DEVICE AND METHOD FOR OPTICALLY RECOGNIZING AREA PATTERNS ON OBJECTS

Abstract: 1. Apparatus for the optical recognition of area patterns on objects, the optical grey value of an actual area pattern being recorded stripwise by the incident light method by an opto-electronic device in at least one preferential direction of the object, the integral of the grey value amplitudes being formed in an integrator (27) for each recorded strip and a grey value function being formed from the integral of the grey value amplitudes in a direction perpendicular to the preferential direction in an evaluator (30) following the integrator (27), said grey value function being compared by a comparator with a stored function representing a set-value area pattern, characterised by a moving illuminated object carrier (14), a photo-diode line sensor (1) for the stripwise recording of the grey value of the area pattern on the object transported by the object carrier, and a selector (28) contained in the evaluator (30) for selecting specific grey value amplitude signals at support points characteristic of the grey value function.

Description: Einrichtung zum optischen Erkennen von Flächenmustern an Objekten Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum optischen Erkennen von Flächenmustern an Objekten, wobei der optische Grauwert eines Ist-Flächenmusters in mindestens einer Vorzugsrichtung des Objektes mittels einer opto-elektronischen Vorrichtung im Auflichtverfahren streifenweise aufgenommen wird, für jeden aufgenommenen Streifen das Integral der Grauwert-Amplituden gebildet wird und in einer Richtung senkrecht zur Vorzugsrichtung aus den Integralen der Grauwert-Amplituden eine Grauwert-Funktion gebildet wiird, die mit einer gespeicherten, ein Soll-Flächenmuster repräsentierenden Funktion mittels eines Vergleichers verglichen wird. 1 Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art (DE-OS 25 07 173) wird ein Bild eines Objektes, wie ein Diapositiv, in festgehaltenem Zustand mittels einer Fernsehkamera oder dgl., zum Erzeugen von Videosignalen abgetastet. Dabei repräsentiert ein Mittelwert der je Zeile aufgenommenen Bildsignale ein Integral der Helligkeit auf jeder Zeile, mit anderen Worten eine mittlere Helligkeit. Wenn ein Objekt in bewegtem Zustand abgetastet werden soll, führt dies bei Anwendung einer Videoabtastung zu Echtzeitproblemen, weil nicht nur die Abtastgeschwindigkeit im Vergleich zur Geschwindigkeit der an der Videokamera vorbeibewegten Objekte sehr gross sein müsste, sondern auch eine Flächenintegration in Echtzeit realisiert werden müsste, was allenfalls durch aufwendige nachgeschaltete Zusatzeinrichtungen realisierbar erscheint. Es ist ferner eine Einrichtung zum Prüfen der richtigen Lage und/oder der Abmessungen eines durch den Strahlengang zwischen einer Fotodiode und einer Leuchtdiode bewegten Werkstückes bekannt (DE-OS 29 16 862). Hier wird im sogenannten "Durchlichtver- fahren" lediglich der UmriB eines Werkstückes erkannt, nicht aber Helligkeitsschattierungen auf einer Oberfläche. Hierzu ist ein Durchlichtverfahren nicht geeignet. Es ist weiterhin zum Erkennen der Lage eines Linienmusters, insbesondere zur Erkennung der Oberflächengeometrie eines Halbleiter Bauelementes eine Einrichtung bekannt (DE-OS 30 18 170), welche