METHOD AND ARRANGEMENT FOR DETECTING AMPLITUDE CHANGES IN THE OUTPUT SIGNAL OF AN OPTICAL SENSOR

Abstract: 1. A process for detecting changes in amplitude of the output signal of an optical sensor, in particular a television camera, in which - the amplitude values of the output signal are associated with brightness values of the picture received by the optical sensor, - a binary signal is produced by comparison of the output signal with a reference signal, - an upper envelope curve signal (ho ) is produced from the greatest amplitude value, - a lower envelope curve signal (hu ) is produced from the lowest amplitude value, and in which - at least one amplitude value between the upper envelope curve signal (ho ) and the lower envelope curve signal (hu ) is chosen as reference signal (Uref ) characterised in that - the reference signal (Uref ) is formed according to the equation Uref = ho + hu - Uv , where ho is the upper envelope curve signal hu is the lower envelope curve signal, and Uv is the output signal from the optical sensor (S).

Description: Verfahren und Anordnung zur Auswertung von Amplituden änderunffen im Ausgangssignal eines optischen Sensors Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Auswertung von Amplitudenänderungen im Ausgangs signal eines optischen Sensors, insbesondere einer Fernsehkamera, bei dem die Amplitudenwerte des Ausgangssignals Helligkeitswerten des mit dem optischen Sensor erfassten Bildes zugeordnet sind und bei dem durch Vergleich des Amsgangs- signals mit einem Referenzsignal ein Binärsignal erzeugt wird. Bei einem bekannten Verfahren dieser Art ("Technisches Messen" 48. Jahrgang 1981, Heft 5, Seiten 165 bis 169) werden die mit einer Fernsehkamera erfassten Abbildungen eines Objekts hinsichtlich der Erkennung von Objektkanten ausgewertet. Da im Ausgangssignal der Fernsehkamera (Videosignal) alle Helligkeitsschwankungen im erfassten Fernsehbild als Amplitudenänderungen erscheinen, ist auch die Erkennung einer Objektkante aufgrund der damit in den überwiegenden Fällen verbundenen Helligkeitsschwankungen aus dem Videosignal möglich. Die Kantenerkennung bei einem Verfahren dieser Art ist um so genauer, je weniger die Kante von einer vertikalen Lage (senkrecht zur Zeilenrichtung) im Fernsehbild abweicht. Durch eine entsprechende Drehung des Objekts oder der Kamera ist dies jedoch auf einfache Weise zu gewährleisten. Die Erkennung einer Objektkante wird beim Stand der Technik u. a. mit einem Komparatorverfahren vorgeschlagen, bei dem das Vi deosignal über eine Reihe hintereinandergeschalteter Widerstände in seiner Amplitude heruntergeteilt wird. Die jeweils heruntergeteilten Amplitudenwerte werden mit einer fest vorgegebenen Referenzspannung in einem zugeord neten Komparator verglichen. Die zusammengeschalteten Ausgänge der Komparatoren ermöglichen somit die Bildung eines neuen Videosignales, welches nur diskrete Werte entsprechend der Anzahl der Komparatoren annehmen kann. Durch die vorgegebene Referenzspannung sind hierbei die Schwellen festgelegt, bei denen eine Helligkeitsschwankung (Objektkante) bzw. eine Amplitudenänderung des Videosignals erfasst wird. Bei unterschiedlichen Helligkeitsverhältnissen des zu beobachtenden Objekts bzw. bei einer durch die Optik verursachten Unschärfe der Kantenabbildung kann bei diesem bekannten Verfahren jedoch nicht ausgeschlossen werden, dass bestimmte Objektkanten nicht sicher ausgewertet werden können. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Auswertung von Amplitudenänderungen im Ausgangssignal eines optischen Sensors zu schaffen, bei dem die Erfassung von Amplitudenänderungen auch bei unterschiedlichen optischen Abbildungs- und Beleuchtungsverhältnissen gewährleistet ist. Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs angegebenen Art aus dem grössten Amplitudenwert ein oberes Hüllkurvensignal und aus dem niedrigsten Amplitudenwert ein unteres Hüllkurvensignal erzeugt und mindestens ein zwischen dem oberen und dem unteren Hüllkurvensignal liegender Amplitudenwert als Referenzsignal gewählt. Das erfindungsgemässe Verfahren ist insofern vorteilhaft, als durch die Bildung von oberen und unteren Hüllkurven- signalen mindestens zwei Amplitudenbereiche als sogenannte Hüllflächen definiert werden, aus denen, abhängig von der jeweils detektierten Amplitudenänderung (Objektkante), ein optimaler Schwellwert gebildet werden kann und somit eine sichere Erkennung einer entsprecher-en Amplituden änderung gewährleistet ist. Die Bildinformation des opti schen Sensors wird gemäss der Erfindung auf Amplitudenschwankungen um den so gebildeten Schwellwert reduziert, was zu einer Datenreduzierung bei einer nachfolgenden elektronischen Bildauswertung führt. Die Hüllflächen können jeweils aus den Maximal- und Minimalamplitudenwerten während einer Zeilenabtastung des optischen Sensors oder in Teilbereichen ermittelt werden. In besonders einfacher Weise kann das Referenzsignal aus dem arithmetischen Mittelwert des oberen und des unteren Hüllkurvensignals gebildet werden. Die Bildung eines arithmetischen Mittelwertes lässt sich mit einfachen analogen Rechenbausteinen durchführen. In besonders vorteilhafter Weise ist das Referenzsignal jedoch nach der Gleichung Uref h, + Uv gebildet, wobei ho das obere Hüllkurvensignal, hu das untere Hüllkurvensignal und Uv das Ausgangssignal des optischen Sensors darstellt. Bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens wird praktisch durch eine Inversion des Ausgangssignals des optischen Sensors innerhalb der beiden Hüllkurvensignale ein geeignetes Referenzsignal erzeugt, wobei sich das Referenzsignal und das Ausgangs signal des optischen Sensors (Videosignal Uv) nach Erreichen der Schaltschwelle besonders schnell voneinander entfernen. Bei einem dem Ausgangs signal des Sensors überlagerten Rauschen ist damit die Schwingneigung einer Komparatorschaltung beim anschliessenden Vergleich des Ausgangssignals mit dem Referenzsignal während des Schaltzeitpunktes an der Schaltschwelle besonders gering. Um eine Untergrenze für die zu erfassenden Amplituden änderungen des Ausgangssignals des Sensors festzulegen, wird die Differenz der Hüllkurvensignale gebildet und mit einem vorgegebenen Minimalwert verglichen, und als Ergeb nissdieses Vergleichs wird ein Freigabesignal erzeugt, das zur Binärisierung des aus dem Vergleich des Refeienzsignals mit dem Ausgangs signal des Sensors gewonnenen Signals herangezogen wird. Das erfindungsgemässe Verfahren lässt sich in vorteilhafter Weise durch eine Anordnung durchführen, bei der ein erster Hüllkurvenbaustein und ein zweiter Hüllkurvenbaustein zur Ermittlung der Hüllkurvensignale vorhanden ist, an deren Eingängen das Ausgangs signal (Videosignal) des optischen Sensors anliegt und deren Ausgänge jeweils auf einen Eingang eines Referenzwertbausteins geführt sind, und ein Komparator vorhanden ist, an dessen erstem Eingang das Referenzsignal am Ausgang des Referenzwertbausteins und an dessen zweitem Eingang das Ausgangssignal des Sensors anliegt und an dessen Ausgang das Binärsignal ansteht. Die Anordnung nach dieser Ausführungsform lässt sich in einfacher Weise mit Analogbausteinen realisieren, wobei durch die mit den Eingangssignalen des Komparators festgelegte Schaltschwelle die Erzeugung eines Binärsignals möglich ist. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Anordnung zur Durchführung des Verfahrens sind in den Unteransprüchen 6 bis 11 angegeben. Das erfindungsgemässe Verfahren oder die Anordnung kann in besonders vorteilhafter Weise bei einem Handhabungsautomaten zur Kantenerkennung eines zu bearbeitenden Objekts angewendet werden. Diese Erkennungsaufgaben mit optischen Sensoren in Handhabungsautomaten oder zur Fertigungssteuerung und Qualitätsprüfung von Objekten sind mit der Erfindung in besonders vorteilhafter Weise durch die Verarbeitung allzu grosser Datenmengen durchführbar. Gute Ergebnisse lassen sich mit der Erfindung erzielen, wenn beispielsweise die Flankensteilheit der Amplituden änderung - hervorgerufen