Technisches Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf
Druckinspektionsverfahren und insbesondere auf ein Verfahren zur Überwachung der
Druckfarbendichte und von Fehlern beim Zeitungsdruck.
Hintergrund der Erfindung
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Es ist bisher schon eine Vielzahl von
Druckinspektionsvorrichtungen und -verfahren vorgeschlagen worden. Bei einem solchen
Verfahren werden bisher Farbtonmarken oder Farbflecken, die in
dem Randteil von Druckerzeugnissen gedruckt sind, untersucht, um
die Akzeptierbarkeit der Drucksachen festzustellen. Es sind
bisher Vorrichtungen und Verfahren vorgeschlagen worden, bei
welchen man Daten von einem gedruckten Muster unter Verwendung
eines einzigen Sensors erhalten hat, um die Daten des gesamten
Bereichs des gedruckten Materials einzugeben. Andere
Vorrichtungen nutzen verschiedene Abtastverfahren; jedoch überwachen diese
Verfahren keinen Druck von großer Fläche mit hoher Genauigkeit.
Zusätzlich erfordern solche Verfahren, daß eine große Menge an
Daten verarbeitet wird und sind nicht ausreichend für die
Inspektion eines Drucks von großer Fläche bei hohen Datenraten.
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Andere Verfahren für die Druckinspektion schließen ein
Vergleichssystein ein, bei welchem Bezugsdaten mit abgetasteten
Oberflächendaten verglichen werden, um die Annehmbarkeit des
Drucks festzustellen. Ein Vergleichssysytem, bei welchem
Bezugsdaten
mit den vorherigen Inspektionsdaten verglichen werden,
erfordert wieder eine große Menge an Verarbeitungszeit, was
nicht mit den heutigen
Hochgeschwindigkeits-Rotationsdruckpressen verträglich ist.
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Es ist folglich eine Notwendigkeit bezüglich eines
Druckinspektionsverfahrens für die Überwachung der Druckfarben-Dichtepegel
von Zeitungsdruckflächen und das Feststellen von Fehlern
innerhalb solcher Flächen entstanden, welches bei hohen
Druckpressengeschwindigkeiten ausgeführt werden kann und welches tatsächlich
gemessene Werte mit einem Satz interner oder Nutzerkriterien
vergleicht.
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Die europäische Patentanmeldung Nr. 0 194 331 offenbart eine
Vorrichtung für die Inspektion eines Drucks, bei welchem eine
optische Feststellvorrichtung die Bildinformationen des
Druckbildes bei jedem Pixel feststellt, die Differenz zwischen der
festgestellten Bildinformation und einer Bezugsinformation
berechnet, die Differenz zwischen dem Differenzsignal und einem
verzögerten Differenzsignal berechnet, einen Schwellenwertpegel
auf einen Wert des Zweifachen des aus dem Ergebnis erzeugten
Differenzsignals setzt und die Erzeugung eines Druckmangels
entscheidet, wenn das doppelte Differenzsignal einen
Schwellenwertpegel überschreitet.
Zusammenfassung der Erfindung
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Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird für ein
Druckinspektionsverfahren gesorgt, bei dem ein Gebiet von gedrucktem
Material optisch abgetastet wird, um Bilddaten zu erhalten, die
Bildelemente mit unterschiedlichen Intensitätspegeln darstellen.