ein aus einer vorgegebenen begrenzten Anzahl von Linienmustern ausgewähltes Muster sowie dessen Lage zu einem definierten Nullpunkt durch Umsetzen von Bildpunkten in elektrische Signalfolgen und Vergleich dieser Signalfolgen mit Signalen eines gespeicherten Musters in Echtzeit auffinden lässt (DE-OS 30 18 170). Es ist schliesslich eine Anordnung zum spaltenweisen Abtasten von Mustern mit Hilfe von Fotodiodenzeilen zu dem Zwecke bekannt, Abtastsignale zu gewinnen, die als Eichnormale bei der Berechnung von Korrekturwerten von Bildsignalen verwendet werden können. Hierbei werden in einem Speicher Signale zwischengespeichert und die zwischengespeicherten Werte zur anschliessenden Berechnung der Korrekturwerte verwendet. Es wird also nicht in Echtzeit gearbeitet (DE-OS 25 34 235). Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art zu schaffen, welche mit geringstmöglichem Aufwand eine schnelle und eindeutige Erkennung eines Flächenmusters auf einem bewegten Objekt durch Grau wertanalyse in Echtzeit ermöglicht. Zur Lösung dieser Aufgabe sind bei einer Einrichtung der eingangs genannten Art ein Fotodiodenzeilensensor für die streifenweise Grauwertaufnahme des Flächenmusters auf dem vom Objektträger transportierten Objekt, insbesondere quer zur Bewegungsrichtung des Objektträgers, mindestens eine dem Fotodiodenzeilensensor nachgeschaltete Auswertvorrichtung und eine Auswählvorrichtung zum Auswählen bestimmter Grauwert-Amplitudensignale an fUr die Grauwertfunktion charakteristischen Stützstellen vorgesehen. Mit der Einrichtung nach der Erfindung lasst sich das Objekt streifenweisxeabtastens wobei im Gegensatz zu einer Videoaufnahme Streifen an Streifen einander berührend bzw. überlappend angeordnet werden können, so dass die Gesamtfläche des Objektes bei der Aufnahme erfasst wird. Die Integration der Helligkeitswerte jeder Fotodioden-Zeilenaufnahme erfolgt gleichzeitig mit der Aufnahme. Das Auswählen bestimmter Grauwert-Amplitudensignale an geeigneten Stellen der Grauwertfunktion, insbesondere an besonders charakteristischen Stützstellen wie Orten von Maxima und/oder Minima der Grauwertfunktion vermindert die Datenmenge in einer Weise, dass Aufnahme und Vergleich in Echtzeit am bewegten Objekt erfolgen können. Die gemäss einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehene Aufspaltung des Fotodiodenzeilensensors in mehrere Gruppen von Einzelsensoren, welche das Flächenmuster in mehreren parallelen, vorzugsweise in Bewegungsrichtung des Objektes verlaufenden Spuren aufnehmen, wobei je Sensorengruppe, d. h. Spur, eine gesonderte Auswertvorrichtung vorgesehen ist, arbeitet genauer dann, wenn die Stützstellenanzahl entsprechend vergrössert ist, und schneller, wenn die gleiche Anzahl von Stützstellen beim Abtasten und Verarbeiten über die ganze Breite gewählt wird, weil in diesem Fall jede der Auswertvorrichtungen nur einen entsprechenden Bruchteil der sonst zu verarbeitenden Datenmenge zu verarbeiten hat. Die Einrichtung nach der Erfindung eignet sich insbesondere zum Erkennen der Titelseiten von Druckerzeugnissen, wie Zeitschriften. Sie ermöglicht in diesem Zusammenhang ein Ordnen von in regelloser Folge auf einem Förderband abgelegten, an der Einrichtung vorbeigeführten Zeitschriften. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum optischen Erkennen von Flächenmustern an Objekten, wobei ein Ist-Flächenmuster aufgenommen und mit einem gespeicherten Soll-Flächenmuster verglichen wird, bei dem gemäss einem weiteren Aspekt der Erfindung vorgesehen ist, dass das Objekt relativ zu einer Echtzeit-Aufnahmevorrichtung bewegt wird, dass der optische Grauwert des Ist-Flächenmusters in mindestens einer Vorzugsrichtung des Objektes streifenweise aufgenommen wird, dass für jeden aufgenommenen Streifen das Integral der Grauwert-Ist-Amplituden in Echtzeit gebildet wird und dass zum Vergleich eine das Integral des Grauwerts für den entsprechenden Streifen des Soliflächen- musters repräsentierende vorher gespeicherte Grösse in Echtzeit mit dem Integral der aufgenommenen Grauwert-Amplituden verglichen wird. Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein vereinfachtes Schema mit einem Objekt und einem Sensor zum Erfassen des Grauwertes dieses Objektes in einem Koordinatensystem; Fig. 2 ein Diagramm, welches die mit dem Sensor nach Fig. 1 erfasste Grauwertverteilung in Richtung quer zum Objekt darstellt; Fig. 3 ein Diagramm, welches die Grauwertverteilung in Längs bzw. Bewegungsrichtung des Objektes nach Fig. 1 darstellt; Fig. 4 ein Diagramm entsprechend Fig. 3, wobei die Grauwert verteilung an äquidistanten Stützstellen dargestellt ist. Fig. 5 in einem Diagramm ähnlich Fig. 3 die Grauwertverteilung mit Anordnung der Stützstellen an den Maxima und Minima; Fig. 6 eine schematische Darstellung einer in Bewegungsrichtung des Objektes mehrspurigen Erfassung des Grauwertes; Fig. 7.eine Darstellung der Grauwertverteilung ähnlich Fig. 2, jedoch bei;Anwendung der mehrspurigen Erfassung nach Fig. 6; Fig. 8a, 8b und 8c Frontansicht,Unteransicht und Seitenansicht einer schematisierten Sensorzei 1 enanordnung; Fig. 9 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung gemäss der Erfindung; Fig. 10 den Aufbau einer in der Vorrichtung nach Fig. 9 mehrfach verwendeten Auswertvorrichtung gemäss der Erfindung im einzel nen; Fig. 11 ein flussdiagramm einer automatischen Verteileranlage für Druckerzeugnisse mit einer darin verwendeten Erkennungsvor richtung gemäss der Erfindung. Anhand der Fig. 1 bis 3 sei nun zunächst die grundsätzliche Vorgehensweise bei einem Grauwerterkennungs-Verfahren gemäss der.Erfindung beschrieben. In Fig. j ist mit dem Bezugszeichen 1 schematisch eine Sensorzeile und mit dem Bezugszeichen 2 ein an dieser Sensorzeile vorbei in Richtung des Pfeiles 3 bewegtes Objekt bezeichnet. In dem eingezeichneten Koordinatensystem beschreibt y2 - y1 die Breite und Xe - Xa die Länge -des Objektes 2. -Dieses Objekt trägt ein Flächenmuster. Beispielsweise handelt es sich bei dem Objekt um eine Zeitschrift, und das Flächenmuster wird von der bedruckten Titelseite dieser Zeitschrift repräsentiert. Fig. 2 zeigt das Ergebnis einer Bildaufnahme mit der Sensorzeile 1 in Form des Amplitudenverlaufes des Grauwertes an der Koordinate Xi in Breitenrichtung#des Objektes 2 gemäss Fig. 1. Integriert man die Fläche unter dieser Grauwertverteilung in Fig. 2, so erhält man einen Zahlenwert, der die Grauwertverteilung an der Längen koordinate xi repräsentiert. Bei Erfassen und Aufzeichnen für alle Längenkoordinaten zwischen Objektanfang Xa und -ende xe erhält man die Kurve nach