durch Unschärfe bei Änderung des Objektabstandes, Unschärfe durch falsche Scharfeinstel- lung der Optik oder Unschärfe bei Verschmutzung der Optik oder fehlerhafter Beleuchtung - kritisch ist. Auch bei einem kritischen Flankenabstand (Objektbreite bzw. Pulsbreite der Amplitudenänderung im Zeilenverlauf) - hervorgerufen durch die Objektgeometrie, die Oberflächenstrukturen oder den Abbildungsmassstab - lassen sich mit der Anwendung der Erfindung vorteilhafte Ergebnisse erzielen. Bei einer geringen oder unterschiedlichen Grauwertdifferenz des Objekts (nderungsverhältnis der Amplituden) - hervorgerufen durch Objektkontrast und Beleuchtung, Sensorempfindlichkeit, Randabschattung von Optik und Sensor oder Fremdlicht des Umfeldes - ist durch die Bildung von jeweils individuell für den entsprechenden Objektteil erzeugten Hüllflächen bei der Kantenerkennung eine sichere Auswertung des Objektbildes gewährleistet. Auch bei einem unterschiedlichen absoluten Grauwert (entsprechend der Lage der Amplitudenänderung im Schwarz-Weiss- Bereich bei einer Schwarz -Weiss-Fernsehkamera) ist durch die erfindungsgemässe Anpassung der Schalt schwelle bei der Kantenerkennung eine sichere Auswertung gewährleistet. Dieser Grauwert kann beispielsweise beeinflusst werden durch Objektkontrast und Beleuchtung, Dunkelstrom des Sensors bzw. Fremdlicht des Umfeldes. Auch eine Ausblendung von Störsignalen ist mit der Erfindung möglich, wobei diese vor allem durch Sensor- bzw. Verstärkerrauschen, Oberflächenrauhigkeiten und Welligkeiten des ObJekts oder elektrische Fremdsignale im Umfeld hervorgerufen werden können. Die Erfindung wird anhand der Figuren erläutert, wobei die Figuren 1, 2, 5, 7, 9 und 10 Ausführungsbeispiele von Anordnungen oder Teilen davon zur Ausführung des Verfahrens darstellen und die Figuren 3, 4, 6 und 8 Spannungs- bzw. Impulsdiagramme zur Erläuterung der jeweils vorhergehend dargestellten Figuren zeigen. Bei der in der Figur 1 dargestellten Anordnung ist ein optischer Sensor S vorhanden, der ein Ausgangs signal Uv als Videosignal abgibt. Das Videosignal Uv ist auf den Eingang eines ersten Hüllkurvenbausteins Ho und auf den Eingang eines zweiten Hüllkurvenbausteins Hu geführt. Am Ausgang des ersten Hüllkurvenbausteins steht das Hüllkurvensignal ho und am Ausgang des zweiten Hüllkurvenbausteins E das Hüllkurvensignal hu an. Die mit diesen beiden Hüllkurvensignalen ho und hu gebildete Hüllfläche ermöglicht die Auswertung eines mit dem Sensor S erfassten Bildes mit reduzierter Bildinformation bzw. reduzierter Auflösung. Mit diesen so definierten Hüllflächen ist auf einfache Weise eine Kantendetektion eines mit dem optischen Sensor S abgebildeten Objekts und eine Amplitudenbewertung des Videosignals Uv am Ausgang des Sensors S möglich. Es kann somit eine Selektion von relevanten Daten aus der Bildinformation durchgeführt werden. Eine solche Hüllfläche kann dadurch veranschaulicht werden, indem man die Amplitude des'Videosignals (entsprechend der Bildhelligkeit) alsdritte Dimension über der Bildfläche des optischen Sensors definiert. Die Hüllfläche ist nur mit den höchsten Werten der Amplitude in. Berührung. Amplitudenspitzen, z. B. in Nadelform, können gegebenenfalls diese Hüllfläche durchdringen, haben aber keinen Einfluss. Diese Hüllfläche lässt somit nur noch die grobe Kontur des abgebildeten Objekts bzw. der grösseren Amplitudenanteile erkennen und stellt damit eine Bildinformation mit reduzierter Auflösung de . Durch Inversion kann in gleicher Weise eine Hüllfläche für die Minimalamplituden erzeugt werden. Das obere Hüllkurvensignal ho ist gemäss Figur 1 auf einen ersten Eingang eines Referenzwertbausteins RW geführt; das untere Hüllkurvensignal hu ist auf einen zweiten Eingang des Referenzwertbausteins RW geführt. Am Ausgang des Referenzwertbausteins RW steht ein Referenzsignal Uref an, das aus dem arithmetischen Mittelwert der beiden HUllkur- vensignale ho, hu gebildet ist. Ein Komparator K weist einen ersten Eingang 3 auf, der mit dem Ausgang