DE4106807C2 - Vorrichtung zur automatischen Aufzeichnung von optischen Signalen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur automati­ schen Aufzeichnung von optischen Signalen, insbesondere zur Verwendung im Bereich von Einrichtungen zur Ver­ arbeitung und Aufzeichnung von Bildinformationen, die eine Kamera, eine Steuereinheit sowie einen Bildanaly­ sator aufweist, der bei einer Detektion mindestens einer vorgebbaren Bildinformation ein Steuersignal ge­ neriert.

Derartige Einrichtungen werden in unterschiedlichen Produktionsbetrieben verwendet, um in Prüf- und Labor­ bereichen Funktions- und Reaktionsprüfungen visuell zu überwachen. Die Überwachung kann beispielsweise derart durchgeführt werden, daß stichprobenartig oder nach einem vorgebbaren Zeitraster Informationen gesammelt werden. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß entweder zwischen einzelnen Untersuchungszeitpunkten abgelaufene Ereignisse nicht dokumentiert werden, oder daß bei einer Verwendung von kontinuierlich betriebenen Auf­ zeichnungsgeräten eine erhebliche Anzahl von aufge­ zeichneten Informationen vorhanden ist, die einer nach­ folgenden arbeitsaufwendigen Durchsicht bedürfen. Eine derartige Auswertung ist jedoch mit erheblichen wirt­ schaftlichen Aufwendungen verbunden. Eine optische Dauerüberwachung eines ausgewählten Vorganges kann bei­ spielsweise dadurch erfolgen, daß im Bereich der zu erwartenden Abläufe eine Videokamera installiert wird, deren Signale im Bereich eines Videorecorders aufge­ zeichnet werden. Bei einer nachfolgenden Auswertung können die aufgezeichneten Bildinformationen im Bereich eines Bildschirmes überprüft und relevante Ereignisse gekennzeichnet oder selektiert werden. Diese Vorgehens­ weise ist jedoch mit dem bereits angeführten erheb­ lichen Personalaufwand verbunden.

Aus der DE 37 31 947 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Feststellen und Auswerten von Ober­ flächenrissen im Bereich von Werkstücken bekannt. Mit Hilfe einer Kamera wird ein Bild eines geeignet vorbe­ handelten Bereiches der Werkstückoberfläche aufgenommen und anschließend digitalisiert. Mit Hilfe eines Digi­ talrechners erfolgt die Ermittlung eines Binärbildes ggf. vorhandener Risse und ein Vergleich unter Berück­ sichtigung von Schwellenwerten. Insbesondere ist dabei vorgesehen, aufgrund einer digitalisierten Grauwertzer­ legung ein verschwommenes Hintergrundbild zu generieren und dieses zur Extraktion ggf. vorhandener Risse mit dem Originalbild in Form einer Subtraktion zu verbin­ den. Durch eine Auswertung des Differenzbildes kann festgestellt werden, ob Rißstrukturen vorhanden sind. Bei Erreichen einer vorgebbaren Intensitätsschwelle für detektierte Rißstrukturen kann ein Steuersignal ausge­ löst werden, mit dessen Hilfe eine Aussortierung des fehlerhaften Werkstückes möglich ist. Darüber hinaus kann aufgrund des Steuersignals auch ein Zählwerk ange­ steuert werden, mit dessen Hilfe die Anzahl der fehler­ haften Werkstücke dokumentiert werden kann. Es erfolgt jedoch keine bildliche Dokumentation der aufgefundenen Rißstrukturen. Die Vorrichtung ist somit Teil einer Steuerungsvorrichtung zur Aussonderung von fehlerhaften Werkstücken und nicht Teil eines Dokumentationssystems zur visuellen Überwachung von Gegenständen.

