DE69303384T2

DE69303384T2 - Verfahren und Anlage zur Messung der Farbenverteilung eines Gegenstandes

Info

Publication number: DE69303384T2
Application number: DE69303384T
Authority: DE
Inventors: Leonard Paulus Crezee; Vries Adrianus Marius De
Original assignee: Aweta BV
Current assignee: Aweta BV
Priority date: 1992-02-07
Filing date: 1993-02-04
Publication date: 1996-12-12
Anticipated expiration: 2013-02-05
Also published as: ES2089694T3; EP0554954B1; DE69303384D1; EP0554954A1; NL9200236A; US5237407A; ZA93799B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Messen der Farbverteilung der Oberfläche eines kugelförmigen Gegenstands
Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Messen der Farbverteilung der Oberfläche von kugelförmigem Gemüse oder Obst, wie z.B. eines Apfels, einer Birne, einer Tomate, einer Paprika oder einer Aubergine, um eine Bewertung der Qualität des Obstes, wie z.B. seine Reife, auf der Grundlage seiner Farbverteilung zu ermöglichen.
Die Erfindung bezieht sich speziell auf ein Verfahren zum automatischen Sortieren von Gemüse oder Obst auf der Grundlage der Farbverteilung dieses Gemüses oder Obstes.
Im Stand der Technik sind viele Verfahren zum automatischen Sortieren von Gemüse oder Obst auf der Grundlage von Farbe bekannt. So offenbart z.B. das US-Patent Nr. 4, 106, 628 eine Anlage, bei der jeder Gegenstand an zwei optischen Sensoren vorbeiläuft, die auf gegenüberliegenden Seiten eines Förderbandes angeordnet sind, jeder Detektor ein Signal abgibt, das für die erfaßte Farbe repräsentativ ist, und die beiden erfaßten Farbsignale gemittelt werden. Ein Nachteil dieser Anlage besteht darin, daß die Gegenstände in gesonderten Reihen transportiert werden müssen, wodurch ein System von zwei Detektoren für jede gesonderte Reihe erforderlich wird. Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Anlage besteht darin, daß sie nur einen Anhaltspunkt für die Farbe auf zwei gegenüberliegenden Oberflächenabschnitten des Gegenstands gibt, wobei diese Farben darüber hinaus noch gemittelt werden, während die weitere Oberfläche des Gegenstands von den gemessenen Oberflächenabschnitten stark abweichen kann.
Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, bei dem die gesamte Oberfläche des zu messenden Gegenstands erfaßt wird.
Hierfür wird in einem erfindungsgemäßen Verfahren eine Kamera verwendet, und die Gegenstände werden im Sichtfeld der Kamera mindestens 360º gedreht.
Im Stand der Technik sind auch Verfahren zum Bewerten und automatischen Sortieren von Gegenständen unter Verwendung einer Kamera bekannt, bei denen die Gegenstände im Sichtfeld der Kamera um mindestens 360º gedreht werden. Das US-Patent Nr. 5, 030, 001 z.B. offenbart ein Verfahren zum Untersuchen von Eiern, bei dem ein Grauwert für jedes Oberflächenelement eines Eies bestimmt wird, die Anzahl der Oberflächenelemente, die einen gegebenen Grauwert haben, addiert werden und die Größe jedes beliebigen Oberflächenfehlers auf der Grundlage dieser Addition bestimmt wird. Dieses Verfahren ist jedoch nicht für die Bestimmung der Farbverteilung von Obst oder Gemüse geeignet.
In der Praxis ist es bekannt, daß der Reifegrad einer Obst- oder Gemüsesorte von der Farbe dieses Obstes oder Gemüses abgeleitet werden kann. So erkennt z. B. jeder, daß eine grüne Tomate unreif und eine rote reif ist. Zwischen der Stufe der Unreife und Reife durchläuft jedoch eine Obst- oder Gemüsesorte unterschiedliche Reifestufen, in denen z.B. die Tomate des angeführten Beispiels teilweise rot und teilweise grun ist. Speziell im Gemüse- und Obsthandel ist es z.B. bei der Bewertung eines Einkaufs oder beim Bewerten, ob eine bestimmte Lieferung einen Transport ins Ausland "überleben" wird, wünschenswert, daß die Anzahl der Tage ziemlich genau abgeschätzt werden kann, über die ein Produkt hält oder vermarktbar bleibt, d.h., es ist wünschenswert, daß seine Reife bewertet werden kann.
Derzeit wird in der Praxis der Reifegrad durch sogenannte Inspektoren abgeschätzt, die das Verhältnis der Farben eines Produktes durch Betrachten beurteilen und auf dieser Grundlage seine Reife beurteilen. Ein Nachteil eines derartigen Verfahrens besteht darin, daß es sehr arbeitsintensiv ist, wenn man möchte, daß jedes Produkt individuell bewertet wird. Weiterhin leuchtet ein, daß ein derartiges Bewertungsverfahren ein wesentliches Element an Subjektivität enthält.
Somit besteht ein Bedarf für ein Verfahren und eine Anlage zum automatischen und objektiven Bewerten des Reifegrades einer Obst- oder Gemüsesorte.
Die europaische Patentschrift 0, 105, 452 offenbart ein Verfahren zum Sortieren von Obst, das einen Anhaltspunkt für den Reifegrad einiger Oberflächenabschnitte einer zu untersuchenden Obstsorte gibt. Die zu untersuchenden Gegenstände werden in Reihen an einer Erfassungseinheit vorbei gefördert, und der zu untersuchende Gegenstand wird abgetastet, um ein Bild eines linearen Oberflächenabschnitts des Gegenstands zu bilden, wobei das Bild aus einer vorbestimmten Anzahl von Bildsegmenten besteht. Die Erfassungseinheit weist einen gesonderten Detektor für jedes Bildsegment auf, während der zu untersuchende Gegenstand im Sichtfeld der Erfassungseinheit um eine parallel zu dem linearen Oberflächenabschnitt verlaufende Achse gedreht wird, damit die gesamte Oberläche des Gegenstands abgetastet werden kann. Die Meßdaten der gesamten Oberfläche diese Gegenstands werden in einem Speicher eines Rechners zur weiteren Verarbeitung gespeichert.
Ein Nachteil dieser Anlage besteht darin, daß die Gegenstände in gesonderten Reihen transportiert werden müssen, wodurch eine Erfassungseinheit für jede Reihe erforderlich wird. Weiterhin kann die Erfassungseinheit nur einen Gegenstand auf einmal abtasten, wodurch die Verarbeitungskapazität der Erfassungseinheit und somit des Förder- und Sortiersystems, bei dem eine derartige Erfassungseinheit verwendet wird, begrenzt wird.
Weiterhin liefert jeder Detektor nur einen Analogwert für jedes Bildsegment, nämlich einen Grauwert (Zahl).
Ein weiterer Nachteil dieses bekannten Verfahrens besteht darin, daß ein verhältnismäßig großer Speicher zum Sammeln der Meßdaten erforderlich ist. Wenn die Anzahl der Bildsegmente in dem linearen Oberflächenabschnitt mit D bezeichnet wird und die Anzahl der Zeilenabtastzyklen während einer vollständigen Drehung des zu untersuchenden Gegenstands mit N bezeichnet wird, erfordert das bekannte Verfahren einen Speicher von 2xNxD Orten, um von den gemessenen Daten einen Anhaltspunkt für das Auftreten von Flecken auf der Oberfläche des zu untersuchenden Gegenstands abzuleiten. Zur Bereitstellung von Information über die Reife einer zu untersuchenden Obst- oder Gemüsesorte erfordert das bekannte Verfahren vier zusätzliche Speicherorte für jedes Bildsegment sowie zwei Farbfilter und zwei Detektoren.
