JP5264996B2 - 工作機械用の、コントラストの移行を識別する画像処理装置および当該画像処理装置を作動させる方法 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の上位概念に記載された、コントラストの移行を識別する画像処理装置に関する。

従来技術
ＤＥ１０２００５００５３４８Ａ１号には、自動車内の画像処理装置が記載されている。この画像処理装置を介して走行路内の車両位置が求められ、ここでは、目標経路を逸脱した場合に警報信号が出力される。この画像処理装置はビデオカメラを含んでおり、このビデオカメラは、走行路のアナログビデオ信号を形成する。このビデオ信号は評価ユニットにおいて評価される。この評価ユニットは、微分器を備えたフィルタ並びに閾値回路を含んでいる。ここでビデオ信号はコントラスの移行を識別するために、微分器において微分され、このように形成された信号は閾値回路内で基準値と比較される。この微分された信号が対応する基準値を超えると、コントラストの移行が識別される。これは、側方の走行路マークを越えたことを示唆し、これに基づいて警報信号が形成される。

ビデオカメラを使用することによって多大なコストがかかってしまい、これによって相応に、使用領域が制限されてしまう。

発明の開示
本発明の課題は、容易に実現される手段によって、低コストの画像処理装置を提供することである。

上述の課題は本発明によって、請求項１の特徴部分に記載されている構成によって解決される。従属請求項には有利な発展形態が記載されている。

本発明の画像処理装置は、コントラストの移行を識別するために使用される。ここで有利な使用領域は工作機械、殊に、例えば手によって案内される形式の糸鋸のような手によって案内される形式の工作機械である。画像処理装置によって、この画像処理装置が内部に組み込まれている機械が辿るべき目標経路ないしは目標ラインが識別される。工作機械内で使用される場合に目標経路は、処理されるべき未加工品上の目標ラインないしは刻み線（Anrisslinie）であり得る。この線に沿って、工作機械の工具による処理が行われるべきである。従って有利な使用は手によって案内される形式の工作機械内で行われ、ここでは基本的に準静的なまたは静的な工作機械も考えられる。

さらなる使用領域は車両内での使用であり、殊に目標経路検出のための使用である。これは走行路マークが画像処理装置によって識別されることによって実現される。さらに、対象物を処理する工具が装備されている家庭用機器内での使用も考えられる。これは例えば電気的なキッチン機器であり、ここでは画像処理装置が例えば、切断線と、接している領域との間のコントラストを検出し、切断線から逸脱した場合には警報信号が形成される。この警報信号は表示されてもよく、通常は機器を停止させるためにも使用される。

コントラストの移行を識別するこの画像処理装置は光学的なセンサユニットを含んでいる。このセンサユニットはデジタル画像検出ユニットとして構成されており、行形状およびスリット形状のデジタル画像を、デジタルセンサ信号の形状で形成する。これらのデジタルセンサ信号は、後置接続されている評価ユニットに供給される。評価ユニット内では、このセンサ信号が分析され、殊に信号変化が求められる。なぜなら信号変化は、撮影された画像内のコントラスト移行を表しており、目標経路を識別する、ないしは目標経路からの逸脱を識別するのに用いられるからである。デジタル画像検出ユニットとしては殊に、比較的容易に構成されるデジタルカメラが考えられる。なぜなら使用領域が制限されており、タスクは、コントラストを伝達するということだけだからである。例えば、ピクセル数が少ない、比較的低い解像度でも十分である。

クオリティに関する要求が低いので、他のデジタル画像検出ユニットも使用可能である。これは例えば、マウスセンサ等の光学センサである。

デジタル画像検出ユニットに後置接続される評価ユニットを、アナログ入力信号を処理するために、またはデジタル入力信号を処理するために設けることができる。ここで基本的には、アナログ信号処理の択一的な形態も追加的形態も、デジタル信号処理の択一的形態も追加的形態も可能である。