In der EP 0 338 370 A2 wird eine Vorrichtung be­ schrieben, mit deren Hilfe Bilder von biologischen Ob­ jekten ausgewertet werden können. Das System dient da­ zu, in Aufnahmen von biologischen Materialien bestimmte Zellstrukturen zu erkennen und speziell die Bildinfor­ mationen dieser Zellen aufzuzeichnen. Der Vorrichtung werden dazu nacheinander eine Vielzahl von Bildinfor­ mationen zu unterschiedlichen Bildern zugeführt und mit Hilfe einer Fenstertechnik und einem Vergleich mit ab­ gespeicherten Referenzmustern erfolgt eine Objekter­ kennung. Es handelt sich somit um eine klassische Variante der Bilderkennung, bei der eine konkrete Bild­ information abstrahiert und mit zugehörigen Referenz­ mustern verglichen wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung der einleitend genannten Art so zu verbes­ sern, daß eine Auswahl von aufzuzeichnenden Informa­ tionen in Abhängigkeit von einem interessierenden In­ formationsinhalt automatisch erfolgt und ein erforder­ licher Speicherbedarf minimiert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Steuereinheit in Abhängigkeit vom Steuersignal eine Bildaufzeichnung im Bereich einer Aufzeichnungseinheit koordiniert und die Bildaufzeichnung nur bei einem Auf­ treten des Steuersignales eingeleitet wird sowie im Bereich des Bildanalysators ein Detektor zur Erkennung einer Änderung einer Bildinformation relativ zu einer zeitlich zurückliegenden Bildinformation angeordnet ist, daß dem Bildanalysator während einer Überwachungs­ periode stets Bildinformationen des gleichen zu über­ wachenden Beobachtungsobjektes aus einer gleichen Be­ obachtungsrichtung zugeführt werden und daß der Bild­ analysator das Steuersignal nur bei einer Änderung der Bildinformation generiert und daß nach einer Beendigung der Änderungen der Bildinformationen ebenfalls die Generierung des Steuersignales wieder beendet wird.

Mit Hilfe einer derartigen Vorrichtung ist es möglich, eine prozeßorientierte Steuerung der Aufzeichnung der Bildinformationen vorzunehmen. Mit Hilfe des Bildanaly­ sators ist es möglich, vorgebbare Bildstrukturen oder Veränderungen des Bildinhaltes zu erkennen und nach vorgebbaren Bewertungskriterien eine Aufzeichnung der optischen Signale einzuleiten. Hierdurch erfolgt eine komprimierte Aufzeichnung derjenigen Bildinformationen, die für eine spätere Auswertung relevant sind. Bildin­ formationen ohne Aussagekraft werden jedoch nicht auf­ gezeichnet. Hierdurch wird der für eine Auswertung der aufgezeichneten Informationen erforderliche Zeitaufwand und damit die hierdurch verursachten Kosten erheblich vermindert. Zur Ermöglichung einer Steuerung der Vor­ richtung ohne Vorabkenntnis über die aufzuzeichnende Bildinformationen wird vorgeschlagen, daß im Bereich des Bildanalysators ein Detektor zur Erkennung einer Änderung einer Bildinformation relativ zu einer zeit­ lich zurückliegenden Bildinformation angeordnet ist. Es kann aber auch ein Vergleich mit einer Originalbildin­ formation erfolgen, die ursprünglich vorlag.

Eine Überprüfung der Bildinformationen auf zu erwarten­ de Bildinhalte, eine Abspeicherung von aufgezeichneten aktuellen Bildinformationen sowie eine strukturierbare Bildverarbeitung wird dadurch ermöglicht, daß min­ destens eine Bildinformation im Bereich eines Bild­ speichers abgelegt ist.

Eine Steuerung der Vorrichtung in Abhängigkeit von zu­ sätzlichen physikalischen Parametern eines zu erfassen­ den Beobachtungsobjektes wird dadurch ermöglicht, daß die Steuereinheit mit einer Meß- oder Prüfeinrichtung zur Bewertung von physikalischen Parametern eines zu erfassenden Beobachtungsobjektes versehen ist.

