DE4038220C2 - Verfahren und Anordnung zur Kompensation eines Bildsignals gegenüber Beleuchtungsänderungen - Google Patents

Description

Hinterrund der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf Bildsignalverarbei­ tungssysteme zum Auswerten von in einem Bild vorhandenen Objekten und befaßt sich insbesondere mit solchen Syste­ men, die eine Änderung im Bildsignal aufgrund von Ände­ rungen in der Objektbeleuchtung kompensieren.

Gleichermaßen wie die automatisierten Fertigungs­ einrichtungen immer ausgeklügelter werden, ist es er­ wünscht, diesen Ausrüstungen und Anlagen Sehvermögen zu geben. Diese Einrichtungen und Anlagen wären dann in der Lage, die Position eines zu fertigenden Gegenstands oder Objekts zu lokalisieren als auch das Objekt im Hinblick auf das Vorhandensein von Bauteilen oder Baukomponenten zu überprüfen und den richtigen Ort sowie die richtige Abmessung von spezifischen Eigenheiten des Objekts zu überwachen. Zu diesem Zweck hat man bereits verschieden­ artige Sehsysteme angewendet, die ein- oder zweidimen­ sionale elektrische Bilder oder Abbildungen des Werk­ stücks erzeugen und analysieren. Das Bild setzt sich üblicherweise aus einer Reihe von Bildabtastelementen zusammen.

Bei einem herkömmlichen Bildanalyseverfahren wird das Werkstück von seinem Hintergrund aufgrund der relati­ ven Helligkeit von Abschnitten des Bildes unterschieden. Die momentane oder augenblickliche Bildsignalspannung ändert sich mit der Helligkeit der entsprechenden Bild­ abtastelemente. Durch Verarbeitung von Bildabtastelemen­ ten, die eine Helligkeit oberhalb oder unterhalb eines eingestellten Schwellenwerts haben, kann der Gegenstand oder das Objekt vom Hintergrund getrennt werden. Ist beispielsweise das Objekt heller als der Hintergrund, besteht ein einfaches Analyseverfahren darin, die Bild­ abtastelemente mit einer Helligkeit oberhalb des Schwellen­ werts auszuzählen, wobei dann die Summe der ausgezählten Bildabtastelemente die Breite oder den Bereich des Objekts darstellt.

Eine Schwierigkeit dieser bekannten Technik besteht darin, daß Änderungen oder Schwankungen in der Lichtinten­ sität die relative Bildabtastelementhelligkeit ändern. Wenn beispielsweise eine künstliche Beleuchtungsquelle altert, ändert sich die von ihr ausgestrahlte Lichtmenge. Darüber hinaus können natürliche und auch künstliche Be­ leuchtungsquellen im Laufe eines Tages Änderungen erfah­ ren. Eine Änderung in der Beleuchtung wird in eine Ände­ rung in der Helligkeit des Bildes übersetzt und schlägt sich auch nieder in der Beziehung zwischen den Objekt- und Hintergrundhelligkeitspegeln sowie dem Schwellenwert, der benutzt wird, um zwischen diesen Bildbereichen eine Unterscheidung zu treffen.

Um diese Schwierigkeit zu überwinden, hat man Kom­ pensationssysteme verwendet, die die Änderung im Bild­ signal messen und die den Schwellenwert proportional einstellen. Aus der US-PS 4 855 830 ist ein Beispiel für ein solches System bekannt. In anderen Systemen werden die Kamerablende und die Verstärkung von Verstärkungs­ einrichtungen geändert, um die hellsten und dunkelsten Bildelemente auf relativ konstanten Signalpegeln zu halten.

Ein Vorteil eines maschinellen Sehsystems ist die Fähigkeit, einen Gegenstand oder ein Objekt zu über­ prüfen, das sich schnell längs einer Fertigungsstraße bewegt. Bei einer solchen Anwendung kann der Bildwandler oder Bildsensor fortwährend Bilder erfassen, selbst wenn ein Objekt in seinem Gesichtsfeld nicht vorhanden ist. Ist ein Objekt im Bild nicht vorhanden, unternehmen her­ kömmliche Lichtkompensationseinrichtungen den Versuch, die Blende und die Verstärkung des Sensors nachzustel­ len, um die hellsten und dunkelsten Bildabtastelemente auf die definierten Pegel zu bringen, und zwar wie im Falle eines vorhandenen Objekts. Wenn dann danach ein Objekt in das Gesichtsfeld des Wandlers oder Sensors eintritt, gelangt das Sensorsignal in die Sättigung und einige Kompensationsiterationen sind erforderlich, um die Signalpegel wieder so einzustellen, daß das Objekt analysiert werden kann. Der Einstellvorgang er­ fordert Zeit und erzwingt, daß die Fertigungsstraße mit einer geringeren Geschwindigkeit läuft, die der Ein­ stellgeschwindigkeit des Sehsystems angepaßt ist. Es besteht daher ein Bedürfnis nach einer Beleuchtungskom­ pensationstechnik, die feststellen kann, ob ein Objekt vorhanden ist oder nicht vorhanden ist, um eine Über­ kompensation zu vermeiden.

Aus der DE 27 57 456 A1 ist es bekannt, Gruppen von Bildelementen mit Bezugsgrößen zu vergleichen, die zur Unterscheidung zwischen dem Hintergrund eines Dokuments und der darauf gedruckten Information dienen.

Aus ZAMPERONI, P.: Methoden der digitalen Bildsignal­ verarbeitung, Braunschweig, Friedr. Vieweg u. Sohn-Verlag, 1989, Seiten 43-44, ist es zur Hintergrundkompensation bei der Werkstückerkennung bekannt, aus dem Originalbild eine zweite Aufnahme der leeren Szene Bildpunkt-zu-Bildpunkt zu subtrahieren. Voraussetzung für eine gute Kompensation ist jedoch, daß sich das Hintergrundsignal zwischen den beiden Aufnahmen kaum ändert. Dies kann durch eine automatische Verstärkungsregelung der Kamera erreicht werden. Die punkt­ weise Bildsubtraktion ist jedoch mit einem hohen Rechenauf­ wand verbunden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine zufriedenstellende und einfach umzusetzende Kompensation für eine Veränderung in einem Bildsignal aufgrund zeitlicher Änderungen in der Intensität der Beleuchtung der abzubildenden Szene vorzu­ sehen.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die Gegenstände der Ansprüche 1, 6, 10 und 14. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.

Erfindungsgemäß wird eine Referenzbeziehung der Bild­ signalpegel für das Objekt und den Hintergrund vorgesehen und diese Referenzbeziehung wird herangezogen, um festzu­ stellen, ob zur Kompensation von auf Beleuchtungsänderungen zurückzuführenden Effekten nachfolgende Bildsignale einge­ stellt werden müssen.

Ein nach der Erfindung ausgebildeter Bildprozessor empfängt ein elektrisches Bildsignal, das das Bild eines Objekts vor einem Hintergrund darstellt. Ein Kompensati­ onsmechanismus enthält eine Einrichtung zum Speichern von Daten, die eine Referenzbeziehung für Bildsignalpegel des Objekts und des Hintergrundes angeben. In einem Maschinen­ sehsystem kann man ein Probe- oder Musterbild unter Verwen­ dung exemplarischer Beleuchtungsbedingungen verarbeiten, um Referenzbildsignalpegel für das Objekt und seinen Hinter­ grund zur Bildung der Referenzbeziehung zu erstellen. Man kann diese Beziehung als das Verhältnis dieser Referenz­ pegel bzw. Bildsignalpegel ableiten und in einem Speicher des Prozessors speichern.

