DE4309802A1

DE4309802A1 - Produktionsnahe Farbkontrolle mit bildgebenden Sensoren

Info

Publication number: DE4309802A1
Application number: DE4309802A
Authority: DE
Inventors: Robert Prof Dr Ing Massen
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-03-28
Filing date: 1993-03-28
Publication date: 1994-09-29
Also published as: EP0692089A1; US5809165A; DE59404280D1; EP0692089B1; WO1994023276A1

Description

Die laufende Kontrolle und Überprüfung der Farbtreue von Produkten ist eine wichtige Stufe in der Qualitätssicherung. Neben der manuellen, qualitativen Überprüfung der Farbtreue durch visuellen Vergleich der Pro duktfarbe mit Kontrollkarten oder Referenzproben, exisitiert eine gut ent wickelte Farbmeßtechnik zu quantitativen Bestimmung der Farbe bzw. der Farbabweichungen von einem Prüfling zu einer Referenz.

Im wesentlichen werden zwei Klassen von Verfahren eingesetzt:

1. Verfahren auf der Basis der Auswertung des Farbspektrums des Produktes.
2. Verfahren auf der Basis der Ausmessung der Primärfarben des farbigen Produktes.

Bei beiden Verfahren hat die Struktur der Oberfläche wie Krümmung im Raum, aufgebrachte Texturen, Rillen, Kratzer o. ä. einen großen, störenden Einfluß auf das Meßergebnis. Die bekannten Verfahren verlangen daher auch, daß die Farbmessung an einer im wesentlichen diffus reflektierenden und ebenen Probe durchgeführt wird. Unebene Stellen, Glanzstellen sowie Stellen mit Schattenwurf müssen unbedingt vermieden werden. Außerdem muß sichergestellt werden, daß im Meßfenster des Farbmeßgerätes nur die zu messende Farbe vorhanden ist und keinerlei andere, z. B. farbige Markie rungen, Aufdrucke, Etikette o. ä. Da zahlreiche Produkte wie z. B. extrudierte Kunststoffe zur Herstellung von Bodenbeläge, fertig lackierte Karosserieteile, Lebensmittel wie Backwaren, Gemüse, Druckerzeugnisse usw. diese Vor aussetzungen nicht erfüllen, begnügt man sich damit, kleine flache Prüfvorlagen mit einzufärben und im Labor nachzumessen. So ist es z. B. üblich, bei der Herstellung von Linoleum-Fußböden Proben aus der extrudierten und eingefärbten Bodenbelagsmasse zu entnehmen, diese auf flache Kartonflächen einzuwalzen, so daß eine ebene und diffuse Oberfläche entsteht und diese Probe im Farblabor auszumessen. Dieser Vorgang ist zeitraubend, manuell und nicht direkt am Prozeß durchzuführen; beim Vor liegen der Ergebnisse sind evtl. bereits nennenswerte Partien mit ungenügender Farbtreue erzeugt worden.

Es gibt daher ein hohes wirtschaftliches Interesse an einer Farbkontrolle di rekt am Produktionsprozeß, welche in der Lage ist, ohne die Einschränkungen wie ebene und diffus reflektierende, ungestörte Oberfläche die Farbabweichung eines Produktes schnell, kontinuierlich und weitgehend automatisch zu erfassen.

Erfindungsgemäß wird dies durch folgende Verfahrensschritte erreicht:

a) eine GUT-Referenz des zu prüfenden Teils wird mit Hilfe eines bildgebenden, farbtüchtigen Sensors, insbesondere einer Farb- Matrix- oder Farbzeilenkamera oder eines farbtüchtigen Abtasters erfaßt,
b) die Farbwerte aller oder einer Untermenge der Bildpunkte im gesamten oder in einzelnen Teilen des Bildfeldes der Referenz werden in Form eines mehrdimensionalen Farbvektorkomponenten-Histo gramms abgespeichert,
c) die Farbwerte aller oder einer Untermenge der Bildpunkte im gesam ten oder in einzelnen, dem Verfahrensschritt b) entsprechenden Teilen des Bildfeldes des Prüflings werden mit der gleichen Anordnung erfaßt,
d) aus dem Vergleich des Histogramms der Referenz mit dem entsprechen den Histogramm des Prüflings wird ein Farbabweichungsmaß bestimmt.