アナログ信号処理の場合には評価ユニットはデジタルアナログ変換器を含んでいる。このアナログデジタル変換器には、画像検出ユニットのデジタルセンサ信号が入力量として供給され、アナログデジタル変換器はデジタル信号をアナログ信号に変換する。この信号は次にそれ自体公知の方法において評価ユニット内で分析および評価される。例えば評価ユニットに割り当てられ、かつデジタルアナログ変換器に後置接続されている微分器においてこれが行われる。この微分器内では信号の微分が行われる。信号の微分を介して、コントラスト移行を表す、輝度移行が増幅される。次に、同じように評価ユニットに割り当てられた比較器において、微分器において求められた信号と、基準量とが比較される。信号における輝度の違いが基準値を超えると、コントラストの移行が識別される。このような基準値を変えることによって、評価感度が調節される。

デジタル評価の場合には、デジタルアナログ変換器を省くことができる。なぜなら、センサ信号は、光学的な画像検出ユニットの出力側で既にデジタル形状で存在しているからである。この場合には評価ユニット内での分析および評価は例えば論理ゲート、アンド素子等を介して行われる。このアンド素子では、画像検出ユニットから生じた種々のデジタル信号が論理的に結合される。ここで、コントラストの移行が存在する場合には、論理結合の結果は特定の値に相応しなくてはならない、ないしは所定の規定領域内に位置しなくてはならない。しかし基本的には論理ゲートに対して択一的に、マイクロコントローラ内でのデジタル信号の処理も可能である。このマイクロコントローラには例えば、入力状態変化時割り込み機能（Interrupt-on-change-Funktion）が装備されている。最後に、いわゆるエッジフィルターを介して、デジタルに受信された信号を評価することも可能である。エッジフィルターは評価ユニットの構成部分である。あらゆる場合において、評価ユニット内の評価を介して、観察している画像部分内に、目標経路をあらわすコントラスト移行があるか否かが確認される。デジタル評価の場合には、低い値のビットをマスキングすることによって感度を調整することもできる。これは例えば、トライステートレジスター内の相応の構造によって、既にハードウェア側で実行可能である。従って、付加的な計算コストは必要ない。

さらなる利点および有利な構成を以下の請求項、図面の説明および図に記載する。

手によって案内される形式の糸鋸として構成されている工作機械の斜視図であり、この工作機械は、糸鋸の工具が追従すべき目標ラインを識別するための画像処理装置を備えている。 異なる強さのコントラストと、割り当てられている画像処理装置信号とを有する走行路部分の概略図。 アナログ評価ユニットを介した、デジタルカメラ内で生成されたセンサ信号の評価。 デジタル評価ユニット内のデジタルセンサ信号の評価。

図１に示された工作機械１は、手によって案内される形式の糸鋸２である。これは、ハウジング３内に、鋸刃８として構成されている作動工具７を駆動させる電気的駆動モータを有している。ここでこの鋸刃８は矢印１６に従って、ストローク運動を行う。鋸刃８はフットプレート４を通して案内される。ここでこのフットプレートはハウジング３と接続されており、処理時には、処理されるべき未加工品５上に置かれる。未加工品５には、刻み線ないしは目標ラインをあらわすマーク９が設けられており、このマークに沿って糸鋸２を介した処理が行われるべきである。糸鋸２を保持するためにハウジング３には、弓形グリップ１０が設けられており、スイッチ１１を介してオンおよびオフが行われる。鋸刃８は工具収容部１２内で保持されている。

ハウジング３の前方領域には、デジタルカメラ１８が配置されている。このデジタルカメラを介して、鋸刃８の直前にある作動領域が検出される。前進方向ないしは作動方向が矢印６によって示されており、これに相応して、デジタルカメラ１８によって検出される領域が、矢印６の方向で見て鋸刃８の前に位置する。

糸鋸２は部分的に自動化されている工具として構成されており、鋸刃８のストローク運動を担う電気的駆動モータに対して付加的に、別の調節素子１３および１４を、鋸刃の位置を調節するために有している。従って、鋸刃は位置調節が可能な範囲において自動的に、未加工品５上の目標ライン９を辿ることができる。第１の調節素子１３は、工具収容部１２上方にあるハウジング３の上方部分内にあり、矢印１５に従った、鋸刃軸を中心した鋸刃８の回転ないし旋回を可能にする。第２の調節素子１４は糸鋸２の下方領域にあり、前進方向６に対して横向きの鋸刃８の並進運動および／または回転運動を可能にする。これによって鋸刃の振り子運動が調整される。