Während einer nachfolgenden Bildverarbeitung werden die tatsächlichen Bildsignalpegel für das Objekt und seinen Hintergrund erfaßt. Eine vorgesehene Recheneinheit dient zum Berechnen eines theoretischen Signalpegels aus dem erfaßten Bildsignalpegel für den Hintergrund und dem Referenzsignalverhältnis. Der Bildsignalpegel für das Objekt wird verglichen mit dem theoretischen Bild­ signalpegel, um ein Signal zu gewinnen, das die Bezie­ hung zwischen diesen beiden Signalen angibt. Eine Vor­ verarbeitungsschaltung für das Bildsignal wird eingestellt, um die Amplitude des Bildsignals zu ändern, und zwar auf der Grundlage eines Kriteriums von zwei Kriterien, in Abhängigkeit davon, ob eine vorbestimmte Beziehung existiert zwischen dem Bildsignalpegel für das Objekt und dem theoretischen Bildsignal. Wenn die vorbestimmte Beziehung existiert, wird die Amplitude des Bildsignals eingestellt, bis die Differenz zwischen dem Signalpegel für den Hintergrund und dem Signalpegel für das Objekt einem vordefinierten Wert entspricht. Dieser vordefi­ nierte Wert kann beispielsweise die Differenz zwischen den Referenzsignalpegeln für das Objekt und dem Hinter­ grund im Muster- oder Probebild sein. Wenn die vorbe­ stimmte Signalpegelbeziehung nicht existent ist, wird die Amplitude des Bildsignals eingestellt, bis die Dif­ ferenz des Bildsignalpegels des Hintergrunds und des theoretischen Bildsignalpegels für das Objekt gleich einem vordefinierten Wert ist.

Zusätzliche Schaltungsmaßnahmen können vorhanden sein, um das Bildsignal um einen vorbestimmten Betrag zu verschieben oder zu versetzen, so daß das Bildsignal innerhalb eines vorbestimmten Teils des dynamischen Signalbereiches des Prozessors liegt. Der vorgesehene Verschiebungs- oder Versatzbetrag wird bestimmt durch die Beziehung zwischen den erfaßten Signalpegeln für den Hintergrund und das Objekt und einem definierten bezogenen Pegel des gesamten Dynamikbereiches des Pro­ zessors.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine bildliche Darstellung eines programmierbaren Steuerungssystems mit einem Bildprozes­ sor, der von der Erfindung Gebrauch macht;

Fig. 2 ist ein schematisches Blockschaltbild der elektrischen Schaltung des Bildprozessors;

Fig. 3A bis 3E zeigen Bildsignale an verschie­ denen Stellen in der Schaltung nach Fig. 2 als auch die Signale für verschiedene Bilder;

Fig. 4 ist ein Flußdiagramm zum Erläutern des Einrichtens eines nach der Erfindung ausgebildeten Beleuchtungskompensationsmechanismus; und

Fig. 5 ist ein Flußdiagramm zur Erläuterung des Betriebs des Beleuchtungskompensationsmechanismus.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Fig. 1 zeigt eine herkömmliche speicherprogrammier­ bare Steuerung 10, beispielsweise ein Allen-Bradley PLC- 2/15 System. Die Steuerung führt zum Betreiben einer Maschine Programmbefehle aus. Die Steuerung 10 enthält ein Gestell oder einen Rahmen 11, in welchem eine Anzahl Funktionsmodule 13 bis 16 untergebracht sind, die über eine Mutterplatte innerhalb des Rahmens miteinander ver­ bunden sind. Der Rahmen 11 enthält eine Energieversor­ gung 12, die elektrische Energie für alle Funktionsmodule bereitstellt. Ein Prozessormodul 13 dient zur Speiche­ rung und Ausführung eines vom Anwender erstellten Steuer­ programms, das den Betrieb der Maschine leitet. Im Rah­ men 11 befindet sich noch eine Anzahl Eingabe/Ausgabe(E/A)- Module 14 bis 16, die den Prozessormodul 13 mit Fühl- oder Sensorvorrichtungen und Betätigungs- oder Aktorvorrichtun­ gen an der gesteuerten Maschine schnittstellenmäßig ver­ binden. Zu diesen Modulen zählt auch ein herkömmlicher diskreter Gleichsignal-Eingabemodul 15, der acht Eingangs­ anschlüsse 19 hat, an die separate Gleichspannungen gelegt werden können. Typischerweise stellt jede dieser Gleich­ spannungen den Zustand eines Fühl- oder Sensorschalters dar, der auf einen bestimmten Zustand der gesteuerten Maschine anspricht. Ein analoger Eingabemodul 16 erhält von einer Sensorvorrichtung Daten in Form eines analogen Strom­ signals zwischen 4 und 20 mA. Dieser Eingabemodul 16 digitalisiert das analoge Signal zur Übertragung zum Prozessormodul 13. Ein Gleichsignal-Ausgabemodul 17 dient zur Abgabe binärer Ausgabesignale zur Steuerung externer Vorrichtungen und Geräte.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Steuerung sind die Eingangsanschlüsse sowohl des analogen Eingabemoduls 15 als auch des Gleichsignal-Eingabemoduls 16 an die Aus­ gänge eines Zeilenabtastbildprozessors 20 angeschlossen. Der Bildprozessor 20 ist oberhalb eines Gegenstands oder Objekts 18 in einer solchen Weise angeordnet, daß Kenn­ zeichen oder Merkmale des Objekts mittels einer Linse auf einem Zeilenabtastsensor innerhalb des Bildprozessors geworfen werden. Sowohl das Objekt 18 als auch sein Hintergrund werden von derselben Quelle beleuchtet, so daß eine Änderung in der Intensität der Quelle die Be­ leuchtung des Objekts und des Hintergrunds im selben Aus­ maß beeinträchtigt.

Der Zeilenabtastsensor liefert von jedem Objekt 18, das in das Gesichtsfeld des Sensors eintritt, ein ein­ dimensionales Abbild oder Bild längs einer über das Objekt laufenden Zeile. Dieses Bild besteht aus einer Anzahl Bildabtastelemente, die Bilddetektororten oder Bilddetek­ torstellen innerhalb des Sensors entsprechen. Das Aus­ gangssignal des Sensors ist eine elektrische Kaskade oder Kette von Signalen von jedem der Detektororte oder Detek­ torstellen, wobei jedes einzelne Signal den Betrag oder die Menge des auf die betreffende Detektorstelle auftref­ fenden Lichts darstellt.

Der Bildprozessor 20 enthält nicht nur den Zeilen­ abtastsensor, sondern auch die gesamte Logik zum Analy­ sieren des linearen Bildes gemäß vom Anwender oder Benutzer definierten Parametern sowie eine Schaltung zum Erzeugen von Ausgangssignalen, die die Analyseergebnisse darstellen. Das Bild wird dadurch analysiert, daß die einzelnen Bild­ elemente bewertet werden. So kann beispielsweise die An­ zahl der Bildabtastelemente oberhalb eines gegebenen Helligkeitspegels oder Helligkeitswertes gezählt werden, um die Breite des Objekts oder eines seiner Merkmale, das heller als der Rest des Bildes ist, auszumessen.

Der Gleichsignal-Ausgabemodul 17 ermöglicht es der programmierbaren Steuerung 10 ein Triggersignal auszu­ senden, das dem Bildprozessor 20 befiehlt, ein Bild zu erfassen und zu analysieren. Das Ergebnis der Analyse wird der programmierbaren Steuerung 10 über ein Kabel 22 in einem von zwei Formaten zugeführt. Das erste ist ein binäres Entscheidungsbit, das eine Darstellung darüber gibt, ob das Bewertungsprodukt innerhalb vordefinierter Grenzen ist. Dieses Entscheidungsbit wird an einen Ein­ gang des Gleichsignal-Eingabemoduls 15 gelegt. Der Bild­ prozessor 20 erzeugt auch ein Stromsignal von 4 bis 20 mA, das dem Betrag des ausgewählten Bewertungsresultats entspricht. Dieses Stromsignal wird dem analogen Eingabe­ modul 16 zugeführt.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, wirft die Linse 21 des Bildprozessors 20 das Licht auf einen Zeilenabtastbild­ wandler oder Zeilenabtastbildsensor 30. Bei dem Sensor handelt es sich beispielsweise um eine lineare Anordnung aus 1024 Bilddetektorstellen, so daß der Bildsensor ein Bildsignal mit einer entsprechenden Anzahl von Bildabtastele­ menten erzeugt. Der Spannungswert oder Spannungspegel Vs des Ausgangssignals des Sensors ändert sich in Abhängig­ keit von der Helligkeit des Bildabtastelements, das gerade in diesem Augenblick vom Sensor gelesen wird. Die Bild­ erfassung und die Bildauslesung des Sensors 30 wird von Steuerimpulsen gesteuert, die von einer Impulsformer­ schaltung 32 stammen.

