DE3005087C2 - Verfahren zur optischen Analyse eines Bildes nach Maßgabe von Farb- und/oder Helligkeitswerten - Google Patents
Verfahren zur optischen Analyse eines Bildes nach Maßgabe von Farb- und/oder HelligkeitswertenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur opiischen Analyse eines Bildes nach Maßgabe von Färb- und/oder
Helligkeitswerten, wobei Felder des Bildes optisch erfaßt und wertmäßig ermittelt und die ermittelten
Werte gespeichert und/oder miteinander verglichen und die Ergebnisse nach Maßgabe eines vorgegebenen
Ordnungssystems ausgewertet werden.
Bei der optischen Analyse eines Objektes — in den weiteren Ausführungen als Bild bezeichnet — spielen
zur Erkennung gesuchter Merkmale die Färb- und/oder Helligkeitswerte des Bildes eine maßgebliche Rolle.
Eine solche Analyse kann beispielsweise bei einem Thermogramm zur Ermittlung von Wärmeemission
benutzt werden. Ein anderes Anwendungsgebiet ist unter anderem die Kontrolle von Produkten wie
beispielsweise von Stoff- oder Papierbahnen zum Auffinden von Fehlerstellen.
Ein weiteres wichtiges Anwendungsgebiet ist beispielsweise die optische Analyse von Fleisch zur
Bestimmung des Fleisch/Fettverhältnisses.
Bei der Automatisierung solcher Bildanalysen wird der beobachtende Mensch durch eine Kamera, vorzugsweise
durch eine Schwarz-Weiß-Kamera, ersetzt.
Schwarz-Weiß-Kameras, bei welchen die Zeilenlängen bestimmt werden, sind gegenüber Farbkameras um ein
Vielfaches preiswerter und zudem stabiler im Betriebsverhalten.
Bei Beobachtung der Heliigkeits- und/oder Farb-Unierschiede
eines Bildes durch eine Schwarz-Weiß-Kamera tritt jedoch die Schwierigkeit auf, daß Bildmuster,
insbesondere im Bereich von Färb- und/oder Helligkeits-Übergängen,
sich nur schwer und gegebenenfalls ίο mit relativ großer Ungenauigkeit, & h, mit großer
Fehlertoleranz, erkennen lassen, da sich deren Abgrenzungen in relativ gering unterschiedlichen Grautönen
nicht genau genug bestimmen lassen.
So wurde beispielsweise bei der video-optischen Bildanalyse von Fleisch durch eine Schwarz-Weiß-Kamera
beim Übergangsbereich Fett/Fleisch eine Toleranzbreite von ± 3 mm festgestellt, während das
menschliche Auge, unterstützt durch die Farbinformation, bei dem gleichen Objekt einen maximalen Fehler
von + 1 mm und weniger einzuhalten in der Lage war.
Es ist bereits ein Verfahren zur Analyse von
Bildmustern bekannt (DE-AS 19 38 854), bei welchem zur Auswertung unterschiedlicher Informationen eines
Bildmusters die von einem Abtaster während der Abtastung des Bildmusters erzeugten elektrischen
Signale als Steuersignale mindestens einer Torstufe zugeführt werden, die zwischen einem impulsgenerator
und eincjr die Impulse dieses Generators registrierenden
Einrichtungen geschaltet ist, und wobei die Anzahl der
3« in die registrierende Einrichtung gelangten Impulse als
Maß für die Flächenanteile des Bildmusters mit unterschiedlicher Information verwendet werden.
Um bei diesem Verfahren eine ausreichende Genauigkeit
zu erzielen wird vorgeschlagen, zusätzlich durch optisches Eichen den Proportionalitätsfaktor
zwischen der Größe der abgetasteten Fläche mit unterschiedlicher Information und der registrierten Zahl
von Impulsen zu ermitteln. Ein weiterer Vorschlag sieht vor, mehrere Abtastzyklen mit unterschiedlich hohen
Ansprechpegeln der Torstufe bzw. der vom Abtastsignal gesteuerten Torstufe nacheinander durchzuführen.
Das bekannte Verfahren hat jedoch im Falle fließender Färb- oder Helligkeitsübergänge ebenfalls
den Nachteil relativ hoher Fehlertoleranzen, oder es erfordert zu deren Eingrenzung äußerst schwieriger und
langwieriger Eichungen respektive wiederholter, vergleichender Abtastzyklen. Somit ist das Verfahren
verhältnismäßig aufwendig, kompliziert und bedarf zu seiner Durchführung eines geübten Fachmannes.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neues Verfahren zu schaffen, das eine unkomplizierte und
qualitativ hochwertige Analyse eines Bildes oder eines Bildmusters gestattet, und insbesondere dahingehend
verbessert ist, daß die fehlende Farbinformation im Schwarz-Weiß-Bild durch Kontrasterhöhung kompensiert
wird. Dabei soll dieses Ziel mit unkomplizierten Mitteln und in möglichst weitgehender Unabhängigkeit
von menschlicher Bedienung erreicht werden.