Eine Reduktion der zu verarbeitenden Bildinhalte auf wesentliche Informationsanteile und damit eine Verrin­ gerung der erforderlichen Arbeitszeit wird dadurch er­ möglicht, daß im Bereich des Bildanalysators eine Vor­ richtung zur Durchführung von Konturextraktionen und Konturbewertungen angeordnet ist. Es erfolgt hierdurch eine Objekterkennung und Objektbewertung.

Zur Ermöglichung einer preiswerten Fertigung der Vor­ richtung wird vorgeschlagen, daß die Aufzeichnungsein­ heit mindestens bereichsweise als ein Videorecorder ausgebildet ist. Der Videorecorder wird rechnerge­ steuert ausgebildet.

Eine Vereinfachung der Steuerung wird dadurch ermög­ licht, daß die Steuereinheit mit einer Einrichtung zur Vorgabe zeitlich befristeter Aufzeichnungsphasen ver­ sehen ist.

Zur Ermöglichung einer Bildaufzeichnung unabhängig von natürlichen Beleuchtungsverhältnissen wird vorgeschla­ gen, daß im Bereich der Kamera mindestens eine das Be­ obachtungsobjekt anstrahlende Lichtquelle angeordnet ist.

Eine Erhöhung der Flexibilität bei der Bildverarbeitung wird dadurch ermöglicht, daß zu Bildüberlagerungs­ zwecken ein Overlay-Speicher mit dem Bildanalysator verbunden ist.

Zur Ermöglichung einer Verarbeitung von zweidimen­ sionalen bzw. komplexen Bildstrukturen mit geringem Zeitaufwand wird vorgeschlagen, daß zur Verarbeitung von Bildinformationen ein Bildrechner herangezogen wird bzw. mindestens ein Bildprozessor vorgesehen ist.

Eine effektive Speicherung kann dadurch erfolgen, daß die Aufzeichnungseinheit mit einer schreib-/lesbaren, rechnersteuerbaren Videodisk versehen ist.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung schematisch dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine Darstellung einer Vorrichtung zur visuel­ len Dokumentation von Langzeitversuchen,

Fig. 2 ein Funktionsschaltbild zur Verdeutlichung der Funktion der verwendeten Komponenten,

Fig. 3 ein Funktionsschaltbild einer anderen Anord­ nung und

Fig. 4 eine Anordnung zur automatischen Dichtigkeits­ überwachung.

Eine Vorrichtung zur Aufzeichnung von optischen Sig­ nalen besteht entsprechend Fig. 1 im wesentlichen aus einer Kamera (1) und einer Aufzeichnungseinheit (2). Im Bereich der Aufzeichnungseinheit (2) ist eine durchzu­ führende Funktionsabläufe koordinierende Steuereinheit (3) angeordnet, die einen Bildanalysator (4) zur Aus­ wertung von mittels der Kamera (1) erfaßten Bildsigna­ len aufweist. Bei der Darstellung in Fig. 1 sind die Steuereinheit (3) und der Bildanalysator (4) im Bereich eines Bildrechners (5) angeordnet. Der Bildrechner (5) weist zur Erleichterung der Bedienung einen Bildschirm (6) sowie eine Tastatur (7) auf. Zur Aufzeichnung der Bildsignale ist der Bildrechner (5) mit einem Videore­ corder (8) verbunden, der mit einem Videoencoder (9) für RGB/PAL-Signale ausgestattet sein kann. Im Bereich des Videorecorders (8) aufgezeichnete Signale können auf einem Monitor (10) dargestellt werden.