Das Verfahren soll beispielhaft, aber nicht einschränkend anhand der Farb kontrolle von lackierten Autokarosserien erläutert werden. Hierzu wird auf folgende Abbildungen bezug genommen:

Fig. 1 zeigt die Abspeicherung der Farbvektorkomponenten eines Bildausschnittes eines Karosserieteils, welches sowohl Glanzstellen als auch Schattenzonen enthält, wobei der IHS Farbraum verwendet wird,

Fig. 2 zeigt das Häufigkeitshistogramm der Farbvektor-Kompo nenten, zur verständlicheren Darstellung reduziert auf die Komponenten I und H sowie die Beseitigung von Glanz- und Schattenzonen durch eine Schwellwertbildung,

Fig. 3 verdeutlicht die Farbkontrolle aus der Abweichung des Histogramms der Farbvektorkomponenten der Referenz zum Histogramm des Prüflings, zur Verdeutlichung reduziert auf die Komponente "Farbton",

Fig. 4 verdeutlicht die Gewinnung von geglätteten Histogrammen durch Mitinkrementieren der Nachbarwerte,

Fig. 5 verdeutlicht die Reduzierung der Histogramme durch Schwellwertbildung auf eine binäre Markierung derjenigen Farbvektorkomponenten, welche diese Schwelle über schreiten.

Das Verfahren sei am Beispiel der Farbkontrolle an der Lackierstraße von Autokarosserien verdeutlicht. Es wird auf Fig. 1 verwiesen. Die Karosserie 1 wird von einer oder mehreren Beleuchtungseinrichtungen 3 möglichst gleichmäßig beleuchtet und von einer oder mehreren Farbkameras 2 bildhaft erfaßt. Die elektrischen Signale werden an einen Rechner 4 weitergeleitet, in dem die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte durchgeführt werden. Es wird beispielhaft davon ausgegangen, daß die Si gnale der Farbkameras im IHS Farbraum (I ="Intensity" = Helligkeit; H "Hue" = Farbton; S = "Saturation" = Sättigung) vorliegen bzw. in diesen Farb raum transformiert werden. Dies ist zwar keine zwingende Voraussetzung des Erfindungsgedanken, erleichtert aber die Erklärung des zugrundeliegen den Prinzips.

Die von der Kamera erfaßte Stelle ist weder diffus noch eben noch gleichmäßig, wie dies bei den bekannten Farbmeßverfahren vorausgesetzt wird. So bilden sich an Falzstellen Glanzstellen aus oder an Taschen, Türspalten, Türgriffen entstehen Schattenzonen. Erfindungsgemäß wird die beobachtete Fläche nicht integral erfaßt und hieraus entweder ein Satz von 3 Primärfarben (RGB, Lab, Luv o. ä.) oder ein Spektrum ermittelt, sondern es wird das dreidimensionale Histogramm der Farbvektrokomponenten aller Bildpunkte in dem von der Farbkamera erfaßten Bildausschnitt gebildet. Detail 5 zeigt zur Verdeutlichung, wie die Farbvektoren in dem gewählten IHS Farbraum verteilt sind.

Infolge der nicht gleichmäßig diffusen Oberfläche, infolge von Systemrau schen der Meßanordnung und infolge der prozeßbedingten lokalen Farbschwankungen streuen die gemessenen Farbvektoren und bilden eine "Wolke" von Farbvektoren im Farbraum. Zur besseren Erkennung ist die Projektion dieser Wolke auf die HS Ebene schraffiert dargestellt. Glanzstellen und Schattenstellen lassen sich als Ausreißer dieser Farbwolke erkennen: sie entsprechen Farbvektoren mit niedriger Sättigung und entweder hoher Intensität (bei Glanzstellen) bzw. niederiger Intensität (bei Schattenstellen). Damit ist es durch eine einfache Schwellwertoperation möglich, solche Farbvektoren automatisch zu erkennen und von der Farb kontrolle auszuschließen. Ebenso lassen sich erfindungsgemäß Ausreißer entlang der Farbton-Achse, z. B. infolge des Hereinragens einer nicht-gewoll ten andersfarbigen Zone, Markierung, eines Etiketts o. a. automatisch erkennen und aus der Farbkontrolle ausschließen.

Diese automatische Erkennung ungültiger Bereiche ist nur durch die erfindungsgemäße Verwendung bildgebender Farbsensoren möglich und ist mit den derzeitig eingesetzten, über das Meßfeld integrierenden Farbmeßgeräten prinzipiell nicht möglich.

Erfindungsgemäß erfolgt die Farbkontrolle anhand des mehrdimensionalen Histogramms der Farbvektorkomponenten. Während Fig. 1 im Detail 5 eine Anzahl von unterschiedlichen Farbvektoren als Punktewolke im IHS Raum darstellt, läßt sich in einer solchen Graphik nicht darstellen, wie häufig ein bestimmter Farbvektor in dem betrachteten Bildausschnitt vorge kommen ist. Bei üblichen Auflösungen von Farbmatrixkameras mit 400 000 Farbbildpunkten (Farb-"pixels") trifft es naturgemäß sehr häufig zu, daß der gleiche Farbvektor mehrmals angetroffen wird. Bei einer ideal reinen Farbe und einem idealen, rauschfreien Meßsystem müßte sogar der gleiche Farbvektor 400 000 mal eintreffen und damit die Wolke zu einem Punkt zu sammenschrumpfen.