Das Verfahren schließt das Zählen der Anzahl der Bildelemente
auf einem bestimmten Intensitätspegel in dem abgetasteten Gebiet
ein, um dadurch eine Häufigkeitsverteilung des Intensitätspegels
der Bilddaten in dem abgetasteten Gebiet zu erzeugen. Die
erzeugte Häufigkeitsverteilung und gewählte Merkmale aus der
Häufigkeitsverteilung
werden mit einer gespeicherten
Häufigkeitsverteilung von Intensitätspegeln der Bilddaten und gewählten
Merkinalen aus den Bezugsdaten verglichen. Ein statistischer
Vergleich mit den Bezugsdaten wird benutzt, um zu bestimmen, ob
das gedruckte Material zufriedenstellend ist oder nicht.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Zum Zwecke eines vollständigeren Verstehens der vorliegenden
Erfindung und weiterer Vorteile derselben wird jetzt auf die
folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform Bezug
genommen, die in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen
erfolgt, bei welchen:
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Fig. 1 eine Grafik ist, die ein Histogramm veranschaulicht, das
durch das vorliegende Verfahren geschaffen worden ist;
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Fig. 2 ein Funktions-Flußbild ist, das die Schritte des
Verfahrens der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
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Fig. 3 ein Funktions-Blockschaltbild des Vergleichsschritts des
vorliegenden Verfahrens ist;
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Fig. 4 ein Funktions-Blockschaltbild ist, das den Fehlermetrik-
Koinbinationsschritt von Fig. 3 veranschaulicht; und
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Fig. 5 ein Blockschaltbild ist, das den Schritt der
Bezugsdatenerzeugung der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Das vorliegende Verfahren für die Druckinspektion überwacht die
Druckfarben-Dichtepegel beim Zeitungsdruck durch Erzeugen eines
Histogramms der Anzahl von Bildelementen (Pixel) mit einem
speziellen Druckfarben-Intensitätspegel. Fig. 1 veranschaulicht ein
Histogramm, das in Übereinstimmung mit der vorliegenden
Erfindung erzeugt worden ist. Druckfarben-Intensitätspegel werden
durch Graustufen von 0 bis 255 dargestellt, wobei 0 Schwarz
repräsentiert und 255 weiß repräsentiert, was auf der
horizontalen Achse gezeigt wird. Die Häufigkeit, welche jedem
Tntensitätspegel entspricht, die die Anzahl der Pixel-Zählwerte
repräsentiert, wird auf der vertikalen Achse des Histogramms als 0
bis N Pixel angezeigt. Pixel, die die 256 Graustufen
repräsentieren, werden gezählt und in 256 Zellenspeichern abgespeichert.
Wenn das Histogramm in Übereinstimmung mit der vorliegenden
Erfindung erzeugt wird, dann wird die Menge der zu
verarbeitenden Daten bedeutend reduziert, da nur die Häufigkeitsverteilung
von Pixeln für einen speziellen Intensitätspegel verarbeitet
wird und nicht einzelne Pixel für das gesamte abgetastete Bild.
Vergleiche mit Bezugsdaten basieren auf dem Histogramm und nicht
einem Vergleich Pixel pro Pixel, wie er bei bisherigen
Druckinspektionssystemen und -verfahren verwendet wird.
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Eine Bilddatenerfassung für das vorliegende Verfahren kann unter
Verwendung einer Sensoranordnung vorgenommen werden, welche acht
ladungsgekoppelte Einrichtungen mit 512 Elementen hat, um eine
sich bewegende Zeitungspapierbahn abzubilden. Ein inkrementeller
Kodierer wird benutzt, um einen Befehl an die Sensoranordnung zu
geben, einen Bereich der Papierbahn, beispielsweise 1,4
Millimeter, zu erfassen. Die Sensoranordnung wird dadurch 818
Datenzeilen für jede Umdrehung des Druckzylinders erfassen. Jede
Zeile enthält, beispielsweise 1024 Pixel. Ein Datenrahmen, der
anschließend zu analysieren ist, repräsentiert 1024 Pixel mal
818 Zeilen.
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Fig. 2 veranschaulicht ein Prozeß-Flußbild des vorliegenden
Verfahrens. Die Daten aus der Sensoranordnung werden, jeweils
ein Rahmen auf einmal, für eine statistische Analyse über den
Rest des Verarbeitungszyklus' erfaßt. Die Erfassung der
Sensordaten wird durch den Kodierer auf der sich drehenden
Antriebswelle der Druckpresse gesteuert, und folglich ist die
Erfassungsrate von der Drehzahl der Presse abhängig. Die Daten für
jeden Rahmen werden bei Schritt 10 erfaßt. Wenn sie einmal
erfaßt sind, werden ausgewählte Bereiche des Bildrahmens
analysiert, um die Lichtquelle, die bei dem Bilderfassungs-Teilsystem
benutzt wird, bei Schritt 12 für eine zukünftige Datenerfassung
zu eichen. Dieser Prozeß wird periodisch während des gesamten
Verarbeitungszyklus' wiederholt. Der erfaßte Rahmen wird dann
bei Schritt 14 zur Position der gespeicherten
Bezugs-Histogrammdaten aufgezeichnet, um irgendeinen Fehler zu entfernen, der aus
einem horizontalen oder vertikalen Driften des Drucks unter der
Sensoranordnung resultieren könnte. Dieser Schritt ist
notwendig, um die Genauigkeit der statistischen Analyse und Vergleiche
zu gewährleisten, die innerhalb des vorliegenden Verfahrens
durchzuführen sind.