Die Lösung der Aufgabe gelingt dadurch, daß für jedes Feld durch mindestens zwei optische Erfassungen mindestens zwei Werte, und davon mindestens einer unter Vorschaltung eines Filters, ermittelt werden, daß aus den für ein Feld ermittelten Werten je ein Quotient gebildet wird, und daß aus den Quotienten zur Analyse des Bildes ein synthetisches Bild zusammengesetzt wird.
Die Lösung der Aufgabe gelingt dadurch, daß für jedes Feld durch mindestens zwei optische Erfassungen mindestens zwei Werte, und davon mindestens einer unter Vorschaltung eines Filters, ermittelt werden, daß aus den für ein Feld ermittelten Werten je ein Quotient gebildet wird, und daß aus den Quotienten zur Analyse des Bildes ein synthetisches Bild zusammengesetzt wird.
Mit der Erfindung ergibt sich der Vorteil, daß eine
signifikante Erhöhung des Kontrastes im Bereich von Färb- und/oder Helligkeits-Übergängen bei der Bild-
analyse durch eine Schwarz-Weiß-Kamera erreicht wird, und daß die fehlende Farbinformatition des
Schwarz-Weiß-Bildes so ergänzt wird, daß ein »hartes« Bild erhalten wird, bei welchem Farbtöne in kontrastreiche
Grau-Werte umgesetzt sind.
In Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, daß ein Feld mit einer Kamera optisch sequentiell ohne und
mit Filter erfaßt wird.
Hierdurch ergibt sich der Vorteil, daß durch die serielle Aufbereitung zweier Bilder über eine gemeinsame
Optik und Kamera a!le praktisch vorkommenden Instabilitäten beispielsweise durch mechan'sche Veränderung,
Altering, Interferenz oder sonstige Fehler eliminiert werden.
Diese Vorteile gelten auch für den weiteren Vorschlag, daß ein Feld des Bildes mit einer Kamera
optisch sequentiell mit mindestens zwei Filtern von unterschiedlichen Färb- und/oder Helligkeitswerten
erfaßt wird.
Durch diese Maßnahme wird ebenfalls in sehr vorteilhafter und unkomplizierter Weise erreicht, daß
die fehlende Farbinformation im Schwarz-Weiß-Bild durch Überlagerung von mindestens zwei mittels
unterschiedlicher Farbfilterung gewonnener serieller Schwarz-Weiß-Bilder so ergänzt wird, daß ein kontrastreiches
Bild erhalten wird. Dabei richtet sich die Auswahl des Spektralbereiches der Filter nach der
Farbtemperatur des iu messenden Objektes. Die erzielte Verbesserung der Übergangszonen des synthetischen
Bildes liegt fallweise zwischen dem Dreifachen so
bis Zehnfachen des Normalbild-Kontrastes und gegebenenfalls noch erheblich darüber.
Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß ein Feld optisch simultan mittels zweier synchrongesteuerter Kameras durch mindestens ein Filter,
vorzugsweise durch zwei unterschiedliche Filter, erfaßt wird.
Mit dieser Maßnahme ergibt sich der Vorteil, daß bei simultaner Bilderfassung die Meßzeit pro Feld halbiert
wird.
Der Aufwand an Mechanik zur Umschaltung der Farbfilter und Bildspeicher, wie dieser bei der
Bilderfassung durch eine Kamera notwendig ist, kann bei simultaner Bilderfassung mittels zweier synchrongesteuerter
Kameras entfallen.
In Ausgestaltung der Erfindung ist deren Anwendung bei Fleischwaren zur Fleisch-Fett-Bestimmung und/
oder bei Schlachttierkörpern vorgesehen, da, wie bereits weiter oben ausgeführt wurde, diese Bestimmung
nur hei hoher Genauigkeit sinnvoll durchgeführt werden kann.
Und schließlich ist die Anwendung der Erfindung bei der Analyse eines Bildes für Kontrollzwecke vorgesehen.
Im folgenden wird die Erfindung an Hand von Beispielen in der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 die sequentielle Erfassung eines Bildes mit einer Schwarz-Weiß-Kamera und einer Filterwechseleinrichtung
im Blockschaltbild,
F i g. 2 die optisch simultane Erfassung eines Bildes <>o
mittels zweier synchron gesteuerter Schwarz-Weiß-Kameras durch unterschiedliche Filter, ebenfalls im
Blockschaltbild,
F i g. 3 Diagramme von Färb- und/oder Helligkeitswerten eines Bildfeldes, und zwar beim Vergleich b5
zwischen »Normalbild«, Filterbild »rot«, Filterbild »grün« und »synthetischem« Bild.