des Referenzwertbausteins RW verbunden ist, und einen zweiten Eingang 4, der mit dem Ausgang des Sensors S verbunden ist. Am Ausgang des Komparators K steht das Binärsignal B an. Die Figur 2 enthält eine alternative Ausführungsform des Referenzwertbausteins RW, der einen dritten Eingang 5 aufweist, an dem das Videosignal Uv anliegt. Am Ausgang des Referenzwertbausteins RW gemäss dieser Ausführungsform steht ein Referenzsignal Uref an, das nach der Beziehung Uref = ho +hu Uv gebildet ist. Der Ausgang des Referenzwertbausteins RW ist, wie bei der vorangehend beschriebenen Figur, an den Eingang 3 des Komparators K angeschaltet, an dessen zweitem Eingang 4 das Video signal Uv anliegt. Der Ausgang dieses Komparators K, an dem das Binärsignal B anliegt, ist auf einen ersten Eingang 6 einer Verknüpfungsschal- tung VS geführt. Bei dem in der Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist weiterhin ein Differenzwertbaustein DW vorhanden, an dessen erstem Eingang 7 das obere Hüllkurvensignal ho und an dessen Eingang 8 das untere Hüllkurvensignal hu anliegt. Der Ausgang dieses Differenzwertbausteins DW, an dem die Differenz (ho - hu) anliegt, ist mit einem ersten Eingang 9 eines Freigabekomparators KF angeschaltet, an dessen zweitem Eingang 10 eine vorgegebene Grösse Ahmin anliegt, die der vorgegebenen Mindestdifferenz der HUll- kurvensignale ho und hu entspricht. Der Ausgang des Freigabekomparators KF, an dem das Freigabesignal F anliegt, ist an einen weiteren Eingang 11 der Verknüpfungsschaltung VS angeschaltet. Am Ausgang 12 der Verknüpfungsschaltung VS steht das Binärsignal B an. Die VerknüpSungs- schaltung VS enthält zwei Kippstufen KS1 und KS2, deren Takteingänge T über den ersten Eingang 6 der Verknüpfungsschaltung mit dem Binärsignal B am Ausgang des Komparators K beaufschlagt sind. Beim Takteingang T der Kippstufe KS2 handelt es sich um den negierten Eingang, beim Takteingang T der Kippstufe KS1 handelt es sich um den nicht negierten Takteingang. Die Dateneingänge D der Kippstufen K51 und KS2 sind jeweils über den weiteren Eingang 11 der Verknüpfungsschaltung VS mit dem Freigabesignal F beaufschlagt. Der Ausgang Q der zweiten Kippstufe KS2 ist mit einem weiteren (Rücksetz-) Eingang 13 der ersten Kippstufe KS1 verbunden. Der Ausgang Q der ersten Kippstufe KS1 stellt den Ausgang der Verknüpfungsschaltung VS dar. Die Funktionen der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Anordnungen werden unter Zuhilfenahme der Diagramme in den Figuren 3 und 4 erläutert. Im oberen Diagramm der Figur 3 ist zunächst der Verlauf der Spannung U über der Zeit während der Abtastung einer Zeile im optischen Sensor S bzw. eines Teilbereichs einer Zeile dargestellt. Im Bereich des Zeitpunktes ta bei der Abtastung in einer Zeile detektiert der optische Sensor eine Kante eines Objekts, was sich durch einen Anstieg der Amplitude des Videosignals Uv bemerkbar macht. Im Bereich des Zeitpunkts te wird die andere Kante des Objekts detektiert; es erfolgt somit ein Absinken der Amplitude des Videosignals Uv Durch den ersten Hüllkurvenbaustein Ho wird ein oberes Hüllkurvensignal ho und du ch den zweiten Hüllkurvenbaustein Hu ein unteres Hüllkurvensignal hu (vergleiche Figur 1) erzeugt. Das am Ausgang des Referenzwertbausteins RW entstehende Referenzsignal Uref ist bei der Darstellung nach der Figur 3 nach der Beziehung ho +hu Uv (vergleiche Figur 2) gebildet. Durch dieses Referenzsignal Uref ist die Schaltschwelle festgelegt, bei der, wenn das Videosignal Uv den Wert des Referenzsignals Uref überschreitet bzw. unterschreitet (Zeitpunkte tas te) am Ausgang des Komparators K ein Binärsignal B erzeugt wird. Das Binärsignal B ist im unteren Diagramm der Figur 3 dargestellt. Gemäss der Figur 3 ist davon ausgegangen, dass das am Eingang 11 der Verknüpfungsschaltung VS (vergleiche Figur 2) anliegende Freigabesignal F gesetzt ist, d. h., Differenz ho - hu > Amin, und dass das Binärsignal B über die Kippstufen KS2, KS1 den Ausgang 12 der VerknUpSungs- schaltung VS