Um die Häufigkeit der IHS Komponenten darzustellen, benötigt man eine 3 + 1 = 4-dimensionale Darstellung, welche sich als schwarz-weiße Vorlage nicht mehr skizzieren läßt. Wir werden daher zur Verdeutlichung des Erfin dungsgedanken die Histogramme der Farbkomponenten nicht als 3-dimen sionales Histogramm, sondern vereinfacht als 2-dimensionales Histogramm der Komponenten H und S bzw. als 1-dimensionales Histogramm der Kom ponente H darstellen und an dieser vereinfachten Darstellung erläutern.

Fig. 2 zeigt das HS Histogramm des Beispiels aus Fig. 1. Hierbei steht f(H,S) für die Verbund-Häufigkeit, d. h. die Häufigkeit mit der ein bestimmter Wert H und ein bestimmter Wert S vorkommt. Das Detail 1 in Fig. 2 zeigt diese 2-dimensionale Häufigkeitsverteilung. Man erkannt hieraus, daß bestimmte Farbkomponenten wesentlich häufiger vorkommen als andere. Man erkannt ebenfalls den Wertebereich der vorkommenen H und S Werte.

In ähnlicherweise muß man sich das drei-dimensionale Histogramm f(I,H,S) vorstellen als die Angabe der Häufigkeiten, mit welcher bestimmte I,H,S Kombinationen vorkommen. Wenn auch ein solches Histogramm gra phisch nicht mehr skizzierbar ist, so läßt es sich doch rechnerisch in Form eines drei-dimensionalen Feldes verwirklichen.

Die erfindungsgemäße Erfassung des Histogramms f (I,H,S) der im betrach teten Bildausschnitt erfaßten Farbbildpunkte erlaubt über die Betrachtung des Wertebereichs der vorkommenden Komponenten I,H,S hinaus eine wei tere, praktisch wichtige automatische Aussortierung von unsicheren Farbmeßwerten: alle Farbwerte, welche zu selten vorkommen, können als Störungen betrachtet und automatisch von der weiteren Kontrolle ausge schlossen werden. Dies sind z. B. alle Farbpixel, welche sich auf dem Rand eines Gebietes mit einheitlicher Farbe befinden. Farbwerte auf einer sol chen "Farbkante" sind immer unsicher, da sie sich in einem Übergangsbereich zwischen zwei Farben befinden. Durch Einführen einer weiteren Schwelle 5 können alle solche Farbvektoren ausgeblendet werden, deren Häufigkeit zu niedrig ist, um als signifikante Farbe angesehen werden zu können.

Die erfindungsgemäße Anwendung eines bildgebenden Farbsensors mit sehr vielen Farbbildpunkten und die Erstellung eines mehr-dimensionalen, in der Regel drei-dimensionalen Histogramms der Farbvektorkomponenten ermöglicht damit die automatische Ausblendung von:

a) Glanzstellen und Schattenzonen solcher Farbvektoren, deren Kompo nenten außerhalb eines vorgebenen, zulässigen Wertebereichs liegen,
b) unsichere Farbvektoren welche zu selten vorkommen um als signifi kant zu gelten.

Da durch die Anwendung von bildgebenden Farbkameras die Farbkontrolle auch nach dem Ausblenden ungültiger und unsicherer Farbwerte immer noch über eine, verglichen dem dem punktweise arbeitenden traditionellen Farbmeßgerät, extrem hohe Anzahl separater Farb-pixel erfolgt, sind infolge der dem Histogramm zugrundeliegenden Statistik trotz des relativ schlech ten Signal/Rauschverhältnis des einzelnen Farbpixels dennoch ausgezeich net stabile Histogramme erzielbar.

Die Farbkontrolle erfolgt erfindungsgemäß durch Vergleich des ent sprechend über Schwellwertbildungen modifizierten mehr-dimensionalen
Histogramms f′_ref (I,H,S) der Referenz mit dem Histogramm f′_prüf (I,H,S) des Prüflings wie in Fig. 3 verdeutlicht.

Wir haben hierbei zum besseren Verständnis nur das 1-dimensionale Histo gramm f(H) skizziert. Das Detail 1 in Fig. 3 zeigt den Verlauf des gelernten Histogramms der Referenz, das Detail 2 das entsprechende Histogramm des Prüflings, welcher sich durch eine leichte Verschiebung des Farbtons hin zu GRÜN von der Referenz unterscheidet. Als Vergleichsmaß wird bespielhaft die Differenz Δ f der beiden Histogramme verwendet. Diese Diffe renzfunktion kann zu einem Skalar verdichtet werden, z. B. zu der normier ten oder nicht-normierten Fläche unterhalb des Δ f Verlaufs. Es sind auch andere skalar verdichtete Aussagen sinnvoll, wie z. B. die Lage des Schwer punktes oder höherer Flächenmomente des Differenzhistogramms Δ f.