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Wenn einmal diese Anfangsaktivitäten durchgeführt worden sind,
dann wird bei Schritt 16 das Histogramm des vorliegenden
Verfahrens für den erfaßten Rahmen berechnet. Der Bildrahmen wird
in mehrere Gebiete gleicher Größe zerlegt, über welche
gesonderte Histogramme berechnet werden. Diese Zerlegung verbessert die
Fähigkeit des vorliegenden Verfahrens, kleine Mängel aufzulösen
und auch Unterstützung beim Isolieren der Lage von Fehlern für
Berichtszwecke zu geben. Wenn die Histogramme einmal erhalten
worden sind, erfolgen bei Schritt 18 verschiedene statistische
Berechnungen, die die Histogramme charakterisieren. Diese
statistischen Berechnungen können beispielsweise Maximal- und
Minimalwerte, Schwellenwerte und augenblicksbezogene Werte
einschließen. Das berechnete Histogramm und die statistischen Werte
werden bei Schritt 20 in einem Speicher abgespeichert.
Bezugsdaten in der Form eines Histogramms werden bei Schritt 22
abgespeichert.
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Bei Schritt 24 werden die Bezugsdaten mit den laufenden
Rahmendaten verglichen, um die Größe irgendwelcher Fehler zu
bestimmen, die innerhalb des abgetasteten Bereichs vorhanden sind.
Diese Differenzen werden bei Schritt 26 im Licht interner oder
vom Nutzer definierter Toleranzen bewertet, die bei Schritt 28
geschaffen werden, um festzustellen, ob eine Alarmnachricht oder
ein Zurückweisungssignal bei Schritt 32 erforderlich ist, um ein
Ausgabesignal an die Druckpresse zu erzeugen. Die jeweils
laufenden Histogramme und Statistikwerte werden dann bei Schritt 32
mit den bei Schritt 22 gespeicherten Bezugsdaten unter
Verwendung einer gewichteten Mittelwerttechnik vermischt, was zu einer
"Wanderfenster"-Referenz führt. Dieses Mischen verbessert die
Unempfindlichkeit gegen Rauschen und sorgt auch für eine
Möglichkeit, sich auf Änderungen beim Papierrohstoff, den
Lichtpegeln und anderen externen Umgebungsparametern anzupassen.
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Jetzt wird unter Bezugnahme auf Fig. 3 eine stärker detaillierte
Diskussion der Schritte 18, 24 und 26 (Fig. 2) geliefert. Das
vorliegende Verfahren nutzt drei Sätze an statistischen
Rechnungen, die von Bildrahmen hergeleitet werden, um das
Druckmaterial zu analysieren und angemessene Entscheidungen zu treffen.
Die statistischen Berechnungen des jeweils laufenden Rahmens bei
Block 40 repräsentieren die letzten Daten, die von dem
Bildsensor erfaßt worden sind. Die Wander-Mittelwert-Referenzstatistik,
Block 42, umfaßt einen "vergangenen Ablauf" der Bildsensordaten,
und diese werden durch Mittelwertbildung einer gewichteten
Version der statistischen Berechnungen des jeweils laufenden
Rahmens mit den bestehenden Wander-Mittelwert-Bezugsdaten
berechnet. Eine Wichtungsfunktion 44 ist derart, daß der vergangene
Ablauf ein "Fenster" über die vergangenen Rahmen repräsentiert,
wobei die Wichtung einstellbar ist, um die Empfindlichkeit
gegenüber langfristigen Änderungen zu steuern. Dieser gewichtete
Mittelwert verbessert die Stabilität und die Unempfindlichkeit
gegenüber Rauschen bezogen auf bisherige Verfahren, die
aneinandergrenzende Rahmen vergleichen oder hereinkommende Daten mit
einem feststehenden oder statischen Bezugswert vergleichen. Die
Festbezugswert-Statistik, Block 46, repräsentiert Schwellenwerte
und Bezugs-Mittelwerte, die während einer "Trainings"-Phase des
Verfahrens berechnet worden sind. Diese Werte tragen auch zum
Entscheidungsfindungsprozeß beim Definieren der Kennwerte einer
annehmbaren Kopie bei.