Gemäß F i g. 1 besteht das Meßobjekt 1 aus einer betrachteten Fläche, beispielsweise eines Fleischstükkes,
in welchem sich rotes Magerfleisch Γ und weiße Fettschichten 1" abwechseln. Vor dem Meßobjekt ί
rotiert eine von dem Rotor 3 angetriebene Filterscheibe 2, welche zur Hälfte beispielsweise aus rotem
rilterglas 2' und zur anderen Hälfte aus grünem Filterglas 2'· besteht Eine handelsübliche Schwarz-Weiß-Fernsehkamera
4 sieht daher ein abwechselnd rot- bzw. grüngefiltertes Bild. Synchron mit der
Filterdrehzahl wird der Schalter 9 so umgeschaltet, daß das jeweils rotgefiltertes Bild in den Bildspeicher »rot«
6, und das grüngefilterte Bild in den Bildspeicher »grün« 5 eingelesen oder eingeladen wird. Die Abfrageeinrichtung?
tastet synchron zur Bildfolge die Helligkeit beider Speicherbilder ab und bildet aus den Helligkeitswerten den Quotienten »Q« = »rotes« Bild : »grünes«
Bild
»rotes« Bild
»grünes« Bild
»grünes« Bild
= Q·
Mit dem Pfeil 10 ist die Ausgabe des Quotienten »ζλ<
zur weiteren Vei arbeitung in Form eines synthetischen Bildes symbolisiert Wie in F i g. 3 zu erkennen ist, wird
der Übergang von rotem zu weißem Bildanteil dadurch erheblich steiler. Man nennt diesen Vorgang in der
Fachsprache »Versteilerung«. Dadurch entsteht am Ausgang der Abfrageeinrichtung 7 ein synthetisches,
kontrastreiches Bild. Der Impulsgeber 8 synchronisiert den zeitlichen Ablauf der Bilderfassung.
Gemäß F i g. 2 wird das Meßobjekt 11 über eine
Optik 12 fokussiert. Die beiden Prismen 13 verzweigen die dabei entstehende Abbildung in zwei gleichwertige
optische Wege. Die Filterplatte »grün« 14 erzeugt in der Schwarz-Weiß-Kamera 17 ein nach grünen Farbanteilen
bewertetes Schwarz-Weiß-Bild, und entsprechend der Filterplatte, »rot« 15 in Kamera 16 ein nach roten
Farbanteilen bewertetes Schwarz-Weiß-Bild. Beide Kameras werden synchronisiert, so daß der analoge
Quotientenrechner 18 ein normal weiter zu verarbeitendes kontrastreiches Bild-Signal liefert.
In Fig.3 ist das Verfahren nach der Erfindung,
insbesondere die Quotientenbildung eines Feldes, in einer Folge von Diagrammen untereinander dargestellt.
Die oberste Darstellung enthält das ungefilterte »Normalbild«. Der darin enthaltene hellste Helligkeitsoder Farbwert, von der Schwarz-Weiß-Kamera zunächst
als beliebiger Grauwert erkannt, wird in der Skala der Ordinate »y« auf die Wertdefinition »100«
normiert (rechte Bildhälfte).
Für den dunkelsten Helligkeits- oder Grauwert des Feldes ergibt sich dabei beispielsweise der Relativwert
30 (linke Bildhälfte). Im Bereich de* Bildüberganges
Dunkel/Hell ergibt sich infolge eines relativ schlechten Kontrastes ein verhältnismäßig weiter, verschwommener
Übergangsbereich, dessen Kontrastschärfe beispielsweise durch den mittleren Winkel «ι dargestellt
werden kann. Die maximalen Grauwert- oder Helligkeitsunterschiede ergeben demnach das Verhältnis
100:30.
Im darunterliegenden Filterbild »rot« wird durch Vorschalten eines Rotfilters der dunkelste Grauwert,
z. B. für Fleisch einer Fleisch/Fett-Bestimmung, auf den Kelativwert 60 im Verhältnis zu dem auch im Filterbild
auf »100« normierten hellsten Grauwert angehoben.
Daraus resultiert im Übergangsbereich ein die Kontrastwirkung symbolisierender Winkel oti für ein
Hell/Dunkel-Verhältnis 100 :60.
Im Filterband »grün« mit grünem Vorschaltfilter aufgenommen, nimmt der Relativwert der dunkleren
Fleisch- oder Bildpartie im Verhältnis zum ebenfalls auf den Wert »100« normierten Fett-Grau wert den Wert 10
an.
Im Übergangsbereich Dunkel/Hell ergibt sich dabei ein Winkel a3 für ein Hell/Dunkel-Verhältnis 100/10.