Neben der reinen Differenz sind auch gewichtete Differenzen, Differenzen der Quadrate und ähnliche Abstandsmaße, wie sie auch dem Fachmann der Mustererkennung und Klassifikation bekannt sind, einsetzbar. Damit las sen sich auf die einzelne Problemstellung angepaßte Vergleichsmaße bei gleichem Systemaufbau entwickeln.

Fig. 3 verdeutlicht den Erfindungsgedanken am Beispiel des auf eine Dimen sion reduzierten Histogramms f(H). Natürlich wird im allgemeinen das Diffe renzhistogramm der 3-dimensionalen Histogramme f′_ref (I,H,S) und f′_prüf (I,H,S) gebildet und hieraus ein entsprechendes skalares Abstandsmaß gewonnen. Diese skalaren Abstandmaße können in einer normierten Pro zent-Skala die Gesamtabweichung zwischen der Farbe der Referenz und der Farbe des Prüflings angeben und stellen eine auch für ungelerntes Bedie nungspersonal leicht verständlichen Angabe dar. Selbstverständlich kann dieses Maß auch elektronisch als Stellsignal für eine Qualitätssortierung verwenden.

Es ist selbstverständlich, daß statt eines Abstandmaßes auch die komplementäre Angabe, das Übereinstimmungsmaß als Angabe der Farb treue ausgegeben werden kann.

Die skalaren Abstandsmaße liefern keinen Rückschluß auf die Art der Far bverschiebung, wie sie bei den traditionellen Farbmeßgeräten als Δf(L,a,b) Werte angegeben wird.

Es ist daher ein weiterer Gedanke dieser Erfindung, die drei Abweichungs- Histogramme Δf′(I), Δf′(H) und Δf′(S) zu einem Abweichungsvektor Δ (I,H,S) zu verdichten, aus dem der Benutzer die Art der Farbabweichung ermitteln kann. Dieser Abweichungsvektor läßt sich mit den aus der Farbtheorie be kannten Umrechnungsverfahren in übliche Differenzmaße wie z. B. die erwähnten Δ(L,a,b)-Werte umrechnen und anzeigen. Damit lassen sich die mit der erfindungsgemäßen Farbkontrolle ermittelten Werte in gewohnter Weise darstellen und interpretieren.

Die Bestimmung eines drei-dimensionalen Histogramms geschieht zweckmäßigerweise durch Inkrementieren eines drei-dimensionalen Akku mulationsfeldes. Jeder Farbbildpunkt aus dem Referenzbildausschnitt liefert nach Transformation in den I,H,S Farbraum einen Adreßzeiger, welcher sich aus der Aneinanderreihung der drei digitalisierten Komponenten seines Farbvektors ergibt. Dieser Adreßzeiger zeigt auf eine zu Beginn der Lern phase auf Null gesetztes Akkumulationsfeld; die jeweils adressierte Speicherzelle wird inkrementiert. Bei einer Digitalisierung der einzelnen Farbvektorkomponenten in jeweils 8 Bit hat diese Tabelle eine Größe von 2²⁴·N Bit, mit N <= 1d Zmax. Hierbei ist Zmax die maximale Anzahl von möglichen gleichen Farbvektoren, bei einem Bildsensor mit 400 000 Farbpi xel also 400 000. Durch diese Art der Akkumulierung in einem dreidimensionalen Feld entsteht die absolute Häufigkeitsfunktion, welche durch Division mit der Anzahl der verwendeten Pixel in eine relative Häufigkeitsfunktion, das eigentliche Histogramm, umgerechnet wird. Trotz der i. a. sehr zahlreichen Farbpixel wird dieses drei-dimensionale Histogramm zahlreiche Leerstellen enthalten, weil es sehr unwahrscheinlich ist, daß alle IHS Kombinationen innerhalb des vorliegenden Farbgebietes wirklich vor kommen.

Es ist daher ein weiterer Erfindungsgedanken, diese Leerstellen durch eine 3-dimensionale Glättung zu schließen. Erfindungsgemäß geschieht dies durch eine drei-dimensionale Faltung mit einem ebenfalls drei-dimensiona len Filterkern, welcher z. B. einer drei-dimensionalen Gaußfunktion ent spricht. Eine andere nützliche Art der Schließung von Leerstellen sind drei dimensionale morphologische Operationen wie die Dilatation oder das Clo sing. Beide Verfahren sind dem Fachmann der Digitalen Bildverarbeitung bekannt und brauchen nicht weiter erklärt werden. Es wird hierzu auf die entsprechende Literatur verwiesen z. B. Haberäcker: Digitale Bildverarbei tung, Hanser Verlag.

