DE20008999U1

DE20008999U1 - Digitalkamera

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Publication number: DE20008999U1
Application number: DE20008999U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Pepperl and Fuchs SE
Priority date: 2000-05-18
Filing date: 2000-05-18
Publication date: 2000-08-03
Anticipated expiration: 2010-05-19

Description

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Digitalkamera

Die Erfindung betrifft eine Digitalkamera insbesondere für die Bildverarbeitung in einer industriellen Umgebung.

Ein Anwendungsgebiet derartiger Digitalkameras ist beispielsweise die graphische Industrie. So besteht in Buchbindereien die Notwendigkeit, falsche oder schlecht gefalzte Druckbögen in Samitiel- oder Zusammentraglinien sicher zu erkennen. Zu diesem Zweck werden Verfahren der digitalen Bildverarbeitung eingesetzt. Die Verwendung derartiger Verfahren setzt eine leistungsfähige Aufnahmeeinheit voraus, welche oftmals eine Digitalkamera umfaßt. Auch eine Reihe weiterer industrieller Anwendungen erfordert den Einsatz von Digitalkameras, um beispielsweise bewegte Werkstücke sicher und zuverlässig erkennen zu können.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine digitale Kamera insbesondere für industrielle Anwendungen anzugeben, welche eine gute Aufnahmequalität besitzt.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Digitalkamera mit einem Gehäuse, innerhalb dessen ein digitales Aufnahmesystem angeordnet ist, und einer im grünen Wellenlängenbereich emittierenden Lichtquelle, die zumindest einen Teil des Aufnahmebereiches der Digitalkamera ausleuchtet und die innerhalb des Gehäuses oder außen am Gehäuse befestigt ist.

Es hat sich herausgestellt, daß eine grüne Beleuchtung des Aufnahmebereichs im Gegensatz zur Beleuchtung mit weißem Licht insbesondere die monochrome Weiterverarbeitung farbiger Objekte wie Bilder, Texte oder Gegenstände erleichtert. Vor allem der Kontrast farbiger Übergänge im Rotbereich oder im Schwarzbereich verbessert sich bei einer grünen Ausleuchtung des Aufnahmebereiches deutlich.

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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Lichtquelle innerhalb des Gehäuses angeordnet, um eine mechanische Beschädigung der Lichtquelle im rauhen industriellen Umfeld auszuschließen. Um eine gleichmäßige Ausleuchtung des Aufnahmebereichs zu erzielen, kann die Lichtquelle als diffuse Lichtquelle ausgestaltet sein. Die Lichtquelle kann eine ringförmige oder eine rechteckige Ausdehnung aufweisen. So ist es denkbar, daß die Lichtquelle das Aufnahmesystem ringförmig umgibt. Als Lichtquelle wird vorzugsweise eine LED oder ein LED-Array eingesetzt. Zur Verringerung von Reflexionen kann es vorteilhaft sein, die Lichtquelle geneigt zur Aufnahmeebene anzuordnen.

Das Aufnahmesystem der Digitalkamera umfaßt vorzugsweise eine digitale Aufnahmeeinheit mit beispielsweise einem CMOS-Bildsensor oder einem CCD-Bildsensor. Da derartige Bildsensoren oftmals eine hohe Rotempfindlichkeit aufweisen, können durch eine Beleuchtung des Aufnahmebereiches mit der Farbe Grün besonders vorteilhafte Ergebnisse in Bezug auf die Qualität des aufgenommenen Bildes erzielt werden.

Das digitale Aufnahmesystem kann weiterhin einen digitalen Signalprozessor umfassen, welcher beispielsweise die Steuerung der Belichtungszeiten oder der Lichtquelle ermöglicht.

Auch eine Abbildungsoptik kann Teil des digitalen Aufnahmesystems sein. Die Abbildungsoptik ist bevorzugt innerhalb eines mit einem Außengewinde versehenen Rohres angeordnet. Zur Fokussierung wirkt das Rohr über dieses Außengewinde z.B. mit einem komplementären Innengewinde des Gehäuses zusammen.