durchschaltet. Bei der Darstellung nach der Figur 3 ist davon ausgegangen, dass die durch die Hüllkurvenbausteine H0, Hu festgelegten Hüllkurven ein schnelles Abklingverhalten haben. Die Diagramme anhand der Figur 4 stellen ebenso wie die Diagramme der Figur 3 den Verlauf der Spannung, des oberen und des unteren Hüllkurvensignals sowie des Referenzsignals, des Binärsignals und ausserdem des Freigabesignals dar. Bei den gemäss dieser Figur detektierten Objektkanten zu den Zeitpunkten t, a und t ist davon ausgegangen, dass die Hüllkurvensignale ein langsames Abklingverhalten haben. Ausserdem ist hier die untere Schwelle amin, die dem Signal Ahmin gemäss der Figur 2 entspricht, angegeben, bei der das Freigabesignal F gesetzt bzw. zurückgesetzt wird. In der Figur 5 sind Ausführungsbeispiele der beiden Hüllkurvenbausteine Ho, Hu gezeigt, an deren Eingängen 20, 21 das Videosignal Uv anliegt.. Eingangsseitig sind bei beiden Hüllkurvenbausteinen Spitzenspannungsgleichrichter Dos Du angeordnet, wobei beim Hüllkurvenbaustein K für das obere Hüllkurvensignal ho der Spitzenspannungsgleichrichter für die positiven Spannungsspitzen in Durchlassrichtung und beim Hüllkurvenbaustein Hu für das untere Hüllkurvensignal hu der Spitzenspannungsgleichrichter Du in Sperrrichtung geschaltet ist. Die Spitzenspannungsgleichrichter Do, Du dienen einer schnellen Aufladung von Glättungskondensatoren Co Cu die zwischen den Ausgängen der Spitzenspannungsgleichrichter Dos Du und Tiefpassfiltern TPo und TPu angeordnet sind. Die Glättungskondensatoren Co und Cu sind darüber hinaus mit den Ausgangsgrössen von Stromquellen IoS I B im oberen Hüllkurvenbaustein Ho und Iu, 1+B im unteren Hüllkurvenbaustein Hu beaufschlagt. Die Stromquellen Ios 1u werden jeweils über Verstärker Vo, Vu vom Videosignal Uv angesteuert, die Stromquellen 1-B und I+B werden jeweils von Betriebsspannungen UB bzw. +UB versorgt. Die Polung der Stromquellen bzw. der Betriebsspannungen -UB, +UB sind so gewählt, dass die Glättungskondensatoren Co Cu relativ zum Videosignal Uv oder zu den Betriebsspannungen UB, +UB entladen werden, wobei die Bedingung UB 4 Uv - +UB gelten muss. Die in den Hüllkurvenbausteinen Ho, Hu angeordneten Stromquellen haben die Bedeutung von Steilheitsbegrenzern für das Abklingen der Spitzenspannungen an den Ausgängen der Spitzenspannungsgleichrichter. Am Ausgang des Tiefpassfilters TPo, der mit dem Ausgang 22 des Hüll kurvenbausteins Ho verbunden ist, liegt das obere Hüllkurvensignal ho an, und am Ausgang des -Tiefpassfilters TPu, der gleichzeitig den Ausgang-23 des Hüllkurvenbausteins Hu darstellt, liegt das untere Hüllkurvensignal hu an. Im Diagramm nach der Figur 6 ist über der Zeit t der periodische Verlauf eines. Videosignals U,r dargestellt. Ferner sind die mit den anhand der Hüllkurvenbausteine nach dem in der Figur 5 dargestellten Ausführungsbeispiel erzeugten oberen Hüllkurvensignale ho und unteren HUllkurven- signale hu eingezeichnet. Das sich daraus mit einer Schaltungsanordnung - beispielsweise gemäss der Figur 1 - ergebende Referenzsignal Uref schwankt daher auch somit periodisch zwischen dem oberen und dem unteren Hüllkurvensignal. Eine symmetrische Form der Hüllkurvensignale hos hu lässt sich mit einer weiteren Ausgestaltung - hier nicht dargestellt - der Anordnung nach der Figur 5 erreichen, wenn die Bildung der Hüllkurvensignale jeweils durch eine Vorwärts- und Rückwärtsabtastung einer Zeile des mit dem optischen Sensor S erfassten Signals und entsprechender Zwischenspeicherung erfolgt. Bei dem in der Figur 7 dargestellten Ausführungsbeispiel sind Hüllkurvenbausteine H0 und Hu gezeigt, die im wesentlichen denen nach der Figur 5 entsprechen, jedoch ist hier auf die jeweils von der Betriebsspannung +UB, -UB angesteuerte Stromquelle und auf die Tiefpassfilter TPo, TPU verzichtet worden. Statt dessen ist die Stromquelle 10 mit einem Schalter SO und die Stromquelle 1 mit einem Schalter 5u überbrückbar. Beide Schalter SO, 5u sind jeweils von einem Ausgangs signal einer