Ein weiteres Problem im Zusammenhang mit diesem bekannten Verfahren besteht darin, daß während der Messung die von dem Gegenstand kommenden Lichtstrahlen auf die Detektoren mit einem veränderlichen Winkel auftreffen.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, die erwähnten Nachteile zu überwinden.
Insbesondere ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Messen der Farbverteilung der gesamten Oberfläche eines im wesentlichen kugelförmigen Gegenstands, wie z.B. von Obst oder Gemüse bereitzustellen, das schnell ein objektives und reproduzierbares Ergebnis liefert und lediglich eine begrenzte Speicherkapazität und einen einfachen Prozessor erfordert. Weiterhin ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein derartiges Verfahren bereitzustellen, welches die gleichzeitige Erfassung einer Vielzahl von Gegenständen unter Verwendung eines einzigen Detektors ermöglicht, so daß jeglicher Begrenzung der Verarbeitungskapazität vorgebeugt wird.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Anlage zum Durchführen des Verfahrens bereitzustellen.
Ein Verfahren, wie im Oberbegriff des Anspruch 1 beschrieben, ist in der US-A-5, 085, 325 offenbart. Bei diesem bekannten Verfahren werden jedoch drei gesonderte vollständige Videobilder des Gegenstands aus unterschiedlichen Winkeln verwendet.
Um die oben genannten Aufgaben zu lösen, schlägt die vorliegende Erfindung ein Verfahren vor, das sich von dem bekanntenverfahren der US-A-5, 085, 325 durch die im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 beschriebenen Merkmale unterscheidet.
Es sei bemerkt, daß die NL-A-89, 02536 ein Verfahren zum Untersuchen eines Produktes mittels einer Schwarz-Weiß-Zeilenkamera beschreibt, bei dem die Produkte im Sichtfeld der Kamera gedreht werden. Bei einem wichtigen Gesichtspunkt der Erfindung wird eine Farbkamera verwendet. Eine derartige Kamera liefert für jedes Pixel ein Signal, das für mindestens zwei Farbbeiträge reprasentativ ist und vorzugsweise die Farben rot und grün erfaßt.
Indem man den zu untersuchenden Gegenstand eine Drehbewegung ausführen läßt, so daß der Gegenstand zumindest eine vollständige Drehung im Sichtfeld der Kamera durchführt, wird sichergestellt, daß die gesamte Oberfläche des Gegenstands abgetastet wird. Die Abtastung findet Zeile für Zeile statt, während die Videozeilen der Kamera parallel zur Drehachse des Gegenstands ausgerichtet sind. Die Ansammlung so gewonnener Zeilenbilder bildet eine Darstellung der Oberfläche des Gegenstands.
Um den für die Verarbeitung der gewonnenen Information erforderlichen Speicher zu begrenzen, wird für jedes Pixel ein Farbkombinationssignal abgeleitet, das für die Kombination der Intensitäten der ersten und der zweiten Farbe repräsentativ ist, die durch das Pixel erfaßt werden. Die möglichen Werte des Farbkombinationssignals wurden vorab in Gruppen unterteilt. Das für jedes Pixel gewonnene Farbkombinationssignal wird mit der vorbestimmten Gruppenklassifizierung der möglichen Werte des Farbkombinationssignals verglichen, und für jede vorbestimmte Gruppe wird gezählt, wieviele Pixel ein Farbkombinationssignal eines der Gruppe zugeordneten Wertes bilden. Die für eine Videozeile erforderliche Anzahl an Orten wird dadurch auf die vorbestimmte Anzahl von Gruppen begrenzt. Die oben beschriebene Informationsverarbeitung für jede Videozeile kann während oder unmittelbar nach der Abtastung einer Videozeile durchgeführt werden, wohingegen auf Grund der gewonnenen Datenverringerung nur ein einfacher Prozessor für die weitere Verarbeitung der Videozeileninformation erforderlich ist.
Wenn sichergestellt wird, daß der Gegenstand genau eine Drehung im Sichtfeld der Kamera durchführt, ist die Ansammlung von gewonnenen Zeilenbildern genau eine Darstellung der Oberfläche des Gegenstands. Das Zählen der Anzahl von Pixeln mit einem Farbkombinationssignal, das einer gegebenen Gruppe zugeordnet ist, kann dann einfach fortgeführt werden, wohingegen zur Erzielung eines Zählergebnisses, das für die Oberfläche des Gegenstandes genau repräsentativ ist, die Anzahl erforderlicher Orte auf die vorbestimmte Anzahl von Gruppen begrenzt ist.
Wenn hingegen der Gegenstand mehr als eine vollständige Drehung im Sichtfeld durchführt, ist die Ansammlung gewonnener Zeilenbilder über-vollständig, d.h. eine Anzahl der gewonnenen Zeilenbilder erscheint mehr als einmal in der besagten Ansammlung. Bevor ein Zählergebnis erzielt werden kann, das für die Oberfläche des Gegenstandes genau repräsentativ ist, muß die Ansammlung gewonnener Zeilenbilder auf eine Ansammlung verringert werden, die einer Drehung entspricht. Eine derartige Ansammlung von Zeilenbildern, die für die Oberfläche des Gegenstands repräsentativ ist, wird dann gewonnen, indem man von der besagten Ansammlung eine Untermenge von x aufeinanderfolgenden Zeilenbildern nimmt, bei denen das Verhältnis von x zu der Gesamtzahl von Videozeilen N der besagten Ansammlung 1: β/360º ist, wobei β der Drehwinkel ist, den der Gegenstand im Sichtfeld durchlaufen hat.
Wenn die Größe von β erst danach bekannt ist, muß das Zwischenergebnis der gewonnenen Videozeilen in einem Speicher gespeichert werden. Es ist daher vorteilhaft, die Größe von β vorab zu bestimmen, da in diesem Fall das Zählen in den besagten Orten für aufeinanderfolgende Zeilenbilder fortgeführt werden kann und abgebrochen werden kann, nachdem x Videozeilen gezählt worden sind, ohne daß zusätzliche Zwischenspeicherorte notwendig sind.
Wenn das erfindungsgemäße Verfahren in einem System zum Fördern, Klassifizieren und wahlweisen Sortieren der Gegenstände verwendet wird, ist es wünschenswert, daß die Gegenstände während der Messung ihre Fördergeschwindigkeit beibehalten. Dies kann erzielt werden, indem man eine Matrixkamera verwendet, die stationär montiert werden kann, wobei die Förderrichtung der Gegenstände senkrecht zu der Abtastrichtung der Videozeilen ist. Im Gegensatz zur konventionellen Vorgehensweise bei der Verwendung von Matrixkameras, nämlich der aufeinanderfolgenden Bereitstellung und Verarbeitung vollständiger Bilder, wird in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung nur eine Videozeile für jeden Gegenstand untersucht, während in Übereinstimmung mit der Verschiebung des Gegenstands innerhalb des Sichtfelds die untersuchte Videozeile eine benachbarte Videozeile einer zuvor untersuchten Videozeile ist, und zwar vorzugsweise so, daß die gerade untersuchte Videozeile stets zur Drehachse des Gegenstands gerichtet ist.
