FI115588B - Kameraliityntä - Google Patents

Description

115588 KAMERALIITYNTÄ Tekniikan ala 5 Keksinnön kohteena on oheisen patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan mukaisesti menetelmä kamerayksikön liittämiseksi tiedon-siirtoyh-teyteen kuvatietoa käsittelevän kuvankäsittely-yksikön kanssa jatkuvan kuiturainan valmistus- tai jälkikäsittelyprosessia valvovassa järjestelmässä. Keksintö kohdistuu oheisen patenttivaatimuksen 3 johdanto-10 osan mukaisesti myös menetelmän toteuttavaan kameraliityntään.

Keksinnön taustaa ia tekniikan taso

Paperin, kartongin ja myös muiden vastaavien rainamaisten materiaa-15 lien valmistus- ja jälkikäsittelyprosesseissa käytettäviä ratanopeuksia pyritään jatkuvasti kasvattamaan mainittujen prosessien tuotantotehokkuuden parantamiseksi. Ratanopeuksien kasvaessa prosessien toimintaa ja tilaa joudutaan kuitenkin vastaavasti myös valvomaan aikaisempaa yksityiskohtaisemmin, jotta vältyttäisiin tuotantotehok-20 kuutta heikentävien ratakatkojen ja kuiturainan erilaisten laatuvirheiden lisääntymiseltä.

· Sähköisten matriisi- ja viivakameroiden käyttö on eräs varsin tehok- :/·: kaaksi havaittu tapa nopeasti liikkuvan kuiturainan ja sen radan reaali- :··: 25 aikaisen valvonnan toteuttamiseen. Kamerat mahdollistavat kohteen :*·,· kosketuksettoman optisen valvonnan samanaikaisesti laajalta alalta, esimerkiksi rainan koko poikkisuuntaiselta leveydeltä, ja useita eri .···. kamerayksiköitä käyttäen voidaan kuiturainaa ja sen rataa tarvittaessa seurata konesuunnassa useissa eri kohdissa prosessia.

• 30

Eräs esimerkki kaupallisesti tarjolla olevista paperiradan reaaliai-·;·' kaiseen kameravalvontaan soveltuvista järjestelmistä on hakijan kehit- :··: tämä ns. Sensodec WRM™-järjestelmä, jossa järjestelmässä voi olla ·:··· jopa useita kymmeniä kamerayksiköitä järjestettynä kuvaamaan pape- 35 rirainaa ja sen rataa eri kohdissa prosessia. Järjestelmän perusperi-:·· : aatetta on esitetty kuvassa 1. Kamerayksiköitä 11-18 voi olla tarpeen :···: mukaan sijoitettuna eri kohtiin prosessia alkaen paperikoneen märästä 2 115588 päästä aina paperirainan kiinnirullaukseen saakka. Yksittäisinä kame-rayksiköinä järjestelmässä käytetään nykyisellään tyypillisesti CCD-kameroita (Charged Coupled Devices), joiden tuottama analoginen videosignaali 24 johdetaan kuvankaappausta (kuvan muunnos digitaa-5 liseen muotoon), tallennusta, digitaalista kuvankäsittelyä ja analyysiä varten kuvankäsittely-yksikköinä 20,22 toimiville tietokoneille. Kuva-analyysin tuloksia voidaan tarkastella valvomoon sijoitetulta käyttöliittymältä 23, ja kamerayksiköiden 11-18 tuottamaan kuvaa voidaan käsittelemättömässä muodossaan tarkastella tarvittaessa myös reaali-10 aikaisesti valvomoon sijoitettujen videomonitorien kautta.

Kameratekniikan nopea kehittyminen on kuitenkin johtanut siihen, että erilaisia kameratyyppejä on nykyisin tarjolla varsin suuri määrä ja uusia entistä paremmilla ominaisuuksilla varustettuja kamerailmaisimia tulee 15 markkinoille jatkuvasti lisää. Kameroiden ominaisuudet vaihtelevat mm. ilmaisinosan kuva-alkioiden (pikselien) lukumäärän, valoherkkyyden, aallonpituusalueen ja käytettävissä olevien suljinaikojen mukaan. Yksittäinen kamera voi ulostulona antaa kuvasignaalin joko perinteisenä analogisena videosignaalina tai nykyisin myös suoraan digitaali-20 sessa muodossa.

Edellä esitetyn kaltaisessa useita, jopa kymmeniä kamerayksiköitä :.· ί sisältävässä prosessin valvontajärjestelmässä on luonnollisesti tarkoi- :\i tuksenmukaista valita kuhunkin valvontapisteeseen siihen ominaisuuk- :··: 25 siltaan ja suorituskyvyltään aina parhaiten soveltuva kameratyyppi.

.·. : Tietyissä kohdin prosessia on esimerkiksi tarkoituksenmukaista käyttää hinnaltaan edullista ja ainoastaan kohtuullisen kuvanlaadun (esim. ..... pikseliresoluutio ja toistettavien harmaasävyjen lukumäärä) omaavaa ja analogista videosignaalia tuottavaa perinteistä CDD-kameraa, kun taas 30 jossain kriittisemmässä kohtaa prosessia voi olla tarpeen käyttää ] ‘ korkean erotuskyvyn ja kuvataajuuden omaavaa kalliimpaa digitaalista kameraa, joka syöttää kuvasignaalin ulos suoraan digitaalisessa ·:··: muodossa. Tietyissä sovelluksissa matriisikameran sijaan riittää viiva- kameran käyttö.