Das Ausgangssignal des Bildsensors gelangt zum nicht invertierenden Eingang eines Summierverstärkers 34, dessen invertierender Eingang mit dem Ausgang eines Verschiebe- oder Versatz-Digital/Analog-Umsetzers 36 verbunden ist. Der Versatz-D/A-Umsetzer 36 hat einen digitalen Eingang, der an einen Datenbus 40 innerhalb des Bildprozessors ange­ schlossen ist, und enthält ein Daten-Latch zum Speichern der digitalen Zahl an dem Bus aufgrund eines über eine Leitung 38 empfangenen Steuersignals. Der Versatz-D/A- Umsetzer 36 liefert ein analoges Signal, das dem Summier­ verstärker 34 zugeführt wird, um den Spannungswert oder den Spannungspegel des Sensorausgangssignals zu verschie­ ben oder zu versetzen. Typische Bildwandler oder Bild­ sensoren sehen ein Vorspannsignal für ihr Ausgangssignal vor, so daß dieses Signal niemals auf 0 Volt abfällt. Um den maximalen dynamischen Signalspannungsbereich des Bildprozessors auszunutzen, verschiebt der Versatz- Digital/Analog-Umsetzer das Bildsignal in einer solchen Weise, daß der gesamte dynamische Bereich zur Verarbei­ tung des Signals ausgenutzt werden kann, wie es später noch im einzelnen erläutert wird.

Das vom Summierverstärker 34 abgegebene versetzte Bildsignal gelangt zum analogen Eingang eines herkömm­ lichen multiplizierenden Digital/Analog-Umsetzers 42. Der Datenbus 40 ist mit einem Satz Daten-Latches innerhalb des Digital/Analog-Umsetzers 42 verbunden, die bei Frei­ gabe durch ein Signal über eine Leitung 44 den digitalen Wert des Datenbusses 40 speichern. Der multiplizierende Digital/Analog-Umsetzer 42 arbeitet als Verstärker mit variabler Verstärkung für das Bildsignal, wobei der Ver­ stärkungsgrad durch den digitalen Wert vom Datenbus 40 bestimmt ist. Wie noch im einzelnen dargelegt wird, wird die Verstärkung des Signals geändert, um Änderungen in der Beleuchtung des Gegenstands oder Objekts und seines Hintergrunds zu kompensieren.

Das Ausgangssignal des multiplizierenden Digital/­ Analog-Umsetzers 42 wird dem Eingang eines Pixel-Mittel­ wertbildners 46 zugeführt, der dieses Ausgangssignal integriert, um aus den gemittelten Signalen jeder Gruppe von vier Bildabtastelementen ein einziges Bild­ element zu erzeugen. Der hier benutzte Begriff "Bild­ abtastelement" bezieht sich auf denjenigen Teil des Bil­ des, der jeweils von einem Detektorort oder einer Detektor­ stelle im Bildsensor 30 abgetastet wird, wohingegen der Begriff "Bildelement" das Ausgangssignal des Pixel-Mittel­ wertbildners 46 betrifft, der das Bildelement durch Mit­ telung von vier Bildabtastelementen gewinnt. Der Pixel- Mittelwertbildner 46 reduziert die Menge von Bilddaten um einen Teilerfaktor von vier und erzeugt ein Bildsignal mit geringerer Auflösung, das eine vernünftige Menge von Bilddaten enthält, die in Echtzeit analysiert werden können. Sofern es erwünscht ist, kann der die Datenver­ minderung vornehmende Teilerfaktor durch den Benutzer einstellbar sein.

Die beiden Digital/Analog-Umsetzer 36 und 42, der Summierverstärker 34 und der Pixel-Mittelwertbildner 46 bilden eine Vorprozessorschaltung 35 für das Bildsignal. Die Beziehung der Bildsignalspannung (VOUT) an einer Ausgangsleitung 48 der Vorprozessorschaltung 35 zur Aus­ gangsspannung (Vs) des Bildsensors 30 ist durch die nachstehende Gleichung gegeben:

VOUT = (Vs - VOFFSET) . (GDAC . GAVE) (1)

Darin ist VOFFSET die Ausgangsspannung des Versatz-D/A- Umsetzers 36, GDAC die Verstärkung des multiplizierenden Digital/Analog-Umsetzers 42 und GAVE ist die Signalverstär­ kung des Pixel-Mittelwertbildners 46.

Das Ausgangssignal des Pixel-Mittelwertbildners ge­ langt zu einem analogen Eingang eines Mikrocomputers 50. Bei dem Mikrocomputer 50 kann es sich um einen Baustein vom Typ MC68HC11A1, hergestellt von Motorola Inc., han­ deln, der einen Einchip-Speicher, eine Takt- oder Zeit­ geberschaltung, eine serielle Kommunikationsschnittstelle, einen Analog/Digital-Umsetzer, parallele Eingabe/Ausgabe- Kanäle und eine externe Busschnittstelle enthält. Die Leitung 48, auf der das vorverarbeitete Bildsignal ansteht, wird dem Eingang des Analog/Digital-Umsetzers des Mikro­ computers zugeführt. Die externe Busschnittstelle ist mit dem Datenbus 40 verbunden sowie mit einem Adreßbus 41 innerhalb des Bildprozessors. Eine Leitung von einem der parallelen E/A-Kanäle ist mit dem Eingang des Impuls­ formers 32 verbunden, um für den Sensor 30 Steuerimpulse vorzusehen, die die Bilderfassungs- und Bildauslesefunk­ tionen regeln. Andere Leitungen der parallelen E/A-Kanäle sind mit einer E/A-Schnittstellenschaltung 52 verbunden, die einzelne Ausgangssignale liefert, die die Ergebnisse der Bildverarbeitung angeben und die über das Kabel 22 mit dem Gleichsignal-Eingabemodul 15 verbunden sind.

Ein Paar Leitungen 54 erstrecken sich von der Serien­ kommunikationsschnittstelle des Mikrocomputers zu einem Verbinder 23 am Gehäuse des Bildprozessors 20, wie es aus Fig. 1 hervorgeht. Damit wird eine serielle Kommuni­ kationsverbindung geschaffen, so daß ein Terminal oder Endgerät für Konfigurationszwecke mit dem Prozessor 20 verbunden werden kann.

Der Datenbus 40 und der Adreßbus 41 sind mit einem Festwertspeicher (ROM) 56 verbunden, in dem das Software- Programm abgelegt ist, das der Mikrocomputer ausführt, wenn er den Betrieb des Bildprozessors steuert. Ein Schreib/Lese-Speicher oder ein Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM) 58 ist ebenfalls mit den Adreß- und Daten­ bussen 40 und 41 verbunden, so daß in diesem Speicher Bilddaten, Variable und Verarbeitungsergebnisse für den Mikrocomputer 50 gespeichert werden können. Der Adreßbus 41 ist mit dem Eingang eines Adreßdecoders 60 verbunden, der auf ausgewählte Adressen dadurch anspricht, daß er für spezifische Komponenten innerhalb des Bildprozessors 20 Steuersignale erzeugt. Der Adreßdecoder 60 spricht bei­ spielsweise auf zwei Adressen dadurch an, daß er über Leitungen 38 und 44 an den Versatz-Digital/Analog-Umsetzer 36 und den multiplizierenden Digital/Analog-Umsetzer 42 Freigabesignale abgibt, um die Daten-Latches in jedem Umsetzer individuell freizugeben.

An den Datenbus ist ein ausgangsseitiger Digital/­ Analog-Umsetzer 62 angeschlossen, der, wenn er durch ein Signal an einer Leitung 63 vom Adreßdecoder freigegeben ist, den Digitalwert am Datenbus in einem Satz interner Daten- Latches speichert. Der ausgangsseitige Digital/Analog- Umsetzer 62 erzeugt an seinem Ausgang ein Analogsignal mit einem Betrag, der dem gespeicherten Digitalwert ent­ spricht. Ein Stromtreiber 64 verwendet das analoge Signal vom Ausgang des Digital/Analog-Umsetzers 62 zum Erzeugen eines herkömmlichen Stromschleifen-Ausgangssignals von 4 bis 20 mA, das den Betrag eines Bildanalyseergebnisses darstellt. Das Stromschleifensignal gelangt über Leiter des Kabels 22 zum analogen Eingabemodul 16 der programmier­ baren Steuerung 10.