Weitere Gesichtspunkte, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden ausführlichen Beschreibung eines bevorzugten Ausführungbeispiels anhand der begleitenden Zeichnung, wobei:
Fig. 1A und 1C zueinander senkrechte schematische Seitenansichten einer Kameravorrichtung und eines zu untersuchenden kugelförmigen Gegenstands sind;
Fig. 1B eine der Fig. 1A ähnliche Seitenansicht zu einem späteren Zeitpunkt ist;
Fig. 2A eine schematische Ansicht einer Videozeile ist;
Fig. 2B eine schematische Ansicht einer Videozeile von drei Gegenständen ist;
Fig. 3 ein Blockdiagramm der Signalverarbeitung ist;
Fig. 4 eine schematische Seitenansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels eine Anlage zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist;
Fig. 5 eine schematisch Draufsicht der Anlage von Fig. 4 ist; und
Fig. 6 eine schematische Ansicht eines mit einer Matrixkamera gewonnenen Bildes ist.
Der Einfachheit halber werden die zu betrachtenden Gegenstände 2 in den Figuren als perfekte Kugeln gezeigt. Gegenstände, deren Oberflächenfarbverteilung mit der erfindungsgemäßen Anlage und dem erfindungsgemäßen Verfahren gemessen werden kann, müssen jedoch keine perfekte Kugelform haben. Zulässige Gegenstände sind Gemüse und Obst, wie z.B. Äpfel, Birnen, Tomaten, Paprika, Auberginen und dergleichen. Im Rahmen der Erfindung wird die Form dieser als bekannt angenommenen Gegenstände als "kugelförmig" bezeichnet.
Das Abtasten eines Gegenstands und die Verarbeitung der dadurch gewonnenen Information wird anhand von Fig. 1 und 3 besprochen.
Fig. 1A und 1C zeigen schematisch zueinander senkrechte Seitenansichten einer Kameravorrichtung 10 und eines zu untersuchenden kugelförmigen Gegenstands 2. Nehmen wir an, daß bei einer Abtastung der Kameravorrichtung 10 ein planares Sichtfeld 11 abgetastet wird. Demgemäß wird ein linearer Abschnitt 3 des Gegenstands 2 abgetastet und auf benachbarten Bildelementen (Pixeln) der Kameravorrichtung 10 abgebildet. Bei einer Ausgabe 13 liefert die Kameravorrichtung 10 ein elektrisches Signal, das für den Datengehalt der jeweiligen Pixel repräsentativ ist.
Die Gruppe von Bildelementen, die in einer Abtastung gewonnen wird, wird als eine Videozeile bezeichnet. Fig. 2A ist eine schematische Darstellung einer Videozeile 50 mit einzelnen Pixeln 51, 51', wobei die Pixel 51 von dem linearen Oberflächenabschnitt 3 des Gegenstands 2 und die Pixel 51' von dem Teil des Sichtfeldes 11 auf der Seite des Gegenstands 2 stammen.
Fig. 2B zeigt den Ort, bei dem sich eine Vielzahl von Gegenständen 2, 2', 2" innerhalb des Sichtfelds 11 befinden, wobei die Pixel 52 von dem Gegenstand 2' und die Pixel 53 von dem Gegenstand 2" stammen. Wie gezeigt, umfaßt die Videozeile 50 Videozeilensegmente 50&sub1;, 50&sub2; und 50&sub3;, die den Positionen entsprechen, bei denen ein Gegenstand 2,2', 2" erwartet werden kann, weil z.B. innerhalb des Sichtfeldes 11 eine Fördereinrichtung mit einer Vielzahl benachbarter Förderbänder angeordnet ist, wie im folgenden ausführlicher beschrieben wird.
Der Datengehalt eines Pixels 51 wird mit dem Begriff Pixelsignal bezeichnet. Die Kameravorrichtung 10 ist für mindestens zwei Farben empfindlich, vorzugsweise Rot (R) und Grün (G), so daß das Pixelsignal zumindest zwei Komponenten R, G ausweist, die für die Intensität von mindestens zwei Farben repräsentativ sind, auf die Bezug genommen wird, wobei die Komponenten R, G mit dem Begriff Farbsignal bezeichnet werden.
Es wird nun an Hand eines veranschaulichenden Beispiels angenommen, daß die Kameravorrichtung 10 für die Farben Rot und Grün empfindlich ist und daß jedes Farbsignal R, G den Wert einer ganzen Zahl zwischen 0 und 15 haben kann, was einer Zahl zwischen 0000 und 1111 in binärer Schreibweise entspricht.
Vorab wurden eine Anzahl von Farbkategorien CC bestimmt, und für jede der möglichen Farbkombinationen die Werte der Farbsignale R, G wurde eine zugeordnete Farbkategorie CC bestimmt. An Hand eines veranschaulichenden Beispiels wird nun angenommen, daß es vier Farbkategorien gibt, nämlich: CC1 für "unreif", CC2 für "heranreifend", CC3 für "reif" und CC4 für "faulig". Die Beziehung zwischen den möglichen Kombinationen der Werte der Farbsignale R, G und der zugeordneten Farbkategorie CC kann in einer Tabelle in einem Speicher 61 einer Datenverarbeitungsvorrichtung 60 gespeichert werden, wie in Fig. 3 dargestellt. Selbstverständlich kann ein Rechner als Datenverarbeitungsvorrichtung 60 verwendet werden.
Falls gewünscht, wird zunächst für jedes Pixel ein Farbkombinationssignal CCS von den beiden Farbsignalen R, G abgeleitet, das für die Kombination der Intensitäten der beiden Farben repräsentativ ist, wobei in diesem Fall der Speicher 61 der Datenverarbeitungsvorrichtung 60 auch eine Tabelle der Beziehung zwischen den möglichen Werten des Farbkombinationssignals CCS und der zugeordneten Farbkategorie CC enthalten kann.
Es wird nun zur Veranschaulichung ebenfalls angenommen, daß das Farbkombinationssignal CCS eine binäre Zahl zwischen 00000000 und 11111111 ist, d.h. eine ganze Zahl zwischen 0 und 255. Wenn die Bits des Farbsignals R jeweils durch r&sub1;, r&sub2;, r&sub3;, und r&sub4; dargestellt werden und die Bits des Farbsignals G jeweils durch g&sub1;, g&sub2;, g&sub3; und g&sub4; dargestellt werden, kann das Rot/Grün-Farbkombinationssignal CCS z.B. gebildet werden als r&sub1;-r&sub2;-r&sub3;-r&sub4;- g&sub1;-g&sub2;-g&sub3;-g&sub4; oder als r&sub1;-g&sub1;-r&sub2;-g&sub2;-r&sub3;-g&sub3;-r&sub4;-g&sub4;; andere Kombinationen sind auch möglich.
Es muß gesagt werden, daß es auch möglich ist, daß die Kameravorrichtung 10 unmittelbar ein Farbkombinationssignal als ein Pixelsignal liefert.
Die Datenverarbeitungsvorrichtung 60 umfaßt weiterhin einen Speicher 62 mit Zählern CCCj,i, die den Farbkategorien CCi und den Videozeilensegmenten 50j zugeordnet wurden. Die Anzahl von Zählern CCC1,1, CCC1,2,...CCC2,1, CCC2,2,... in dem Speicher 62 ist zumindest so groß wie die Anzahl von Farbkategorien CC1, CC2, ... multipliziert mit der Anzahl von Videozeilensegmenten 50&sub1;, 50&sub2;,... .
Die Datenverarbeitungsvorrichtung 60 empfängt das elektrische Signal, das von dem Ausgang 13 der Kameravorrichtung 10 geliefert wird und tastet die Farbsignale R, G oder die Farbkombinationssignale CCS der aufeinanderfolgenden Pixel 51, 51', 52, 53 in einer Videozeile 50 ab.