35 : Mikäli samaan valvontajärjestelmään halutaan liittää keskenään eri tyyppisiä kameroita, joudutaan valvontajärjestelmä tällöin kuitenkin 3 115588 varustamaan kullekin kameratyypille erikseen sovitetuilla kameraliityn-nöillä. Toisin sanoen järjestelmän kuvankäsittely-yksikkö tai -yksiköt tulee varustaa useilla erilaisilla kameraliitynnöillä, jotta eri tyyppiset kamerat on mahdollista liittää järjestelmään. Tämä monimutkaistaa 5 merkittävästi valvontajärjestelmän rakennetta ja kasvattaa siten myös järjestelmän kustannuksia. Samalla myös järjestelmän ominaisuuksien päivittäminen siten, että tietyt vanhenevat tai epäkuntoiset kamerayk-siköt korvataan uudemmilla kameroilla, esimerkiksi analogista videosignaalia tuottavat CCD-kamerat korvataan uudemmilla digitaalisilla 10 CCD-kameroilla, on tekniikan tason mukaisissa ratkaisuissa vaikeaa, koska pelkän kameroiden vaihtamisen lisäksi järjestelmään joudutaan tällöin aina tekemään myös muita merkittäviä muutoksia.

On siis olemassa selkeää tarvetta ratkaisulle, joka mahdollistaa eri 15 tyyppisten kamerayksiköiden aikaisempaa joustavamman liittämisen valvontajärjestelmään mainittua järjestelmää rakennettaessa, uusittaessa tai muuttuviin toimintaolosuhteisiin sovitettaessa.

Keksinnön perusperiaate ia tärkeimpiä etuia 20

Nyt käsillä olevan keksinnön pääasiallisena tarkoituksena on aikaansaada uusi ratkaisu yksittäisen sähköisen kamerayksikön liittämiseksi : tiedonsiirtoyhteyteen kuvatietoa käsittelevän kuvankäsittely-yksikön kanssa jatkuvan kuiturainan valmistus- tai jälkikäsittelyprosessia valvo-:··: 25 vassa järjestelmässä siten, että keksinnön avulla mahdollistetaan myös ;.fj keskenään eri tyyppisten kameroiden helppo liittäminen ja vaihdet- . .. * tavuus ko. järjestelmään.

•«· Tämän tarkoituksen toteuttamiseksi keksinnön mukaiselle menetel-30 mälle on pääasiassa tunnusomaista se, mikä on esitetty itsenäisen ] ‘ patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.

·:··; Keksinnön mukaiselle kameraliitynnälle on taas pääasiassa tunnus- omaista se, mikä on esitetty itsenäisen patenttivaatimuksen 3 tunnus-35 merkkiosassa.

4 115588

Muissa epäitsenäisissä patenttivaatimuksissa on esitetty eräitä keksinnön edullisia suoritusmuotoja.

Keksinnön olennaisena ja uutena perusajatuksena on se, että yksit-5 täisen kamerayksikön liittämiseksi tiedonsiirtoyhteyteen kuvatietoa esittävän, analysoivan, tallentavan ja/tai muutoin käsittelevän kuvankäsittely-yksikön kanssa käytetään nyt hyväksi erityistä kameraliityntää, jolle on ominaista se, että kamerayksiköltä saatava kuvasignaali muunnetaan tietyn vakioidun kehysrakenteen mukaiseksi digitaaliseksi 10 ja sarjamuotoiseksi signaaliksi heti mainitun kamerayksikön välittömässä läheisyydessä, ja mainittu signaali välitetään edelleen optista yhteyttä käyttäen järjestelmän kauempana sijaitsevalle kuvankäsittely-yksikölle. Keksinnön avulla vakioidaan siis signaalia vastaanottavan päässä eli kuvankäsittely-yksikössä tiedon siirtoon käytettävä rajapinta 15 sekä fyysisen siirtotiensä osalta että myös tiedonsiirrossa siirtotiellä käytettävän formaatin (kehysrakenteen) osalta, jolloin vastaanottavan päähän ei signaalia lähettävää kamerayksikköä vaihdettaessa tarvita muutoksia.

20 Keksinnön eräässä edullisessa suoritusmuodossa kameraliityntä on järjestetty toteutetuksi kamerayksikön läheisyyteen sijoitettavan muunninyksikön avulla, joka yksittäinen muunninyksikkö on edelleen : sovitettavissa, ts. konfiguroitavissa käytettäväksi yhdessä useiden eri- laisten kameratyyppien kanssa, jolloin sama muunninyksikkö soveltuu :··: 25 käytettäväksi liittämään keskenään erilaisia kameratyyppejä samaan valvontajärjestelmään.

Keksinnön edullisessa suoritusmuodossa optinen yhteys kamerayksikön ja kuvankäsittely-yksikön välillä muodostetaan kaksisuuntaisena 30 yhteytenä, jolloin kamerayksikön asetusten muuttaminen ja säätäminen ] ' voidaan suorittaa joko täysin automaattisesti valvontajärjestelmän ohjaamana tai manuaalisesti valvomoon tai vastaavaan sijoitetusta ·:··! valvontajärjestelmän käyttöliittymästä. Em. toimenpiteiden suorittami- seksi ei siten ole tarpeen mennä kamerayksikön luo tyypillisesti 35 monenlaisia työturvallisuutta heikentäviä vaaratekijöitä sisältävän pro-sessin läheisyyteen.

5 115588

Keksinnöllä saavutetaan tekniikan tasoon nähden useita erittäin merkittäviä etuja, joista tärkeimpiä esitetään lyhyesti seuraavassa.