Der relativ geringe Grauwert 10 entspricht dem geringen grünen Farbanteil im Bereich des Magerfleisches.
Das unterste Fe!d in F i g. 3 zeigt in der linken Hälfte den Quotienten der relativen Helligkeit für den
dunkelsten Grauwert im Vergleich zum auf 100 normierten hellsten Grauwert.
Helligkeitswert
»rot«
»grün«
»grün«
Der dabei resultierende, relativ steile Winkel <x4 zeigt
durch seinen Verlauf die erhöhte Kontrastwirkung des synthetischen Bildes. Die sich hieraus ergebende
Kontrastwirkung beim Hell/Dunkel-Verhältnis beträgt 100 :6 = 16,5 :1. Gegenüber dem Normalbild mit einer
Kontrastwirkung 100:30 = 3,3:1 bedeutet dies beispielsweise eine Kontratssteigerung um einen
Faktor 5.
In Versuchen sowie in der Praxis hat sich überraschenderweise herausgestellt, daß das neue Verfahren
sich für unkompliziert und rasch durchführbare optische Analysen eines Bildes nach Maßgabe von Farb-
und/oder Helligkeitswerten durch eine Schwarz-Weiß-Kamera ausgezeichnet eignet.
Die sich hieraus ergebende Vielfalt der Anwendungsmöglichkeiten ist in der eingangs beispielhaft gewählten
Aufzählung nur mit einer kleinen Auswahl aufgezeigt.
Weitere Anwendungsgebiete sowie Modifikationen des erfindungsgemäßen Verfahrens fallen unter die
Erfindung, sofern sie einem der geltenden Patentansprüche genügen.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (7)
1. Verfahren zur optischen Analyse eines Bildes nach Maßgabe von Färb- und/oder Helligkeitswerten,
wobei Felder des Bildes optisch erfaßt und wertmäßig ermittelt und die ermittelten Werte
gespeichert und/oder miteinander verglichen und die Ergebnisse nach Maßgabe eines vorgegebenen
Ordnungssystems ausgewertet werden, dadurch
gekennzeichnet,daß für jedes Feld durch mindestens zwei optische Erfassungen mindestens
zwei Werte, und davon mindestens einer unter Vorschaltung eines Filters, ermittelt werden, daß aus
den für ein Feld ermittelten Werten ein Quotient gebildet wird, und daß aus den Quotienten zur
Analyse des Bildes ein synthetisches Bild zusammengefügt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Feld mit einer Kamera optisch
sequentiell ohne und mit Filter erfaßt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Feld mit einer Kamera optisch
sequentiell mit mindestens zwei Filtern von unterschiedlichen Färb- und/oder Helligkeitswerten erfaßt
wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Feld optisch simultan mittels zweier synchron gesteuerter Kameras durch mindestens
ein Filter, vorzugsweise durch zwei unterschiedliche Filter erfaßt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Kamera eine
Schwarz-Weiß-Kamera verwendet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, gekennzeichnet durch dessen Anwendung zur Fleisch-Fett-Bestimmung
von Fleischwaren und/oder Schlachttierkörpern.
7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, gekennzeichnet durch dessen Anwendung bei der Analyse eines
Bildes für Kontrollzwecke.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE3005087A DE3005087C2 (de) | 1980-02-12 | 1980-02-12 | Verfahren zur optischen Analyse eines Bildes nach Maßgabe von Farb- und/oder Helligkeitswerten |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE3005087A DE3005087C2 (de) | 1980-02-12 | 1980-02-12 | Verfahren zur optischen Analyse eines Bildes nach Maßgabe von Farb- und/oder Helligkeitswerten |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3005087A1 DE3005087A1 (de) | 1981-08-20 |
DE3005087C2 true DE3005087C2 (de) | 1982-02-11 |
Family
ID=6094346
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE3005087A Expired DE3005087C2 (de) | 1980-02-12 | 1980-02-12 | Verfahren zur optischen Analyse eines Bildes nach Maßgabe von Farb- und/oder Helligkeitswerten |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3005087C2 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102014107899A1 (de) * | 2014-06-04 | 2015-12-17 | Weber Maschinenbau Gmbh Breidenbach | Verfahren und Vorrichtung zur Prüfung eines in einem Pellvorgang zu pellenden Lebensmittelprodukts |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3322665A1 (de) * | 1983-06-23 | 1985-01-03 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Farbdichtemessgeraet |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1980
- 1980-02-12 DE DE3005087A patent/DE3005087C2/de not_active Expired
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DE102014107899A1 (de) * | 2014-06-04 | 2015-12-17 | Weber Maschinenbau Gmbh Breidenbach | Verfahren und Vorrichtung zur Prüfung eines in einem Pellvorgang zu pellenden Lebensmittelprodukts |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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DE3005087A1 (de) | 1981-08-20 |
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