Ein weiterer Erfindungsgedanke ist, das nur lokal besetzte Histogramm durch ein Verfahren zu schließen, welches dem menschlichen Prinzip der "Verallgemeinerung" entspricht. Die einzelnen, in der Trainingsphase ange troffenen Farbpixel liefern Farbvektoren, welche als Repräsentanten eines stochastischen Prozesses aufgefaßt werden. Die verbleibenden Leerstellen, wie in Fig. 4, Detail 1 dargestellt, sind rein zufällig bedingt. Die "Verallge meinerung" besagt, daß die Tatsache, daß genau ein betrachtetes Feld im Ak kumulationsfeld besetzt ist und die benachbarten Felder leer sind, keine Be deutung im Sinne einer Farbabweichung haben, sondern lediglich in der zu kleinen Stichprobe beruhen. Es ist daher sinnvoll, die benachbarten Stellen zu schließen, wobei Nachbarschaft im Sinne der geometrischen, z. B. euklid schen Distanz der Farbvektoren zu verstehen ist. Erfindungsgemäß wird diese Verallgemeinerung dadurch erreicht, daß nicht nur der durch den IHS-Adreßzeiger angesprochenen Speicherplatz inkrementiert wird, sondern auch seine geometrischen Nachbarn, allerdings mit einem mit zunehmender Entfernung abklingenden Anteil. Diese Abklingfunktion k(d) 2 sorgt dafür, daß geschlossene Histogramme 3 entstehen, welche keine zufälligen Leerstellen mehr besitzen.

Es ist ein weiterer Erfindungsgedanken, daß diese Verallgemeinerungsfunk tion für die drei Komponenten I,H,S unterschiedlich sein kann. Möchte man eine Farbkontrolle realtiv unabhängig von der Helligkeit I durchführen, weil z. B. ein Wegwandern der Helligkeit für die Qualität weniger wichtig ist als ein Wegwandern des Farbtons und der Farbsättigung, so wird man eine Abklingfunktion k(d) wählt, welche entlang der I Komponente langsamer ab klingt als entlang der H und S Komponente. Hierdurch wird das Histogramm in I-Richtung verbreitet und somit ein Wegwandern der Intensität weniger stark in das Differenzhistogramm Δ f eingehen als ein Wegwandern von H und S. Der gleiche Erfindungsgedanke kann auch auf die Glättungs- und morphologischen Operatoren angewendet werden, indem auch diese Opera toren einen entsprechend rotations-unsymmetrischen Kern erhalten.

Das erfindungsgemäße Verfahren der Farbkontrolle kann weiter vereinfacht werden, indem nicht die gesamten Histogramme f′(I,H,S) der Referenz und des Prüflings verglichen werden, sondern diese Histogramme durch eine Schwellwertoperation binarisiert werden. Fig. 5 zeigt, wie durch eine Binari sierung das Histogramm zu einer Klassenzugehörigkeitsfunktion verdichtet wird. Alle Werte in des Histogrammfeldes, welche die Schwelle überschreiten, werden mit einem Code besetzt, welcher die Information enthält: "Dieser Farbvektor gehört zur gelernten Referenz". Hierdurch ent steht eine binäre Tabelle sowohl für die Referenz als auch für den Prüfling. Als Vergleichsmaß beider Histogramme können skalare Maße wie die Anzahl sich unterscheidender Speicherstellen oder vektorrielle Maße wie die für jede Komponente getrennt ermittelte Anzahl unterschiedlicher Speicherstellen er mittelt werden. Diese Operationen sind reine Zähloperationen. Sie können erfindungsgemäß in Videoechtzeit durchgeführt werden, indem sowohl der Tabellenspeicher als auch das entsprechende Zählwerk mit Digitalbaustei nen wie statische Speicher und Zähler realisiert wird.

Ein Übereinstimmungsmaß zwischen Referenz und Prüfling anhand solcher binarisierten Histogramme läßt sich besonders einfach herleiten, indem die Farbvektoren der relevanten Bildpunkte des Prüflings das Histogrammfeld der Referenz adressieren und jedesmal ausgelesen wird, ob dieser Speicher platz mit einer Markierung "gehört zur Farbreferenz" belegt ist. Die Summe aller ausgelesenen Speicherplätze, welche diese Markierung aufzeigen ist ein Maß für die Farbübereinstimmung zwischen Referenz und Prüfling.