Keksinnön mukainen digitaalisen ja sarjamuotoisen optisen signaalin 5 käyttö mahdollistaa signaalin täysin häiriöttömän siirtämisen pitkiäkin matkoja (satoja metrejä) sinänsä erittäin häiriöalttiissa teollisuusympäristössä. Tekniikan tason mukaista analogista videosignaalia (esimerkiksi PAL, CCIR, NTSC, RS-170) koaksiaalikaapelia tai muuta galvaanista yhteyttä pitkin siirrettäessä 10 mainittuun signaaliin indusoituu tällaisessa ympäristössä aina häiriöitä, jotka erityisesti pidemmillä siirtoyhteyksillä heikentävät merkittävästi kuvan laatua. Ilman erityisjärjestelyjä, esimerkiksi toistinvahvistimia, analoginen videosignaali pyrkii myös vaimenemaan pitkissä kaapeleissa kuvanlaatua heikentäen. Tekniikan tasosta tunnetuissa 15 digitaalisissa kameroissa, joissa käytetään digitaalista liityntää (esimerkiksi RS-422, RS-644, FireWire™, Cameralink™) ongelmana nyt käsillä olevia valvontajärjestelmäsovelluksia ajatellen ovat riittämättömät kaapelointimatkat, jotka ovat maksimissaan tyypillisesti ainoastaan luokkaa 10-20 metriä. Suuritaajuista sähköisessä 20 muodossa olevaa digitaalista signaalia ei pystytä galvaanista yhteyttä pitkin siirtämään pitkiä matkoja ilman signaalin liiallista vaimentamaa, ja tunnetusti nämä sähköiset digitaaliset yhteydet ovat myös varsin j herkkiä galvaanisiin siirtokaapeleihin indusoituville häiriöille. Tekniikan :\i tasosta tunnetaan myös kuvasignaalin siirto optisesti valokuitua :··; 25 käyttäen, mutta tällaiset pidemmille siirtoetäisyyksille soveltuvat .·. : tekniikan tason järjestelyt ovat tarkoitettu ainoastaan tietylle yksittäiselle kamera- tai signaalityypille, joten niitä ei ole mahdollista .... käyttää korvaamaan keksinnön mukaista kameraliityntää, jonka keskeinen ominaisuus on juuri sen soveltuminen useiden erilaisten 30 kameratyyppien, esimerkiksi analogisten ja digitaalisten kameroiden | * kanssa käytettäväksi.

·:··· Keksintö mahdollistaa myös standardeista analogisista kuvataajuuksista (esim. 25 tai 30 kuvaa/s) poikkeavien ns. 35 suurkuvataajuuskameroiden käytön prosessin valvontajärjestelmän :*· ·: osana, koska keksinnön mukainen kameraliityntä pystyy häiriöttömästi välittämään myös näiden kameratyyppien tuottamaa suuritaajuista 6 115588 kuvasignaalia. Suuritaajuinen analoginen tai digitaalinen signaali ei ole siirrettävissä tekniikan tason mukaisilla ratkaisuilla riittäviä etäisyyksiä ilman signaalin liiallista vaimenemista.

5 Keksintö mahdollistaa edelleen myös nykyaikaisten kameroiden elektroniikasta saatavan ns. pikselikellon hyödyntämisen kuvan digitoinnissa, mikä merkittävästi parantaa digitaalisessa muodossa esitettävän kuvan laatua.

10 Keksintö poistaa myös tarpeen erillisten kuvankaappauskorttien sijoittamiselle kuvankäsittely-yksikköön, koska kuvasignaalin digitointi, mikäli tarpeen, tehdään jo kamerayksikön läheisyydessä. Keksinnön mukainen digitaalinen, sarjamuotoinen ja vakioidun kehysrakenteen omaava signaali voidaan syöttää suoraan kuvankäsittely-yksikkönä 15 toimivalle tietokoneelle tai DSP-laitteella (Digital Signal Processing).

Seuraava esimerkkien avulla suoritettava keksinnön yksityiskohtaisempi selitys havainnollistaa alan ammattimiehelle edelleen selvemmin keksinnön edullisia suoritusmuotoja, sekä keksinnöllä tunnettuun teknii-20 kan tasoon nähden saavutettavia etuja.

Piirustusten lyhyt kuvaus • ·

« « · I

Keksintöä selostetaan seuraavassa tarkemmin viittaamalla oheisiin pii-:··: 25 rustuksiin, joissa kuva 1 esittää periaatteellisesti erästä tekniikan tason mukaista paperiradan reaaliaikaiseen kameravalvontaan soveltuvaa järjestelmää, 30 ‘ ‘ kuva 2 esittää periaatteellisesti keksinnön mukaisen kameraliitynnän soveltamista kuvan 1 mukaisessa :··· valvontajärjestelmässä, 35 kuva 3 esittää periaatteellisesti keksinnön mukaisen : : : kameraliitynnän erästä mahdollista konfiguraatiota, • · 7 115588 kuva 4 esittää periaatteellisesti keksinnön mukaisen kameraliitynnän erästä toista konfiguraatiota, ja kuva 5 esittää periaatteellisesti keksinnön mukaisen 5 kameraliitynnän erästä kolmatta konfiguraatioita.

Keksinnön yksityiskohtainen selitys

Kuva 1 esittää periaatteellisesti tekniikan tason mukaista paperiradan 10 reaaliaikaiseen kameravalvontaan tarkoitettua järjestelmää, johon viitattiin lyhyesti jo aiemmin tässä tekstissä tekniikan tasoa selostettaessa.

Kuvassa 1 valvottavan prosessin läheisyyteen sijoitetuista 15 kamerayksiköistä 11-18 saadaan ulostulona analoginen videosignaali 24, joka johdetaan edelleen sähköillään tai vastaavaan laitetilaan sijoitetuille kuvankäsittely-yksiköille 20. Kuvankäsittely-yksiköt 20 käsittävät kuvankaappauskortin 21 erikseen kutakin kamerayksikköä 11-18 varten analogisen videosignaalin muuntamiseksi digitaaliseen 20 muotoon. Kuvankaappauskorttien 21 sijaan tähän tarkoitukseen on mahdollista käyttää myös sopivasti ohjelmoituja DSP-kortteja.

