Übereinstimmung als das Ergebnis der Erkennung gewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei sich die Strahlung der Lichtquelle (26) sowohl im sichtbaren als auch im unsichtbaren Wellenlängenbereich wie etwa im Infrarotbereich befinden kann.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Linse der elektronischen Zeilenkamera (12) durch eine Glasplatte vor Staub geschützt ist, welche sich außerhalb des Brennpunktes der Linse befindet.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Staubschutz-Glasplatte der elektronischen Zeilenkamera (12) und die Lichtquelle zusätzlich durch einen Luftstrom mit positivem Druck vor Staub geschützt sind.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei vor der Öffnung (18) der elektronischen Zeilenkamera (12) Luft mit positivem Druck senkrecht zu dem Postsendungstransport zwischen die Grundplatte und die Unterkanten der Postsendungen (16) geblasen wird, um Staubpartikel von dem Postsendungsweg abzulenken und dadurch die Menge der Staubpartikel zu verringern, die in die Öffnung (18) fallen.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei vor der Staubschutz-Glasplatte der elektronischen Zeilenkamera (12) Luft mit positivem Druck senkrecht zu der optischen Achse eingeblasen wird, um Staubpartikel von der Linsenschutzglasplatte abzulenken und dadurch die Menge der Staubpartikel zu verringern, welche die Durchsichtigkeit der Glasplatte beeinträchtigen.
Vorrichtung zum Erkennen von sich überlappenden Postsendungen beim Vereinzeln von Stößen von flachen Postsendungen (16), umfassend: einen Transporteur zum Transportieren der Postsendungen (16) auf ihren Schmalseiten, wobei die sortierten Postsendungen (16) nacheinander auf ihren Schmalseiten stehend in einer Längsrichtung entlang eines Bettes oder Transportbandweges (14) bewegt werden; eine elektronische Zeilenkamera (12), die unterhalb des Transportweges angebracht ist und deren optische Längsachse senkrecht zu der Transportrichtung der Postsendungen (16) ist, zum Scannen der Unterkanten der Postsendungen durch eine Öffnung (18) in dem Transporteur hindurch; zwei Quellen (26) von Licht, die seitlich von den Unterkanten der Postsendungen angebracht sind, um die Unterkanten der Postsendungen (16) diagonal von unten zu beleuchten, wenn sich die Postsendungen (16) über die Öffnung (18) hinweg bewegen, so dass die Unterkanten der gescannten Postsendungen (16) durch Schattenbildung hervorgehoben werden; Mittel zum Auswerten des Ausgangs der Kamera (12) durch Berechnen verschiedener statistischer charakteristischer Merkmale des Bildes der zeilenweise gescannten Unterkante der Postsendung und Vergleichen derselben mit entsprechenden charakteristischen Merkmalen von offline im Voraus bestimmten Mengen von charakteristischen Merkmalen, die von typischen Mustern von Bildern von Unterkanten abgeleitet wurden, die verschiedene physische Klassenmodelle von bekannten Unterkanten-Bildkonstellationen für Einzelaufgabe sowie für Doppelaufgabe repräsentieren, um als das Entscheidungsergebnis das Klassenmodell mit der höchsten Wahrscheinlichkeit dafür, dass es die gemessenen charakteristischen Merkmale repräsentiert, zu bestimmen.