Ein weiterer Erfindungsgedanke ist es, das Lernen der Referenz nicht auf die Herleitung des Histogramms der interessierenden Bildpunkte zu beschränken. Befinden sich im Bildfeld z. B. unerwünschte Partien mit einer für die Farbkontrolle nicht relevanten Farbe, z. B. Etikette, Markierungen, Aufkleber, Schraublöcher usw. so werden diese dadurch eliminiert, indem die Bildpunkte dieser Bereiche den Histogrammakkumulator nicht inkre mentieren sondern dekrementieren. Hierzu ist es natürlich notwendig, daß diese Bereiche entweder automatisch erkannt werden (z. B. anhand des Wertebereichs der Farbkomponenten, anhand ihrer Form und Lage im Bildfeld mit Methoden der Mustererkennung) oder daß sie interaktiv mar kiert werden. Durch das Dekrementieren wird erreicht, daß in den kriti schen Randzonen zwischen zu kontrollierendem Farbgebiet und angrenzen dem, irrelevanten Gebiet ein steilerer Abfall des Histogramms entsteht und damit weniger Fehlstellen in diesem unsicheren Bereich entstehen.

Am Beispiel der Farbkontrolle von Autokarosserien wird erfindungsgemäß die Farbkontrolle mit mehreren Farbkameras gleichzeitig durchgeführt, wobei zwecksmäßigerweise durch eine externe Triggereinrichtung die Auf nahmen dann ausgelöst werden, wenn sich die interessierenden Partien im Bildfeld befinden. Erfindungsgemäß können diese Partien aber auch mit be kannten Methoden der Bildverarbeitung und Mustererkennung automatisch gefunden werden. Dies ist eine für die Messung in der Produktion sehr wich tige Möglichkeit, da in der Regel die Produkte nicht sehr genau an den Ka meras vorbeigeführt werden können. Diese Art der automatisch Festlegung und Nachführung der Kontrollzonen ist mit traditionellen, nicht bildgeben den Farbmeßgeräten nicht möglich.

Erfindungsgemäß erfolgt bei bewegten Prüflingen die Bildaufnahme mit stro boskopischer Beleuchtung bzw. verkürzter Integrationszeit des Bildsensors.

Claims

1. Verfahren zur Farbkontrolle im Produktionsprozeß, gekennzeichnet durch die folgende Verfahrensschritte

a) eine Referenz des zu prüfenden Teils wird mit Hilfe eines oder mehrerer bildgebenden, farbtüchtigen Sensoren, insbesondere Farb-Matrix-, Farbzeilenkameras oder farbtüchtigen Abtastern erfaßt,
b) die Farbwerte aller oder einer Untermenge der Bildpunkte im gesamten oder in einzelnen Teilen der Bildfelder der Sensoren, welche die Refe renz erfassen in Form eines oder mehrerer mehrdimensionalen Farbvektorkomponenten-Histogrammen abgespeichert,
c) die Farbwerte aller oder einer Untermenge der Bildpunkte im gesamten oder in einzelnen, dem Verfahrensschritt b) entsprechenden Teilen der Bildfelder des Prüflings werden mit der gleichen Anordnung erfaßt,
d) aus dem Vergleich der Farbvektorkomponenten- Histogramme der Re ferenz mit denjenigen des Prüflings werden ein oder mehrere Farbabweichungsmaße jeweils für die zu kontrollierenden Bildfelder be stimmt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß automatisch störende Glanzstellen und/oder Schattenzonen und/oder Bereiche mit unsicheren Farbwerten ausgeblendet werden indem durch Schwellwertbildung im Histogramm der Farbvektorkom ponenten die Bereiche beseitigt werden, welche eine zu geringe Sättigung und/oder eine zu stark abweichende Helligkeit und/oder ein unzulässiger Bereich des Farbtons und/oder eine zu geringe Häufigkeit besitzen und daß ein Farbabweichungsmaß durch Vergleich der entsprechend modifizierten Histogramme der Referenz mit den ent sprechenden des Prüflings gebildet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß durch eine Schwellwertbildung eine Binarisierung des Histo gramms der Farbvektorkomponenten durchgeführt wird und im mehr dimensionalen Histogramm der Farbvektorkomponenten die eingetrage ne Häufigkeit durch eine binäre Markierung ersetzt wird, welche angibt, ob die entsprechende Häufigkeit über oder unter der Schwelle liegt und
daß die Farbkontrolle aus dem Vergleich der so binarisierten Histogram me der Referenz und des Prüflings abgeleitet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine Schwellwertbildung eine Binarisierung des Histo gramms der Farbvektorkomponenten durchgeführt wird und im mehr dimensionalen Histogramm der Farbvektorkomponenten die eingetrage ne Häufigkeit durch eine Markierung ersetzt wird, welche angibt, ob die entsprechende Häufigkeit unter der Schwelle liegt und für Häufigkeiten, welche über der Schwelle liegen durch eine Signifikanz zahl ersetzt wird, welches sich aus dem Betrag, um welche die Häufigkeit die Schwelle überschreitet ableitet und daß die Farbkontrolle aus dem Vergleich der so binarisierten Histogramme der Referenz und des Prüflings abgeleitet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine Schwellwertbildung eine Binarisierung des Histo gramms der Farbvektorkomponenten durchgeführt wird und im mehr dimensionalen Histogramm der Farbvektorkomponenten die eingetrage ne Häufigkeit durch eine Markierung ersetzt wird, welche angibt, ob die entsprechende Häufigkeit unter der Schwelle liegt und für Häufigkeiten, welche über der Schwelle liegen durch eine Signifikanz zahl ersetzt wird, welches sich aus dem Betrag der euklidschen Distanz des betreffenden Farbvektors zum Schwerpunkt der Wolke aller gelern ter Farbvektoren ableitet und daß die Farbkontrolle aus dem Vergleich der so jeweils für die Referenz und den Prüfung abgeleiteten Referenzen ergibt.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Histogramme der Farbvektorkomponenten vor dem Vergleich geglättet werden.