monostabilen Kippstufe MK1 bzw. MK2 angesteuert, die Bestandteil der Verknüpfungsschaltung VS sind. Mit den monostabilen Kippstufen Mi(1 und MK2 werden kurze Impulse aus den positiven bzw. negativen Flanken des Binärsignals B gebildet, wobei das Binärsignal B mit einer Schaltungsanordnung, wie sie anhand der Figur 2 beschrieben ist, erzeugt wird. Milden Impulsen an den Ausgängen 24 und 25 der Verknüpfungsschaltung VS wird jeweils an den Flanken des Binärsignals B ein kurzfristiges Schliessen entweder des Schalters So im oberen Hüllkurvenbaustein oder des Schalters Su im unteren Hüllkurvenbaustein ausgelöst und dadurch ein schnelles Umladen der Glättungskondensatoren Co Cu auf den Pegel des jeweils aktuell anliegenden Videosignals Uv erreicht. Nach beendeter Umladung öffnet der betreffende Schalter wieder. Die Hüllspannungen werden anschliessend wieder aus den Spitzenspannungen des Videosignals gebildet. Durch die Anordnung nach diesem Ausführungsbeispiel ist erreicht, dass die Referenzspannung Uref sehr steile Flanken aufweist, wodurch eine geringe Anfälligkeit dieser Schaltungsanordnung gegenüber Rauschen und Störsignalen gewährleistet ist, weil sich die Referenzspannung Uref sehr schnell aus dem Schaltbereich in der Umgebung der Schaltschwelle des Komparators K2 entfernt. Die Funktion ist hier ähnlich der Hysterese bei sogenannten Schmitt Triggerschaltungen. Die Spannungsverläufe in der gemäss der Figur 7 dargestellten Schaltungsanordnung sind in den Diagrammen nach der Figur 8 eingezeichnet. Im Diagramm a) ist der angenommene Verlauf des Videosignals Uv dargestellt; im Diagramm b) sind darüber hinaus die mit den Hüllkurvenbausteinen H0, Hu erzeugten Hüllkurvensignale ho, hu eingezeichnet. Im Diagramm c) ist dargestellt, wie sich die Referenzspannung Uref in Beziehung zum Videosignal Uv verhält, und aus dem Diagramm d) der Figur 8 ist schliesslich zu entnehmen, wie das Binärsignal B am Ausgang der Schaltungsanordnung mit den jeweiligen Kreuzungspunkten des Videosignals Uv und der Referenzspannung Uref gebildet ist. In der Figur 9 ist eine weitere Ausführungsvariante zur Erzeugung des oberen Hüllkurvensignals ho und des unteren Hüllkurvensignals E gezeigt. Bei der Schaltungsanordnung nach dieser Ausführungsform ist eine Maximalwert-Erfas sungseinheit NA und eine Minimalwert-Erfassungseinheit MI vorhanden, deren Eingänge 30 bzw. 31 mit den Ausgängen von Verzögerungsgliedern T1 ... Zn bzw. alt dem Videosignal Uv verbunden sind. Mit Hilfe der VerzögerungsgliederTl Tn werden jeweils um eine Zeitspanne T verzögerte Abtastwerte des Videosignals Uv innerhalb eines Teilbereichs, beispielsweise einer Fernsehzeile, erzeugt. Die Verzögerungsglieder T1 ... tun können beispielsweise durch Ladungsverschiebeschaltungen (z. B. CCDs: Charge Coupled Device) bei analogem Eingangssignal (Uv) oder durch Schieberegister bei digitalem Eingangssignal (Uv) aufgebaut werden. Ausgänge 32 bzw. 33 der Maximalwert-Erfassungs- einheit MA bzw. der Minimalwert-Erfassungseinheit MI sind mit Eingängen von Tiefpassfiltern TPo bzw. TPU verbunden, die zur Glättung der Ausgangssignale der Einheiten MA und MI dienen; an den Ausgängen dieser Tiefpassfilter TPo und TPU liegt das obere Hüllkurvensignal ho bzw. das untere Hüllkurvensignal hu an. Um die Verzögerungszeit der Verzögerungsglieder T1 ... tun auszugleichen, ist das Videosignal Uv ebenfalls über eine Verzögerungsschaltung VZ geführt, deren Verzögerungszeit der halben Länge der mit den Verzögerungsgliedern C1 I ... Un hervorgerufenen Ver- zögerungszeit entspricht. Am Ausgang der Verzögerungsschaltung VZ liegt das verzögerte Videosignal Uv' an. Es sind weitere, hier nicht dargestellte Schaltungsvarianten möglich, bei denen die Extremwerterfassung mit jeweils verzögerten Videosignalen Uv, beispielsweise auch mit unterschiedlichem Zeitversatz der Verzögerungsglieder T1 ... Un, erfolgt. Es lassen sich auch mehrere solcher Extremwert-Erfassungseinheiten hintereinanderschalten, wobei sich die Verzögerungszeit, um die das