Fig. 3, die folglich eine eindimensionale Darstellung der Grauwertverteilung über die gesamte Fläche des Objektes 2, d.h. in Breitenrichtung y und in Längenrichtung x'repräsentiert. Die Grauwertfunktion G(x) bildet ein analoges Ausgangssignal des Sensors 1, welches über einen A/D-Wandler 20 einer Auswerteelektronik 30 zugeführt wird (Fig. 9). Das mit einer Frequenz f abgetastete Signal G(x) = G(x(t)) kann dann als Zahlenfolge G(nT), n = 0, 1..., "Max' mit den Beziehungen l = f#1. , Abtastperiode EMI6.1 Xa =x (t = ta) a Xe = x (t = te) : @el: Relativgeschwindigkeit Objekt-Sensor analysiert werden. Untersuchungen haben gezeigt, dass jede Folge G(nT) einen reproduzier-. baren objekttypischen Verlauf und spezifische lokale Minima und Maxima aufweist. Diese Eigenschaften werden zur Identifizierung der Objekte herangezo- gen. Hierzu wird zunächst die Folge G (nT) zur Reduzierung der Datenmenge nach der Einführung von Stützstellen durch die verkürzteFolge#(n.kT) mit der ganzen positiven Zahl k approximiert. Die Folge @ wird anschliessend einer Normierung unterworfen, um multi plikative Verzerrungen zu eliminieren. Der Normierungsfaktor N berechnet sich zu EMI7.1 und für die Elemente der normierten Folge EN gilt: EMI7.2 Durch die Normierung wird erreicht, dass bei gleichen Objekten auch .. unter Einfluss der genannten -Verzerrungen vergleichbare Ergebnisse er zielt werden. Da in der Regel das analoge Ausgangssignal des Sensors 1 über eine Vorverstärkung die volle Auflösungsbreite des A/D-Wandlers 20 nicht ausnutzt, ist auf die Normierung folgend eine Amplitudenverstärkung vorgesehen, um bei dem späteren Vergleich durch Differenzenbildung den gesamten Wertebereich zwecks Erhöhung der Identifizierungsgenauigkeit nutzbar. zu machen. Wird jedem Objekt i eine Folge ZN i zugeordnet und ist Wmax der grösste digital darstellbare Wert (2. B. Wmax = 28), so ist der Verstärkungs faktor V wie folgt zu berechnen: EMI7.3 und für die verstärkte, normierte Folge Gen, i des i-ten Objektes gilt: GN, i = V i: (nkT). Die für das Flächenmuster charakteristischen Folgen, werden zusam- mengefasst über folgende Schritte erzeugt: a) Aufnehmen der zweidimensionalen Bildinformation mittels des Sensors 1 (z.B. Zeilen - Array) und Reduzieren in eine ein dimensionale (analoge) Information gemäss Fig. 2,3 b) Digitalisiern c) Datenreduzieren durch Auswahl von Daten an Stützstellen zur Approximation d) Normieren und Verstärken Bis zu diesem Punkt ist die Vorgehensweise bei der vorherigen("offline") Speicherung von Söll-Bildinformationen und Echtzeit-Betrieb("online") zur automatischen Erkennung des Flächenmusters identisch. Zur Programmierung des Erkennungssystems sind im sogenannten Teach In-Verfahren für jede später zu identifizierende Objektmenge,Z.B. glei daher Titei,gleiche Ausgabe einer Zeitschrift, die Schritte a)bis d) zu durchlaufen und die Objekt-Folgen GN, @ zu speichern. Eine tabellarische Speicherung ist in der nachfolgenden Tabelle beispielhaft dargestellt. EMI8.1 <tb> Objekt <SEP> <SEP> #N. <SEP> i <SEP> = <SEP> {Gij} <SEP> <tb> <SEP> i <SEP> Gii <SEP> <SEP> 6i2 <SEP> Gj3 <SEP> <SEP> Gj4 <SEP> Gi. <SEP> m-1 <SEP> Gi. <SEP> m <SEP> <tb> <SEP> 1 <SEP> G11 <SEP> G12 <SEP> G13 <SEP> G14 <tb> <SEP> 2 <SEP> G21 <SEP> <SEP> G22 <SEP> G23 <SEP> G24 <tb> <SEP> 3 <SEP> G31 <SEP> G32 <SEP> G33 <SEP> G34 <tb> <SEP> 4 <SEP> G41 <SEP> G42 <SEP> G43G <tb> <SEP> 5 <SEP> G51 <SEP> G52 <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> <tb> <SEP> 6 <SEP> G61 <SEP> <SEP> G62 <tb> Die maximale Anzahl m der Folgenelemente ist dabei a priori zu begrenzen, um die Identifizierung zu beschleunigen und den Speicherbedarf klein zu halten. Mit den bekannten Daten EMI9.1 maximale Objektlänge in Bewegungsrichtung Geschwindigkeit Sensor-Objekt gilt: EMI9.2 Ein Beispiel für eine Datenreduzierung durch Auswahl von Daten an äquidistanten Stützstellen mit dem konstanten Stützstellenabstand k ist in Fig. 4 gezeigt.. Es. leuchtet ein, dass sich bei Anwendung eines konstanten Stützstellenabstandes;die Flächenmuster an unterschiedlich langen Objekten durch unterschiedlich grosse Signalfolgen darstellen lassen. Dies gibt ein Vergleichskriterium für das Objektformat an die Hand, was eine Vorauswahl nach der Formatgrösse erlaubt. In Fig. 4 ist mit der Bezugszahl 5 die tatsächliche Grauwertverteilung G (x) gemäss Fig. 3, mit der Bezugszahl 6 das auf grund der Stützstellenunterteilung sich ergebende Approximations Polygon und mit den Bezugszahlen 7 und 8 untere und obere Fehlerkur ven für die maximale bzw. minimale Abweichung von dem Approxiiuations- Polygon 6 dargestellt, die in der Praxis deshalb vorgegeben werden müssen, weil die Aufnahme der Bildinformation real immer nur unter Einfluss unvermeidlicher Störungen erfolgen -kann , so dass gleichen Objekte bzw. wiederholte Messungen an ein und demselben Objekt nicht stest zu vollständig identischen Signalfolgen führen können. Fig. 5 zeigt den Ersatz der tatsächlichen Grauwertverteilung G (x) gemäss Fig. 3, die hier mit der Bezugszahl9 bezeichnet ist, durch ein Stützstellen-Polygon 10, wobei die Stiltzstellen an die Maxima bzw. Minima der tatsächlichen Grauwertverteilung 9 gelegt sind. Die Minima und Maxima werden in üblicher Weise einfach durch Diffe renzenbildung lokalisiert. Die Vorgehensweise nach Fig. 5 ist in solchen Fällen vorzuziehen, in-denen nach der Vorgehensweise gemäss Fig. 4 mit äquidistanten Stützstellen entweder nicht genügend signifikante Unterschiede feststellbar sind oder die Stützstellenanzahl zum Feststellen solcher Unterschiede zu gross gemacht werden muss. Anhand der Figuren 6 und 7 sei nun eine mehrspurige Bildaufnahme des Flächenmusters auf einem Objekt 2 beschrieben, das wiederum in Richtung 3 an einem ortsfesten, zeilenförmigen Sensor 1 vorbeibewegt wird. In diesem Fall ist das Objekt in drei Spuren I, In und III unterteilt, deren Breite aus Fig. 6 ersichtlich ist. Die Sensorelemente des zeilenförmigen -Sensors 1 sind entsprechend zu drei Zeilenabschnitten zusammengefasst > die jeweils ein integrales Signal G1 für die erste Spur I, G2 für die zweite Spur II und ein Signal'G3 für die dritte Spur III liefern. Für jede Spurbreite wird gemäss Fig. 7 beispielsweise an der Stelle x; ein getrenntes Grauwertsignal G1 (Xi) , G2 (Xi) und 63 (x;) ermittelt, wobei prinzipiell wie bei der Darstellung nach Fig. 2 jeder dieser Werte das Integral bzw. den Flächenwert des Grauwertes in der betreffenden Spur an der Stelle xi repräsentiert. In der diagrammartigen Darstellung rechts in Fig. 6 ist dieser Flächenwert jeweils als Ordinatenwert der Grauwertverteilung in