· Kuvankäsittely-yksiköt 20 voivat olla tarpeen vaatiessa edelleen ·/.! yhdistettynä erilliseen pääyksikköön 22, jossa suoritetaan digitaaliseen :··: 25 muotoon tallennettujen kuvien tarkempaa analyysiä. Valvomoon tai vastaavaan sijoitetun käyttöliitynnän 23 avulla käyttäjä voi tarkastella kuva-analyysin tuloksia ja ohjata valvontajärjestelmän toimintaa. Kamerayksiköiden 11-18 tuottamaa kuvaa voidaan käsittelemättömässä muodossaan tarkastella tarvittaessa myös 30 reaaliaikaisesti valvomoon sijoitettujen videomonitorien avulla, joille [ ' videomonitoreille johdetaan kamerayksiköiden tuottamaa analogista ·;·*’ videosignaalia (ei esitetty kuvassa 1).

* · ·;·: Kuvan 1 mukaisessa valvontajärjestelmässä yksittäisen 35 kamerayksikön, esimerkiksi kamerayksikön 11 korvaaminen '· uudemmalla digitaalista signaalia tuottavalla kamerayksiköllä vaatii mainitun kamerayksikön vaihtamisen lisäksi muutoksia myös 8 115588 vastaanottavassa päässä. Ts. kuvankäsittely-yksikköön 20 sijoitettu kuvankaappauskortti 21 joudutaan vaihtamaan digitaalista signaalia hyväksyväksi kortiksi ja tyypillisesti kuvankäsittely-yksikön 20 ohjelmisto joudutaan myös em. kuvankaappauskortin vaihdon takia 5 päivittämään. Lisäksi kaapelointi 24 joudutaan todennäköisesti korvaamaan suuritaajuisen digitaalisen signaalin välittämiseen paremmin soveltuvalla kaapeloinnilla. Edelleen kaapeloinnin 24 maksimipituus määräytyy nyt sähköisen signaalin vaimenemisen ja signaaliin ympäristöstä indusoituvien häiriöiden perusteella.

10

Kuvassa 2 on esitetty periaatteellisesti keksinnön mukainen ratkaisu paperiradan reaaliaikaiseen kameravalvontaan tarkoitetussa järjestelmässä.

15 Keksinnön mukaisesti kamerayksiköiltä 11-18 saatava kuvasignaali muunnetaan digitaaliseksi ja tietyn vakioidun kehysrakenteen omaavaksi sarjamuotoiseksi optiseksi signaaliksi heti kunkin mainitun kamerayksikön välittömässä läheisyydessä muunninyksikköä 30 käyttäen. Muunninyksiköltä 30 optinen signaali välitetään optista 20 yhteyttä 29, ts. tyypillisesti valokuituyhteyttä käyttäen varsinaiselle kuvankäsittely-yksikölle 20.

* - Keksinnön edullisen suoritusmuodon mukaan muunninyksiköt 30 on toteutettu siten, että sama yksittäinen muunninyksikkö 30 on helposti :··· 25 konfiguroitavissa käytettäväksi yhdessä useiden erilaisten : kameratyyppien kanssa. Siten kuvassa 2 esimerkiksi kamerayksikkö 11 voi olla digitaalinen kamera, joka syöttää muunninyksikölle 30 ..... digitaalista kuvasignaalia, ja kamerayksikkö 12 taas analoginen videokamera, joka syöttää muunninyksikölle 30 analogista 30 videosignaalia. Kummassakin em. tapauksista optisen yhteyden 29 [ ' kautta kuvankäsittely-yksikölle 20 välitettävä sarjamuotoinen signaali on saman vakioidun kehysrakenteen mukainen, joten vastaanottavan ·:··· pään kannalta tiedon siirtoon käytettävä rajapinta on sekä fyysisen siirtotiensä osalta että myös tiedonsiirrossa käytettävän formaatin 35 osalta vakio. Tämä mahdollistaa kamerayksiköiden 11-18 :;j : kameratyyppien valinnan kuhunkin valvontapisteeseen ja tarkoitukseen ominaisuuksiltaan ja suorituskyvyltään aina parhaiten sopiviksi.

9 115588

Mikäli paperitehtaalla on kustannussyistä käytössä esimerkiksi vain yksi suurnopeuskamera, mahdollistaa keksintö nyt sen, että mainittu erikoiskamera voidaan tarpeen mukaan sijoittaa haluttuun 5 valvontapisteeseen esimerkiksi ko. kohdalla esiintyvän erityisongelman selvittämiseksi. Kamerayksikön vaihto ja käyttöönotto ei vaadi muita olennaisia muutoksia valvontajärjestelmään.

Keksinnön mukainen optisen yhteyden 29 käyttö signaalin siirtoon 10 mahdollistaa signaalin täysin häiriöttömän siirtämisen pitkiäkin matkoja (useita satoja metrejä) myös erittäin häiriöalttiissa paperikoneympäristössä. Keksintö poistaa myös tarpeen erillisten kuvankaappauskorttien sijoittamiselle kuvankäsittely-yksiköihin 20, koska kuvasignaalin digitointi, mikäli tarpeen, tehdään keksinnön 15 mukaisesti jo kamerayksiköiden 11-18 läheisyyteen sijoitetuissa muunninyksiköissä 30. Keksinnön mukainen digitaalinen ja sarjamuotoinen signaali voidaan syöttää suoraan kuvankäsittely-yksikkönä 20 toimivalle tietokoneelle tai muulle DSP-laitteelle.