Mit dem Datenbus 40 ist noch eine Schalterschnitt­ stelle 66 verbunden, die aus einer Vielzahl von Tri-State- Datenpuffern besteht, welche, wenn sie vom Adreßdecoder 60 freigegeben sind, einen Satz Modulkonfigurationsschalter 68 mit dem Datenbus verbinden. Die Schalterschnittstelle 66 enthält einen Satz Pull-Up-Widerstände für jede der Schaltereingangsleitungen zur Schnittstelle. Die Konfigura­ tionsschalter 68, wie es noch beschrieben wird, versetzen den Anwender in die Lage, daß er unterschiedliche Verar­ beitungsoptionen auswählen kann und den Bildprozessor in unterschiedliche Betriebsarten bringen kann. Einer der Schalter 68 dient dazu, den Bildprozessor 20 in eine Einricht-Betriebsart (Setup Mode) oder eine Lauf-Betriebs­ art (Run Mode) zu bringen.

Die verschiedenen Arten des Bildprozessorbetriebs werden im Zusammenhang mit einem Bild beschrieben, bei dem der Gegenstand oder das Objekt relativ dunkel im Gegensatz zu einem helleren Hintergrund ist. Für den Fachmann ist es klar, daß die Erfindung auch auf die Ver­ arbeitung von Bildern abgestellt werden kann, bei denen das Objekt heller als der Hintergrund ist. Bei dem bevor­ zugten Ausführungsbeispiel gestattet es daher einer der Schalter 68, daß der Anwender angeben kann, ob das Objekt heller oder dunkler als der Hintergrund ist. Der Mikro­ computer 50 verwendet diese Angabe zur Festlegung, wie die Schritte des Beleuchtungskompensationsvorgangs, der nachstehend noch beschrieben wird, ausgeführt werden sollen. Unabhängig davon, ob das Objekt heller oder dunkler als der Hintergrund ist, muß dazwischen ein beachtliches Ausmaß an Kontrast vorhanden sein, und zwar für die Zwecke einer geeigneten Beleuchtungskompensation als auch einer Bild­ analyse.

Bei dem zur Erläuterung der Erfindung dienenden Bei­ spiel liefert der Zeilenabtastbildsensor 30 einen Span­ nungsverlauf des eindimensionalen Bildes, wie es durch den in Fig. 3A dargestellten Verlauf gezeigt ist. Der Betrag der Ausgangsspannung Vs des Bildsensors ist umgekehrt proportional zu der Helligkeit der Bildabtastelemente. Das bedeutet, daß ein rein weißer Abschnitt des Bildes eine relativ niedrige Spannung im Gefolge hat, wohingegen ein relativ dunkler Abschnitt eine höhere Spannung im Gefolge hat, wie es der dargestellte Signalverlauf zeigt. Dabei dem betrachteten Beispiel das Objekt relativ dunkel ist, liefert es eine hohe Spannung, wohingegen der Hintergrund durch eine relativ niedrige Spannung gekennzeichnet ist, wie es aus dem dargestellten Signalverlauf hervorgeht. Typischerweise ist der Hintergrund nicht rein weiß und der Gegenstand nicht rein schwarz, so daß in Wirklichkeit Bildspannungen erzeugt werden, die von den entsprechenden extremen Signalpegeln geringfügig abweichen. Der Bild­ sensor 30 sieht auch noch eine ihm innewohnende Vor­ spannung in seiner Ausgangsspannung vor, so daß ein rein weißer Bildabschnitt keinen Nullspannungspegel oder Null­ spannungswert hervorruft, sondern geringfügig höher als Null liegt, wie es dargestellt ist. Wenn dieses Signal jedoch mit dem Ausgangssignal des Versatz-Digital/Analog- Umsetzers 36 in der Summierschaltung 34 vereinigt wird, wird der in Fig. 3A dargestellte Signalverlauf in einer solchen Weise verschoben, daß ein rein weißer Pegel durch 0 Volt dargestellt wird.

Fig. 3B zeigt den Bildsignalverlauf an der Ausgangs­ leitung 48 der Vorprozessorschaltung 35. Der dynamische Bereich des analogen Eingangs des Mikrocomputers 50 beträgt 0 bis 5 Volt, wodurch der maximal zulässige Bereich der Vorprozessorausgangssignalspannung VOUT definiert wird. Wenn die Vorprozessorschaltung 35 richtig eingestellt ist, nimmt der Ausgangsbildsignalverlauf das mittlere Drittel des dynamischen Bereiches der Schaltung ein. Nach der Erfindung werden die Vorprozessorschaltung 35 und der Bildsensorbetrieb periodisch eingestellt, um diese Bezie­ hung zwischen dem Bildsignalspannungsbereich und dem dynamischen Signalspannungsbereich des Mikrocomputers aufrecht zu erhalten, wenn sich die Beleuchtung des Objekts ändert. Insbesondere werden die Bildsensorbelichtungszeit, die Ausgangsspannung vom Versatz-Digital/Analog-Umsetzer 36 und die Verstärkung des multiplizierenden Digital/Analog- Umsetzers 42 in einer solchen Weise eingestellt, daß der Spannungsbereich des Vorprozessorschaltungsausgangssignals sich im wesentlichen innerhalb des mittigen Drittels des dynamischen Signalspannungsbereiches des Mikrocomputers befindet.

Damit diese Kompensation vorgenommen werden kann, muß der Bildprozessor 20 für den vom zu analysierenden Bild erzeugten Spannungsverlauf konfiguriert werden. Zur Aus­ führung dieses Konfigurationsvorgangs wird ein Muster des zu inspizierenden Objekts vor den Prozessor gebracht und beleuchtet. Der Anwender oder Benutzer bringt dann den Betriebsartschalter 70 in die Einrichtbetriebsartposition, die dem Mikrocomputer 50 anzeigt, daß er die Vorprozessor­ schaltung 35 für den Spannungsverlauf für das Proben- oder Musterbild konfigurieren soll.

In diesem Augenblick beginnt dann der Mikrocomputer 50 mit der Ausführung der Einrichtbetriebsartroutine, die im Flußdiagramm nach Fig. 4 dargestellt ist. Die Routine beginnt mit einem Schritt 100, bei dem die Variablen und Zähler initialisiert werden, die im Verlaufe der Ausführung des Einrichtprogramms benutzt werden. Während dieser Stufe werden Vorgabe- oder Standardwerte mittels des Mikrocompu­ ters 50 aus dem Speicherraum des Festwertspeichers 56 entnommen und in die Datenpuffer der Digital/Analog- Umsetzer 36 und 42 geladen.

Sobald die Initialisierung beendet ist, gibt der Mikrocomputer 50 einen Steuerimpuls an den Impulsformer 32 ab, der dann den Bildwandler oder Bildsensor 30 veranlaßt, bei einem Schritt 102 ein Bild zu erfassen. In diesem Zustand ändern die einzelnen Detektorstellen des Bild­ sensors ihre elektrische Eigenschaft aufgrund des auf­ treffenden Lichts. Handelt es sich beispielsweise bei dem Bildsensor um einen CCD-Bildwandler (CCD = ladungs­ gekoppeltes Element) ändert sich die bei jeder Detektor­ stelle akkumulierte Ladung proportional zu der Menge an Licht, die während des Belichtungsintervalls auf dieser Stelle auftrifft. Die Länge oder Dauer des vom Mikro­ computer zum Bildsensor übermittelten Impulses bestimmt das Zeitintervall für die Belichtung. Wie noch beschrie­ ben wird, ist dieses Belichtungsintervall eine Variable, die so geregelt wird, daß sie Veränderungen in der Be­ leuchtung des Objekts kompensiert.

