DE3239938C2

DE3239938C2 -

Info

Publication number: DE3239938C2
Application number: DE3239938A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Ing.(Grad.) 2000 Hamburg De Bothe; Gerhard Dipl.-Ing. 2000 Wendel De Schoene
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Vincorion Advanced Systems GmbH
Priority date: 1982-10-28
Filing date: 1982-10-28
Publication date: 1988-07-21
Also published as: DE3239938A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Es ist bereits ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erkennung und Identifikation und/oder Qualitätskontrolle von Gegenständen, ins besondere von Büchern oder dergleichen, vorgeschlagen worden, die vor zugsweise zwecks Ein- bzw. Auslagerung einer Längen-, Breiten- und Höhenvermessung unterzogen und vorzugsweise mit einem lesbaren Bar-Code versehen werden (deutsche Patentanmeldung P 32 08 135.9, entspricht DE-OS 32 08 135). Durch zeilenweise und/oder spaltenweise Aufsummation der Helligkeits werte einer abgetasteten Gegenstandsfläche wird in horizontaler und/ oder vertikaler Richtung ein charakteristisches lineares Hellig keitsgebirge der Oberfläche des Gegenstandes erzeugt. Das Helligkeits gebirge wird zur Identifikation und/oder Qualitätskontrolle des Gegenstandes herangezogen. Auch ist beispielsweise vorgesehen, daß die parallel zu den Rändern der Oberfläche des Gegenstandes ermittelte summarische Helligkeitsverteilung einer Schwellwertermittlung unter zogen wird, die aus einer Grauwertverteilung durch optimale Schwell setzung eine Schwarz-Weiß-Verteilung herstellt. In der Schwarz-Weiß- Verteilung sind die charakteristischen optischen Merkmale der Gegen standsoberfläche enthalten. Bei diesem Verfahren bzw. bei dieser Vorrichtung muß der zu untersuchende Gegenstand sehr genau in einer de finierten X- und Y-Richtung positioniert werden, da die Auflösung in X- und Y-Richtung hoch ist. Außerdem ist durch die hohe Auflösung die Datenmenge verhältnismäßig groß, so daß der technische Aufwand für die Sensorik und Beleuchtung relativ hoch ist.

Es ist eine Anordnung zur Erkennung von Gegenständen bekannt (DE-OS 29 35 261), bei der als hochauflösender optoelektronischer Sensor eine Halbleiter-Matrixkamera mit einer nachgeschalteten Bildpunktzusammen fassungseinrichtung zur Erzeugung eines groben Abbildes der Gegenstän de verwendet wird. Die Bildpunktzusammenfassung wird mit Hilfe einer Matrixoperation durchgeführt. Hierbei werden binäre Werte verarbeitet, und zwar werden von einem sogenannten Superpixel-Generator lediglich als schwarz oder weiß erkannte Bildpunkte zu einem Binär wert (Eins/Null) zusammengefaßt. Das grobe Abbild des Gegenstandes wird mit einem vorgegebenen Referenzbild in einer Auswerteeinrich tung verglichen, wobei von der Auswerteeinrichtung ein Signal be reitgestellt wird, das ein Maß der Übereinstimmung zwischen grobem Abbild und vorgegebenem Referenzbild darstellt.

Weiterhin sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung einer digitalen Repräsentation eines Objektes bekannt (DE-OS 25 07 173), bei denen das Objekt durch Vergleich seiner digitalen Re präsentation mit einem Satz digitaler Repräsentationen bekannter Objekte bestimmbar ist. Hierbei wird von dem Objekt durch Abtasten in zwei Dimensionen mit gegebener Zeilen- und Bildfrequenz ein Video signal erzeugt. Weiterhin werden wenigstens mehrere aufeinanderfol gende Abschnitte des Videosignals während einer Bildabtastung in Digitalwerte umgewandelt, die jeweils dem Mittelwert des Video signals während des entsprechenden Zeitabschnittes entsprechen, der seinerseits wenigstens etwa der Dauer eines Zeilenhinlaufs des Video signals entspricht. Es werden wenigstens mehrere Digitalwerte für we nigstens einen wesentlichen Teil einer Bildabtastung erzeugt, wobei die aufeinanderfolgenden Digitalwerte entsprechenden Zeitabschnitte wenigstens so lang sind, wie die Zeitdauer eines Zeilenhinlaufs. Vorzugsweise werden die Digitalwerte des zu bestimmenden Objektes in einen Digitalrechner eingegeben und zur Bestimmung des Objektes mit Digitalwerten bekannter Objekte verglichen. Eine Erzeugung eines groben Abbildes der Gegenstände ist bei diesem vorbekannten Ver fahren nicht vorgesehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur schnellen Erkennung, Identifikation und/oder Qualitätskontrolle einer großen Zahl von Gegenständen vorzuschlagen, die sich vorzugsweise auf Trans porteinrichtungen mit verhältnismäßig hoher Geschwindigkeit fortbe wegen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst.

Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2-9 beschrieben.

Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß alle Helligkeitswerte der hochaufgelösten Bildpunkte zu einem neuen Grauwert zusammenge faßt werden, wodurch eine Unterscheidung einer Vielzahl von Gegen ständen ermöglicht wird. Von Vorteil ist auch, neben der Möglich keit der Erkennung von Beschädigungen, beispielsweise an Büchern oder Zeitschriften, daß durch die geringe Auflösung in X- und Y- Richtung das Verfahren relativ unempfindlich gegen Verdrehungen und Lageverschiebungen des zu untersuchenden Gegenstandes ist. Man kann vorteilhafterweise auf ein elektronisches Suchen des Gegen standes verzichten. Bedingt durch den Verzicht auf ein elektronisches Suchen und aufgrund der verhältnismäßig geringen Datenmenge ist es möglich, das aktuelle Abbild eines Gegenstandes mit einer sehr hohen Anzahl von Referenzbildern zu vergleichen und trotzdem sehr geringe Erkennungszeiten zu erreichen, z. B. 50 ns (Zeit für Vergleich) × 32 (Anzahl der Bildelemente) × 5000 (Anzahl der Referenzen) = 8 ms. Weiterhin ist es von Vorteil, daß der Sensor sehr einfach ausfallen kann, da nur eine sehr geringe Auflösung benötigt wird. Beispiels weise kann eine sehr ein fache Festkörperkamera mit 32 × 32 Elementen verwendet werden. Durch eine entsprechende Wahl des Auswerte-Rasters (z. B. 4 × 8; 6 × 8; 8 × 8 oder 6 × 6) ist es vorteilhafterweise möglich, gezielt auf die möglichen Lageungenauigkeiten der Gegenstände und die Anzahl der zu unterscheidenden Gegenstände einzugehen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt, und zwar zeigt

Fig. 1 den schematischen Aufbau einer aus Transporteinrichtungen mit zugehörendem Erkennungs-, Identifikations- und Qualitätskon trollsystem bestehenden Zeitschriftleseeinrichtung,

Fig. 2 eine Rasterdarstellung von groben Abbildern eines zu unter suchenden Gegenstandes und eines Referenzbildes, und

Fig. 3 ein Schema einer Betragsdifferenzbildung von aktuellen Daten eines groben Abbildes und den Daten eines Referenzbildes.

Gemäß Fig. 1 werden auf einem Transportband 1 befindliche Zeit schriften 2 mit einer Geschwindigkeit von ca. 2 m/s an einem opto elektronischen Sensor 3 vorbeigeführt, der von den Zeitschriften 2 ein auflösungsbegrenztes grobes Abbild erzeugt und über eine zeich nerisch nicht dargestellte Kabelverbindung an eine Auswerteeinrich tung 4 weitergibt. In der Auswerteeinrichtung 4, die ein nicht be zeichnetes Netzteil und Bedienungspult aufweist, wird das grobe Ab bild des Gegenstandes 2 mit Referenzbildern verglichen und diejenige Referenz angezeigt, die die beste Übereinstimmung von Gegenstand und Referenz ergibt. Ferner wird von der Auswerteeinrichtung 4 ein Signal bereitgestellt, das ein Maß der Übereinstimmung zwischen dem groben Abbild des Gegenstandes 2 und der dazu passenden Referenz darstellt (siehe auch Fig. 2). Dieses Signal wird zur Begutachtung der untersuchten Zeitschriften herangezogen, wobei hierzu weitere zeichnerisch nicht dargestellte Vorrichtungen verwendet werden oder die Auswerteeinrich tung 4 in entsprechender Weise gerätetechnisch ergänzt wird. Anstelle der genannten Zeitschriften können auch andere Gegenstände, beispiels weise Bücher, Kartons oder diverse Warenstücke mit starrer Geometrie untersucht werden.

