DE10208287A1

DE10208287A1 - Verfahren zur Signalauswertung eines elektronischen Bildsensors und eine Anordnung zur Auswertung der Lage einer Körperkante eines Prüfkörpers

Info

Publication number: DE10208287A1
Application number: DE2002108287
Authority: DE
Inventors: Bernd Stoeber
Original assignee: Koenig and Bauer AG
Current assignee: Koenig and Bauer AG
Priority date: 2002-02-26
Filing date: 2002-02-26
Publication date: 2003-09-18
Also published as: WO2003073379A2; AU2003221587A8; EP1488378A2; WO2003073379A3; AU2003221587A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zur Signalauswertung eines elektronischen Bildsensors bei der Auswertung der Lage einer Körperkante eines Prüfkörpers, wobei der Bildsensor eine Oberfläche mit einer Vielzahl von Pixel aufweist, die jeweils eine lichtempfindliche Fläche aufweisen, sodass jeder Pixel in Abhängigkeit des an der entsprechenden Pixelposition empfangenen Lichteingangssignals ein elektrisches Ausgangssignal abgeben kann, dessen Stärke mit dem Lichteingangssignal korreliert und in einer Auswerteeinheit als Bildinformation auswertbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Signalauswertung eines elektronischen Bildsensors und eine Anordnung zur Auswertung der Lage einer Körperkante eines Prüfkörpers gemäß den Ansprüchen 1 oder 5.
Eine häufig gestellte Aufgabe beim Einsatz von elektronischen Bildsensoren in der Mustererkennung von Prüfkörpern ist es, die Lage und den Verlauf von Körperkanten, insbesondere geraden Körperkanten, zu erkennen bzw. zu beurteilen. Insbesondere in der Druckindustrie ist es häufig erforderlich, den Verlauf von Papierkanten zu vermessen, um dadurch eine entsprechende Produktionssteuerung bzw. Qualitätskontrolle zu ermöglichen.
Üblicherweise werden für derartige Aufgaben Bildsensoren eingesetzt, die als Zeilensensoren ausgebildet sind. Bei diesen Zeilensensoren sind die lichtempfindlichen Pixel nebeneinander in zumindest einer Zeile angeordnet. Da die Kantenlage der zu beurteilenden Körperkante bei vielen Anwendungen stark variieren kann, muss die absolute Zahl der lichtempfindlichen Pixel entsprechend diesem Erwartungsbereich angepasst werden. Über eine der entsprechenden Anwendung angepasste Optik kann der Erwartungsbereich auf dem Zeilensensor abgebildet werden.
Da die lichtempfindlichen Pixel im Bildsensor eine bestimmte Mindestgröße haben, führt eine Erhöhung der Pixelanzahl, wie sie bei einem längeren Erwartungsbereich für die Lage der Körperkante bei Erhaltung der gewünschten Auflösung erforderlich ist, immer zur Vergrößerung der Zeilenlänge des Zeilensensors. Die Erhöhung der Zeilenlänge ihrerseits erfordert jedoch einen höheren optischen Aufwand, da mit den vorgelagerten Objektiven ein größerer Bildkreis ausgeleuchtet werden muss.
Ein weiterer Nachteil der bekannten Zeilensensoren ist es, dass Zeilensensoren mit der gewünschten hohen Auflösung hohe Investitionskosten verursachen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Signalauswertung eines elektronischen Bildsensors und eine Anordnung zur Auswertung der Lage einer Körperkante eines Prüfkörpers zu schaffen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Ansprüche 1 oder 5 gelöst.