x-Richtung dargestellt, und die untereinander dargestellten Kurven über der x-Koordinate repräsentieren die Grauwertverteilungen in den drei Spuren I, II, III. Allgemein repräsentiert jedes Signal Gs = Gs(x(t)) für jeden Ort x die integrierte Grauwertinformation entlang der Spur s in y-Richtung des Bildobjektes. Zwischen der eindimensionalen und der zwei- dimensionalen diskreten Information gilt dann die Beziehung: EMI10.1 Die informationen Gs eines jeden Objektes werden wahlweise im oben geschilderten Verfahren gemäss Fig. 4 oder gemäss Fig. 5 weiterverarbeitet. Die getrennte Erfassung des Flächenmusters auf dem Objekt auf unterschiedlichen Spuren ermöglicht eine hohe Auflösung der Bildinformation in Richtung der Sensorachse. Die Spurbreite ist beliebig wählbar, so dass eine beliebige Auswahl von für die Erkennung signifikanter Zonen auf dem Objekt möglich ist. Allerdings erfordert die Vorgehensweise nach den Fig. 6 und 7 einen grösseren numerischen Aufwand und einen erhöhten Speicherbedarf. Im Extremfall kann jedes Sensorelement des zeilenförmigen Sensors 1 direkt über einen A/D-Wandler 20 mit der Auswerteelektronik verbunden werden, was maximale Bildauflösung in Sensorrichtung, d.h. in y-Richtung, liefert. Die Anpassungsfähigkeit des Erkennungsverfahrens lässt sich dadurch erhöhen, dass die Sensoren softwareseitig zusammengefasst werden. In den Fig. 8a, 8b und 8c ist eine realisierte Vorrichtung zum Erkennen eines Flächenmusters 12 auf einem Objekt 2, wie der Titelseite einer Zeitschrift, dargestellt. Ein optoelektronischer Sensor 1 weist eine Photodioden-Zeile mit bis zu 50 Einzel sensoren 13 auf. Unter dem Sensor 1 wird das Objekt 2 auf einem Objektträger 14, wie einem endlosen Band, liegend entweder in Translationsbewegung oder in Kreisbewegung in Richtung des Pfeiles 3 am Sensor 1 vorbeibewegt. Im Bereich des Sensors 1 wird die mit dem Flächenmuster 12 versehene Oberseite des Objekts 2 mittels Lampen 15 gut ausgeleuchtet. Der von der Objektoberseite ausgehende Strahlengang 17, der in Fig. 8c nur als Strich bzw. Streifen zu sehen ist, wird über eine Optik 16 den Sensorelementen 13 des Sensors 1 zugeführt. An den Sensor 1 ist eine Auswertevorrichtung 30 angeschlossen, welche die zweidimensionale Bildinformation in eine digitälisierte eindimensionale Bildinformation gemäss Fig. 3 bzw. geiäss den Figuren 4 und 5 umwandelt. Die Auswertevorrichtung 30 bildet Teil einer Erkennungsvorrichtung, wie sie in Fig. 9 beispielhaft dargestellt ist. Von den Sensorelementen der verschiedenen Spuren I, II, III ... M nach Fig. 6 bzw. 7 werden Ausgangssignale in entsprechend nachgeschaltete Auswertevorrichtungen 30 abgegeben. Diese Auswertevorrichtungen 30 liefern digitalisierte Ausgangssignale für die in der jeweiligen Spur über die Länge des Objektes 2 enthaltene Grauwertverteilung und führen diese Information einem Vergleicher 31 zu. Dieser¯Ver- gleicher erhält ausserdem vorher in den gleichen Spuren gespeicherte Soll-Grauwertinformationen aus einem Referenzdatenspeicher 32. Die zu den einzelnen Spuren korrespondierenden Werte werden in dem Vergleicher 31 verglüchen,und das Ergebnis wird einer Abfragevorricb- - tung 33 zugeführt. Ist das Ergebnis negativ,d.h. ergibt der Vergleich ei ne signifikante Abweichung zwischenlst-Grauwertverteilung aus