Zur groben Vorpositionierung der Zeitschriften 2 ist an dem Trans portband 1 als mechanisches Hilfsmittel ein Anschlag 5 angeordnet, der die Zeitschriften 2 in einem von dem optoelektronischen Sensor 3 erfaßten Bereich quer zur Förderrichtung ausrichtet. Hierdurch kann vorteilhafterweise auf ein elektronisches Suchen der Zeitschriften 2 verzichtet werden.

In Richtung des Förderbandes ist eine Lichtschrankenzeile 6 vorge sehen. Diese Lichtschrankenzeile 6 erzeugt ein Startsignal zur Her stellung eines groben Abbildes beim Durchlauf der Zeitschrift 2.

Alternativ kann auch ein aus zwei gekreuzt angeordneten Lichtschranken bestehendes Lichtschrankenzeilenkreuz zur Lageerkennung der Zeit schriften 2 in X- und Y-Richtung des Förderbandes 1 und zur Drehlage erkennung der Gegenstände 2 vorgesehen werden. Bei so ermittelter X-Y-Lage und Drehlage der Zeitschriften 2 kann ein verdrehtes Ein lesen des groben Abbildes der Zeitschriften 2 mit Hilfe von trans formierten X- und Y-Koordinaten durchgeführt werden.

Als optoelektronischer Sensor 3 mit begrenzter Auflösung zur Erzeugung eines groben Abbildes einer Zeitschrift 2 kann eine Halbleiter-Matrix kamera mit beispielsweise 32 × 32 Bildelementen verwendet werden. Dieser Kamera ist eine Bildpunktzusammenfassungseinrichtung nachge schaltet, die über eine Echtzeitverarbeitung die Bildelemente bei spielsweise zu einer 4 × 8 Matrix zusammenfaßt. Diese Matrix reicht dann als aktuelles Abbild einer Zeitschrift 2 aus, um in der Aus werteeinrichtung 4 mit einem Referenzbild gleicher Art verglichen zu werden (siehe auch Fig. 3).

Alternativ kann eine Kamera verwendet werden, die ein hochaufgelöstes Bild des Gegenstandes 2 erzeugt. Zur Erlangung der Bildelemente des groben Abbildes der Zeitschriften 2 kann durch eine andere Matrix operation eine Aufsummation aller Helligkeitswerte des hochaufge lösten Abbildes einer Zeitschrift 2 hergestellt werden.

Um eine Überführung des hochaufgelösten Abbildes der Zeitschriften 2, in eine Abbildung mit geringer Auflösung zu bewerkstelligen, können statistische Verfahren zur Hilfe genommen werden. Auch ist es möglich, das grobe Abbild einer Zeitschrift 2 durch Zusammenfassung der Hellig keitswerte der Bildpunkte des hochaufgelösten optoelektronischen Sensors 3 in einer Bildpunktzusammenfassungseinrichtung zu erzielen.

Nach Durchführung der Matrixoperation können die ermittelten absoluten Grauwertelemente der groben Abbilder zur Erzielung von beleuchtungs unabhängigen, relativen Grauwertelementen einem Normierungsverfahren unterzogen werden. Auch ist es denkbar, daß auflösungsreduzierte grobe Abbilder von Zeitschriften 2 zur Erkennung, Identifizierung und/oder Qualitätskontrolle der Zeitschriften als Referenzbild in Speichern abgelegt werden. In Fig. 2 ist das grobe Abbild eines Gegenstandes, beispielsweise einer Zeitschrift 2, als 4 × 8 Raster dargestellt und mit 8 bezeichnet. Es handelt sich um ein starres Raster, das relativ unabhängig von der Lage des Gegenstandes ist. Dieses wird durch die drei Abbilder 8 a bis 8 c verdeutlicht, von denen das Abbild 8 a eine 100%ige Deckung von Gegenstand und Raster, Abbild 8 b eine Ver schiebung von Gegenstand und Raster in X- und Y-Richtung sowie Ab bild 8 c eine Verdrehung von Gegenstand gegen das Raster zeigen. Durch einen Vergleich des groben Abbildes 8 mit einem Referenzbild 9 wird, beispielsweise in der Auswerteeinrichtung 4, ein Signal erzeugt, das ein Maß der Übereinstimmung zwischen grobem Abbild 8 und vorgegebenem Referenzbild 9 darstellt.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, können die Abbilder der Gegenstände sowie die Referenzbilder in einzelne Elemente A ₀, A ₁ . . . A _n bzw. R ₀, R ₁ . . . R _n aufgeteilt werden, wobei n die Anzahl der Elemente bedeutet. Es ist dann möglich, von jedem Elementenpaar des aktuellen Abbildes und des Referenzbildes A ₀ R ₀, A ₁ R ₁ . . . A _n R _n die Betrags differenzen zu bilden und anschließend die einzelnen Betragsdifferenzen aufzusummieren. Die Summe aller Betragsdifferenzen stellt dann ein Maß für die Übereinstimmung zwischen grobem Abbild des Gegenstandes und des Referenzbildes dar.