Die Erfindung beruht auf dem Grundgedanken, die bisher bei der Auswertung der Lage einer Körperkante verwendeten Zeilensensoren durch Flächensensoren, die zumindest zwei Pixelzeilen und zwei Pixelspalten aufweisen, zu ersetzen. Aufgrund der großen Verbreitung von Flächensensoren, beispielsweise in digitalen Kameras, sind derartige Flächensensoren kostengünstig verfügbar. Die maximal erreichbare Auflösung beim Einsatz derartiger Flächensensoren wird dadurch erhöht, dass die auszuwertende Körperkante derart am Bildsensor vorbeibewegt wird, dass die Körperkante nicht parallel zu den Pixelzeilen und Pixelspalten verläuft. Die maximale Auflösung der Pixel in nur einer Pixelzeile bzw. nur einer Pixelspalte wird nämlich im Wesentlichen dadurch bestimmt, wie groß der Abstand der lichtempfindlichen Flächen der jeweils benachbarten Pixel ist. Wird aber die auszuwertende Körperkante nicht parallel zu den Pixelzeilen und Pixelspalten am Bildsensor vorbeibewegt, kann dadurch erreicht werden, dass alle Bereiche der Körperkante von den in Bewegungsrichtung hintereinander angeordneten Pixel erfasst werden. Betrachtet man nämlich den Bildsensor in Bewegungsrichtung des Prüfkörpers, so ergibt sich durch den Kippwinkel zwischen Bewegungsrichtung des Prüfkörpers und den Kanten der Pixelzeilen bzw. Pixelspalten, dass jeweils in den Lücken zwischen den lichtempfindlichen Flächen der Pixel in einer Pixelzeile bzw. Pixelspalte die lichtempfindlichen Flächen der Pixel in der nächsten, übernächsten oder noch weiter dahinter verlaufenden Pixelreihe bzw. Pixelspalte angeordnet sind. Da nämlich der Bildsensor nicht in Richtung der Bewegungsrichtung angeordnet ist, ergibt sich zwischen den jeweils hintereinander angeordneten Pixel in einer Pixelreihe bzw. Pixelspalte jeweils ein bestimmter Versatz zwischen den lichtempfindlichen Flächen. Dabei sollte die lichtempfindliche Fläche einen Flächenanteil von ungefähr 30% bis 45% der Gesamtfläche eines Pixels einnehmen.
Die Körperkante des Prüfkörpers wird dann beim Vorbeibewegen am Bildsensor zumindest in zwei Relativpositionen hintereinander aufgenommen und die dabei von den entsprechenden Pixel, die zu den jeweiligen Aufnahmezeitpunkten unterhalb der Körperkante angeordnet sind, abgegebenen Ausgangssignale zusammen in der Auswerteeinheit ausgewertet. Ist nämlich die Bewegungsgeschwindigkeit des Prüfkörpers und der Zeitabstand zwischen den einzelnen Aufnahmen bekannt, können durch entsprechende Umrechnung die Bilddaten der nacheinander angefertigten Aufnahmen derart miteinander in Beziehung gesetzt werden, dass die auszuwertende Körperkante in allen Bereichen beurteilt werden kann.
Bei einer erfindungsgemäßen Anordnung ist es besonders vorteilhaft, wenn der Bildsensor verstellbar gelagert ist, so dass die Lage der Pixelzeilen bzw. Pixelspalten relativ zum Verlauf der auszuwertenden Körperkante bei der Förderbewegung vorbei am Bildsensor einstellbar ist. Dadurch gelingt es je nach Anwendung den Versatz zwischen den lichtempfindlichen Flächen der Pixel in hintereinander verlaufenden Zeilen bzw. Spalten verändern zu können. Insbesondere kann dadurch auch die Auflösung des eingesetzten Flächensensors verändert werden, wobei allerdings zu berücksichtigen ist, dass die effektive Breite des Bildsensors entsprechend dem Kippwinkel abnimmt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
Die einzige Zeichnung zeigt das Prinzip der Auswertung der Lage einer Körperkante eines Prüfkörpers mit einem Flächensensor.
Ein Prüfkörper 01, beispielsweise ein Druckbogen, mit in der Zeichnung strichliniert eingezeichneten Körperkanten 02, 03, 04 und 06 soll mittels eines Flächensensors 07, der insbesondere in der Art eines CMOS-Bildsensors ausgebildet ist, und einer darin angeschlossenen Auswerteelektronik in seiner Lage und seinem Zuschnitt überprüft werden.