Wenn die Datenverarbeitungsvorrichtung 60 erfaßt, daß das momentan abgetastete Pixel ein Hintergrundpixel 51' ist, wird dieses Pixel übersprungen.
Wenn die Datenverarbeitungsvorrichtung 60 erfaßt, daß innerhalb des Videozeilensegments 50&sub1; das momentan abgetastete Pixel 51 mit einem Gegenstand 2 korrespondiert, wird die Kombination der Werte der Farbsignale R, G oder der Wert des Farbkombinationssignas CCS mit Daten verglichen, die zuvor in den Speicher 61 eingegeben wurden, und es wird bestimmt, mit welcher der Farbkategorien der Wert korrespondiert. Dann wird ein Zählwert in dem Speicher 62, der mit der betreffenden Farbkategorie korrespondiert, um 1 erhöht.
Nimmt man z.B. an, daß der Wert des Farbkombinationssignals mit der Farbkategorie CC3 ("reif") korrespondiert, so wird der Zählwert des Zählers CCC1,3 durch die Datenverarbeitungsvorrichtung 60 um 1 erhöht.
Wird die Datenverarbeitungsvorrichtung 60 erfaßt, daß innerhalb des Videozeilensegments 50&sub2; das momentan abgetastete Pixel 52 mit einem Gegenstand 2' korrespondiert und die Kombination der Werte der Farbsignale R, G oder der Wert des entsprechenden Farbkombinationssignals CCS mit der Farbkategorie CC1 ("unreif") korrespondiert, so wird der Zählwert des Zählers CC2,1 durch die Datenverarbeitungsvorrichtung um 1 erhöht.
Auf diese Weise wird die gesamte Videozeile 50 abgetastet und verarbeitet. Es ist klar, daß die oben beschriebene Verarbeitung mit einem relativ einfachen Prozessor durchgeführt werden kann, daß die erforderliche Anzahl von Speicherorten (Zähler) relativ klein sein kann und daß das Ergebnis der Verarbeitung unmittelbar nach der Abtastung der Videozeile zur Verfügung steht.
Während der Abtastung wird der Gegenstand 2 um eine Drehachse 4 gedreht, so daß in einem nachfolgenden Abtastzyklus ein nächster linearer Abschnitt 3' der Oberfläche des Gegenstands 2 abgetastet wird, wobei dieser nächste lineare Abschnitt 3' relativ zu dem vorhergehenden linearen Abschnitt 3 um einen Winkel α verschoben wird, wie in Fig. 1B übertrieben gezeigt. Die Größe des Winkels α wird durch die Drehgeschwindigkeit des Gegenstands 2 und die Dauer eines Abtastzyklus der Kameravorrichtung 10 in einer für den Durchschnittsfachmann üblichen Art bestimmt.
Wenn der Gegenstand 2 so eine vollständige Drehung während der Abtastung durch die Kameravorrichtung 10 durchgeführt hat, hat die Kameravorrichtung 10 zumindest im wesentlichen vollständig die Oberfläche des Gegenstands 2 abgetastet. Die Zählwerte der Zähler CCC1,1, CCC1,2,... sind dann repräsentativ für das Farbverhältnis der Oberfläche des untersuchten Gegenstands 2 und können an einem Ausgang 63 der Datenverarbeitungsvorrichtung 60 als Eingangsdaten für eine Sortierstation (nicht gezeigt) abgegeben werden.
Falls gewunscht, führt die Datenverarbeitungsvorrichtung 60 zunächst eine Operation an den Zählwerten der Zähler CCC1,1', CCC1,2,... durch. Es kann z.B. wünschenswert sein, die Farbverhältnisdaten nur in Prozenten bereitzustellen. In diesem Fall kann in dem oben erwähnten Beispiel die Datenverarbeitungsvorrichtung 60 z.B. ausgelegt werden, um einen Leuchtfleckaufweitung-Prozentsatz für den Gegenstand 2 gemäß der folgenden Formel zu liefern: "Leuchtfleckaufweitung"-Prozentsatz
In dem oben genannten wurde angenommen, daß der Gegenstand 2 genau eine Drehung in dem Sichtfeld 11 der Kameravorrichtung 10 durchgeführt hat. Dies könnte bewirkt werden, indem man eine Einrichtung bereitstellt, um sicherzustellen, daß jeder Gegenstand 2 genau eine Drehung durchführt. Da jedoch in der Praxis eine Reihe von Gegenständen 2 untersucht werden müssen und solche aufeinanderfolgenden Gegenst'nde im allgemeinen nicht die gleichen Abmessungen haben, zieht man es vor, alle Gegenstände mehr als eine Drehung durchführen zu lassen und weiterhin nur solche Information zu verarbeiten, die einer vollständigen Drehung entspricht. Somit wird die Information, die mit Oberflächenabschnitten korrespondiert, die mehr als einmal abgetastet wurden, nur einmal verwendet. Im folgenden werden zwei Abwandlungen eines derartigen Verfahrens weitergehend besprochen.
In einer ersten Abwandlung wird während oder nach der Drehung und dem Abtasten bestimmt, zu welchem Zeitpunkt der betreffende Gegenstand 2 eine vollständige Drehung durchgeführt hat. Die Art und Weise, wie dies durchgeführt wird, ist nicht wesentlich. In der folgenden Besprechung eines Ausführungsbielspiels einer Anlage zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Beispiel eines Verfahrens beschrieben, um zu bestimmen, wann der betreffende Gegenstand 2 eine vollständige Drehung durchgeführt hat.
Das weiter oben beschriebene Verfahren zum Gewinnen von Farbsignalen und/oder Farbkombinationssignalen, Verarbeiten dieser Signale und Speichern der verarbeiteten Signale in dem Speicher 62 der Datenverarbeitungsvorrichtung 60 kann dann einfach abgebrochen werden, wenn der oben genannte Augenblick erreicht worden ist.
In einer zweiten Abwandlung wird die Information aller während der Drehung in dem Sichtfeld 11 gewonnenen Videozeilen 50 in jeweiligen Zwischenspeichern gespeichert, wodurch ermöglicht wird, daß Information von jeder Videozeile 50 auf die oben beschriebene Art gesondert verarbeitet wird. In diesem Fall weist der Speicher 62 für jede Farbkategone i und jeden Gegenstand j in dem Sichtfeld 11 der Kamera 10 zumindest N Zwischenzähler CI(n)j,i (1≤n≤N) auf, wobei N gleich der Anzahl von Videozeilen 50 ist, die aus der Drehung des Gegenstands 2 gewonnen werden. Das oben beschriebene Verfahren wird dann unter der Annahme durchgeführt, daß für eine Videozeile 50 mit Rangnummer n der zugeordnete Zähler CI(n)j,i, verwendet wird.
Nachdem der Gegenstand 2 in dem Sichtfeld 11 durch mehr als eine Drehung abgetastet worden ist, steht die verarbeitete Information jeder Videozeile 50 in den jeweiligen Zählern CI(n)j,i zur Verfügung.
Daraufhin wird auf der Grundlage der Anzahl von Videozeilen x, die einer vollständigen Drehung des Gegenstands 2 entsprechen, für jedes i und j die Information x aufeinanderfolgender Zähler CI(n)j,i verarbeitet, und das Ergebnis wird in den Zählern CCCj,i, gespeichert. In diesem Fall kann man z.B. die ersten x aufeinanderfolgenden Zähler CI(n)j,i oder die x Zwischenzähler verwenden. Im allgemeinen wird der in jedem Zähler CCCj,i, zu registrierende Wert gemäß der Formel
verwendet, bei der a eine vorbestimmte Zufallszahl eines Wertes zwischen 1 und N - x + 1 ist.