7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Glättungsfunktion für das mehrdimensionale Histogramm der Fabvektorkomponenten für jede oder einige Komponenten unter schiedlich ist.

8. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Histogramm der Farbvektorkomponenten durch Inkrementie rung eines mehrdimensionalen Speicherfeldes, welches durch die zu einem Adreßzeiger zusammengefaßten Farbvektorkomponenten der Referenz adressiert wird und daß jeweils beim Inkrementieren der adressierten Speicherstelle auch die Speicherstellen mit inkrementiert werden, welche im Farbraum geometrische Nachbarn sind, allerdings um einen Teilbetrag, welcher entsprechend einer Abklingfunktion mit wachsender Distanz zu diesen Nachbarn gegen Null abnimmt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abklingfunktion für jede oder einige der Komponenten des Histogramms unterschiedlich ist.

10. Verfahren nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die binär markierten Farbvektorhistogramme durch Nachbarschaftsoperationen so verändert werden, daß einzelne unbe setzte Stellen aufgefüllt und Störstellen mit Ausreißer beseitigt werden.

11. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß diejenigen Werte des Histogramms inkrementiert werden, welche zu Farbvektoren von geometrisch im kontrollierten Bildfeld benachbarten Bildpunkten gehören und daß die Werte des Histogramms dekrementiert werden, welche zu Farbvektoren gehören welche zu vom bildgebenden Sensor mit erfaßten Bildpunkten gehören, welche infolge einer anderen Farbe oder einer lokalen Besonderheit nicht mit in die Farbkontrolle aufgenommen werden sollen.

12. Verfahren nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Farbabweichungsmaße durch Bildung eines oder mehrerer Distanzmaße zwischen dem oder den Histogrammen der Re ferenz und dem oder den Histogrammen des Prüflings gewonnen werden.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das oder die Distanzmaße skalare Maße sind.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein skalares Distanzmaß aus geometrischen Parametern des Differenzhistogramms ermittelt wird, wobei das Differenzhistogramm aus der Komponentenweise durchgeführten Differenz des Histogramms der Farbvektorkomponenten der Referenz zum entsprechenden Histogramm des Prüflings gebildet wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß als geometrischer Parameter die Fläche verwendet wird, welche das gesamte Differenzhistogramm mit den Abzissen seiner Komponenten aufspannt.

16. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Distanzmaß ein vektorielles Maß darstellt, dessen Komponen ten die Distanz der Komponenten der Referenz mit den entsprechenden Komponenten des Prüflings darstellen.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das vektorielle Distanzmaß aus geometrischen Parametern des Dif ferenzhistogramms, jeweils getrennt gebildet für eine Komponente des Differenzhistogramms abgeleitet wird.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das komponentenweise ermittelte Distanzmaß in die in der Farb metrik geläufigen Werte umgerechnet und angezeigt wird.

19. Verfahren nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleich zwischen Referenz und Prüfung so durchgeführt wird, das binarisierte Histogramm der Referenz von allen für die Kon trolle relevanten Farbvektoren der Bildpunkte des Prüflings adressiert wird und eine Übereinstimmungsmaß zwischen der Farbe der Referenz und derjenigen des Prüflings aus der Anzahl der ausgelesenen Markierungen abgeleitet wird, welche der binären Markierung "Schwel le überschritten" entsprechen bzw. aus der mit der ausgelesenen Si gnifikanzzahl bewerteten Anzahl dieser Markierungen gebildet wird.

20. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß als relevante Farbvektoren des Prüflings diejenigen Farbvektoren gelten, welche in einem gültigen Wertebereich der Farbkomponenten liegen.

21. Verfahren nach Anspruch 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kalibrierung des gesamten Systems stabile Farbkontroll referenzen von dem Bildsensor erfaßt und abgespeichert werden, daß kontinuierlich oder von Zeit zu Zeit die gespeicherten Farbwerte der Referenzen mit den aktuell aufgenommenen Farbwerten der Referen zen verglichen werden und daß aus diesem Vergleich Korrekturwerte für die Korrektur der Farbwerte aller für die Prüfung interessierenden Bild punkte gewonnen werden.

22. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Farbkontrollreferenzen dauernd im Bildfeld der Sensoren befinden.

23. Verfahren nach Anspruch 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die für die Farbkontrolle interessierenden Bildausschnitte anhand von gleichzeitig bildhaft erfaßten Markierungen oder Objektmuster rechnerisch so nachgeführt werden, daß sie auch bei ungenau während der Bildaufnahme positionierten Prüflingen immer die gleichen, mit denjenigen bei der Referenz festgelegten Ausschnitten übereinstimmen.

24. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß mit Verfahren der Mustererkennung die zu kontrollierenden Bildteile automatisch im Bildfeld der Sensoren gefunden werden und die Farbkontrolle auf die Bildpunkte dieser Bildteile beschränkt wird.

25. Verfahren zur Farbkontrolle im Produktionsprozeß, gekennzeichnet durch die folgende Verfahrensschritte

a) eine Referenz des zu prüfenden Teils wird mit Hilfe eines oder mehreren bildgebenden, farbtüchtigen Sensoren, insbesondere Farb- Matrix-, Farbzeilenkameras oder farbtüchtige Abtastern erfaßt,
b) die Farbwerte aller oder einer Untermenge der Bildpunkte im gesamten oder in einzelnen Teilen des Bildfeldes der Referenz werden abgespeichert,
c) die Farbwerte aller oder einer Untermenge der Bildpunkte im gesam ten oder in einzelnen, dem Verfahrensschritt b) entsprechenden Teilen des Bildfeldes des Prüflings werden mit der gleichen Anordnung erfaßt,
d) aus dem Vergleich der Farbvektoren der Referenz mit demjenigen des Prüflings wird ein skaleres und/oder vektorielles Farbabweichungsmaß bestimmt.

26. Anordnung nach Anspruch 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere Farb-Matrix-, Farbzeilenkameras oder punkt weise abtastende, farbtüchtige Sensoren die zu prüfende, mit einer Beleuchtungsanordnung beleuchtete Oberfläche der Referenz und/oder des Prüflings erfassen, daß die Signale der bildgebenden Sensoren digi talisiert und an eine Recheneinheit weitergeleitet werden, auf welcher die einzelnen Schritte des Verfahrens programmgesteuert durchgeführt werden.

27. Anordnung nach Anspruch 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere Farb-Matrix- oder Farbzeilenkameras oder punktweise abtastende, farbtüchtige Sensoren die zu prüfende, mit einer Beleuchtungsanordnung beleuchtete Oberfläche des Prüflings erfassen, daß die elektrischen Ausgangssignale der Farbsignalkompo nenten digitalisiert und als Adresse an einen Speicherbaustein ange legt werden, daß während der Trainingsphase eine Referenz aufgenom men wird und alle adressierten Speicherstellen inkrementiert werden, daß alle Werte des Speichers, welche eine vorgegebene Schwelle überschreiten, mit einer Markierungen versehen werden, daß in der Prüfphase alle Farbvektoren der zu kontrollierenden Bildpunkte die den Speicher auslesen und daß mit Hilfe eines Zählers die Summe der ausgelesenen Markierungen gebildet wird und diese Summe als Maß für die Übereinstimmung ausgegeben wird und/oder als Steuersignal für die Qualitätssortierung verwendet wird.

28. Anordnung nach Anspruch 26 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zur Erfassung der zu prüfenden Teile gleichzeitig eine Anordnung von Farbreferenzen so im Bildfeld des bildgebenden Sensors angeordnet ist, daß sie gleichzeitig oder abwechselnd mit erfaßt wird.

29. Anordnung nach Anspruch 26 und 28, dadurch gekennzeichnet, daß zur Farbkontrolle von bewegten Teilen entweder die bildgebenden Sensoren oder die Beleuchtung in stroboskopisch betrieben werden.

30. Anordnung nach Anspruch 26 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß durch einen externen Sensor die Bildaufnahme bei bewegten Prüflingen dann ausgelöst wird, wenn sich dieser in einer vorgegebenen Position im Bildfeld der bildgebenden Farbsensoren befindet.