Videosignal Uv verzögert werden muss, ebenfalls erhöht. Es ist auch möglich, die Verzögerung durch Abtast- und Halteschaltungen vorzunehmen, die innerhalb der einzelnen Schaltungsstufen abwechselnd die Eingangssignale (Uv) übernehmen. Die Taktung dieser Abtast- und Halte schaltungen erfolgt mit einer von der ersten bis zur letzten Verzögerungsstufe abnehmenden Taktfrequenz. Eine Möglichkeit zur Analog-Digital-Wandlung von Videosignalen innerhalb der von Hüllkurven bzw. Hüllflächen vorgegebenen Grenzen lässt sich mit einer Anordnung erreichen, die in der Figur 10 dargestellt ist. Die beiden Hüllkurvens ignale ho und hu liegen hier an Enden einer Widerstandsreihenschaltung R1 ... Rn, deren Zwischenabgriffe jeweils auf Eingänge von Komparatoren KB1 ... KBn geführt sind. An den jeweils anderen Eingängen der Komparatoren KB1 ... KBn liegt das Videosignal Uv an. Die Ausgänge der Komparatoren KB1 ... KBn sind auf Eingänge 35 eines Codierers C geschaltet, der aus den mit den Komparatoren ermittelten Vergleichsergebnissen direkt das Digitalsignal D erzeugt. Die Analog-Digital-Wandlung oder Binärisierung von Videosignalen ist insbesondere dann von Vorteil, wenn periodische Bildinhalte vorliegen, beispielsweise bei der Spiegelung von Rasterlinien an Oberflächen mit Glanz (z. B. Lack, Chrom). Die Rasterlinien dienen dabei als Massbezug zur Formvermessung oder zur Erkennung von Unregelmässigkeiten (z. B. Fehler, Beschädigungen, Verschmutzungen) bei der Qualitätsprüfung von Oberflächen. 14 Patentansprüche 10 Figuren

Claims: Patentansprüche 1. Verfahren zur Auswertung von Amplitudenänderungen im Ausgangssignal eines optischen Sensors, insbesondere einer Fernsehkamera, bei dem - die Amplitudenwerte des Ausgangssignals Helligkeitswer ten des mit dem optischen Sensor erfassten Bildes zuge ordnet sind und bei dem - durch Vergleich des Ausgangssignals mit einem Referenz signal ein Binärsignal erzeugt wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass - aus dem grössten Amplitudenwert ein oberes Hüllkurven signal (ho) und - aus dem niedrigsten Amplitudenwert ein unteres Hüll- kurvensignal (hu) erzeugt wird und dass - mindestens ein zwischen dem oberen (ho) und dem unteren Hüllkurvensignal (hu) liegender Amplitudenwert als Re ferenzsignal (Uref) gewählt wird. 2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h-n e t , dass - der Amplitudenwert des Referenzsignals (Uref) dem arith metischen Mittelwert aus dem oberen (ho) und dem unteren Hüllkurvensignal (hu) entspricht. 3. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass - das Referenzsignal (Uref) nach der Gleichung Uref = ho + hu - Uv gebildet wird, wobei ho das obere Hüllkurvensignal, hu das untere Hüllkurvensignal und Uv das Ausgangssignal des optischen Sensors (S) darstellt. 4. Verfahren nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass - die Differenz der Hüllkurvensignale (hus ho) gebildet wird und mit einem vorgegebenen Minimalwert Ahmin ver glichen wird und dass - als Ergebnis dieses Vergleichs ein Freigabesignal (F) erzeugt wird, das zur Binärisierung des aus dem Ver gleich des Referenzsignals (Uref) mit dem Ausgangssi gnal (Uv) des Sensors (S) gewonnenen Signals herange zogen wird. 5. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass - ein erster Hallkurvenbaustein (Ho) und ein zweiter Hüll kurvenbaustein () zur Ermittlung der Hüllkurvensignale (h hu) vorhanden ist, an deren Eingängen das Ausgangs signal (Uv) (Videosignal) des optischen Sensors anliegt und deren Ausgänge jeweils auf einen Eingang eines Re ferenzwertbausteins (RW) geführt sind und dass - ein Komparator (K; K2) vorhanden ist, an dessen erstem Eingang das Referenzsignal (Uref) am Ausgang des Refe renzwertbausteins (RW) und an dessen zweitem Eingang das Ausgangssignal (Uv) des Sensors anliegt und an des sen Ausgang das Binärsignal (B) an-steht. 