BEISPIEL

Man nehme an, daß 7 Videozeilen 50(1) bis 50(7) von dem Gegenstand 2 gewonnen werden, wobei die Werte der Farbsignale R und G für jedes der Pixel die in Tabelle 1 gezeigten sind. TABELLE 1 Videozeile Farbsignale R/G
Man nehme weiter an, daß die vorbestimmte Beziehung zwischen dem Wert der Farbsignale R und G und den Farbkategorien die folgenden Regeln erfüllt: korrespondiert mit CC3 ("reif") korrespondiert mit CC2 ("heranreifend") korrespondiert mit CC1 ("unreif")
Für den betreffenden Gegenstand 2 sind 21 Zwischenzähler CI(n)1,i in Betrieb, die zu Beginn des Verarbeitungsverfahrens auf Null gesetzt werden.
Während der Abtastung der Videozeile 50(1) wird für das erste Pixel in Übereinstimmung mit Regel (3) bestimmt, daß der Wert des Zwischenzählers CI(1)1,3 um 1 erhöht werden muß und somit den Wert 1 annimmt. Für das zweite Pixel wird genauso bestimmt, daß der Wert des Zwischenzählers CI(1)1,3 um 1 erhöht werden muß und daher den Wert 2 erhält.
Nach der Abtastung aller Videozeilen 50(1) bis 50(7) sind die Werte der Zwischenzähler CI(1)1,i' die in Tabelle 2 gezeigten. TABELLE 2 Zählwerte
Man nehme weiter an, daß bestimmt wird, daß die Anzahl aufeinanderfolgender Videozeilen 50, die einer vollständigen Drehung des Gegenstands 2 entspricht, gleich 5 ist (x = 5). In diesem Fall werden zur Bewertung des Gegenstands 2 für jedes i nur die Inhalte von 5 aufeinanderfolgenden Zwischenzählern CI(1)1,i verarbeitet, z.B. (mit a = 2 in Formel (2)) die aufeinanderfolgenden 5 Zähler CI(2)1,i bis CI(6)1,i.
Dies führt zu den folgenden Ergebnissen für die Farbkategoriezähler CCC1,i:
CCC1,1 = 10; CCC1,2 = 5; CCC1,3 = 15
die dem Ausgang 63 der Datenverarbeitungsvorrichtung 60 als Sortierinformation zugeführt werden, die für die Oberfläche des Gegenstands 2 repräsentativ ist.
Fig. 4 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Anlage zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens. Als Kameravorrichtung wird eine Matrixkamera 110, wie z.B. eine CCD-Farbkamera, verwendet. Dies ermöglicht das Abtasten einer Vielzahl von Gegenständen 2 Seite an Seite sowie hintereinander. Die Gegenstände können um eine relativ kleine Entfernung beabstandet sein, wodurch die zulässige Förderkapazität erhöht wird.
Die Anlage 100 weist außerdem eine Einrichtung 120 zum Fördern der Gegenstände 2 durch das Sichtfeld 111 der Matrixkamera 110 auf.
In Fig. 4 ist das Sichtfeld 111 der Matrixkameravorrichtung 110 durch unterbrochene Linien begrenzt. Fig. 4 zeigt weiterhin, daß ein Spiegel 112 vor der Matrixkameravorrichtung 110 angeordnet werden kann. Der wesentliche Punkt einer derartigen Anordnung besteht lediglich darin, die praktische Gesamthöhe der Anlage 100 auf an sich bekannte Weise zu begrenzen.
Die Einrichtungen 120 sind angeordnet, um die Gegenstände 2 von links nach rechts, wie durch den Pfeil F7 in Fig. 4 gezeigt, durch das Sichtfeld 110 mit einer Translationsgeschwindigkeit v&sub7; hindurchzubefördern und um die Gegenstände 2 weiterhin in Drehung zu versetzen, wie durch den Pfeil F8 in Fig. 4 gezeigt, wobei die Drehachse senkrecht zu der Förderrichtung F7 ist.
In dem in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel weisen die Fördereinrichtungen 120 ein Rollenförderband 121 auf. Ein derartiges Rollenförderband 121, das in Fig. 5 in der Draufsicht gezeigt ist, weist zueinander parallele Rollen 122 auf, deren Enden 123 an einer Endloskette 124 mit gleichen Zwischenräumen drehbar gelagert sind. Die Kette 124 ist z.B. auf zwei Kettenrädern gelagert, und eines der Keifenräder kann durch einen Motor auf an sich bekannte Art angetrieben werden. Da die Eigenschaften und der Aufbau des Antriebs für die Keife 124 nicht der vorliegenden Erfindung angehören und ein Fachmann darüber nichts wissen muß, um die vorliegende Erfindung richtig zu verstehen, werden sie hier nicht weiter beschrieben.
Die Rollen 122 haben eine im wesentlichen zylindrische Form und können einen Umriß haben, der zum Zentrieren und Drehen der Gegenstände geeignet ist. Insbesondere haben sie zumindest einen Abschnitt 125 mit verringertem Durchmesser, der auf gegenüberliegenden Seiten von Abschnitten 126 mit größerem Durchmesser begrenzt ist. Die Abschnitte 125 dienen zur Aufnahme einens Gegenstands 2, der durch die Abschnitte 125 zweier nebeneinanderliegender Rollen 122 getragen wird, wie man in Fig. 4 und 5 deutlich sieht. Fig. 5 zeigt darüber hinaus, daß jede Rolle 122 eine Vielzahl von Abschnitten 125 haben kann, um eine Vielzahl von Gegenständen 2 Seite an Seite zu befördern.
Es muß gesagt werden, daß die Rollen 122 mit einem Oberflächenmaterial und/oder einer Oberflächenstruktur versehen sind, das/die geeignet ist, um für einen guten Halt auf den Gegenständen 2 zu sorgen, um sie im wesentlichen ohne Schlupf zu drehen. Die Rollen 122 können z.B. mit Längsrillen versehen und zumindest teilweise mit Gummi beschichtet sein oder vorzugsweise vollständig aus Gummi bestehen.
Wenn die Kette 124 angetrieben wird, werden die Rollen 122 senkrecht zu Ihren Achsen in einer Richtung und mit einer Geschwindigkeit verschoben, die durch die Wandergeschwindigkeit der Kette 124 bestimmt wird und mit der durch den Pfeil F7 gezeigten Translation der Gegenstände 2 korrespondiert. Die Rollen 122 werden von einer Stützfläche 127 getragen, die relativ zu einem Maschinenrahmen stationär angeordnet ist. Wegen der Reibung zwischen der Stützfläche 127 und den Rollen 122 führt jede Rolle auch eine Drehung aus, wie durch den Pfeil F9 in Fig. 4 gezeigt. Auf Grund dieser Drehung der Rollen 122 führen die von den sich drehenden Rollen 122 getragenen Gegenstände 2 die entgegengesetzte Drehung (F8) aus. In diesem Zusammenhang besteht eine feststehende Korrelation zwischen der Drehgeschwindigkeit θ8 der Gegenstände 2 und der Drehgeschwindigkeit θ&sub9; der Rollen 122. Weiterhin besteht eine feste Korrelation zwischen der Drehgeschwindigkeit θ&sub9; und der Translationsgeschwindigkeit v&sub7;: Wenn kein Schlupf vorliegt, wird diese Korrelation durch die Formel
v&sub7; = R&sub1;&sub2;&sub6; θ&sub9; (6)
bestimmt, wobei R&sub1;&sub2;&sub6; der Radius der Abschnitte 126 der Rollen 122 ist.
Dies bedeutet, daß die von einem Gegenstand 2 in der Translationsrichtung zurückgelegte Entfernung, die einer vollständigen Drehung des Gegenstands 2 entspricht und im folgenden als die charakteristische Translationsentfernung bezeichnet wird, fest ist und nur von den Durchmessern der Rollenabschnitte 125 und 126, der Größe des betreffenden Gegenstands und, falls ein derartiger Gegenstand eine geringfügig unregelmäßige Form hat, was in der Praxis oft der Fall ist, von dem genauen Punkt abhängt, bei dem ein derartiger Gegenstand die Rollen 122 berührt.
Im allgemeinen korrespondiert diese charakteristische Translationsentfernung nicht mit der Länge des Sichtfeldes 111. Dies bedeutet, daß, wenn keine weiteren Schritte unternommen werden, um die Drehgeschwindigkeit der Gegenstände 2 zu ändern, die Gegenstände 2 im allgemeinen eine Anzahl von Drehungen im Sichtfeld 111 der Kamera durchführen würden, die die Zahl 1 bei weitem übersteigt. Wie in Fig. 4 gezeigt, ist die Anlage 100 daher vorzugsweise mit Einrichtungen 130 ausgestattet, um die Drehgeschwindigkeit θ&sub9; der Rollen 122 und daher die Drehgeschwindigkeit θ&sub8; der Gegenstände 2 zu ändern. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel weisen die Einrichtungen 130 einen Endlosreibungsriemen 131 auf, der bei dem Sichtfeld 111 angeordnet ist. Der Endlosriemen 131 ist z.B. auf Rädern oder Rollen 132 montiert, von denen eines bzw. eine von einem Motor (nicht gezeigt) auf an sich bekannte Weise angetrieben werden kann. Der oberer Abschnitt des Riemens 131 ist mit der Stützfläche 127 in einer Ebene angeordnet und kann zwischen den Rädern oder den Rollen 132 durch eine stationäre Stützfläche 133 getragen werden, um einen Durchhang zu verhindern.