Der Flächensensor 07 weist eine Vielzahl von Pixel 08 auf, in deren Zentrum sich jeweils eine lichtempfindliche Fläche 09 befindet. Ein an den lichtempfindlichen Flächen 09 empfangenes Lichtsignal wird in den Pixel 08 in ein elektrisches Ausgangssignal umgewandelt, das in der nachgeordneten Auswerteelektronik als Bildinformation auswertbar ist. Die Pixel 08 bilden im Flächensensor 07 mehrere hintereinander angeordnete Pixelzeilen 11 und mehrere nebeneinander angeordnete Pixelspalten 12.
Bei der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform soll durch den Flächensensor 07 die Körperkante 02 des Prüfkörpers 01 beurteilt werden. Dazu wird der Prüfkörper 01 mit einer bestimmten Geschwindigkeit am Flächensensor 07 vorbeibewegt. Die Bewegungsrichtung des Prüfkörpers 01 ergibt sich in der Zeichnung aus dem Bewegungspfeil 13. Relativ zur Bewegungsrichtung 13 ist der Flächensensor 07 um einen Kippwinkel 14 entgegen den Uhrzeigersinn verdreht. Im Ergebnis wird dadurch erreicht, dass die Körperkante 02 derart über den Flächensensor 07 hinweggezogen wird, dass die Körperkante 02 nicht parallel zu den Pixelzeilen 11 und den Pixelspalten 12 verläuft.
Während der Prüfkörper 01 mit der Köperkante 02 am Flächensensor 07 vorbeibewegt wird, wird die Körperkante 02 in äquidistanten Zeitabständen mehrfach hintereinander von den Pixel 08 des Flächensensors 07 aufgenommen. Die Lage der Körperkante 02 während der ersten vier Aufnahmen ist in der Zeichnung strichliniert angedeutet. Durch den Versatz zwischen den lichtempfindlichen Flächen der Pixel 08 in hintereinander angeordneten Pixelzeilen 11 wird es möglich, trotz der Abtastlücken zwischen den Pixel 08 in den einzelnen Pixelzeile 11 die Körperkante 02 mit sehr hoher Auflösung zu beurteilen. Dazu werden in der Auswerteelektronik die nacheinander in unterschiedlichen Relativpositionen zwischen Prüfkörper 01 und Bildsensor 07 von der Körperkante 02 aufgenommenen Bilddaten miteinander verrechnet. In diese Rechnung fließt insbesondere die Bewegungsgeschwindigkeit des Prüfkörpers 01 und die Zeitabstände zwischen den einzelnen Aufnahmen ein.
Die gestrichelten Linien zeigen mögliche Kantenlagen und die Pixel der verwendeten Bildzeilen, auf denen die Kante dann zu liegen kommt. Damit soll demonstriert werden, dass die Pixel der folgenden Zeilen Subpixel zu der ersten Zeilen darstellen und entsprechend der wahren Kantenlage unterschiedliche Subpixel "voll ausgesteuert" sind.
In dem Beispiel ist das Pixelraster in der vierten Zeile genau gleich dem der ersten Zeile, das in der zweiten Zeile gleich dem in der fünften, das in der dritten gleich dem in der sechsten usw. Bei einem Vergleich dieser aufeinanderfolgenden Zeilengruppen (mindestens zwei oder mehr) kann eine Messabweichung, die sich aus einer Papierfaserigkeit oder ähnlichem ableitet durch Mittelung eliminiert werden. Diese mehrfache Auswertung bezieht sich jedoch auf eine Bildaufnahme der Kantenlage. Über zeitlich aufeinanderfolgende Bildaufnahmen kann zusätzlich der zeitliche Verlauf in der Kantenlage mit erfasst werden. Bezugszeichenliste 01 Prüfkörper
02 Körperkante
03 Körperkante
04 Körperkante
05 -
06 Körperkante
07 Flächensensor, Bildsensor
08 Pixel
09 lichtempfindliche Fläche
10 -
11 Pixelzeile
12 Pixelspalte
13 Bewegungspfeil (Bewegungsrichtung Prüfkörper)
14 Stellwinkel, Kippwinkel

