SE502197C2 - Metod för en spektralbaserad representation av bildelement på en linje - Google Patents

Description

10 15 20 25 30 502 197 2 metoden är att de sensorer som utnyttjas vid denna ej innefattar möjligheten med till varierande ljusstyrka inom spektrumets olika områden anpassad exponeringstid för olika delar av sensorytan, vilket medför att signal/brus- förhållandet vid stora ljusstyrkevariationer blir lågt. Ändamålet med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla en metod för att möjliggöra snabbare spektralbaserad representation av bildelement på en linje. Detta uppnås genom att ett varierbart antal rader utläses ur den tvådimensionella bilden samt att en kolumnvis, analog summering utförs av bildinnehàllen i de utlästa raderna.

Enligt ett särskilt kännetecken för uppfinningen viktas radernas värden genom att olika exponeringstider för raderna i den två-dimensionella bilden utnyttjas.

Enligt ett annat särskilt kännetecken' för* uppfinningen approximeras ett viktat radvärde genom analog summering av den för viktning avsedda raden och i en nära omgivning av denna liggande rader.

Vid den uppfinningsenliga metoden kan de ovan angivna metoderna naturligtvis kombineas så att viktning sker genom såväl exponering under längre tid som summering av en frekvensrad och ett antal intill denna liggande raderf Uppfinningen skall nu i det följande förklaras närmare med hänvisning till ritningen i vilken: - figur 1 visar en för tillämpning av den uppfinningsenliga metoden lämplig anordning, - figur 2 visar hur olika viktning kan erhållas genom att 10 15 20 25 30 502 197 exponeringstiden varieras, - figur 3 visar hur olika viktning kan erhållas genom summering av den för viktning avsedda frekvensraden och ett antal intill denna liggande rader.

I figur l avser hänvisningsbeteckningen 1 generellt ett optiskt system, vilket innefattar ett objektiv 2, en spalt 3, genom vilken en linjebild kan erhållas, samt ett prisma 4, varigenom linjebilden kan transformeras till en tvàdi- mensionell bild. Den tvådimensionella bilden överförs till en tvådimensionell optisk sensor 5, vilken företrädesvis är inrättad för att utföra viss bildbehandling på den av sensorn detekterade bilden. Sensorn kan slutligen stå i förbindelse med någon typ av datorsystem, i vilket en slutlig utvärdering vid behov sker.

Beroende på i vilken tillämpning utrustningen ska utnytt- jas, behöver endast vissa ljusfrekvenser undersökas vid utvärderingen. Detta medför en väsentligt snabbare exekve- ringstid för spektralbaserad representation. Förfarandet kan på ett fördelaktigt sätt förverkligas genom utnyttjande av en optisk sensor, vilken möjliggör utläsning av godtyc- kliga rader i en tvådimensionell bild. Utläsningen kan vara av den typ som är icke-förstörande, men även av den typ som är förstörande.

Den uppfinningsenliga metoden kommer i det följande att förklaras med utgångspunkt från användning av en tvådimen- sionell optisk sensor, vilken har vissa inbyggda möjlighe- ter till signalbehandling, exempelvis en sensor av typen MAPP 2200 från Integrated Vision Products AB. Denna sensor består av en array av ett antal fotodioder och innefattar 10 15 20 25 30 502 197 4 en inbyggd processor som kan utföra parallell behandling av en rad bildelement. Sensorn är utformad så att de för behandling avsedda raderna kan utväljas i godtycklig ordning och utläsas utan att den övriga i bilden ingående informationen berörs. Utläsning medför dock att informatio- nen i de utlästa raderna förstörs.

Efter att det på kameran infallande ljuset har transforme- rats till en tvådimensionell bild i prismat, varvid ena dimensionen, x-dimensionen, motsvarar den i linjebilden pixelvisa positionen, medan y-dimensionen motsvarar det efter transformeringen i varje punkt erhållna spektrumet, får den omvandlade bilden infalla på den tvádimensionella arrayen av fotodioder som 'utgör sensorelementen i den optiska sensorn (MAPP 2200). När bildinformationen efter exponering i sensorn har erhållits, bearbetas de rader som är av speciellt intresse i bildbehandlande kretsar.

Eftersom dessa rader i sensorn svarar mot vissa frekvenser eller frekvensomràden, innebär den radvisa adresseringen att vissa frekvenser lyfts fram för vidare behandling. De aktuella frekvenserna bestäms naturligtvis av den aktuella tillämpningen. Det är därför viktigt att de adresserade raderna kan varieras. Den mot en bestämd spektralegenskap svarande summan erhålls därefter genom analog summering av de utlästa raderna.

Genom att den radvisa summeringen i MAPP-sensorn kan utföras parallellt blir den spektralbaserade behandlingen mycket snabb. Den analoga summeringen leder även till ett högt signal-brus förhållande i det färdiga resultatet.

För utvärderingen av en linjesignals spektralegenskaper 10 15 20 25 30 502 197 5 sker företrädesvis en viktad summering av de intressanta frekvenserna i det registrerade spektrumet.

N g kjfmj) <1) 'P1 Sc(i) = För varje kolumn bildas ett antal summor som motsvarar ett antal klasser c. De bildade summorna kan exempelvis användas direkt för klassificering av bildelementet genom att den klass c väljs för vilken ovannämnda summa Sc(i) är störst.

Praktiska försök har visat att mycket noggrann utvärdering av ett föremàls spektralegenskaper kan erhållas med MAPP- sensorn, givet att de frekvenskomponenter som ingår i summorna SC(i) endast får förekomma i en summa N 2 kjfrnj) nMC = o <2) jeM C c šcm Anledningen till att frekvenskomponenterna vid användning av denna sensor för utförande av metoden endast får förekomma en gäng är att den i sensorn lagrade informatio- nen förstörs vid den efterföljande bildbehandlingen. Dä istället en sensor som kan bearbeta den lagrade informatio- nen utan att samtidigt förstöra denna utnyttjas, kan frekvenskomponenter fritt återanvändas vid summeringen.