Indem man einen geeigneten Wert für die Drehgeschwindigkeit und Drehrichtung der Räder oder Rollen 132 auswählt, kann die Drehgeschwindigkeit θ&sub8; der Gegenstände 2 ohne Ändern der Translationsgeschwindigkeit v&sub7; der Gegenstände 2 eingestellt werden, so daß die charakteristische Translationsentfernung auf die Länge des Sichtfeldes 111 eingestellt werden kann. Dies kann wie folgt gesehen werden. Wenn der Riemen 131 stationär ist, ist die Drehgeschwindigkeit der Rollen 122 neben dem Riemen 131 gleich der Drehgeschwindigkeit der Rollen 122 neben der Stützfläche 127, weshalb keine Änderung stattgefunden hat. Wenn die Translationsrichtung des Riemens 311 so ausgewahlt worden ist, daß sie gleich der Translationsrichtung der Rollen 122 ist, wie durch den Pfeil F10 in Fig. 4 gezeigt, wird die Drehgeschwindigkeit der Rollen verringert. Wenn der Riemen 131 eine Translationsgeschwindigkeit zwischen Null und der Geschwindigkeit der Rollen 122 hat, hat die Drehgeschwindigkeit der Rollen 122 einen Wert zwischen Null und der Drehgeschwindigkeit der Rollen 122 bei der Stützfläche 127.
Wenn die Translationsgeschwindigkeit des Riemens 131 so ausgewählt worden ist, daß sie größer als diejenige der Rollen 122 ist, wird die Drehrichtung der Rollen 122 und somit der Gegenstände 2 umgekehrt.
Die Geschwindigkeit des Riemens 131 wird so gewählt, daß Gegenstände einer maximalen erwarteten Größe genau eine vollständige Drehung im Sichtfeld 111 durchführen. Man erkennt sofort, daß dann Gegenstände einer kleineren Größe mehr als eine vollständige Drehung im Sichtfeld 111 durchführen.
Es folgt nun eine weitere Erklärung, wie Zeilenbilder unter Verwendung einer Matrixkamera hergestellt werden.
Das Sichtfeld 111 der Kamera 110 besteht in der Tat aus einer Gruppe aufeinanderfolgender Betrachtungsebenen 201, 202, 203, 204, 205, etc. Jede Betrachtungsebene korrespondiert mit einer Videozeile der Kamera 110. Ein linearer Abschnitt 3 der Oberfläche eines Gegenstands 2, der in der Betrachtungsebene 201 ist, wird demgemäß auf der Videozeile der Kamera 110 abgebildet, die mit der Betrachtungsebene 201 korrespondiert. Wenn, wie in Fig. 4 gezeigt, die Drehachse eines Gegenstands 2 in der Betrachtungsebene 201 ist, werden die Inhalte der Pixelelemente der Videozeile der Kamera 110, die mit der Ebene 201 korrespondiert, als eine Zeilenmessung der Oberfläche des betreffenden Gegenstands 2 auf eine Art und Weise interpretiert, die mit der oben beschriebenen vergleichbar ist. Die Inhalte der Videozeilenkamera 110, die mit den Ebenen 202, 203 korrespondieren, werden nicht als das Ergebnis einer Messung betrachtet, weil die betreffenden Betrachtungsebenen nicht zu dem Mittelpunkt eines Gegenstands gerichtet sind. In der in dem oberen Teil von Fig. 4 dargestellten Situation werden daher nur die Inhalte der mit den Ebenen 204, 205, 206 und 207 korrespondierenden Videozeilen als das Ergebnis einer Zeilenmessung bezüglich der jeweiligen Gegenstände 22&sub2;, 2&sub3;, 2&sub4; und 2&sub5; interpretiert.
In dem unteren Teil von Fig. 4 ist die Situation dargestellt, bei der die Rollen 122 über eine bestimmte Entfernung x verschoben worden sind. Der Mittelpunkt des Gegenstands 2&sub1; befindet sich nun in der Ebene 202, so daß nun die Inhalte der Videozeile der Kamera 110, die mit der Ebene 202 korrespondiert, als das Ergebnis einer Zeilenmessung eines linearen Abschnitts 3' der Oberfläche des Gegenstands 2&sub1; interpretiert werden. Die Inhalte der Videozeile der Kamera 110, die mit der Ebene 201 korrespondiert, werden nun nicht als das Ergebnis einer Messung interpretiert.
Wie aus Fig. 4 ersichtlich, wurde mit der Verschiebung über die Entfernung x der Gegenstand 2&sub1; um einen gewissen Winkel gedreht, so daß sich der lineare Abschnitt 3' der Oberfläche des Gegenstands 2&sub1; von dem linearen Abschnitt 3 (siehe auch Fig. 1B) unterscheidet.
Nach einer weiteren Verschiebung in der Richtung F7 und einer Drehung des Gegenstands in der Richtung F8 wird daher nach und nach ein nächster linearer Abschnitt der Oberfläche des Gegenstands 2&sub1; auf eine Videozeile der Kamera 110 abgebildet, die mit der nächsten Betrachtungsebene korrespondiert.
Man beobachtet, daß, wenn eine "nächste" Zeilenmessung durchgeführt wird, gegebenenfalls in jedem Fall eine oder mehrere Videozeilen übersprungen werden kann bzw. können, z.B. dann, wenn die Information, die von den tatsächlich verwendeten Videozeilen kommt, eine angemessene Wiedergabe der Oberfläche des Gegenstands ist. Falls gewünscht, kann auch jede Zeilenmessung einen Bezug zu den Bildelementen zweier oder mehrerer benachbarter Videozeilen gleichzeitig haben.
Während der Beförderung der Rollen 122 durch das Sichtfeld 111 der Kamera 110 können eine Vielzahl von Gegenständen gleichzeitig gemessen werden. Wie man in Fig. 4 deutlich sieht, kann das Sichtfeld 111 der Kamera 110 eine Vielzahl von Gegenständen 2&sub1;, 2&sub2;, etc in der Translationsrichtung F7 abdecken. Gleichermaßen kann das Sichtfeld 111 der Kamera 110 groß genug sein, um eine Vielzahl von Gegenständen 2, 2', 2", etc Seite an Seite abzudecken, wie in Fig. 5 und 6 gezeigt.
Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Anlage 100, bei der die Rollen 122 angeordnet wurden, um vier Gegenstände Seite an Seite zueinander durch das Sichtfeld 111 der Kamera 110 zu befördern.
Fig. 6 zeigt ein Momentanbild des mit der Kamera 110 gewonnenen Bildes. Das durch unterbrochene Linien dargestellte Rechteck stellt das Sichtfeld 111 der Kamera 110 dar. Der strichpunktierte Kreis zeigt die momentane Position eines Gegenstands 2 in dem Sichtfeld 110. Fig. 6 zeigt weiterhin eine Videozeile 215, bei der zu diesem Zeitpunkt ein Bild des mittigen Abschnitts des gezeigten Gegenstands 2 gemacht wird. Weiterhin zeigt Fig. 6 vier Videozeilen 211, 214, 216 und 217, bei denen der Mittelpunkt eines Gegenstands 2 auf gleiche Weise abgebildet wird. Das Bild der in Fig. 6 gezeigten Kamera kann dahingehend betrachtet werden, daß es mit der in dem oberen Teil von Fig. 4 dargestellten Situation korrespondiert, wobei die Videozeile 211 mit der Ebene 201 korrespondiert, die Videozeile 214 mit der Ebene 204 korrespondiert etc, während die Videozeilenelemente 211&sub1;, 211&sub2;, 211&sub3;, und 211&sub4; jeweils mit den vier Gegenständen korrespondieren, die sich Seite an Seite auf der Rolle 122 befinden, wie in Fig. 5 bei 311 gezeigt. Die betrachteten Videozeilenelemente sind durch Videozeilenelemente 211&sub5; getrennt, deren Inhalte nicht mit einem Gegenstand 2 korrespondieren. Auf ähnliche Weise sind die Videozeilenelemenete der Videozeilen 214, 215, 216 und 217 gezeigt, die mit Gegenständen korrespondieren.
Man beachte, daß die Unterteilung jeder Videozeile in Videozeilensegmente, wie anhand von Fig. 2B besprochen, durch die Positionen der durch die engeren Abschnitte 125 der Rollen 122 bestimmten Förderbänder festgelegt wird.
Man beachte, daß die Kamera 110 das Sichtfeld 111 Zeile für Zeile abtastet. In der in dem oberen Teil von Fig. 4 dargestellten Situation, bei der die Ebenen 201 und 204 (Fig. 6) zu den Drehachsen von Gegenständen gerichtet sind und die Information der Videozeilen 211 und 214 verarbeitet wird, wird die Information der Videozeilen zwischen den Videozeilen 211 und 214 nicht verarbeitet, so daß während dieser Zeit die Datenverarbeitungsvorrichtung 60 ausreichend Gelegenheit hat, die Berechnungen durchzuführen. Aus diesem Grund gilt dasselbe für die Videozeilenabschnitte 211&sub5; zwischen den Gegenständen.
Es wird nun die Steuerung des Ausführungsbeispiels von Fig. 4 bis 6 weiter beschrieben.