einer Auswahlvorrichtung 30 und Soll-Grauwertverteilung aus dem Referenzdatenspeicher 32, so wird ein Ausgangssignal ¯über die Leitung 34 zu einer Zielsteuerung 35 abgegeben, welche das Ausschleusen des Objektes und ggf. ein visuelles Identifizieren auslöst. Ist das Vergleichsergebnis jedoch positiv, d.h. wird-das Flächen muster auf dem Objekt als richtig erkannt, so wird ein Signal über eine Leitung 36 zu einer Zielsteuerung 37 abgegeben, welche veran lasst, dass das Objekt an einen gewünschten Ort befördert wird. Zum Einschreiben der Soll-Grauverteilung in den Referenzdaten Speicher 32 wird ein vorbestimmtes Flächenmuster auf einem-Objekt über die Sensorzeile 1 und die nachgeschalteten Auswertevorrichtungen 30 unter Umgehung des Vergleichers 31direkt in den Referenzdatenspeicher 32 eingegeben. In Fig. 10 ist der Aufbau der Auswertvorrichtung 30 im einzelnen gezeigt: Die von den Sensorelementen 13 ausgehenden Signale werden nach Integration in einer lntegriervorrichtung 27 über einen Analog/Digital-Wandl er 20 und eine Auswähivorrichtung 28 in eine normierende Parallelschaltung aus einem Summierer 21 und einem Zwischenspeicher 22 eingespeichert,deren Ausgangssignale einem Divisor zugeführt werden. Das Aus; gangssignal des Divisors 23 wird in einem Verstärker 24 verstärkt und entweder zum Einschreiben der Soll-Grauwertyerteilung direkt in den Referenzdatenspeicher 32 eingeschrieben-oder.zur automatischen Erkennung eines Objektes gemäss Fig. 9 dem Vergleicher 31 zugeführt, der dann einen Vergleich mit den Soll-Daten aus dem Referenzdatenspeicher 32 wie beschrieben vornimmt. Fig. 11 zeigt in einem Flussdiagramm den Einbau einer Erkennungsvor richtung, die gemäss den Fig. 8bis 10 aufgebaut ist, in eine auto- matische Verteileranlage für Objekte, wie Druckerzeugnisse. Die Erkennungsvorrichtung insgesamt ist dabei von einer gestrichelten Linie umgeben und mit dem Bezugszeichen 40 bezeichnet. Von einer Objekt-Bereitstellung her findet an einer Station 41 eine Objektvereinzelung und eine Obergabe auf den bewegten Objektträger 14 (Fig. 8c) statt. Mittels des hier als Kasten dargestellten Sensors 1 wird die Bildinformation aufgenommen und einer insgesamt mit dem Bezugszeichen 42 bezeichneten Verarbeitungsvorrichtung gemäss den Fig. 9 und 10 zugeführt. Zur Vorrichtung 42 gehört eine Ein-lAusgabe- Einheit 43. Ferner ist der Vorrichtung 42 eine Zielsteuerung 44 nachgeschaltet, welche auf eine Förderanlage 45 einwirkt und dort bei Fehlerkennung über einen Kanal 46 das Ausschleusen des nicht erkannten Objektes oder bei Erkennen über einen Kanal 47 das Fördern zu einem Ziel punkt bewirkt. Mit dem beschriebenen Verfahren und der beschriebenen Vorrichtung lassen sich Nachteile vermeiden, die bei Anwendung von Zeilenkameras oder Fernsehkameras entstehen würden: Der Sensor 1 erfasst momentan das Flächenintegral der Grauwerte der Gesamt- oder einen Teilfläche des Flächenmusters, ist somit prinzipiell schneller als punktweise abtastende Zeilen- oder Fernsehkameras, deren Abtastgeschwindigkeiten im Vergleich zur Geschwindigkeit durchlaufender Objekte sehr gross sein müssten und bei denen eine Flächenintegration durch nachgeschaltete Techniken, mit Operationsverstärkern oder mittels Rechner, realisiert werden müsste, was zu Echtzeitproblemen führen dürfte.