20 Seuraavassa kuvataan vielä yksityiskohtaisemmin muunninyksikön 30 toimintaa sen erilaisissa konfiguraatioissa.

Kuvassa 3 on nyt yksityiskohtaisemmin esitetty erästä keksinnön mukaisen kameraliitynnän toteuttavaa muunninyksikköä 30, ja sen 25 tiettyä konfiguraatiota.

Kuvassa 3 yksittäiseltä kamerayksiköltä 11-18 saatavasta komposiittivideosignaalista 31 erotetaan videodekooderin 32 avulla sinänsä tunnetulla tavalla kuvan horisontaalinen H ja vertikaalinen V 30 synkronointi, sekä peräkkäisten juovien kuvainformaation sisältävä

] ‘ varsinainen analoginen videosignaali A. Analoginen videosignaali A

digitoidaan A/D-muuntimessa 33 ja syötetään sarjamuuntimelle 34. ·:··; Kuvaan liittyvä synkronointitieto H,V muunnetaan digitaaliseen muotoon ohjelmoitavan logiikan 35 avulla ja syötetään edelleen 35 sarjamuuntimelle 34. Sarjamuuntimessa 34 kuvaan liittyvä synkronointitieto H,V sekä kuvan juovien kuvainformaation A yhdistetään nyt digitaaliseksi sarjamuotoiseksi vakioiduksi 10 115588 kehysrakenteeksi 38, joka kehysrakenne optisen lähettimen 36 avulla lähetetään edelleen valokuituun 37 ja kuvankäsittely-yksikölle 20.

Mainitussa vakioidussa kehysrakenteessa voidaan käyttää esimerkiksi 5 16 bitin mittaisista sanoista koostuvia kehyksiä, joissa kussakin kehyksessä välitetään 8-10 bitissä digitaaliseen muotoon muunnettua kuvatietoa (signaali A), yhdessä bitissä tietoa juovan alkamisesta (horisontaalinen synkronointi H), yhdessä bitissä tietoa kuvakentän alkamisesta (vertikaalinen synkronointi V) sekä yhdessä bitissä tietoa 10 siitä, onko kyseessä kuvan parillinen vai pariton kenttä. Varattaessa kehyksestä kuvatiedon (signaali A) esittämiseen esimerkiksi 10 bittiä, voidaan esittää 210 erilaista signaalitasoa.

On selvää, että edellä esitetty kehysrakenne on vain esimerkki eräästä 15 mahdollisesta keksinnön yhteydessä käytettävästä kehysrakenteesta. Keksinnön kannalta on oleellista ainoastaan se, että tiedonsiirrossa käytettävä sarjamuotoinen kehysrakenne on vakioitu vastaanottavan pään kannalta, jolloin kehysrakenteeksi voidaan siten valita ja vakioida periaatteessa mikä tahansa tarkoitukseen soveltuva kehysrakenne.

20

Keksinnön mukaisesti vakioitaessa kuvainformaation lähettämisessä käytettävä kehysrakenne vastaanottava pää, eli kuvankäsittely-yksikkö 20 voi nyt pelkästään mainitun vakioidun kehysrakenteen välittämän tiedon perusteella purkaa vastaanottamansa sarjamuotoisen datan :··· 25 uudelleen kuviksi ilman että kuvankäsittely-yksikön 20 tarvitsee tietää : kuvaa lähettävän kamerayksikön 11-18 tarkempia ominaisuuksia.

Vastaanotettuaan riittävän määrän kehyksiä, vastaanottava pää voi kehysten sisältämien horisontaali- ja vertikaalisynkronointitietojen perusteella päätellä esimerkiksi kuvan koon, ts. kuvan vaaka- ja 30 pystysuunnassa sisältämien kuva-alkioiden eli pikseleiden määrän.

| * Vastaanotettavien kuvien em. ominaisuudet ovat siis pääteltävissä vastaanottavan pään rajapinnalla pelkästään vastaanotettavan • signaalin ominaisuuksien perusteella.

35 Keksinnön edullisessa suoritusmuodossa kamerayksikön 11-18 ja :;· s kuvankäsittely-yksikön 20 välinen yhteys muodostetaan kaksisuuntaisena, jolloin kuvankäsittely-yksikkö 20 voi välittää 11 115588 kamerayksikölle 20 tai kamerayksikön oheislaitteille niiden asetuksiin ja säätämiseen tarvittavia komentoja. Kuvassa 4 on esitetty periaatteellisesti erästä muunninyksikön 30 kaksisuuntaisen kameraliitynnän toteuttavaa konfiguraatiota.

5

Kuvan 4 tilanteessa kamerayksikön 11-18 ja kuvankäsittely-yksikön 20 välinen optinen yhteys 29 käsittää valokuidun 37 lisäksi kamerayksikön 11-18 suuntaan signaalia välittävän valokuidun 41. Valokuidusta 41 saatava optinen signaali vastaanotetaan vastaanottimessa 42, josta 10 digitaalisessa muodossa oleva tieto välitetään edelleen mikrokontrollerille 43. Mikrokontrolleri 43 on ohjelmoitu edelleen ohjaamaan vastaanottamiensa komentojen mukaisesti kamerayksikön tai sen oheislaitteiden asetuksia 44,46.

15 Kamerayksikön em. tavalla ohjattavia asetuksia voivat analogisissa kameroissa olla esimerkiksi gamma-korjaus, automaattisen herkkyyssäädön asetukset (AGC, Automatic Gain Control), suljinaika, valkotasapainon ja värisaturaation asetukset. Digitaalisissa kameroissa voidaan lisäksi säätää esimerkiksi kuvan pikselikokoa, kuvan 20 digitoinnin asetuksia ja kuvataajuutta. Lisäksi voidaan tarvittaessa säätää oheislaitteita kuten esimerkiksi kamerayksikön moottoroitua optiikkaa (tarkennus, zoom, aukko), moottoroidun kamerakotelon asentoa ja/tai kamerayksikön yhteydessä olevaa erillistä valolähdettä.