Wenn die Anlage in der in dem oberen Teil von Fig. 4 gezeigten Stellung ist, die mit dem in Fig. 6 gezeigten Bild korrespondiert, weist eine Steuerungsvorrichtung 41 die Informationsverarbeitungsvorrichtung 60 an, die Pixelsignale der Videozeilenelemente 211&sub1; bis 211&sub4; der Videoleitung 211 zu verarbeiten und den relevanten Zählwert in dem Speicher 62 zu aktualisieren und diese Pixelsignale wahlweise in jeweiligen Orten in dem Speicher 62 zu registrieren. Dasselbe gilt natürlich für die Videozeilen 214, 215, 216 und 217. Wenn die Anlage in der in dem unteren Teil von Fig. 4 gezeigten Stellung ist, wenn die Rollen 122 der Fördereinrichtung 120 über die Entfernung x verschoben worden sind, gibt die Steuerungsvorrichtung 41 Anweisungen ab, um die Pixelsignale der Videozeilenabschnitte 212&sub1; bis 212&sub4; der Videozeile 212 (in Fig. 6 nicht gezeigt) zu verarbeiten, die neben der Videoleitung 211 angeordnet sind und der Ebene 202 entsprechen.
Wenn ein Gegenstand so das gesamte Sichtfeld 111 durchquert hat, ist eine Farbmessungsoperation auf seiner gesamten Oberfläche durchgeführt worden.
Die oben erwähnte Entfernung x, die die Rollen 122 durchlaufen müssen, um die Gegenstände von der Betrachtungsebene zu einer nachfolgenden Betrachtungsebene zu befördern, wobei die Entfernung x in Fig. 4 übertrieben gezeigt ist, hat in einem gegebenen Aufbau einen festen Wert. Um die Farbmessungen zu den richtigen Zeitpunkten durchzuführen, muß die Steuerungsvorrichtung 41 wissen, wann eine solche Entfernung x tatsächlich durchlaufen worden ist. Zu diesem Zweck kann die Fördereinrichtung 120 mit einer Einrichtung zum Messen der von der Fördereinrichtung 120 zurückgelegten Entfernung und zum Weiterleiten des Ergebnisses zu der Steuerungseinheit 41 ausgestattet sein. Derartige Einrichtungen sind an sich bekannt. Es ist auch möglich, die Fördereinrichtung 120 mit einer Einrichtung zum Messen ihrer Geschwindigkeit auszustatten und um somit der Steuerungseinheit 41 die gemessene Geschwindigkeit zuzuführen. Aus diesem Ergebnis kann die Steuerungseinheit 41 dann die Zeit tx berechnen, die die Fördereinrichtung 120 benötigt, um die betreffende Entfernung x zurückzulegen. Es ist auch möglich, tx als festen Wert in den Speicher 62 einzugegben.
Um zu bestimmen, wann der Gegenstand 2 eine vollständige Drehung im Sichtfeld 111 der Kamera 110 durchgeführt hat, kann zuerst der Umfang des Gegenstands 2 bestimmt werden, da der Umfang des Gegenstands 2 relativ zu den relativen Abmessungen der Rollen 122 ein Maß für die charakteristische Translationsentfernung ist. Der Umfang des Gegenstands 2 kann durch Messen des Durchmessers des Gegenstands 2 in der durch F7 angegebenen Förderrichtung bestimmt werden, wobei eine gesonderte Meßvorrichtung, wie z.B. eine Fotozelle, verwendet wird und die Messung der Zeit durchgeführt wird, die der Gegenstand 2 benötigt, um sich an der Fotozelle vorbeizubewegen.
Es ist auch möglich, ein Maß für die Größe des Gegenstands 2 und somit für seinen Umfang zu erhalten, indem man eine Gewichtsmessung durchführt.
Es ist auch möglich, den Durchmesser des Gegenstands 2 mittels Bildverarbeitung des von dem Gegenstand 2 gewonnenen Bildes zu bestimmen, wie dem Fachmann ebenfalls bekannt ist. In diesem Fall kann der Durchmesser direkt in der Förderrichtung bestimmt werden, wenn eine Matrixkamera verwendet wird, indem man z.B. die Anzahl der Videozeilen zählt, die von dem Gegenstand gleichzeitig stammende Bildelemente enthalten. Indem man erfaßt, welches die relevanten Videozeilen sind sowie deren Veränderung über die Zeit erfaßt, läßt sich die Verschiebung des Gegenstands erfassen. Auf diese Weise kann auch erfaßt werden, welches die Videozeile ist, die zu dem Drehzentrum des Gegenstands gerichtet ist, indem man z.B. erfaßt, welche Videozeile die meisten von einem Gegenstand stammenden Bildelemente enthält.
Eine weitere Verbesserung der erfindungsgemäßen Anlage besteht in der Bereitstellung zumindest einer Lichtquelle 151, 152, die neben dem Sichtfeld 111 angeordnet ist und den Gegenstand 2 im Sichtfeld im wesentlichen schräg beleuchtet. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind zwei Lichtquellen 151 und 152 gezeigt, die auf gegenüberliegenden Seiten des Sichtfeldes 111 angeordnet sind. In der Praxis werden vorzugsweise vier derartige Lichtquellen neben den Ecken des Sichtfeldes 111 angeordnet. Die Lichtquellen 151 und 152 sind vorzugsweise abseitig bzw. aufseitig relativ zu dem Sichtfeld 111 angeordnet und sorgen vorzugsweise für eine homogene Lichtintensität über die Breite der Fördereinrichtung 120, um für eine ausgeglichene Beleuchtung des Sichtfeldes 111 zu sorgen, wobei keinerlei Schatten der Gegenstände 2 die Messungen beeinflußt. Die schräge Anordnung verhindert die Möglichkeit, daß Glanzflecken auf den Gegenständen die Betrachtungsebenen schneiden und dadurch die Messungen stören. Ein weiterer Schritt zur Entfernung jeglichen Glanzes ist die Verwendung von Polarisationsfiltern für die Kamera 111 und die Lichtquellen 151, 152, wobei die Polarisationsfilter für die Lichtquellen zueinander parallele Orientierungen in einer Polarisationsrichtung senkrecht zu derjenigen des Poarisationsfilters der Kamera 110 haben.
In der Praxis kann es vorkommen, daß zwei unterschiedliche Bildelemente der Matrixkamera 110 eine unterschiedliche Reaktion auf denselben Oberflächenabschnitt eines Gegenstands abgeben. Dies kann durch Abweichungen unter den Bildelementen selbst, jedoch auch durch eine unvollständig homogene Beleuchtung des Sichtfeldes 111 verursacht werden. An solchen Orten, bei denen das Sichtfeld 111 eine größere Lichtintensität hat, kann derselbe Oberflächenabschnitt eines Gegenstands ein größeres Lichtsignal an ein Pixel abgeben, so daß dieses Pixel einen größeren Meßwert ergibt. Um diesem Effekt entgegenzuwirken, können die Pixel der Matrixkamera wahlweise relativ zueinander kalibriert werden, indem man eine Testmessung vor der Farbmessung auf einer glatten Testoberfläche einer bekannten Farbe durchführt, die sich in dem Sichtfeld 111 befindet. Wenn alles in Ordnung ist, sollten sämtliche Pixel denselben Meßwert liefern. Wechselseitige Abweichungen sind z.B. ein Hinweis für örtliche Schwankungen der Lichtintensität. Diese Schwankungen können in einem Hilfsspeicher aufgezeichnet werden, der einen Korrelationswert für jedes Pixel enthält. Während die tatsächlichen Farbmessungen durchgeführt werden, kann der gemessene Wert für jedes Pixel vor seiner weiteren Verarbeitung durch Substituieren des entsprechenden Korrekturwertes korrigiert werden. Obwohl dies relativ viel Speicherplatz erfordert, wird eine beachtliche Verbesserung der Meßgenauigkeit erzielt.
Wahlweise kann die Anlage 100 einen Rechner und einen Farbmonitor aufweisen. In diesem Fall ist es möglich, ein zweidimensionales Bild der Oberflächenfarbe eines einzigen Gegenstands anzuzeigen. Natürlich erfordert dies, daß jedes von dem Gegenstand gewonnene Pixelsignal in einem Speicher für den Monitor abgespeichert wird.
Für den Fachmann ist klar, daß die Ausführungsform der gezeigten erfindungsgemäßen Anlage verändert und abgewandelt werden kann, ohne daß er vom erfinderischen Grundgedanken und dem Schutzumfang abweicht. Es ist daher z.B. möglich, eine Kamera zu verwenden, die so ausgelegt ist, daß sie direkt ein Farbkombinationssignal abgibt. Es ist auch möglich, Bewertungskriterien, wie die oben erwähnten Formeln (3) bis (5), manuell einzugeben, doch ist es auch möglich, die Anlage in einer "Lernphase" zu betreiben, wobei eine Reihe charakteristischer Gegenstände, deren entsprechende Farbkategorie bekannt ist, eingegeben und gemessen werden, wobei die gemessenen Signalwerte in der Tabelle als mit der bekannten Farbkategorie korrespondierende gespeichert werden.
Für den Fachmann ist weiterhin klar, daß die oben besprochene Ausführungsform einfach abgewandelt werden kann, wenn man eine Kameravorrichtung verwendet, die für drei oder mehr Farben empfindlich ist.