Claims: Ansprüche 1. Einrichtung zum optischen Erkennen von Flächenmustern an Objekten, wobei der optische Grauwert eines Ist-Flächenmusters in. mindestens einer Vorzugsrichtung des Objektes mittels einer opto-elektroni- schen Vorrichtung im Auflichtverfahren streifenweise aufgenommen wird, für jeden aufgenommenen Streifen das Integral der Grauwert Amplituden gebildet wird und in einer Richtung senkrecht zur Vorzugsrichtung aus den Integralen der Grauwert-Amplituden eine Grauwert-Funktion gebildet wird, die mit einer gespeicherten, ein Soll-Flächenmuster repräsentierenden Funktion mittels eines Vergleichers verglichen wird, g e k e n n z e i c h n e t durch einen bewegten beleuchteten Objektträger (14) einen Fotodiodenzeilen-Sensor (1) für die streifenweise Grau wertaufnahme. des#FJächenmusters auf dem vom Objektträger transportierten Objekt, insbesondere quer zur Bewegungsrichtung des Objektträgers, mindestens eine dem Fotodiodenzeilen-Sensor nachgeschaltete Auswertvorrichtung (30) und eine Auswählvorrichtung (28) zum Auswählen bestimmter Grau wert-Amplitudensignale an für die Grauwertfunktion charakte ristischen Stützstellen. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Stützstellen äquidistant sind. 3. Einrichtung nach Anspruch l, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Stützstellen an Orte von Maxima und/oder Minima der Grau wertfunktion gelegt sind. 4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass der Fotodiodenzeilen-Sensor zahlreiche Einzelsensoren (13) aufweist, die in einer Zeile quer zur Bewegungsrichtung des Objektes ausgerichtet sind. 5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Auswertvorrichtung (30) einen Analog-/Digitalwandler (20), eine daran anschliessende Parallelschaltung aus einem Summierer (21) und einem Zwischen speicher (22), einen durch die Ausgänge des Summierers und des Zwischenspeichers beaufschlagten Divisor (23) und einen diesem nachgeschalteten Verstärker (24) umfasst. 6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass dem Vergleicher (31) eine Abfrage vorrichtung (33) und dieser wiederum zwei entsprechend dem Ergebnis der Erkennungs-Abfrage wahlweise ansteuerbare Signalgeber (35,37) für das alternative Weiterbehandeln bei Erkennen oder Ausschleusen bei Nichterkennen nachge schaltet sind. 7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass der Fotodiodenzeilen-Sensor (1) mehrere Gruppen (I,II,III) von Einzelsensoren (13) aufweist, welche das Flächenmuster in mehreren parallelen, vorzugs weise in Bewegungsrichtung des Objektes verlaufenden Spuren aufnehmen, dass jeder von einer Gruppe von Einzelsensoren (13) aufgenommene Streifen sich nur über die Breite einer Spur erstreckt und dass je Gruppe (I,II,III) eine gesonderte Aus wertvorrichtung (30) vorgesehen ist. 8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Objekte von Druckerzeugnissen, wie Zeitschriften, gebildet sind. 9. Verfahren zum optischen Erkennen von Flächenmustern an Objekten, wobei ein Ist-Flächenmuster aufgenommen und mit einem gespeicherten Soll-Flächenmuster verglichen wird, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass das Objekt relativ zu einer Echtzeit-Aufnahmevorrichtung bewegt wird, dass der optische Grauwert des Ist-Flächenmusters in mindestens einer Vorzugsrichtung des Objektes streifenweise aufge nommen wird, dass für jeden aufgenommenen Streifen das Integral der Grauwert-Ist-Amplitude in Echtzeit gebildet wird und dass zum Vergleich eine das Integral des Grauwertes für den entsprechenden Streifen des Sollfächenmusters repräsentierende, vorher gespeicher te Grösse in Echtzeit mit dem Integral der aufgenommenen Grauwert Amplituden verglichen wird. 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch g e k e n n z e i c.h n e t, dass die zweidimensional und analog aufgenommenen Grauwert-Am41ituden durch die streifenweise Integration in eine eindimensionale, mit einer Abmessung des Flächenmusters variable Grauwertfunktion ge wandelt werden, dass diese analoge Grauwertfunktion digitalisiert wird und dass die Datenmenge der digitalisierten Grauwertfunktion durch Herausgreifen einzelner Daten an in Richtung der genannten Abmessung aufeinander folgenden Stützstellen reduziert wird, welche vorzugsweise an Orte von Maxima und/oder Minima der Grauwert funktion gelegt sind.

Inventors: KAUER, HARALD, DR.-ING., PETER, KURT, PROF. DR.-ING., PIETZSCH, LUDWIG, DR., ROSSLER, JURGEN, DR.-ING., Rössler, Jürgen, Dr.-Ing.
Applicants: PIETZSCH AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1983
Main classification: B07C5
IPC codes: B07C5, G06K9, G06T7