糸鋸２内の全ての調節素子、すなわち、電気的駆動モータおよび２つの調節素子１３および１４は、閉ループ制御ユニットないしは開ループ制御ユニット１７の調節信号を介して調整される。閉ループ制御ユニットないしは開ループ制御ユニットは、インプットとして、デジタルカメラ１８の信号を受信し、これらの受信信号から、駆動モータないし調節素子に加えられる調節信号を形成する。センサ装置であるデジタルカメラ１８、閉ループ制御ユニットないしは開ループ制御ユニット１７並びにアクチュエータとして機能する調節素子１３および１４並びに駆動モータを介して、閉ループ制御回路が実現される。

糸鋸の動作時には、デジタルカメラ１８を介して、目標ライン９が検出される。これは未加工品５の表面に記されている。デジタルカメラ１８は閉ループ制御ユニットないしは開ループ制御ユニット１７とともに、画像処理装置を形成する。これは、目標ライン９と、目標ラインに接している未加工品５の領域との間のコントラストの移行を識別する。

デジタルカメラの代わりに、デジタルに構成され、相応のデジタル信号を供給する光学式画像検出ユニットも使用可能である。このような、付加的なデジタルセンサは例えば、参照番号１９で示されている。

図２には、鋸刃の直前の糸鋸の作動領域の部分が示されている。この作動領域は、処理されるべき未加工品５の表面上にあり、ここでは工具の目標ラインをあらわすマークが参照番号９で示されている。目標ライン９は、未加工品５の直接的な周辺領域に対して強いコントラストを有している。

付加的に、未加工品５の表面上に、目標ライン９と平行してストリップ３０が存在する。これは、未加工品５の表面の周辺領域に関して、目標ライン９よりも弱いコントラストを有している。ストリップ３０は例えば未加工品表面におけるノイズであるが、射影等であってもよい。目標ライン９とストリップ３０の異なるコントラストに基づいて以下で作用を説明する。

作動領域はデジタル画像検出ユニットによって撮影される。これは異なる信号を供給し、これらの信号は評価ユニット内で分析および評価される。一方で行内のビット値に対するＹ０（ＬＳＢ）からＹ７（ＭＳＢ）によって表示されており、他方で種々異なるスリットに対する数字１から９５によって示されているように、デジタル画像検出ユニットはデジタルの、行形状およびスリット形状のラスタを供給する。ここで各ラスタ場所には値「０」ないしは値「１」が入れられている。ここで「１」は、コントラストが識別されたことをあらわし、「０」の場合には、コントラストは検出されていない。目標ライン９には、比較的強いコントラストの故に、全幅にわたって、全てのＹ値において値「１」が割り当てられている。これとは異なりストリップ３０にはＹ値Ｙ０、Ｙ１およびＹ２においてのみ、値「１」が割り当てられており、残りのＹ値Ｙ３からＹ７はこれとは異なり値「０」を有している。

図３には、図２から求められたデータセットが写し取られている。このデータセットはアナログ処理をする評価ユニット３１に供給される。評価ユニット３１は殊に、閉ループ制御ユニットないしは開ループ制御ユニット１７の構成部分である（図１）。