Die erfindungsgemäße Digitalkamera ist vorzugsweise Teil eines Systemes zur Erkennung bewegter Objekte wie Bilder, Texte oder Gegenstände. Das System umfaßt weiterhin eine digitale Bildverarbeitungseinheit, um die von der Kamera aufgenommenen Bildsignale im Hinblick auf deren Inhalt auszuwerten. Der Abstand

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zwischen der Kamera und dem aufzunehmenden Objekt beträgt vorzugsweise weniger als 5 cm.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt das System weiterhin eine Fördervorrichtung, um die Objekte, welche erkannt werden sollen, an der Kamera vorbeizubewegen. Die Fördervorrichtung ist vorzugsweise zum Fördern planarer Objekte wie beispielsweise Druckbögen ausgestaltet.

Das System kann zwei oder mehr Digitalkameras umfassen. Diese Kameras können auf unterschiedliche Bereiche desselben Objektes ausgerichtet sein, um die Zuverlässigkeit der Erkennung zu erhöhen. Weiterhin ist es möglich, die Kameras auf unterschiedliche Objekte, beispielsweise verschiedene Stationen einer Sanutiel- oder Zusammentraglinie für Druckbögen, auszurichten.

Weitere Vorteile und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus dem nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie den Figuren. Es zeigen:
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Fig. 1 das Gehäuse einer erfindungsgemäßen Digitalkamera;

Fig. 2 eine Schnittdarstellung des Gehäuses von Fig. 1 mit

eingebauten Komponenten; und 25

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Lichtquelle.

In Fig. 1 ist das Gehäuse 10 einer erfindungsgemäßen Digitalkamera dargestellt. Das Gehäuse 10 dient zur Aufnahme sämtlicher optischer und elektronischer Baugruppen der Digitalkamera.

Um die Verwendung der Digitalkamera in einem rauhen industriellen Umfeld zu ermöglichen, ist das Gehäuse 10 aus Maschinenbau-Aluminium gefräst und staubdicht ausgeführt. 35

Das Gehäuse 10 weist eine als Auflage 12 ausgeführte Aufnahme für eine in Fig. 1 nicht dargestellte Leiterplatte, welche wesentliche elektronische Komponenten der Digitalkamera trägt,

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auf. Im Bereich dieser Auflage 12 für die Leiterplatte ist eine Aufnahme 14 für eine digitale Aufnahmeeinheit vorgesehen. Im Grund dieser Aufnahme 14 für die digitale Aufnahmeeinheit befindet sich eine hohlzylindrische Öffnung 16. Diese hohlzylindrische Öffnung 16 ist mit einem Innengewinde versehen und dient zur Aufnahme der Abbildungsoptik der Digitalkamera.

In Fig. 2 ist die das in Fig. 1 abgebildete Gehäuse 10 umfassende Digitalkamera 20 in einer Schnittansicht dargestellt.

Auf der Auflage 12 des Gehäuses 10 ist eine Leiterplatte 22 mittels Silikonkleber fixiert. Die Leiterplatte 22 trägt einen digitalen Signalprozessor 24, eine digitale Aufnahmeeinheit 26 in Gestalt eines CMOS-Bildsensors, eine clockserielle digitale RS422-Schnittstelle 28 sowie diverse andere Komponenten wie beispielsweise ein Spannungsversorgungs-IC. Seitlich am Gehäuse 10 ist ein Anschluß 30 für die auf der Leiterplatte 22 angeordnete digitale Schnittstelle 28 vorgesehen. Mit Hilfe des Anschlusses 30 kann die Digitalkamera 20 mit einer Bildverarbeitungseinheit 64 verbunden werden.

Das Gehäuse 10 wird auf einer Oberseite durch einen Gehäusedekkel 32 abgeschlossen. Auf einer Unterseite des Gehäuses 10 ermöglicht ein Abdeckglas 34 die Erfassung eines Objektes 58 durch den CMOS-Bildsensor 26. Gleichzeitig schließt das Abdeckglas 34 das Gehäuse 10 staubdicht ab. Das Objekt 58 ist innerhalb eines Aufnahmebereiches 62 der Digitalkamera 20 auf einer Fördervorrichtung 60 angeordnet.