Die Kamera (1) ist einem Beobachtungsobjekt (11) zu­ wendbar, das von Lichtquellen (12) beleuchtet ist. Ins­ besondere ist daran gedacht, die Lichtquellen (12) wahlfrei zum Beobachtungsobjekt (11) anzuordnen. Bei der Verwendung von zwei Lichtquellen (12) ist insbeson­ dere daran gedacht, die Lichtquellen (12) derart anzuordnen, daß sie einen definierten Winkel zum Beobachtungsobjekt (11) aufweisen und die vom Beobach­ tungsobjekt (11) reflektierte Lichtenergie in den Bereich der Kamera (1) strahlen. Die Lichtquellen (12) können beispielsweise Weißlicht, UV-Licht, IR-Licht oder gemischte Lichtkomponenten aussenden. Zur Erken­ nung von Strukturänderungen sind insbesondere Kameras (1) geeignet, die monochrome Eigenschaften aufweisen. Zu einem Anschluß einer derartigen Kamera (1) ist die Aufzeichnungseinheit (2) mit mindestens einem mono­ chromen Eingang und einem Falschfarbenausgang versehen. Die Steuerleitung des Videorecorders (8) zum Bild­ rechner (5) kann beispielsweise als eine serielle Schnittstelle (RS232) realisiert sein. Zur Auswertung von Farbinformationen im Bereich des Beobachtungsob­ jektes (11) können Video-Farbkameras verwendet werden. Zur Beobachtung von thermischen Vorgängen oder Vorgän­ gen im unsichtbaren Bereich ist es möglich, infrarot­ empfindliche Kameras (1) zu verwenden. Darüber hinaus ist es auch möglich, als Lichtquellen (12) Infrarot- oder Laserbeleuchtung zu verwenden und somit eine strukturierte Beleuchtung zu realisieren.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 ist die Kamera (1) über einen Eingangsmultiplexer (13) mit einem Analog-Digital-Wandler (14) verbunden. Der Analog-Digi­ tal-Wandler (14) steht über einen Bildbus (15) mit einem Bildspeicher (16) und einem Digital-Analog-Wand­ ler (17) in Verbindung. An den Bildbus (15) kann darüber hinaus ein Bildprozessor (18) sowie ein Overlay-Speicher (19) angeschlossen sein. Der Bild­ prozessor (18) und der Overlay-Speicher (19) sind über einen Rechnerbus (20) mit dem Bildrechner (5) ver­ bunden. Der Bildschirm (6) und die Tastatur (7) sind zu einem Systemterminal (21) zusammengefaßt. Ein Video­ encoder (9) ist an den Digital-Analog-Wandler (17) angeschlossen. Der Videoencoder (8) empfängt entweder über den Videorecorder (9) oder direkt vom Digital- Analog-Wandler (17) das Videosignal. Vom Bildrechner (5) angesteuert erfolgt der Steuerdialog.

Als Bildprozessor (18) können Arrayprozessoren, Pipe­ lineprozessoren oder Riskprozessoren derart eingesetzt werden. Zunächst werden über auf dem Bildschirm (6) und Monitor (10) angezeigte Menüfunktionen die Steuerein­ heit (3) versuchsspezifisch eingestellt und insbeson­ dere zu analysierende und zu dokumentierende Bildbe­ reiche definiert. Danach übernimmt der Bildprozessor die schnelle Bewertung der Bildinformation.

Fig. 3 zeigt eine rekursive Verknüpfung vom Videore­ corder zum Eingang des Bildrechners. Der Signalumsetzer (9a) dient dabei ähnlich wie der Videoencoder (9) zur Signalanpassung.