図３に示された評価ユニット３１はプロセッサまたはラッチ３２、デジタルアナログ変換器３３ならびに微分器３４を有している。評価ユニット３１に供給されたデジタルデータは、デジタルアナログ変換器３３内でアナログ信号に変換され、次に後置接続された微分器３４において微分される。微分時には、信号経過特性の変化時の差が増幅される。これに対して変化の無い信号は、微分時に出力値を供給しない。これによって、「状態」で示された信号経過特性が得られる。これはそれぞれストリップ３０ないし目標ライン９と、未加工品上面の直接的に隣接する領域との間の移行において振れ（偏位）を有している。ストリップ３０のコントラストは、目標ライン９のコントラストよりも低いので、これに相応して、ストリップ３０に割り当てられた振れも、目標ライン９に割り当てられた振れよりも小さい。微分器３４からの信号が供給され、同じよう評価ユニットの一部である比較器を介して信号が評価されてもよい。これは、振れが、目標ラインに対応付けされているコントラストが識別されるのに、充分に大きいか否かを確認することによって実現される。これとは異なり信号が小さい場合には、相応してコントラストも低く、相応して、このコントラストが目標ラインに属しているものではないことが確認される。

図４には、評価ユニット３１に対する別の実施例が示されている。しかしこれは、図３とは異なり、アナログベースで作動するのではなく、デジタルベースで作動する。評価ユニット３１は択一的に、論理ゲート３５かマイクロコントローラ３６を有する。論理ゲートは例えばアンド素子として構成されている。これは、全てのＹ値が値「１」である場合にのみ、結果「１」を供給する。これはストリップ３０の場合には当てはまらないので、論理ゲート３５はストリップ３０の場合には結果値「０」を供給する。これに対して目標ライン９の場合には結果値「１」が供給される。なぜなら、目標ライン９の全てのＹ値が値「１」だからである。このようにして、目標ライン９に関する充分なコントラストとストリップ３０に関する不十分なコントラストとが区別される。

マイクロコントローラ３６としての実施例では、数値方法で信号が処理される。この場合には基準値が設定され、ここで基準値のレベルを介して感度が調節される。

さらなる手法として、エッジフィルターを備えたデジタル評価ユニット３１の実施形態が可能である。

Claims (10)

1. 手動工作機械（１）用の目標ライン（９）を検出するためにコントラストの移行を識別する画像処理装置であって、
   光学的なセンサユニットを有しており、当該センサユニットのセンサ信号は評価ユニット（３１）に供給され、当該評価ユニットにおいて、前記目標ライン（９）のコントラストの移行を識別するため信号変化が求められる画像処理装置において、
   前記光学的なセンサユニットがデジタル画像検出ユニット（１８）として構成されており、当該デジタル画像検出ユニットのデジタルセンサ信号が前記評価ユニット（３１）内で処理され、
   前記評価ユニット（３１）はデジタルアナログ変換器（３３）を含んでおり、当該デジタルアナログ変換器（３３）内で、前記デジタルのセンサ信号がアナログ信号に変換される、
   ことを特徴とする、手動工作機械（１）用の、コントラストの移行を識別する画像処理装置。
2. 前記デジタル画像検出ユニットはデジタルカメラ（１８）である、請求項１記載の画像処理装置。
3. 前記評価ユニット（３１）は、前記デジタルアナログ変換器（３３）に後置接続されている微分器（３４）を有している、請求項１または２記載の画像処理装置。
4. 前記微分器（３４）に比較器が割り当てられており、当該比較器を介して、当該微分器（３４）内で求められた信号が基準量と比較される、請求項３記載の画像処理装置。
5. 前記評価ユニット（３１）は論理ゲート（３５）を有しており、当該論理ゲート内でデジタルセンサ信号が評価される、請求項１から４までのいずれか１項記載の画像処理装置。
6. 前記評価ユニット（３１）はマイクロコントローラ（３６）を有しており、当該マイクロコントローラ内でデジタルセンサ信号が評価される、請求項１から５までのいずれか１項記載の画像処理装置。
7. 前記評価ユニット（３１）はエッジフィルターを有しており、当該エッジフィルター内でデジタルセンサ信号が評価される、請求項１から６までのいずれか１項記載の画像処理装置。
8. 前記デジタルセンサ信号に割り当てられている評価ユニット（３１）内で、低い値のビットが調節可能にマスキングされる、請求項１から７までのいずれか１項記載の画像処理装置。
9. 請求項１から８までのいずれか１項記載の画像処理装置を備えている、手動工作機械。
10. 糸鋸である、請求項９記載の手動工作機械。

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