Claims

1. Verfahren zum Messen der Farbverteilung der Oberfläche eines kugelförmigen Gegenstandes unter Verwendung einer Farbmatrixkamera, wobei der zu untersuchende Gegenstand durch das Sichtfeld der Matrixkamera befördert wird, die ein aus einer Anzahl von Videozeilen bestehendes Bild erzeugt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

a) Auswählen einer Videozeile von dem Bild;

b) Ableiten, von dem durch ein Pixel einer gerade betrachteten Videozeile bereitgestellten Pixelsignal, zumindest eines ersten Farbsignals, das für die Intensität einer durch das Pixel erfaßten ersten vorausgewählten Farbe repräsentativ ist, und zumindest eines zweiten Farbsignals, das für die Intensität einer durch das Pixel erfaßten zweiten vorausgewählten Farbe repräsentativ ist;

c) Vergleichen einer Kombination der Werte von zumindest zwei Farbsignalen mit einer vorbestimmten Korrelation zwischen den möglichen Kombinationen von Werten der Farbsignale einerseits und einer vorbestimmten Anzahl von Farbkategorien andererseits, um zu bestimmen, mit welcher der Farbkategorien die Kombination der zumindest zwei Farbsignale korrespondiert;

d) Erhöhen des Zählwertes eines Zählers um 1 je nach der bestimmten Farbkategorie;

e) Wiederholen der Schritte b) bis d) für alle aufeinanderfolgenden Pixel, die mit demselben zu untersuchenden Gegenstand korrespondieren und zu derselben Videozeile gehören;

gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

f) Wiederholen der Schritte b) bis e), während der zu untersuchende Gegenstand zumindest eine ganze Umdrehung im Sichtfeld der Kamera ausführt;

g) Vergleichen der in den vorhergehenden Schritten gewonnenen resultierenden Zählwerte mit vorbestimmten Auswahlkriterien in einer Datenverarbeitungsvorrichtung;

wobei nach dem Schritt e) und vor dem Schritt f) eine benachbarte Videozeile ausgewählt wird, die relativ zu der vorhergehenden Videozeile in der Beförderungsrichtung des zu untersuchenden Gegenstandes verschoben ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem in Schritt e) die Schritte b) bis d) ebenfalls für alle aufeinanderfolgenden Pixel wiederholt werden, die mit demselben zu untersuchenden Gegenstand korrespondieren und zumindest zu einer benachbarten Videozeile gehören.

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem in Schritt f) eine oder mehrere Videozeilen übersprungen werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem sichergestellt wird, daß der zu untersuchende Gegenstand genau eine ganze Umdrehung im Sichtfeld der Kamera ausführt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem der zu untersuchende Gegenstand mehr als eine ganze Umdrehung im Sichtfeld der Kamera ausführt, und wobei in Schritt f) die Schritte b) bis e) wiederholt werden bis der zu untersuchende Gegenstand im wesentlichen genau eine ganze Umdrehung im Sichtfeld der Kamera ausgeführt hat.

6. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem:

der zu untersuchende Gegenstand mehr als eine ganze Umdrehung im Sichtfeld der Kamera ausführt;

der Betrag des Drehwinkels erfaßt wird, durch den sich der zu untersuchende Gegenstand im Sichtfeld der Kamera bewegt hat;

nach Schritt e) die Zählwerte der mit den Farbkategorien korrespondierenden Zähler in Zwischenspeichem abgespeichert werden, die mit jeweiligen Videozeilen korrespondieren;

nach Schritt f) für jede Farbkategorie die Inhalte nur eines Teiles der Zwischenspeicher addiert werden, wobei der Teil im wesentlichen mit genau einer ganzen Umdrehung des zu untersuchenden Gegenstandes korrespondiert.

7. Verfahren nach Anspruch 6, bei welchem der Drehwinkel erfaßt wird, indem man den Umfang des zu untersuchenden Gegenstandes bestimmt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, bei welchem der Umfang vor oder während der Farbmessung bestimmt wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem eine Videozeile Pixel enthalten kann, die mit verschiedenen Gegenständen korrespondieren.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Auswahl der benachbarten Videozeile derart durchgeführt wird, daß die benachbarte Videozeile zu der Drehachse des zu untersuchenden Gegenstandes gerichtet ist.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem von einem Gegenstand der Durchmesser bestimmt wird, indem man das von dem Gegenstand gewonnene Bild verarbeitet.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem das Sichtfeld Pixel enthalten kann, die mit unterschiedlichen Gegenständen in der Beförderungsrichtung korrespondieren.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem für die Beförderung und die Drehung der zu untersuchenden Gegenstände im Sichtfeld der Kamera eine Walzen-Fördereinrichtung verwendet wird und die Walzen zumindest am Ort des Sichtfeldes auf einem Endlos-Reibungsband aufliegen, dessen Fortbewegungsgeschwindigkeit bei Bedarf eingestellt werden kann, um die Drehgeschwindigkeit der Walzen zu beeinflussen.

14. Verfahren nach Anspruch 13, bei welchem die Fortbewegungsgeschwindigkeit des Endlos-Reibungsbandes derart ausgewählt wird, daß die größten zu erwartenden Gegenstände genau eine Umdrehung während der Beförderung durch das Sichtfeld der Kamera durchführen.

15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem in einer Testphase die Bildelemente relativ zueinander mittels einer Messung auf einer glatten Testoberfläche einer bekannten Farbe kalibriert werden.

16. Verfahren nach Anspruch 15, bei welchem während einer tatsächlichen Messung der gewonnene Meßwert mittels der Testergebnisse korrigiert wird.

17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der Kontrast einer Messung erhöht wird, indem zuerst eine Messung ohne Gegenstände durchgeführt wird, das Ergebnis in einem Referenzspeicher gespeichert wird und während der tatsächlichen Messung der Inhalt des Referenzspeichers von dem gewonnenen Meßwert subtrahiert wird.

18. Verfahren zum automatischen Sortieren von Gemüse oder Obst auf der Grundlage der Farbverteilung des Gemüses oder des Obstes, wobei die Farbverteilung mittels eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche gemessen wird.

19. Anlage zum Durchführen des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welche aufweist:

eine Matrixkamera;

eine Beförderungseinrichtung zum drehenden Befördern von zu untersuchenden Gegenständen durch das Sichtfeld der Kamera; und

eine Einrichtung zum Beeinflussen der Drehgeschwindigkeit der Gegenstände.

20. Anlage nach Anspruch 19, bei welcher die Beförderungseinrichtung eine Walzen- Fördereinrichtung aufweist, deren Walzen beim Sichtfeld auf einem Endlos-Reibungsband aufliegen.

21. Anlage nach Anspruch 19 oder 20, bei welcher auf gegenüberliegenden Seiten des Sichtfeldes der Kamera zumindest eine Lichtquelle angeordnet ist, um die Gegenstände schräg zu beleuchten.

22. Anlage nach einem der Ansprüche 19 bis 21, bei welcher vor der Kamera und vor jeder Lampe Polarisationsfilter angeordnet sind, wobei die für unterschiedliche Lampen angeordneten Polarisationsfilter zueinander gleich orientiert sind und die vor der Kamera angeordneten Polarisationsfilter eine bezüglich der Orientierung der vor den Lampen angeordneten Polarisationsfilter um 90º gedrehte Orientierung haben.

23. Anlage nach einem der Ansprüche 19 bis 22, bei welcher ein Farbmonitor vorgesehen ist, um die von einem Gegenstand erhaltenen Pixelsignale darzustellen, um ein Farbbild der gesamten Oberfläche des Gegenstandes zu bilden.