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Die statistischen Berechnungen des jeweils laufenden Rahmens 40,
die Wander-Bezugswert-Statistik 42 und die
Festbezugswert-Statistik 46 werden bei der Durchführung von drei generellen
Überwachungsfunktionen genutzt, die aus Positionierüberwachung 48,
Dichteüberwachung 50 und Fehlerüberwachung 52 bestehen. Jede
dieser Überwachungsfunktionen wird mit Hilfe statistischer
Verarbeitungstechniken durchgeführt. Die
Positionierüberwachungsfunktion 48 bestimmt die Abmessungen sowohl der Laufrichtung,
der vertikalen und der Querrichtung, der Horizontalen und der
Ränder. Bei Schritt 56 wird ein Vergleich zwischen diesen
gemessenen statistischen Werten und Positoniertoleranzen
durchgeführt, die von dem Bedienungsmann bei Schritt 58 geliefert
werden.
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Die Dichteüberwachungsfunktion 50 dient dazu, die dunkelsten
Druckfarbenwerte und die hellsten Untergrundwerte des Papiers zu
untersuchen, um sicherzustellen, daß diese Werte innerhalb
spezifizierter Toleranzen bleiben. Bei Schritt 60 wird ein
Vergleich mit internen und vom Nutzer definierten Toleranzen für
die Dichte, die bei Schritt 62 definiert werden, vorgenommen.
Änderungen bei Druckfarbenpegel können Probleme bei dem
Druckfarben-Verteilungsmechanismus anzeigen und können entweder mit
einer übermäßigen oder einer nicht ausreichenden Einfärbung
zusammenhängen. Änderungen beim weißen Dichtepegel können ein
generelles "Vergrauen" des Untergrundpapiers anzeigen, die mit
Bedingungen zusammenhängen, die als "Tönung" und "Ausblühen"
bekannt sind.
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Die Fehlerüberwachungsfunktion 52 dient dazu, das Druckmaterial
auf Druckfarbenflecken, Knitterfalten, Löcher oder andere
lokalisierte Fehler auf einzelnen Seiten zu untersuchen. Bei Schritt
64 werden Vergleiche mit internen und vom Nutzer definierten
Toleranzen vorgenommen, die bei Schritt 66 definiert werden,
welche die relative Größe und die Menge dieser Fehlertypen
definieren, welche annehmbar sind und auch die Werte, welche zu der
Erzeugung eines Alarm- oder Zurückweisungszustandes führen.
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Die Ergebnisse der bei den Schritten 56, 60 und 64
durchgeführten
Vergleiche werden bei Schritt 66 miteinander verknüpft, um
ein Ausgangssignal zu erzeugen, das zufriedenstellende oder
nicht zufriedenstellende Druckfarben-Dichtewerte auf der
Grundlage der statistischen Analyse der Histogrammdaten von jedem
Rahmen anzeigt, der durch die Bilderfassungs-Sensoranordnung
erf aßt worden ist. Das Ausgangssignal kann beispielsweise die
Form eines Zurückweisungssignals oder eines Alarms haben, das
dem Bedienungsmann ein mögliches Problem anzeigt. Der Ausgang
aus dem Vergleich kann auch genutzt werden, um die Wanderungs-
Mittelwertstatistik bei Schritt 42 zu aktualisieren.
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Fig. 4 veranschaulicht ein Blockschaltbild, das die Schritte
darstellt, welche durch die Fehlerüberwachungstatistik
durchgeführt werden, Schritt 52. Es werden verschiedene Typen einer
statistischen Analyse an dem Rahmenhistogramm durchgeführt, wie
beispielsweise die Berechnung von L&sub1; norm, des
Korrelationskoeffizienten und des Verhältnisses der eingefärbten Fläche. Diese
Fehlerüberwachungsmetrik wird durch die Blöcke 70, 72, 74 und 76
dargestellt. Jede bei den Rahmenhistogrammdaten durchgeführte
statistische Analyse wird gewichtet, um den Beitrag zu
definieren, den jede Metrik zur endgültigen Entscheidung beiträgt. T
repräsentiert den Satz der vom Nutzer definierten Schwellenwerte
für Alarm- und Zurückweisungspegel.
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L&sub1; norm ist definiert als:
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L&sub1;= HR-HC Vektorform
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worin:
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L&sub1; der berechnete Wert L&sub1; norm ist;
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HR das Bezugshistogramnm ist;
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HR das i-te Element des Bezugshistogramms ist;
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HC das hereinkommende (laufende) Histogramm ist;
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hCi das i-te Element des laufenden Histogramms ist.