« · · » | :· · 25 Säätämällä keksinnön mukaisen kameraliitynnän kautta sekä kameran ;\j asetuksia että kuvauksessa käytettävän valolähteen asetuksia yhdessä voidaan kamerayksikön herkkyys sovittaa optimaalisesti käytettyyn • · valaistukseen parhaan mahdollisen kuvanlaadun aikaansaamiseksi. Keksintö mahdollistaa siten esimerkiksi valonlähteen ja kamerayksikön 30 keskinäisen ajallisen tahdistamisen siten, että kulloinkin käytettävällä \ / kuvataajuudella valolähteen lähettämän valon voimakkuus on kaikille kuville olennaisesti sama. Em. tahdistuksella voidaan siten estää <;«·· tekniikan tason ratkaisuissa esiintyvä kuvanlaadun heikentyminen, joka johtuu tietyn kamerayksikön peräkkäisten kuvien valaistuksen 35 voimakkaasta vaihtelusta kun kuvauksessa käytettävän valolähteen : * · lähettämän valon voimakkuus vaihtelee verkkotaajuuteen I I · 12 115588 verrannollisesti ja mainitun kamerayksikön kuvataajuus ei ole tahdistettu tähän vaihteluun.

Mikrokontrolleri 43 on ohjelmoitavissa välittämään kuvankäsittely-5 yksiköltä 20 vastaanottamansa komennot varsinaisille toimielimille (esim. optiikan tai kamerakotelon moottorit) ja kamerayksikössä käytettävälle kameralla esimerkiksi RS-232 muotoisena signaalina tai muussa tarkoitukseen soveltuvassa muodossa. Ulkoiselle valonlähteelle mikrokontrolleri 43 voi välittää esimerkiksi TTL-tasoisia 10 tahdistuspulsseja.

Kuvassa 4 esitetty katkoviivalla tilanne, jossa kamerayksiköltä 11-18 muunninyksikköön 30 syötetään analogisen komposiittivideosignaalin 31 sijaan jo valmiiksi digitaalisessa muodossa oleva videosignaali 40. 15 Tällöin mainittu videosignaali 40 voidaan syöttää suoraan sarjamuuntimelle 34, joka muuttaa signaalin keksinnön mukaisesti vakioidun kehysrakenteen omaavaksi signaaliksi. Kamerayksiköltä saatava digitaalinen videosignaali 40 on tyypillisesti rinnakkaismuotoinen signaali, mutta se voi olla myös sarjamuotoinen 20 signaali.

Kuvassa 5 on esitetty vielä periaatteellisesti erästä muunninyksikön 30 f mahdollista konfiguraatiota.

t * * • » :· · 25 Kuvan 5 muunninyksikkö 30 soveltuu tilanteeseen, jossa : muunninyksikköön liitetään kamerayksikkö 11-18, jossa analogisen videosignaalin 50 (signaali A) sekä erillisten analogisten horisontaali- ja vertikaalisynkronointisignaalien 51,52 (signaalit H ja V) lisäksi ulostulona on saatavissa myös ns. pikselikello 45. Pikselikello 45 on . 30 kameran sisäisen toiminnan tahdistuksessa käytettävä kellosignaali, ^· jonka avulla analogisen videosignaalin A digitoinnissa toistettavuutta voidaan sinänsä tunnetulla tavalla parantaa siten, että peräkkäin :··: digitoitavissa kuvissa samaa kuva-alan kohtaa vastaava pikseli päätyy digitoidussa kuvassa aina tarkasti samaan kohtaan. Tämä kuvien 35 digitoinnin tarkkuutta parantava seikka on tärkeää sovelluksissa, joissa > * · peräkkäisistä kuvista pyritään digitaalisen kuvankäsittelyn keinoin tunnistamaan esimerkiksi kohteessa ajan funktioina tapahtuvia 13 115588 muutoksia. Johtamalla kuvan 5 mukaisesti pikselikello-signaali 45 A/D-muuntimelle 33, voidaan A/D-muuntimessa suoritettava videosignaalin A muunnos digitaaliseen muotoon tahdistaa siten, että pikseleiden kohdistus kuva-alalla säilyy vakiona peräkkäisissä kuvissa.

5

Kuvissa 3-5 esitetyt muunninyksiköt 30 ovat siis keksinnön edullisessa suoritusmuodossa yksi ja sama muunninyksikkö, joka erilaisilla esim. mainitussa muunninyksikössä kytkimin tai ohjelmallisesti suoritettavilla asetuksilla on konfiguroitavissa soveltumaan käytettäviksi yhdessä eri 10 tyyppisten kamerayksiköiden kanssa. Tällöin kuvan 2 mukaisessa valvontajärjestelmässä kaikki muunninyksiköt 30 ovat keskenään identtisiä ja ainoastaan eri asetuksilla konfiguroitu toimimaan erilaisten kamerayksiköiden 11-18 yhteydessä.

15 Keksintö ei kuitenkaan ole rajoittunut ainoastaan em. suoritusmuotoon, vaan muunninyksikköjä 30 voidaan periaatteessa valmistaa myös ilman em. konfigurointimahdollisuutta erikseen eri tyyppisille kamerayksiköille. Tällöin kamerayksikön tyyppiä vaihdettaessa joudutaan kuitenkin aina vaihtamaan myös vastaava muunninyksikkö 20 30. Keksinnön mukaisesti tällöinkään ei valvontajärjestelmässä kuitenkaan tarvita mitään muita muutoksia, kuten esimerkiksi muutoksia kaapeloinnissa 29 tai kuvankäsittely-yksiköissä 20, koska tiedon siirtoon käytettävä rajapinta sekä fyysisen siirtotiensä osalta että [·! j siirtotiellä käytettävän formaatin osalta säilyy edelleen ' : 25 vastaanottavassa päässä vakiona.