Sobald das Bild erfaßt worden ist, tritt die Pro­ grammausführung in eine Schleife ein, in der jedes Bild­ abtastelement vom Bildsensor ausgelesen und gemittelt wird, um ein Bildelement zu liefern, das dann überprüft wird, um die Minimum- und Maximumspannungspegel des Bildes zu erfassen. Wie zuvor dargelegt, entspricht der Span­ nungspegel eines Bildabtastelements und eines Bildele­ ments der Helligkeit des betreffenden Elements. Die Programmschleife beginnt bei einem Schritt 104, bei dem die erste Gruppe von vier Bildabtastelementen vom Sensor 30 ausgelesen und dem positiven Eingang der Summier­ schaltung 34 zugeführt wird. Gleichzeitig liefert der Versatz-Digital/Analog-Umsetzer 36 einen konstanten Span­ nungspegel an den negativen Eingang der Summierschaltung 34. Dieser Spannungspegel ist festgelegt durch eine digi­ tale Zahl, die vorher in die Datenpuffer des Versatz- Digital/Analog-Umsetzers 36 geladen worden ist. Das bei der Signalsummierung in der Schaltung 34 erzeugte pegel­ verschobene Bildsignal wird an den analogen Eingang des multiplizierenden Digital/Analog-Umsetzers 42 gelegt. In diesem Digital/Analog-Umsetzer 42 wird der analoge Signal­ pegel mit einer Digitalzahl multipliziert, die in seinen Datenpuffern gespeichert ist, um ein verstärktes Bildsi­ gnal zu gewinnen, das dem Eingang des Pixel-Mittelwert­ bildners 46 zugeführt wird.

Der Spannungspegel des vom Mikrocomputer 50 empfan­ genen Bildelements wird bei einem Schritt 106 mit einem Spannungspegel verglichen, der im RAM 58 gespeichert ist, um zu bestimmen, ob dieses Bildelement den maximalen Spannungspegel für das Bild hat. Dieser Vergleich erfaßt den Pegel des dunkelsten Bildelements. Hat das gegenwärti­ ge Bildelement einen Spannungspegel, der größer als das bisherige Spannungsmaximum ist, zweigt die Programmaus­ führung zu einem Schritt 108 ab, wo der Spannungspegel für dieses Bildelement im RAM 58 als der neue maximale Spannungspegel gespeichert wird. Die Programmausführung schreitet dann zu einem Schritt 110 voran, bei dem der Spannungspegel des Bildelements mit dem minimalen Span­ nungspegel verglichen wird, der zuvor für Elemente dieses Bildes in Erfahrung gebracht worden ist. Dieser Minimum­ spannungspegel wird ebenfalls im RAM 58 gespeichert. Hat das gegenwärtige Bildelement einen Spannungspegel, der unterhalb des bisherigen Minimumspannungspegels für dieses Bild ist, wird der gegenwärtige Spannungspegel des Elements bei einem Schritt 112 als Minimumpegel ge­ speichert. Auf diese Weise wird der Spannungspegel des hellsten Bildelements erfaßt und festgestellt.

Nachdem das Bildelement mit dem Minimum- und Maximum­ spannungspegel, die für das Bild angetroffen worden sind, verglichen worden ist, wird bei einem Schritt 114 eine Bestimmung durch den Mikrocomputer 50 dahingehend vorge­ nommen, ob das letzte Bildelement des Bildes auf diese Weise verglichen worden ist. Ist das Ende des Bildes noch nicht aufgetreten, geht die Programmausführung in der Schleife zurück zum Schritt 104, um eine weitere Gruppe von Bildabtastelementen auszulesen, die gemittelt werden und schließlich zum Vergleich mit dem bisherigen Minimum- und Maximumspannungspegel herangezogen werden. Nachdem schließlich das gesamte Bild mittels der Schleife bestehend aus den Programmschritten 104 bis 114 verar­ beitet worden ist, schreitet die Programmausführung zu einem Schritt 116 voran. Die bezeichneten Speicherplätze im RAM 58 enthalten jetzt den minimalen und maximalen Spannungspegel Vmin und Vmax des laufenden oder gegen­ wärtigen Bildes. Der minimale und maximale Spannungs­ pegel stellen das hellste bzw. das dunkelste Bildele­ ment dar und verkörpern den Bereich der Spannungen, die von dem Bild erzeugt worden sind. Aufgrund der Art und Weise, wie die Szene beleuchtet wird, wird das hellste Bildelement vom Bildhintergrund hervorgerufen, und das dunkelste Bildelement wird vom Gegenstand oder Objekt hervorgerufen.

Der Mikrocomputer 50 berechnet dann die Differenz zwischen dem minimalen und maximalen Spannungspegel des Bildes, um festzustellen, ob diese Differenz gleich einem Drittel des dynamischen Signalspannungsbereiches des analogen Eingangs des Mikrocomputers ist. Trifft dies nicht zu, zweigt die Programmausführung vom Schritt 116 zu einem Schritt 118 ab, bei dem der Mikrocomputer 50 entweder die Verstärkung des multiplizierenden Digital/­ Analog-Umsetzers 42 oder das Sensorbelichtungsintervall oder beide genannte Parameter einstellt. Die gemeinsame Einstellung dieser Parameter ändert das Bildsignal im Verhältnis zu dem Betrag, um den der tatsächliche Span­ nungsbereich zwischen dem minimalen und maximalen Bild­ signalspannungspegel (Vmin und Vmax) von einem Drittel des dynamischen Signalspannungsbereiches des Mikrocom­ puters abweicht. Wenn daher der tatsächliche Spannungs­ bereich größer als dieser Bruchteil des dynamischen Signalspannungsbereiches ist, werden die Belichtung und/oder der Verstärkungspegel herabgesetzt, um den Bild­ spannungsbereich zu komprimieren. Ist andererseits der tatsächliche Spannungsbereich kleiner als dieser Bruch­ teil des dynamischen Signalspannungsbereiches, werden das Belichtungsintervall und die Verstärkung erhöht, um den Spannungsbereich des Bildsignals zu expandieren. Um dies auszuführen, berechnet der Mikrocomputer einen neuen Wert für die Verstärkung und überträgt diesen über den Datenbus 40 zu den Puffern in dem multipli­ zierenden Digital/Analog-Umsetzer 42. In ähnlicher Weise stellt der Mikrocomputer 50 in dem RAM 58 eine Variable ein, die das Belichtungsintervall für den Bildwandler oder Bildsensor 30 angibt. Sobald diese Parameter beim Schritt 118 ein- oder nachgestellt worden sind, kehrt die Programmausführung zum Schritt 102 zurück, um ein neues Bild zu erfassen. Die Programmausführung fährt mit ihrem Schleifenbetrieb fort, bis die Verstärkung und die Belichtung so eingestellt sind, daß die Differenz zwischen dem hellsten Teil und dem dunkelsten Teil des Bildes im wesentlichen gleich einem Drittel des dynami­ schen Signalspannungsbereiches des Mikrocomputers ist.

Sobald der Spannungsbereich des Bildsignals in geeigneter Weise eingestellt worden ist, geht die Pro­ grammausführung zu einem Schritt 120 über, bei dem der Durchschnitt oder das Mittel dieses Spannungsbereiches mit dem Durchschnitt oder dem Mittel des dynamischen Signalspannungsbereiches des Mikrocomputers verglichen wird. Insbesondere werden der maximale und minimale Spannungspegel (Vmin und Vmax) des Bildes gemittelt, und der resultierende Wert wird im vorliegenden Fall mit 2,5 Volt verglichen, wobei der dynamische Signal­ bereich 0 bis 5 Volt beträgt. Irgendeine Abweichung des Mittels des Bildspannungsbereiches vom Mittel des dyna­ mischen Signalspannungsbereiches wird bei einem Schritt 122 herangezogen, um den Bildsignalspannungsversatz einzustellen, den der Versatz-Digital/Analog-Umsetzer 36 vorsieht. Der Mikrocomputer 50 berechnet einen neuen Spannungsversatz auf der Grundlage dieser Abweichung und bewirkt eine digitale Übertragung des neuen Versatzes oder der neuen Verschiebung über den Datenbus 40 zu den Puffern in dem Versatz-Digital/Analog-Umsetzer 36.

Sobald die Vorprozessorschaltung 35 so eingestellt worden ist, daß das Bildsignal an ihrer Ausgangsleitung 48 das mittlere Drittel des dynamischen Signalspannungs­ bereiches des Mikrocomputers einnimmt, schreitet die Programmausführung zum Schritt 124 voran.