Für eine Dichtigkeitsprüfung (Fig. 4) ist es aus­ reichend, mit Hilfe des Bildrechners (5) eine automa­ tische Konturextraktion und Bewertung durchzuführen, da eine Änderung im Bereich der Bildinformationen einen Hinweis auf eine auftretende Undichtigkeit liefert. Die Dichtigkeitsprüfung kann beispielsweise so durchgeführt werden, daß in einen zu überprüfenden Behälter (22) eine fluoreszierende Flüssigkeit eingefüllt und vom System überwacht wird, ob im Bereich (23) des Beobach­ tungsobjektes (22) Fluoreszenserscheinungen auftreten. Hier wurde eine schaltbare Kombination aus Weiß- (25) und UV-Licht (24) eingesetzt. Die Aufzeichnung wird in dem Moment gestartet, in dem eine entsprechende Bild­ veränderung detektiert wurde und nach einer Beendigung von Änderungen des Bildinhaltes wird die Aufzeichnung wieder gestoppt, da kein relevanter Bildsignalinhalt zu erwarten ist. Neben einer derartigen ereignis­ orientierten Aufzeichnung ist es auch möglich, eine Steuerung durch zeitliche Vorgabe einer maximalen Auf­ zeichnungsdauer nach Eintreten einer vorgebbaren Bild­ signaländerung durchzuführen. Zur Ermöglichung einer komfortablen Aufzeichnung der Bildsignale sind sämt­ liche wesentliche Funktionen handelsüblicher Video­ recorder, beispielsweise Aufnahme, Standbild, Stop und Videobandmarkierung, vom Bildrechner aus aktivierbar. Bei einem derartigen Einsatz der Vorrichtung wird er­ reicht, daß die mehrstündige Überwachung der Dichtig­ keitsprüfung auf eine nur wenige Minuten umfassende Bilddokumentation komprimiert bzw. reduziert wird.

Claims (10)

1. Vorrichtung zur automatischen Aufzeichnung von optischen Signalen, insbesondere zur Verwendung im Bereich von Einrichtungen zur Verarbeitung und Auf­ zeichnung von Bildinformationen, die eine Kamera, eine Steuereinheit sowie einen Bildanalysator auf­ weist, der bei einer Detektion mindestens einer vorgebbaren Bildinformation ein Steuersignal gene­ riert, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerein­ heit (3) in Abhängigkeit vom Steuersignal eine Bildaufzeichnung im Bereich einer Aufzeichnungsein­ heit (2) koordiniert und die Bildaufzeichnung nur bei einem Auftreten des Steuersignales eingeleitet wird sowie im Bereich des Bildanalysators (4) ein Detektor zur Erkennung einer Änderung einer Bildin­ formation relativ zu einer zeitlich zurückliegenden Bildinformation angeordnet ist, daß dem Bild­ analysator (4) während einer Überwachungsperiode stets Bildinformationen des gleichen zu überwachenden Beobachtungsobjektes (11) aus einer gleichen Beobachtungsrichtung zugeführt werden und daß der Bildanalysator (4) das Steuersignal nur bei einer Änderung der Bildinformation generiert und daß nach einer Beendigung der Änderungen der Bild­ informationen ebenfalls die Generierung des Steuer­ signales wieder beendet wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß mindestens eine Bildinformation im Bereich eines Bildspeichers (16) abgelegt ist.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (3) mit einer Meß- oder Prüfeinrichtung zur Bewertung von physikalischen Parametern eines zu erfassenden Be­ obachtungsobjektes (11) versehen ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß im Bereich des Bildanaly­ sators (4) eine Vorrichtung zur Durchführung von Merkmalsextraktionen und Merkmalsbewertungen ange­ ordnet ist, z. B. basierend auf Konturverläufen.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die Aufzeichnungseinheit (2) mindestens bereichsweise als ein rechnerge­ steuerter Videorecorder (8) ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (3) mit einer Einrichtung zur Vorgabe zeitlich befristeter Aufzeichnungsphasen versehen ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß im Bereich der Kamera (1) mindestens eine das Beobachtungsobjekt (11) an­ strahlende Lichtquelle (12) angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß zu Bildüberlagerungs­ zwecken ein Overlay-Speicher (19) mit dem Bild­ analysator (4) verbunden ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß zur Verarbeitung von Bildinformationen ein Bildrechner herangezogen wird bzw. mindestens ein Bildprozessor (18) vorgesehen ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, daß die Aufzeichnungseinheit (2) mit einer schreib-/lesebaren, rechnersteuer­ baren Videodisk versehen ist.