*· Keksintö ei ole rajoittunut käytettäväksi ainoastaan CCD-tekniikkaan perustuvien kamerailmaisinten kanssa, vaan sitä voidaan luonnollisesti soveltaa myös muille ilmaisimille, kuten esimerkiksi CMOS-ilmaisimille 30 (Complementary Metal Oxide Semiconductor). Kamerayksiköt voivat ·:··: olla näkyvän aallonpituusalueen kameroita, mutta myös ultravioletti- tai infrapuna-alueen kameroita voidaan liittää valvontajärjestelmään t ·» keksintöä hyväksi käyttäen. Keksintö soveltuu sekä 2-ulotteisen | matriisi-ilmaisimen omaaville kameroille että myös 1-ulotteisen matriisi- \ * 35 ilmaisimen omaaville ns. viivakameroille. Käytettävät kamerat voivat : olla joko harmaasävykameroita tai minkä tahansa värijärjestelmän :**: mukaisia kameroita. Kamerayksikön tavanomaisen kuvaa välittävän 14 115588 linssioptiikan sijaan tai lisäksi kamerayksikön ilmaisimen edessä voidaan käyttää mitä tahansa spektrierotteluun tarkoitettua optista laitetta, esimerkiksi hilaspektrometriä.

5 Optisen yhteyden 29 muodostamisessa voidaan käyttää esimerkiksi joko ns. monimuotovalokuitua tai yksimuotovalokuitua. Edullisesti optinen yhteys 29 muodostetaan standardia monimuotovalokuitua ja standardeja kuituliittimiä käyttäen, ja käyttämällä optisissa lähettimissä ja vastaanottimissa aallonpituuksille 850 nm tai 1300 nm tarkoitettuja 10 komponentteja.

Kamerayksiköltä 11-18 kuvankäsittely-yksikölle 20 tapahtuva optinen tiedonsiirto, ja vastakkaiseen suuntaan kuvankäsittely-yksiköltä 20 kamerayksikölle 11-18 tapahtuva optinen tiedonsiirto voidaan toteuttaa 15 käyttäen kumpaankin tarkoitukseen omaa erillistä valokuitua 37 ja 41, mutta em. kaksisuuntainen optinen yhteys on toteutettavissa myös yhtä valokuitua käyttäen hyödyntämällä eri lähetyssuunnissa eri aallonpituuksia.

20 Koska keksinnön mukainen optista yhteyttä 29 pitkin suoritettava tiedonsiirto ei ole sidottu mihinkään tiettyyn kuvataajuuteen, mahdollistaa keksintö myös standarteista kuvataajuuksista (esim. 25 tai 30 kuvaa/s) poikkeavien ns. suurkuvataajuuskameroiden liittämisen • · · ’·' valvontajärjestelmän osaksi. Suurkuvataajuuskameroiden käyttö ‘ ! 25 mahdollistaa prosessissa tapahtuvien nopeiden ilmiöiden aikaisempaa ‘ ' tarkemman seuraamisen. Tarpeen vaatiessa kuvankäsittely-yksikössä *· *j 20 suurkuvataajuuskameralta saatavaa kuvainformaatiota voidaan muuntaa sopivilta osin analogiseksi videosignaaliksi, jota voidaan :: esittää normaalia kuvataajuutta käyttävällä videomonitorilla.

30 ·:·*· Alan ammattimiehelle on luonnollisesti selvää, että edellä keksinnön eri suoritusmuotojen yhteydessä esitettyjä periaatteita ja toimintojaeri • · · ; . tavoin yhdistelemällä voidaan aikaansaada erilaisia keksinnön * suoritusmuotoja, jotka ovat keksinnön hengen mukaisia. Tämän vuoksi 35 edellä esitettyjä esimerkkejä ei tule tulkita keksintöä rajoittavasti, vaan • keksinnön suoritusmuodot voivat vapaasti vaihdella jäljempänä patenttivaatimuksissa esitettyjen keksinnöllisten piirteiden puitteissa.

• · ·

Claims (11)

15 115588

1. Menetelmä kamerayksikön (11-18) liittämiseksi tiedonsiirtoyhteyteen kuvatietoa esittävän ja/tai analysoivan ja/tai tallentavan kuvankäsittely-5 yksikön (20) kanssa jatkuvan kuiturainan valmistus- tai jälkikäsittely-prosessia valvovassa järjestelmässä, joka valvontajärjestelmä käsittää kuiturainan kulkusuunnassa kaksi tai useampia toisistaan erillistä kamerayksikköä (11-18), jotka kamerayksiköt on liitetty ainakin yhteen kuvankäsittely-yksikköön (20), tunnettu siitä, että menetelmässä 10 — muunnetaan yksittäiseltä kamerayksiköltä (11-18) saatava kuvasignaali (31,40,50) mainitun kamerayksikön tyypistä riippumattomaksi vakioidun kehysrakenteen omaavaksi sarjamuotoiseksi digitaaliseksi signaaliksi (38) mainitun kamerayksikön (11-18) välittömässä läheisyydessä, ja 15 — välitetään mainittu vakioidun kehysrakenteen omaava sarjamuotoinen digitaalinen signaali (38) edelleen valvontajärjestelmän kauempana sijaitsevalle kuvankäsittely-yksikölle (20) optista yhteyttä (29) käyttäen, jolloin menetelmän avulla vakioidaan kuvatiedon siirtoon käytettävä 20 rajapinta signaalia vastaanottavassa päässä eli kuvankäsittely- yksikössä (20).