Zum oben erläuterten Vergleich der groben Abbilder und Referenzbilder können Korrelationsverfahren herangezogen werden. Auch ist es denkbar, zur Durchführung eines Vergleichs mehrere Referenzbilder zu verwenden.

Claims

1. Verfahren zur Erkennung, Identifikation und/oder Qualitäts kontrolle von Gegenständen, insbesondere von Büchern oder Zeit schriften in Bücher- bzw. Zeitschrifterkennungsanlagen, wobei als hochauflösender optoelektronischer Sensor eine Halbleiter- Matrixkamera mit einer nachgeschalteten Bildpunktzusammenfas sungseinrichtung zur Erzeugung des groben Abbildes der Gegen stände verwendet wird, wobei die Bildpunktzusammenfassung in der Bildpunktzusammenfassungseinrichtung mit Hilfe einer Ma trixoperation durchgeführt, das grobe Abbild des Gegenstandes mit einem vorgegebenen Referenzbild in der Auswerteeinrichtung verglichen wird, und wobei von der Auswerteeinrichtung ein Signal bereitgestellt wird, das ein Maß der Übereinstimmung zwischen grobem Abbild und vorgegebenem Referenzbild darstellt, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrixoperation die Grauwerte der einzelnen hochaufgelösten Pixel zur Erlangung der Bildele mente des groben Abbildes (8) der Gegenstände (2) aufsummiert, und daß zur Erkennung, Identifikation und/oder Qualitätskontrolle der Gegenstände (2) von jedem Elementenpaar des aktuellen auflö sungsreduzierten, groben Abbildes (8) der Gegenstände (2) und des Referenzbildes (9) die Betragsdifferenz gebildet wird, deren ein zelne Betragsdifferenzen aufsummiert und als Maß der Überein stimmung herangezogen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach Durchführung der Matrixoperation die ermittelten absoluten Grauwertelemente des groben Abbildes (8) der Gegenstände (2) zur Erzielung von beleuchtungsunabhängigen, relativen Grauwertele menten einem Normierungsverfahren unterzogen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenstände (2) zur Herstellung eines groben Abbildes durch den opto elektronischen Sensor (3) mit Hilfe von mechanischen Hilfsmitteln (5) grob vorpositioniert werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Herstellung des groben Abbildes (8) der Gegenstände (2) durch eine Lichtschrankenzeile (6) eine grobe Lageerkennung der Ge genstände (2) vorgenommen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß durch ein aus zwei gekreuzt angeordneten Lichtschranken bestehendes Licht schrankenzeilenkreuz eine Lageerkennung der Gegenstände (2) in X- und Y-Richtung und eine Drehlageerkennung der Gegenstände (2) vorge nommen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei bekannter X-Y-Lage und Drehlage der Gegenstände (2) ein verdrehtes Einlesen des groben Abbildes (8) der Gegenstände (2) mit Hilfe von transformierten X- und Y-Koordinaten durchgeführt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das auflösungsreduzierte grobe Abbild (8) der Gegenstände (2) zur Erkennung, Identifikation und/oder Qualitätskontrolle der Gegen stände (2) als Referenzbild in Speichern abgelegt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zum Vergleich des aktuellen, auflösungsreduzierten, groben Abbildes (8) mit einem Referenzbild (9) ein Korrelationsverfahren verwendet wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch die Verwendung von mehreren Referenzbildern (9) zur Durchführung eines Vergleiches.