Die Vorprozessorschaltung 35 ist jetzt für das Proben- oder Musterbild, das einen zu analysierenden Gegenstand oder ein zu analysierendes Objekt enthält, geeicht. Als nächstes wird das Verhältnis der Referenz­ helligkeitspegel des Musterobjekts und seines Hinter­ grunds abgeleitet und im RAM 58 gespeichert, um es als Fixpunkt oder Bezugsmarke zum Erfassen einer späteren Abweichung in der Beleuchtung der zu inspizierenden Gegenstände zu erfassen. Die Ausgangsspannung Vs des Wandlers oder Sensors ist direkt bezogen auf die Bild­ helligkeit. Der Mikrocomputer 50 erhält allerdings nicht Diese Ausgangsspannung Vs, sondern er empfängt einen Spannungspegel Vout, der von der Vorprozessorschaltung 35 erzeugt wird, die die Sensorausgangsspannung Vs transformiert. Da diese Signaltransformation oder Signal­ umsetzung durch die obige Gleichung (1) definiert ist, kann man relative Helligkeitspegel des Objekts und des Bildhintergrunds dadurch ableiten, daß man diese Gleichung für die äquivalenten Bildsensorausgangsspannungen Vs unter Verwendung der Minimum- und Maximumbildelement­ spannungspegel (Vmin und Vmax) als Ausgangsspannung Vout löst. Beim Schritt 124 wird die Gleichung gelöst, um die äquivalenten Bildsensorausgangsspannungen Vs für Vmin und Vmax zu gewinnen, wobei ein Paar numerischer Werte erzeugt wird, die direkt den relativen Helligkeitspegeln des Bildhintergrunds bzw. des Objekts entsprechen. Das Verhältnis dieser beiden äquivalenten Sensorausgangsspan­ nungen wird abgeleitet bei einem Schritt 126 und im RAM 58 gespeichert. Wie noch beschrieben wird, wird dieses Verhältnis während der Run- oder Lauf-Betriebsart des Beleuchtungskompensationsverfahren wiedergewonnen, wenn gerade ein Bild ausgewertet wird. Abweichend davon können die Werte für Vmin und Vmax oder ihre äquivalenten Bild­ sensorausgangsspannungen zu diesem Zeitpunkt gespeichert werden, und die Berechnungen nach den Schritten 124 und 126 können aufgeschoben werden, bis das Spannungsverhältnis später benötigt wird. Die Berechnung dieser Werte während der Setup- oder Einricht-Betriebsart hat jedoch den Vor­ teil, daß die Ausführung der Kompensationsroutine in der Lauf-Betriebsart schneller abläuft.

Danach überprüft bei einem Schritt 128 der Mikro­ computer den Betriebsartschalter 70, um festzustellen, ob der Anwender oder Benutzer die Einricht-Betriebsart ver­ lassen möchte. Solange dieser Schalter in der Einrichtungs- Betriebsart bleibt, kehrt die Programmausführung zum Schritt 100 zurück, um die Vorprozessoreinstellung und den Helligkeitsverhältnisberechnungsprozeß zu wiederholen.

Ist der Betriebsartschalter 70 auf die Lauf-Betriebs­ art umgeschaltet worden, beginnt der Mikrocomputer 50 mit der Ausführung eines Bildanalyseprogramms, das eine Routine zur Neueinstellung oder Nachstellung der Signal­ verarbeitung enthält, und zwar zum Kompensieren von Ver­ änderungen in der Beleuchtung der abzubildenden Objekte. Unter Bezugnahme auf Fig. 2 sei bemerkt, daß der Bild­ prozessor 20 mit der Erfassung und Analyse eines Bildes beginnt, wenn er ein Triggersignal an einer Eingangslei­ tung 53 zur Eingabe/Ausgabe-Schnittstelle 52 empfängt. Der Mikrocomputer 50 spricht auf das Triggersignal da­ durch an, daß er einen Steuerimpuls an den Bildsensor 30 abgibt, wodurch der Sensor veranlaßt wird, ein Bild zu erfassen. Das Signal von jeder Sensordetektorstelle oder jedem Sensordetektorort wird sequentiell durch die Vor­ prozessorschaltung 35 ausgelesen, um eine Serie von Bild­ elementen am analogen Eingang des Mikrocomputers 50 zu erzeugen. Beim Empfang jedes dieser Bildelemente führt der Mikrocomputer 50 ein herkömmliches Bildanalysepro­ gramm aus. Dieses Programm vergleicht beispielsweise den Spannungspegel jedes Bildelements mit einem Schwellenwert und zählt die Bildelemente aus, die einen Spannungspegel haben, der oberhalb des Schwellenwerts liegt.

Während jedes Bildelement durch die Bildanalyse­ routine des Mikrocomputers ausgewertet wird, wird es auch mittels der Beleuchtungskompensationsroutine verar­ beitet, die in Fig. 5 dargestellt ist. Bei einem Schritt 140 dieser Routine wird der Spannungspegel dieses gerade verarbeiteten Bildelements mit den minimalen und maxima­ len Spannungspegeln der bisherigen Bildelemente desselben Bildes verglichen, um festzustellen, ob er oberhalb des bisherigen maximalen Spannungspegels oder unterhalb des bisherigen minimalen Spannungspegels ist. Dieser Ver­ gleich kann durch eine Reihe von Programmschritten aus­ geführt werden, die den Schritten 106 bis 113 der Ein­ richt-Betriebsartroutine nach Fig. 4 ähnlich sind. Wenn der laufende oder gegenwärtige Bildelementspannungspegel einen der bisherigen Extremwerte überschreitet, ersetzt er den bisherigen Wert im RAM 58, und wird dann zum neuen maximalen bzw. minimalen Spannungspegel oder Spannungswert. Bei einem Schritt 142 stellt der Mikro­ computer fest, ob oder ob nicht das letzte Bildelement des Bildes verarbeitet worden ist. Solange weitere Bild­ elemente verbleiben, kehrt die Programmausführung un­ mittelbar zur Bildanalyseroutine zurück, um ein weiteres Bildelement zu verarbeiten.

Wenn alle Bildelemente des Wandlers oder Sensors 30 ausgelesen worden sind, schreitet die Bleuchtungskompen­ sationsroutine zum Schritt 144 vor. Hier wird ein Span­ nungspegel gewonnen, der dem Bildhintergrund entspricht. Bei dem in Fig. 3 dargestellten Beispiel ist der Hinter­ grund heller als das Objekt, so daß die den Hintergrund darstellenden Bildelemente einen niedrigeren Spannungs­ pegel haben als diejenigen, die vom Objekt hervorgerufen werden. Folglich ist die minimale Spannung Vmin des Bil­ des dem Hintergrund zugeordnet. Der Mikrocomputer 50 verwendet die obige Gleichung (1), um die äquivalente Sensorausgangsspannung Vs MIN für die minimale Bild­ elementspannung Vmin zu berechnen. Ist abweichend davon das Objekt heller als der Hintergrund, wird die maximale Spannung Vmax des Bildes als Pegel verwendet, der den Hintergrund darstellt, und der Mikrocomputer berechnet Vs MAX.

Aus der äquivalenten minimalen Sensorspannung Vs min und dem Verhältnis der maximalen und minimalen Sensor­ spannungen, die während der Einricht-Betriebsart ge­ speichert worden sind, wird bei einem Schritt 146 ein theoretischer Sensorspannungspegel Vs REF für den maxi­ malen Spannungspegel des Bildes berechnet. Dieser theore­ tische Spannungspegel Vs REF entspricht idealerweise dem dunkelsten Teil des Bildes in bezug auf das Objekt. Als nächstes verwendet der Mikrocomputer wiederum die Gleichung (1), um den theoretischen Sensorspannungs­ pegel Vs REF des Objekts in den äquivalenten Vorpro­ zessorschaltungsausgangsspannungspegel VREF umzuformen, und zwar bei einem Schritt 148.