.·! · 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että optinen yhteys (29) muodostetaan kaksisuuntaisena tiedonsiirto-. . 25 yhteytenä siten, että kuvankäsittely-yksiköltä (20) voidaan välittää *· ; ohjaustietoa (44,46) kamerayksikölle (11-18) tai kamerayksikön (11-18) oheislaitteille.

3. Kameraliityntä kamerayksikön (11-18) liittämiseksi tiedon-• V 30 siirtoyhteyteen kuvatietoa esittävän ja/tai analysoivan ja/tai tallentavan kuvankäsittely-yksikön (20) kanssa jatkuvan kuiturainan valmistus- tai : , jälkikäsittelyprosessia valvovassa järjestelmässä, joka valvonta- [:;/ järjestelmä käsittää kuiturainan kulkusuunnassa kaksi tai useampia toisistaan erillistä kamerayksikköä (11-18), jotka kamerayksiköt on 35 liitetty ainakin yhteen kuvankäsittely-yksikköön (20), tunnettu siitä, että mainittu kameraliityntä on järjestetty toteutetuksi kunkin kamerayksikön 16 115588 (11-18) välittömään läheisyyteen sijoitettavan muunninyksikön (30) avulla, joka muunninyksikkö (30) käsittää ainakin — muunnosvälineet (34) kamerayksiköltä (11-18) saatavan kuvasignaalin (31,40,50) muuntamiseksi mainitun 5 kamerayksikön tyypistä riippumattomaksi vakioidun kehysrakenteen omaavaksi sarjamuotoiseksi digitaaliseksi signaaliksi (38), ja — yhteysvälineet (36) mainitun vakioidun kehysrakenteen omaavan sarjamuotoisen digitaalisen 10 signaalin (38) välittämiseksi edelleen valvontajärjestelmän kauempana sijaitsevalle kuvankäsittely-yksikölle (20) optista yhteyttä (29) käyttäen, jolloin kameraliitynnän toteuttavan muunninyksikön (30) avulla vakioidaan kuvatiedon siirtoon käytettävä rajapinta signaalia 15 vastaanottavassa päässä eli kuvankäsittely-yksikössä (20).

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen kameraliityntä, tunnettu siitä, että kameraliitynnän toteuttava muunninyksikkö (30) käsittää lisäksi välineet (42,43) optisen yhteyden (29) muodostamiseksi kaksisuuntaisena 20 tiedonsiirtoyhteytenä siten, että kuvankäsittely-yksiköltä (20) voidaan välittää ohjaustietoa (44,46) kamerayksikölle (11-18) tai kamerayksikön : ·. (11-18) oheislaitteille.

* ’ · * ; 5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen kameraliityntä, tunnettu siitä, että ! [ 25 kameraliitynnän toteuttava muunninyksikkö (30) käsittää välineet '· (42,43) ohjaustiedon (46) välittämiseksi kamerayksikön (11-18) : : yhteydessä käytettävälle valolähteelle mainitun valolähteen ja kamerayksikön (11-18) keskinäisen toiminnan yhteensovittamiseksi ja/tai synkronoimiseksi. ' 30

: 6. Jonkun edellä esitetyn patenttivaatimuksen 3-5 mukainen \ kameraliityntä, tunnettu siitä, että kameraliitynnän toteuttava muunninyksikkö (30) on sovitettu tai mainittu muunninyksikkö (30) on ·' asetuksin konfiguroitavissa vastaanottamaan kuvasignaali ; 35 kamerayksiköltä (11-18) analogisessa muodossa (31,50,51,52) ja muunninyksikkö (30) käsittää välineet (33,35) mainitun kuvasignaalin muuntamiseksi digitaaliseen muotoon. 17 115588

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen kameraliityntä, tunnettu siitä, että kameraliitynnän toteuttava muunninyksikkö (30) käsittää lisäksi välineet (33,35) kamerayksiköltä (11-18) ulostulona saatavan pikselikello- 5 signaalin (45) käyttämiseksi hyväksi kuvasignaalin muuntamisessa digitaaliseen muotoon.

8. Jonkun edellä esitetyn patenttivaatimuksen 3-5 mukainen kameraliityntä, tunnettu siitä, että kameraliitynnän toteuttava 10 muunninyksikkö (30) on sovitettu tai mainittu muunninyksikkö (30) on asetuksin konfiguroitavissa vastaanottamaan kuvasignaali kamerayksiköltä (11-18) digitaalisessa rinnakkais- tai sarjamuodossa (40).

9. Jonkin edellä esitetyn patenttivaatimuksen 3-8 mukainen kame raliityntä, tunnettu siitä, että kameraliitynnän toteuttava muunninyksikkö (30) on sovitettu tai mainittu muunninyksikkö (30) on asetuksin konfiguroitavissa käytettäväksi matriisikameran yhteydessä.

10. Jonkin edellä esitetyn patenttivaatimuksen 3-8 mukainen kamera liityntä, tunnettu siitä, että kameraliitynnän toteuttava muunninyksikkö ·. (30) on sovitettu tai mainittu muunninyksikkö (30) on asetuksin konfigu- . · roitavissa käytettäväksi viivakameran yhteydessä.

11. Jonkin edellä esitetyn patenttivaatimuksen 3-8 mukainen kamera- • *; liityntä, tunnettu siitä, että kameraliitynnän toteuttava muunninyksikkö (30) on sovitettu tai mainittu muunninyksikkö (30) on asetuksin konfigu-:roitavissa käytettäväksi suurkuvataajuuskameran yhteydessä. I t * I t | • I I I · * * t I * • » < • · t · 18 115588