För att beräkna summorna Si krävs ett antal multiplikatio- ner med viktningskoefficienterna kr Dessa multiplikationer kan utföras genom att i sensorn utnyttja olika integra- tionstider (exponeringstider). Detta illustreras exempelvis i fig 2 där exponeringen år aktiv när det finns ett svart streck. Streckens vänstra ändpunkt symboliserar initiering av exponeringen. De tre aktuella frekvenserna xl, x2 och x3 10 15 20 25 30 502 197 6 har i detta fallet koefficienterna 3, 1 och 2. Detta ger ett summavärde SC(i) Sc(i) = 3-f(i,x1) + 1-f(i, X2) + 2-f(i,x3) (3) En annan variant för att beräkna summorna Sc(i) är att utföra en analog summering av ett antal rader som ligger i närheten av den intressanta frekvensen. Genom denna metod skulle 3 f(i,x) kunna approximeras enligt följande 3-f(i,x)= 1-f(i,x-1) + 1-f(i,x) + 1-f(i,x+1) (4) För motsvarande summering som visas i figur 2, skulle den i figur 3 visade approximeringen kunna utföras.

Ett fördelaktigt sätt är naturligtvis att kombinera metoderna enligt ovan. Den första angivna metoden medför i och för sig att den snabbast möjliga radfrekvens som kan uppnås begränsas av den längsta exponeringstiden, men denna metod har i gengäld fördelen att vara exaktare än metoden med summering av ett antal approximativa frekvenser.

Den föredragna anordningen för implementering av den uppfinningsenliga metoden kan ej utnyttjas pà ovan angivet sätt då negativa koefficienter måste behandlas i summorna Sc(i) eftersom negativ exponering ej kan utföras. De signalbehandlande kretsarna utnyttjas då för att utföra denna subtraktion. Exempelvis adderas först de positiva koefficienter för sig och de negativa koefficienterna för sig, varefter den erforderliga subtraktionen kan utföras på en mångfald olika sätt beroende på vilken typ av signalbe- 10 15 20 25 30 502 197 7 handlande kretsar som utnyttjas.

Eftersom de summor som erhålls efter viktningen av spektra~ linformationen ger information om. det pixel som dessa summor avser, kan den uppfinningsenliga metoden betraktas som en metod att reducera pixelinformation genom bildandet av linjärkombinationer. Genom dessa linjärkombinationer kan en vektor skapas för varje pixel, vilken har färre dimen- sioner än den ursprungliga vektorn. Storleken på denna vektor beror till viss del den noggrannhet som krävs vid den därpå följande bearbetningen av informationen. Den information som erhålles efter tillämpning av den uppfin- ningsenliga metoden är alltså ett mått på spektralegenska- perna hos en mängd pixel; ett antal reducerade vektorer på vilka ytterligare operationer kan appliceras. För att med utgångspunkt från den reducerade informationen exempelvis kunna klassificera ett föremål med utgångspunkt från dess färg, kan linjära eller olinjära klassificerare användas.

Vid utnyttjande av en linjär klassificerare kan klassifice- ringen åstadkommas direkt i. de aktuella summeringarna, varvid endast enkla jämförelser mellan de erhållna summa- värdena behöver göras.

Den uppfinningsenliga metoden lämpar sig för snabb avsyning och kan därför med fördel utnyttjas vid avsyning av material som transporteras utmed en löpande bana. En i detta sammanhang fördelaktig tillämpning är när kameran utnyttjas för att spåra defekter i trä.'Metoden är speci- ellt användbar för att hitta defekter som avviker i färg från omgivande trä, såsom blånad, röta, strömärken etc.

Normalt är avvikelserna i färg för dessa defekter för små för att kunna detekteras med normal färgkamerateknik 502 197 8 samtidigt som hastighetskraven är för stora för att man ska kunna använda traditionell spektrometerteknik till en rimlig kostnad. Ett annat lämpligt tillämpningsområde är avsyning av papper. Den uppfinningsenliga metoden kan med fördel utnyttjas för att kontrollera att utmed en bana löpande papper har rätt färg.

De ovan angivna tillämpningarna utgör ej någon begränsning av den uppfinningsenliga metoden, utan anges enbart för att exemplifiera några av de många tillämpningar som är fördelaktig med denna metod. Den uppfinningsenliga metoden ska endast anses begränsas av det som framgår av följande patentkrav.

Claims (1)

10 15 20 25 502 197 Metod för spektralbaserad representation av bildele- ment på en linje, vilken belyses med ljus så att en linjebild erhålles, varefter linjebilden transformeras till en tvàdimensionell bild på ett sådant sätt att varje kolumn i den tvådimensionella bilden får repre- sentera spektralfördelningen av det ljus som reflekte- ras av motsvarande punkt i linjebilden, varefter åtminstone en summa som får representera spektrale- genskaperna för ett bildelement på linjen bildas genom kolumnvis summering av Ibildelement, k ä n n e t e c k n a d av, att ett varierbart antal rader utläses ur den tvådimensionella bilden samt att en kolumnvis, analog summering utförs av bildinnehållen i de utlästa raderna. Metod enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d av, att radernas värden viktas genom att olika exponeringstider för raderna i den tvådimensionella bilden utnyttjas. Metod enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d av, att ett viktat radvärde approximeras genom analog summering av den för viktning avsedda raden och i. en nära omgivning av denna liggande rader.