Claims

1. Verfahren zur Signalauswertung eines elektronischen Bildsensors (07) bei der Auswertung der Lage einer Körperkante (02) eines Prüfkörpers (01), wobei der Bildsensor (07) eine Oberfläche mit einer Vielzahl von Pixel (08) aufweist, die jeweils eine lichtempfindliche Fläche (09) aufweisen, so dass jeder Pixel (08) in Abhängigkeit des an der entsprechenden Pixelposition empfangenen Lichteingangssignals ein elektrisches Ausgangssignal abgeben kann, dessen Stärke mit dem Lichteingangssignal korreliert und in einer Auswerteeinheit als Bildinformation auswertbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildsensor (07) als Flächensensor mit zumindest zwei Pixelzeilen (11) und zwei Pixelspalten (12) ausgebildet ist, wobei die auszuwertende Körperkante (02) derart am Bildsensor (07) vorbei bewegt wird, dass die Körperkante (02) nicht parallel zu den Pixelzeilen (11) und Pixelspalten (12) verläuft.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Körperkante (02) nacheinander in zumindest zwei Relativpositionen zum Bildsensor (07) von den Pixel (08) aufgenommen wird und die dabei abgegeben Ausgangssignale zusammen in der Auswerteeinheit ausgewertet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Körperkante (02) in eine Bewegungsrichtung (13) bewegt wird, die ungefähr lotrecht zur Körperkante (02) verläuft.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungsgeschwindigkeit und der Zeitabstand zwischen den einzelnen Aufnahmen der Körperkante (02) zusammen mit den Bildsignalen in der Auswerteeinrichtung ausgewertet wird.

5. Anordnung zur Auswertung der Lage einer Körperkante (02) eines Prüfkörpers (01), insbesondere einer Papierkante eines Druckerzeugnisses, mit einer Fördereinrichtung zur Förderung des Prüfkörpers (01) in eine Bewegungsrichtung (13) und einem elektronischen Bildsensor (07), wobei der Bildsensor (07) eine Oberfläche mit einer Vielzahl von Pixel (08) aufweist, die jeweils eine lichtempfindliche Fläche (09) aufweisen, so dass jeder Pixel (08) in Abhängigkeit des an der entsprechenden Pixelposition empfangenen Lichteingangssignals ein elektrisches Ausgangssignal abgeben kann, dessen Stärke mit dem Lichteingangssignal korreliert und in einer Auswerteeinheit als Bildinformation auswertbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildsensor (07) als Flächensensor mit zumindest zwei Pixelzeilen (11) und zwei Pixelspalten (12) ausgebildet ist, wobei der Prüfkörper (01) mit der Fördereinrichtung in eine Bewegungsrichtung (13) förderbar ist, so dass die auszuwertende Körperkante (02) bei der Förderbewegung vorbei am Bildsensor (07) nicht parallel zu den Pixelzeilen (11) und Pixelspalten (12) verläuft.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildsensor (07) verstellbar gelagert ist, so dass die Lage der Pixelzeilen (11) bzw. Pixelspalten (12) relativ zum Verlauf der auszuwertende Körperkante (02) bei der Förderbewegung vorbei am Bildsensor (07) einstellbar ist.

7. Anordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die lichtempfindlichen Fläche (09) nicht die gesamte Oberfläche eines Pixels (08) überdeckt, so dass zwischen den lichtempfindlichen Flächen (09) benachbarter Pixel (08) lichtunempfindliche Bereiche vorhanden sind.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die lichtempfindlichen Fläche (09) einen Flächenanteil von ungefähr 30% bis 45% der Gesamtfläche eines Pixels (08) einnimmt.

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildsensor (07) in der Art eines CMOS-Bildsensors ausgebildet ist.