Der theoretische Vorprozessorschaltungsausgangs­ spannungspegel VREF wird verglichen mit dem aktuellen maximalen Spannungspegel VMAX des dunkelsten Bildele­ ments des laufenden oder gegenwärtigen Bildes. Ist das Objekt in geeigneter Weise beleuchtet, müßte das dunkelste Bildelement von einem Teil des Objekts stam­ men. Ist ein Objekt im Bild vorhanden, wie es durch den in Fig. 3C dargestellten Spannungsverlauf angedeutet ist, ist der Pegel von VMAX näherungsweise gleich dem theo­ retischen Spannungspegel VREF. Wenn daher VMAX nicht größer als 90% des theoretischen Spannungspegels VREF für das Objekt ist, zieht der Mikrocomputer daraus den Schluß, daß ein Objekt im Bild nicht vorhanden ist und lediglich Hintergrund abgebildet wird. Selbst wenn ein Objekt vorhanden ist, jedoch ein maximaler Spannungs­ pegel VMAX von nicht mehr als 90% von VREF erzeugt wird, folgert das System, daß ein Objekt nicht vorhanden ist. Es sei bemerkt, daß der Bildsignalverlauf nach Fig. 3C nicht in der Mitte des dynamischen Signalbereiches liegt und der maximale Spannungspegel größer als der theore­ tische maximale Wert ist, was der Fall sein kann, wenn sich die Intensität der Objektbeleuchtung ändert.

Wie oben beschrieben, kann der Bildprozessor 20 für ein Bild konfiguriert werden, bei dem der Hintergrund dunkler als das Objekt ist. In diesem Fall ist, wie es aus Fig. 3E hervorgeht, das Bildsignal am Ausgang der Vorprozessorschaltung 35 ein Spannungssignalverlauf, der im Vergleich zu demjenigen nach Fig. 3C invertiert ist. Da die Bildelemente des Objekts dargestellt sind durch niedrigere Spannungspegel als die Hintergrundbildelemente, muß die Logik, die zum Feststellen, ob ein Objekt vor­ handen ist, invertiert werden. Das heißt, um zu folgern, daß ein Objekt vorhanden ist, muß die tatsächliche mini­ male Bildsignalspannung Vmin (dem Objekt zugeordnet) weniger als 110% des theoretischen Spannungspegels VREF für das Objekt sein.

Die Spannungspegel, die bei dem Beleuchtungskompen­ sationsvorgang verwendet werden, hängen von der Folge­ rung ab, ob ein Objekt vorhanden ist oder nicht. Es wird wieder zurückgekehrt auf das Beispiel nach Fig. 3C, bei dem der Hintergrund heller als das Objekt ist. Wenn hier gefolgert wird, daß ein Objekt vorhanden ist, wird der gemessene maximale Spannungspegel VMAX für das Bild als der hellste Bildpegel verwendet, andernfalls wird der theoretische Spannungspegel VREF für das Objekt ver­ wendet. Wenn bei einem Schritt 150 nach Fig. 5 der Wert von VMAX 90% des theoretischen Spannungspegels VREF nicht überschreitet, folgert das System, daß ein Objekt im Bild nicht vorhanden ist. In diesem Fall zweigt das Programm zu einem Schritt 152 ab, bei dem der Wert von VMAX ersetzt wird durch den Wert des theoretischen Spannungspegels VREF. Daher wird während des Restes der Beleuchtungskompensationsroutine der theoretische Spannungspegel anstelle des tatsächlichen Spannungs­ pegels des dunkelsten Bildelements des Objekts verwen­ det. Wenn aber der Wert von VMAX, der zuvor durch In­ spektion der Bildelemente bestimmt worden ist, 90% des theoretischen Wertes der Spannung des Objekts überschrei­ tet, wird während des Restes des Kompensationsvorgangs der tatsächliche Wert benutzt.

Sobald der Wert für VMAX ausgewählt worden ist, schreitet das Programm zu einem Schritt 156 voran, bei dem die Differenz zwischen dem tatsächlichen Wert von VMIN und einem ausgewählten Wert für VMAX bestimmt wird und mit einem Pegel verglichen wird, der gleich einem Drittel des dynamischen Signalspannungsbereiches des Mikrocomputers 50 ist. Wenn eine beachtenswerte Änderung in der Beleuchtung des Objekts auftritt, weicht die Differenz zwischen den Pegeln von VMAX und VMIN beträcht­ lich von einem Drittel des dynamischen Signalspannungs­ bereiches des Mikrocomputers ab. Ist dies der Fall, zweigt das Programm zu einem Schritt 158 ab, bei dem die Verstärkung GADC des multiplizierenden Digital/­ Analog-Umsetzers 42 und die Belichtungszeit eingestellt werden, und zwar proportional zum Betrag der Abweichung. Einige gegenseitige Einwirkungen des Verstärkungs- und Belichtungszeitänderungsprozesses können erforderlich sein, bevor die Differenz zwischen VMAX und VMIN im wesentlichen gleich einem Drittel des dynamischen Si­ gnalspannungsbereiches ist.

Bei einem Schritt 160 werden der Durchschnitt oder das Mittel zwischen VMAX und VMIN berechnet und vergli­ chen mit dem Durchschnitt oder dem Mittel des dynamischen Signalspannungsbereiches des Mikrocomputers. Wenn das berechnete Mittel im wesentlichen mit dem Mittel des dynamischen Signalspannungsbereiches nicht übereinstimmt, zweigt das Programm zu einem Schritt 162 ab, bei dem der Ausgang des Versatz-Digital/Analog-Imsetzers 36 einge­ stellt wird, um die beiden Mittel oder Durchschnitte in Übereinstimmung miteinander zu bringen. Die Schritte 156 bis 162 sehen daher eine Einstellung des Signals vor, das dem analogen Eingang des Mikrocomputers 50 zugeführt wird, um Veränderungen im Bildsignal aufgrund von Ände­ rungen in der Intensität des auf das Objekt auftreffenden Lichts zu kompensieren.

Claims (15)

1. Anordnung zur Kompensation von durch Beleuchtungs­ änderung verursachten Auswirkungen in einem Bildsignal, das ein Bild eines vor einem Hintergrund befindlichen Objekts darstellt, enthaltend:
eine Einrichtung (58) zum Speichern von Daten, die eine Referenzbeziehung für Bildsignalpegel des Objekts und des Hintergrundes angeben;
eine Einrichtung (30, 35, 50) zum Erfassen eines Bildsignalpegels für den Hintergrund des Bildes;
eine Einrichtung (30, 35, 50) zum Erfassen eines Bildsignalpegels für das Objekt in dem Bild;
eine Einrichtung (50) zum Berechnen eines theoreti­ schen Bildsignalpegels für das Objekt aus den gespeicher­ ten Daten und dem erfaßten Bildsignalpegel für den Hintergrund;
eine Einrichtung (50) zum Vergleichen des Bildsignal­ pegels für das Objekt mit dem theoretischen Bildsignal­ pegel; und
eine Einrichtung (35, 50) zum Einstellen der Amplitude des Bildsignals dahingehend, (1) daß die Differenz zwischen dem Bildsignalpegel des Hintergrunds und dem Bildsignalpegel für das Objekt gleich einem vordefinierten Wert wird, wenn der Bildsignalpegel für das Objekt eine vorbestimmte Be­ ziehung zu dem theoretischen Bildsignalpegel einnimmt, oder (2) daß die Differenz zwischen dem Bildsignalpegel des Hintergrunds und dem theoretischen Bildsignalpegel für das Objekt gleich einem vordefinierten Wert wird, wenn der Bildsignalpegel für das Objekt nicht die vorbe­ stimmte Beziehung zu dem theoretischen Bildsignalpegel hat.

2. Anordnung nach Anspruch 1, bei der die Daten, die die Referenzbeziehung der Bildsignalpegel für das Objekt und den Hintergrund angeben und in der Speichereinrichtung (58) gespeichert sind, das Verhältnis der beiden Bildsignalpegel zueinander darstellen.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Ein­ richtung (35, 50) zum Einstellen der Amplitude des Bild­ signals einen gemeinsamen vordefinierten Wert verwendet, der im wesentlichen gleich der Differenz zwischen den Referenzbildsignalpegeln für das Objekt und den Hinter­ grund ist.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die vorbestimmte Beziehung der Einrichtung (35, 50) zum Einstellen der Amplitude des Bildsignals erfüllt ist, wenn der Bildsignalpegel für das Objekt größer als der theoretische Bildsignalpegel ist.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die vorbestimmte Beziehung der Einrichtung (35, 50) zum Einstellen der Amplitude des Bildsignals erfüllt ist:

• a) wenn der Bildsignalpegel für das Objekt größer ist als der Bildsignalpegel für den Hintergrund und auch größer ist als der theoretische Bildsignalpegel oder
• b) wenn der Bildsignalpegel für das Objekt kleiner ist als der Bildsignalpegel für den Hintergrund und auch kleiner ist als der theoretische Bildsignalpegel.