Der digitale Signalprozessor 24 der Digitalkamera 20 besitzt eine Rechenleistung von mindestens 20 MIPS und ermöglicht die Auswertung von Aufnahmeausschnitten im Bereich von typischerweise 11 &khgr; 11 mm (104 Pixel). Durch eine Steigerung der Rechenleistung des digitalen Signalprozessors 24 lassen sich auch größere Aufnahmeausschnitte mit einer erhöhten Anzahl von Pixeln auswerten. Der digitale Signalprozessor 24 dient u.a. der Steuerung der Belichtungszeiten des CMOS-Bildsensors 26 und einer LED-Beleuchtung 36, der Umsetzung der parallelen Bildda-

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ten des CMOS-Bildsensors 26 in ein clockserielles, störunempfindliches Format, der Bildvorbearbeitung, der Histogrammerstellung sowie der Färb- oder Grauwertmanipulation.

Der in der Aufnahme 14 des Gehäuses 10 angeordnete CMOS-Bildsensor 26 ist für die Bereitstellung von Bildsignalen vorgesehen. Der CMOS-Bildsensor 26 nimmt das Objekt 58 in verschiedenen Auflösungen auf und kann sowohl monochrome Bildsignale als auch Farbbildsignale zur Verfügung stellen.

In der am Grund der Aufnahme 14 für den CMOS-Bildsensor 2 6 ausgebildeten, kreiszylindrischen Öffnung 16 ist eine Abbildungsoptik 38 in Gestalt einer Linse angeordnet. Die Linse ist innerhalb eines Rohres 40 befestigt, welches über ein Außengewinde mit einem komplementären Innengewinde der Öffnung 16 zusammenwirkt. Über das Gewinde läßt sich zur Fokussierung der Abstand zwischen dem CMOS-Bildsensor 26 bzw. dem Objekt 58 und der Linse 38 einstellen.

Bei dem Rohr 4 0 handelt es sich um ein M 10 &khgr; 0,5 Gewinderohr. Zur Einstellung des Aufnahmeausschnittes wird eine Mehrzahl von derartigen Rohren 40 mit verschiedenen Linsen 38 unterschiedlicher Brennweite bereitgehalten und je nach Anwendung in die Öffnung 16 des Gehäuses 10 eingesetzt.

Eine wesentliche Komponente der Digitalkamera 20 ist die in das Gehäuse integrierte diffuse grüne LED-Beleuchtung 36 zur Beleuchtung des aufzunehmenden Objektes. Die grüne LED-Beleuchtung 36 ist nicht streng monochrom wie beispielsweise ein grüner Laser, aber der geringe Rotlichtanteil im Spektrum der grünen LED-Beleuchtung 36 ergänzt sich in synergistischer Weise mit der hohen Rotlichtempfindlichkeit des CMOS-Bildsensors 26. In der Praxis hat sich daher die Kombination von diffuser LED-Beleuchtung 36 und CMOS-Bildsensor 26 als optimal herausgestellt.

Die LED-Beleuchtung 36 umfaßt eine Leiterplatte 42 sowie eine Mehrzahl von Lichtquellen 44, 46, 48, 50 in Gestalt von 5 mm

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LEDs. Die Leiterplatte 42 ist mit Hilfe eines Silikonklebers 52, 54 im Gehäuse 10 fixiert.

Die Leiterplatte 42 mit den darauf angeordneten LEDs 44, 46, 48, 50 schließt mit der Aufnahmeebene einen Winkel von ungefähr 45° ein. Diese geneigte Ausrichtung der LED-Beleuchtung 36 relativ zur Aufnahmeebene schließt ungewollte Reflexionen aus und ist optimal in Bezug auf das mit der angestrebten Miniaturisierung der Digitalkamera 20 einhergehende geringe Platzangebot innerhalb des Gehäuses 10.