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L&sub1; norm wird weiter in E. R. Dougherty und Charles R. Giardina,
Mathematical Methods for Artificial Intelligence and Autonomous
Systems (Mathematische Verfahren für künstliche Intelligenz und
autonome Systeme), S. 319, Prentice Hall, Englewood Cliffs, NJ,
1988 beschrieben, wobei dies durch Verweis in dieser Anmeldung
mit enthalten ist.
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Der Korelationskoeffizient ist definiert durch:
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wobei:
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der Korrelationskoeffizient ist,
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HR das Bezugshistogramm ist,
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HC das laufende hereinkommende Histogramm ist,
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u der Mittelwert des zutreffenden Histogramms ist.
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Der Korrelationskoeffizient wird weiter in J. B. Kennedy und
Adam M. Neville, Basic Statistical Methods for Engineers and
Scientists (Grundlegende statistische Verfahren für Ingenieure
und Wissenschaftler), 3. Ausgabe, S. 410 - 411, Harper & Row,
New York, 1986 beschrieben, wobei dies durch Verweis in dieser
Anmeldung enthalten ist.
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Das eingefärbte Flächenverhältnis ist definiert als:
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wobei:
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IAR die Metrik des eingefärbten Flächenverhältnisses ist,
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hCi das i-te Element des laufenden hereinkommenden
Histogramms ist.
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Die bei Schritt 50 durchgeführte Dichteüberwachungsstatistik
stellt Dichteänderungen wie folgt dar:
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wobei:
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Tschwarz, Tweiß vom Nutzer definierte Schwellenwerte für
Alarmund Zurückweisungspegel sind.
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Das Rahmen-Histogramm wird mit einem Satz Wichtungsfaktoren
gewichtet, welche den schwarzen beziehungsweise den weißen
Bereich begünstigen. Das Moment der gewichteten Histogramme wird
berechnet und mit verfolgten Bezugsdaten verglichen. Die
statistische Analyse stellt eine Verschiebung bei den schwarzen und
weißen Hauptbereichen als Folge einer Abtönung, ein Ausblühen
und ähnliche Mängel fest.
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Die Positionier-Überwachungsstatistik, die bei Schritt 48
durchgeführt wird, wird unter Verwendung von Intensitätsprofilen
ausgeführt, die in der Richtung senkrecht zu der Richtung
berechnet werden, für welche die Positionierinformation gewünscht
wird. Um eine Ausrichtung in der vertikalen oder laufenden
Richtung zu bestimmen, werden die Intensitätswerte quer zu den
horizontalen Zeilen summiert, wodurch ein Satz von Intensitäten
gebildet wird.
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1 ≤ j ≤ n
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Die horizontale Ausrichtung wird unter Verwendung vertikaler
Spalten berechnet
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1 ≤ i ≤ n.
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Dabei ist Pji die Pixelintensität für das i-te Pixel in der Zeile
3.
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Fig. 5 veranschaulicht die Schritte, die beim
Bezugsdatenspeicher 22 durchgeführt werden (Fig. 2). Block 80 repräsentiert das
Histogramm für die jeweils laufenden Rahmen. Die Rahmen werden
bei Block 90 gewichtet und summiert, um das neue
Bezugshistogramm zu schaffen. Das neue Bezugshistogramm kann entsprechend
der folgenden Gleichung berechnet werden:
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wobei:
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HC das Histogramm für den laufenden Rahmen ist,
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N die Anzahl der Rahmen in dem Mittelwertbildungsfenster
ist,
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HRneu das neue Bezugshistogramm ist.
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Man kann deshalb sehen, daß die vorliegende Erfindung für ein
Inspektionsverfahren unter Verwendung eines Histogramms für die
Analyse von Druckfarbendichte, Druckfarbenflächenverhältnissen
und das Erkennen von Fehlern sorgt. Eine statistische Analyse
wird auf Basis der Histogrammdaten durchgeführt, welche mit den
gespeicherten Bezugsdaten verglichen wird, um festzustellen, ob
der Druck von annehmbarer Qualität ist.
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Während nun die vorliegende Erfindung bezogen auf spezielle
Ausführungsformen davon beschrieben worden ist, ist es
selbstverständlich, daß verschiedene Änderungen und Modifikationen für
jemanden naheliegen, der mit der Technik vertraut ist, und es
ist beabsichtigt, solche Änderungen und Modifikationen
einzuschließen, wie sie in den Geltungsbereich der beigefügten
Ansprüche fallen.