6. Prozessor, insbesondere in einer Anordnung zur Kom­ pensation von durch Beleuchtungsänderung verursachten Einflüssen, welcher Prozessor Bilder analysiert, die ein vor einem Hintergrund befindliches Objekt darstellen und welcher Prozessor enthält:
einen Bildsensor (30) zum Gewinnen eines Bildsignals, das ein Bild darstellt;
einen Vorprozessor (35) zum Verstärken des Bildsignals;
eine Einrichtung (50), die mit dem Vorprozessor ver­ bunden ist, zum Analysieren von Anteilen des Bildsignals, die das Objekt darstellen;
eine Einrichtung (58) zum Speichern eines Verhältnis­ ses der Bildsignalpegel für das Objekt und den Hintergrund als Referenzbild;
eine Einrichtung (50) zum Erfassen eines Bildsignal­ pegels für den Hintergrund des Bildes;
eine Einrichtung (50) zum Erfassen eines Bildsignal­ pegels für das Objekt in dem Bild;
eine Einrichtung (50) zum Berechnen eines theoreti­ schen Bildsignalpegels für das Objekt aus dem gespeicherten Verhältnis und dem erfaßten Bildsignalpegel für den Hintergrund;
eine Einrichtung (50) zum Vergleichen des Bildsignal­ pegels für das Objekt mit dem theoretischen Bildsignal­ pegel; und
eine Einrichtung (50) zum Einstellen des Vorprozessors (35) dahingehend, (1) daß die Differenz zwischen dem Bild­ signalpegel für den Hintergrund und dem Bildsignalpegel für das Objekt gleich einem vordefinierten Wert wird, wenn der Bildsignalpegel für das Objekt eine vorbestimmte Beziehung zu dem theoretischen Bildsignalpegel einnimmt, oder (2) daß die Differenz zwischen dem Bildsignalpegel des Hintergrunds und dem theoretischen Bildsignalpegel für das Objekt gleich dem vorbestimmten Wert wird, wenn der Bildsignalpegel für das Objekt nicht die vorbestimmte Beziehung zu dem theoretischen Bildsignalpegel hat.

7. Prozessor nach Anspruch 6, bei dem:
der Vorprozessor (35) ferner enthält eine Einrichtung (36) zum Versetzen des Bildsignals innerhalb eines defi­ nierten Bereiches von Signalpegeln, und
die Einrichtung (50) zum Einstellen des Vorprozessors ferner die Einrichtung (36) zum Versetzen derart ändert, daß das Bildsignal mit einem im wesentlichen konstanten Versatz innerhalb des definierten Bereiches von Signal­ pegeln aufrechterhalten wird.

8. Prozessor nach Anspruch 6 oder 7, bei dem der von der Einrichtung (50) zum Einstellen des Vorprozessors (35) benutzte vordefinierte Wert im wesentlichen gleich der Differenz zwischen den Bildsignalpegeln für das Objekt und den Hintergrund des Referenzbildes ist.

9. Prozessor nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei dem die vorbestimmte Beziehung der Einrichtung (50) zum Ein­ stellen des Vorprozessors erfüllt ist:

• a) wenn der Bildsignalpegel für das Objekt größer ist als der Bildsignalpegel für den Hintergrund und auch größer ist als der theoretische Bildsignalpegel oder
• b) wenn der Bildsignalpegel für das Objekt kleiner ist als der Bildsignalpegel für den Hintergrund und auch kleiner ist als der theoretische Bildsignalpegel.

10. Anordnung zur Kompensation von durch Beleuchtungs­ änderung verursachten Auswirkungen in einem Bildsignal, das einen ersten und einen zweiten Extrempegel hat, welche Anordnung enthält:
eine Einrichtung (58) zum Speichern von Daten, die eine Referenzbeziehung für den ersten und zweiten Extrem­ pegel angeben;
eine Einrichtung (59) zum Erfassen des ersten Extrem­ pegels des Bildsignals;
eine Einrichtung (50) zum Erfassen des zweiten Extrem­ pegels des Bildsignals;
eine Einrichtung (50) zum Berechnen eines theoreti­ schen zweiten Extrempegels des Bildsignals aus den ge­ speicherten Daten und dem erfaßten ersten Extrempegel des Bildsignals;
eine Einrichtung (50) zum Vergleichen des zweiten Extrempegels des Bildsignals mit dem theoretischen zweiten Extrempegel; und
eine Einrichtung (35, 50) zum Einstellen der Amplitude des Bildsignals dahingehend, (1) daß die Differenz zwischen dem ersten und zweiten Extrempegel des Bildsignals gleich einem vordefinierten Wert ist, wenn der zweite Extrempegel des Bildsignals eine vorbestimmte Beziehung zu dem theore­ tischen zweiten Extrempegel einnimmt, oder (2) daß die Differenz zwischen dem ersten Extrempegel des Bildsignals und dem theoretischen zweiten Extrempegel gleich dem vorbestimmten Wert ist, wenn der zweite Extrempegel nicht die vorbestimmte Beziehung zu dem theoretischen zweiten Extrempegel hat.

11. Anordnung nach Anspruch 10, bei der die Daten, die die in der Speichereinrichtung (58) gespeicherte Referenz­ beziehung angeben, das Verhältnis des ersten und zweiten Extrempegels für ein Referenzbildsignal darstellen.

12. Anordnung nach Anspruch 11, bei der der von der Einrichtung (35, 50) zum Einstellen der Amplitude des Bildsignals benutzte vordefinierte Wert im wesentlichen gleich der Differenz zwischen dem ersten und zweiten Extrempegel für das Referenzbildsignal ist.

13. Anordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, bei der die vorbestimmte Beziehung der Einrichtung (35, 50) zum Einstellen der Amplitude des Bildsignals erfüllt ist;

• a) wenn der zweite Extrempegel des Bildsignals größer ist als der erste Extrempegel des Bildsignals und auch größer ist als der theoretische Bildsignalpegel oder
• b) wenn der zweite Extrempegel des Bildsignals kleiner ist als der erste Extrempegel des Bildsignals und auch kleiner ist als der theoretische zweite Extrempegel.

14. Verfahren zur Kompensation von durch Beleuchtungs­ änderung verursachten Auswirkungen in einem Bildsignal, das einen ersten und zweiten Extrempegel hat, welches Verfahren die folgenden Schritte enthält:
Erstellen eines Verhältnisses von Referenzwerten für den ersten und einen zweiten Extrempegel;
Erfassen des ersten Extrempegels des Bildsignals;
Erfassen des zweiten Extrempegels des Bildsignals;
Berechnen eines theoretischen zweiten Extrempegels des Bildsignals aus dem Verhältnis der Referenzwerte und dem erfaßten ersten Extrempegel des Bildsignals;
Einstellen der Amplitude des Bildsignals dahingehend, daß die Differenz zwischen dem ersten und zweiten Extrem­ pegel des Bildsignals gleich einem vordefinierten Wert wird, wenn der zweite Extrempegel des Bildsignals eine vorbestimm­ te Beziehung zu dem theoretischen zweiten Extrempegel einnimmt; und
Einstellen der Amplitude des Bildsignals dahingehend, daß die Differenz zwischen dem ersten Extrempegel des Bildsignals und dem theoretischen zweiten Extrempegel gleich einem vorbestimmten Wert wird, wenn der zweite Extrempegel des Bildsignals nicht die vorbestimmte Bezie­ hung zu dem theoretischen zweiten Extrempegel hat.

15. Verfahren nach Anspruch 14, enthaltend den weiteren Schritt:
Addieren eines vorbestimmten Spannungsversatzes zu dem Bildsignal, so daß ein vordefinierter Signalpegel zwischen dem ersten und zweiten Extrempegel einschließlich eine feste Beziehung zu einem Nullbetragspegel einnimmt.