6. Anordnung nach Anspruch 5 zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass - ein Differenzwertbaustein (DW) vorhanden ist, an afldessen Eingang die Hüllkurvensignale (ho, hu) und an dessen Ausgang die Differenz (h) dieser Hüllkurvensignale an- liegen, - ein Freigabekomparator (KF) vorhanden ist, an dessen erstem Eingang die Differenz (h) und an dessen zweitem Eingang der vorgegebene Minimalwert ahmin der Diffe renz (nah) und an dessen Ausgang das Freigabesignal (F) anliegt und dass - eine Verknüpfungsschaltung (VS) vorhanden ist, die das Binärsignal (B) mit dem Freigabesignal (F) derart ver knüpft, dass das Binärsignal (B) nur bei Vorhandensein des Freigabesignals (F) am Ausgang der Verknüpfungs- schaltung (VS) ansteht. 7. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass - jeder der beiden Hüllkurvenbausteine (Hos Hu) eingangs seitig eine Diodenschaltung (Do, Du) aufweist, deren Ausgangs signal jeweils über einen Glättungskondensator (CO, Cu) auf den Ausgang des jeweiligen Hüllkurvenbau steins (Ho, ) geführt ist und dass - der Glättungskondensator (CO, Cu) jeweils mit der Aus gangsgrösse einer vom Ausgangssignal (Uv) des Sensors angesteuerten Stromquellenschaltung (VO, Io; ; Vu, Iu) beaufschlagt ist, wobei - die Polungen der Dioden in den Diodenschaltungen (Do, Du) und der ersten Stromquellen (IoJ Iu) abhängig vom je weils zu detektierenden obersten oder untersten Ampli tudenwert (oberes (ho) bzw. unteres Hüllkurvensignal (hu)) gewählt sind. 8. Anordnung nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass - der Ausgang jedes der Hüllkurvenbausteine (Ho, Hu) mit der Ausgangsgrösse einer weiteren, entgegengesetzt zur ersten gepolten Stromquelle (I Bs I+B) beaufschlagt ist, die jeweils von einer entsprechend gepolten Betriebs spannung (-U3; +UB) angesteuert ist. 9. Anordnung nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass - die ersten Stromquellen (I ; Iu) jeweils über einen Schalter (So, Su) kurzschliessbar sind, wobei der eine Schalter (So) von der positiven Flanke des Binärsignals (B) und der andere Schalter (Su) ) von der negativen Flan- ke des Binärsignals (B) angesteuert ist. 10. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass - die Hüllkurvenbausteine (Ho; Hu) als eine Verzögerungs schaltung aufgebaut sind, die aus einer Reihe hinter einandergeschalteter Verzögerungsglieder (Y1 ... Tn) und aus je einer Minimalwert- und einer Maximalwert Erfassungseinheit (MA; MI) besteht, wobei - am Eingang des ersten Verzögerungsgliedes (T1) das Aus gangssignal (Uv) des Sensors anliegt und die Ausgänge jedes der Verzögerungsglieder (T1 ... Tn) auf Auswert eingänge der Maximalwert- und Minimalwert-Erfassungs einheit (MA; MI) geführt sind, dass - die Ausgänge der Maximalwert- und Minimalwert-Erfassungs einheiten (MA; MI) jeweils über Tiefpässe (TPo; TPU) zur Bildung des oberen (ho) und des unteren Hüllkurvensi gnals (hu) geführt sind und dass - das Ausgangssignal (Uv) des Sensors über ein weiteres Verzögerungsglied (VZ) geführt ist, dessen Verzögerungs zeit der halben Verzögerungszeit der Gesamtverzögerung der VerzögerunRsglieder (T1 ... Zn) entspricht. 11. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 10 zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass - der Referenzwertbaustein (RW) und der Komparator (K) als Analog-Digital-Wandlerschaltung aufgebaut sind, bei der - das obere Hüllkurvensignal (ho) und das untere Hüllkur vensignal (hu) an jeweils einem Ende einer Widerstands reihenschaltung (R1 ... Rn)1angeschaltet sind, dass - eine Anzahl n Komparatorbausteine (KB1 ... KBn) vorhan den sind, an deren jeweils ersten Eingang das Ausgangs signal (Uv) des Sensors und an deren jeweils zweiten Eingang die Verbindungspunkte der Widerstände der Wider standsreihenschaltung (R1 ... Rn) angeschaltet sind und dass - die Ausgänge der Komparatorbausteine (KB1 ... KBn) mit Eingängen eines Codierers (C) verbunden sind, an dessen Ausgang ein Digitalsignal (D) ansteht.

Inventors: MARGUERRE, HANS-HELMUT, DIPL.-PHYS.
Applicants: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT BERLIN UND MUNCHEN
Application year: 1983
Main classification: H03K5
IPC codes: G06K9, H03K5