In Fig. 3 ist der schematische Aufbau der LED-Beleuchtung 3 6 von Fig. 2 dargestellt. Die LED-Beleuchtung 36 umfaßt insgesamt neun grüne diffuse 5 mm LEDs, von denen jeweils drei parallel geschaltet sind. Die drei Äste aus jeweils drei parallel geschalteten LEDs sind ebenfalls parallel geschaltet. Über einen Kontakt 56 wird eine elektrische Verbindung zu der in Figur 2 dargestellten Leiterplatte 22 hergestellt. Die geometrische Anordnung der neun LEDs auf der in Figur 2 dargestellten Leiterplatte 42 entspricht im wesentlichen der in Figur 3 dargestellten schaltungstechnischen Anordnung. Dies bedeutet, daß die Gesamtheit der neun in Figur 3 dargestellten Leuchtdioden im wesentlichen ein Rechteck definieren.

Die in den Figuren 1 bis 3 skizzierte erfindungsgemäße Digitalkamera 2 0 eignet sich aufgrund ihrer geringen Abmessungen von lediglich 70,0 mm &khgr; 32,0 mm &khgr; 38,0 mm für eine Vielzahl industrieller Anwendungen. Alle empfindlichen Komponenten der Digitalkamera sind innerhalb des robusten Gehäuses 10 vor mechanischen Beschädigungen geschützt, so daß sich die in den Figuren 1 bis 3 skizzierte Digitalkamera insbesondere zur Anwendung im Bereich von beispielsweise Sammel- oder Zusammentraglinien von Druckbögen mit einer Vielzahl von rotierenden Teilen eignet. Im Bereich dieser Sammel- oder Zusammentraglinien herrschen extrem eingeschränkte Platzverhältnisse. So beträgt der typische Abstand der Unterseite des in Figur 2 dargestellten Abdeckglases 34 von den Druckbögen in der Regel nur bis 27 mm. 6038

Claims

1. Digitalkamera (20) mit einem Gehäuse (10) innerhalb dessen ein digitales Aufnahmesystem (24, 26, 40, 38) angeordnet ist, und einer im grünen Wellenlängenbereich emittierenden Lichtquelle (36), die zumindest einen Teil eines Aufnahmebereiches (62) der Digitalkamera (20) ausleuchtet und die innerhalb des Gehäuses (10) oder außen am Gehäuse (10) befestigt ist.

2. Digitalkamera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (36) innerhalb des Gehäuses (10) angeordnet ist.

3. Digitalkamera nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (36) eine diffuse Lichtquelle ist.

4. Digitalkamera nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (36) eine ringförmige oder eine rechteckige Ausdehnung aufweist.

5. Digitalkamera nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (36) eine LED oder ein LED- array (44, 46, 48, 50) umfaßt.

6. Digitalkamera nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (36) relativ zur Aufnahmeebene geneigt ist.

7. Digitalkamera nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das digitale Aufnahmesystem eine digitale Aufnahmeeinheit (26) umfaßt.

8. Digitalkamera nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die digitale Aufnahmeeinheit (26) einen CMOS-Bildsensor oder einen CCD-Bildsensor umfaßt.

9. Digitalkamera nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das digitale Aufnahmesystem einen digitalen Signalprozessor (24) umfaßt.

10. Digitalkamera nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das digitale Aufnahmesystem eine Abbildungsoptik (38) umfaßt.

11. Digitalkamera nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbildungsoptik (36) innerhalb eines mit einem Außengewinde versehenen Rohres (40) angeordnet ist und das Rohr (40) durch das Außengewinde mit einem korrespondierenden Innengewinde des Gehäuses (10) zur Fokussierung zusammenwirkt.

12. System zur Erkennung bewegter Objekte (58) wie Bilder, Texte oder Gegenstände mit mindestens einer Digitalkamera (20) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 und einer Bildverarbeitungseinheit (64).

13. System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Fördervorrichtung (60) zum Fördern der Objekte (58) relativ zu der mindestens einen Digitalkamera (20) vorhanden ist.

14. System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Fördervorrichtung (60) zum Fördern von Druckbögen ausgestaltet ist.

15. System nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehr Digitalkameras (20) vorhanden sind.

16. System nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Kameras (20) auf unterschiedliche Bereiche desselben Objektes (58) oder auf unterschiedliche Objekte (58) ausgerichtet sind.

17. System nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der Kamera (20) und dem Objekt (58) weniger als 5 cm beträgt.