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DE4218971A1 - Process for calibrating an image processing system - Google Patents

Process for calibrating an image processing system

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Publication number
DE4218971A1
DE4218971A1 DE19924218971 DE4218971A DE4218971A1 DE 4218971 A1 DE4218971 A1 DE 4218971A1 DE 19924218971 DE19924218971 DE 19924218971 DE 4218971 A DE4218971 A DE 4218971A DE 4218971 A1 DE4218971 A1 DE 4218971A1
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DE
Germany
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image
camera
calibration
pattern
image sensor
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DE19924218971
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German (de)
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Ernst Greten
Robert Prof Dr Ing Massen
Meinrad Simnacher
Erwin Herre
Michael Mittelsdorf
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Grecon Greten GmbH and Co KG
Fagus Grecon Greten GmbH and Co KG
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Grecon Greten GmbH and Co KG
Fagus Grecon Greten GmbH and Co KG
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Publication date
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Abstract

A test piece (2) partially or completely made of wood is moved in a forward direction (3) through a testing station (1) provided with an image processing system (4). Four line cameras (7) store each a line-shaped section (8) of the surface of the test piece (2). The image signals are used by an image-processing computer (11) for controlling test piece (2) evaluating functions. Fields of luminosity, lines, structural and/or colour patterns are arranged in the field of vision of each image sensor in order to radiometrically, geometrically and/or colorimetrically calibrate them. The thus obtained image signals are used by the image-processing computer (11) in order to recover calibration data and are used for calibrating the corresponding image sensor.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbe­ griff des Anspruchs 1.The invention relates to a method according to the Oberbe handle of claim 1.

Im Rahmen der Holzver- und -bearbeitung werden in zuneh­ mendem Maß optische Systeme zur Qualitätskontrolle, Klassifizierung und Sortierung eingesetzt.In the context of wood processing and processing are increasing optical systems for quality control, Classification and sorting used.

Bei einem bekannten Verfahren der eingangs genannten Art (Holz-Zentralblatt, Stuttgart Nr. 10, 23.01.1991, Seite 171) wird die Sortierung von Schnittholz mit Hilfe eines Bildverarbeitungssystems durchgeführt, bei dem mit vier Videokameras alle Flächen des Schnittholzes im schnellen Durchgang geprüft werden. Die Kamerasignale werden von einem Bildrechner ausgewertet, der eine Kappsäge so ansteuert, daß Teile ungenügender Qualität aus dem Schnittholz herausgetrennt werden. Die Einstellung und Ausrichtung der vier Kameras sowie die Kalibrierung eines solchen Systems bereiten Schwierigkeiten und sind bisher noch ungenügend gelöst. Verändert sich z. B. die Dimension des zu prüfenden Schnittholzes, müssen in der Regel alle vier Kameras mechanisch verstellt, ihre Optiken neu justiert, die unterschiedlichen Beleuchtungs­ intensitäten korrigiert und die Ausrichtung der Kameras zueinander neu justiert werden. Dies erfordert einen erheblichen Zeitaufwand von bis zu einem Tag und bedeutet damit auch einen wirtschaftlichen Verlust, da während diese Umstelldauer die Anlage nicht nutzbringend betrie­ ben werden kann.In a known method of the type mentioned (Holz-Zentralblatt, Stuttgart No. 10, January 23, 1991, page 171) is the sorting of lumber with the help of a Image processing system performed with four Video cameras all surfaces of the sawn timber in quick Continuity to be checked. The camera signals are from evaluated an image calculator that a chop saw like this controls that parts of insufficient quality from the Lumber is cut out. The setting and Alignment of the four cameras as well as the calibration  of such a system are difficult and are still insufficiently solved. Changes z. B. the Dimension of the lumber to be tested must be in the Usually all four cameras mechanically adjusted theirs Optics newly adjusted, the different lighting Intensities corrected and the alignment of the cameras be readjusted to each other. This requires one considerable time expenditure of up to one day and means hence an economic loss as well this changeover period was not useful for the plant can be used.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Kalibrie­ rung eines Bildverarbeitungssystems zu beschleunigen, zu vereinfachen und zu verbessern.The invention has for its object the calibration speeding up an image processing system, too simplify and improve.

Diese Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Als Kameras können Matrix- oder Zeilenkameras verwendet werden. Das Verfahren eignet sich besonders für die Prüfung von Schnittholz und Spanplatten. Das Verfahren ermöglicht eine schnelle, zumindest teilautoma­ tische Kalibration eines Bildverarbeitungssystems für die automatische Inspektion der Prüflinge. Durch Einsatz von Einstellhilfen kann eine beschleunigte und selbsttä­ tige Einstellung und Kalibrierung eines solchen Systems erfolgen. Es erfolgt eine rechnergestützte Auswertung der Bilder der Musterfelder und eine entsprechend schnel­ le und sichere Kalibrierung der Kameras.This object is characterized by the features of claim 1 solved. Matrix or line scan cameras can be used as cameras be used. The method is particularly suitable for testing sawn timber and chipboard. The The process enables fast, at least partially automatic table calibration of an image processing system for the automatic inspection of the test objects. Through commitment of setting aids can accelerate and automatically setting and calibration of such a system respectively. There is a computer-aided evaluation the pictures of the sample fields and a correspondingly fast one le and safe calibration of the cameras.

Gemäß Anspruch 2 können bei Schnittholz z. B. alle vier Seiten des Prüflings inspiziert werden. Vorzugsweise sind dann vier Kameras vorgesehen, von denen jede auf eine Seite des Prüflings gerichtet ist. Der Kalibrations­ körper kann z. B. in Betriebspausen durch die Prüfstation geschickt werden, wenn also gerade kein Prüfling die Kameras passiert. Dann steht mehr Rechnerzeit für die Kalibrierung zur Verfügung.According to claim 2 z. B. all four Sides of the test object. Preferably then four cameras are provided, each on one side of the test object is directed. The calibration body can e.g. B. during breaks in operation by the test station  can be sent if there is no candidate Cameras happened. Then there is more computing time for the Calibration available.

Die Kalibrierung gemäß Anspruch 3 kann kontinuierlich oder in kurzen Abständen erfolgen. Bei der intermittie­ renden Re-Kalibrierung kann man auch in diesem Fall mit Vorteil Betriebspausen ausnutzen, um dann mehr Rechner­ zeit zur Verfügung zu haben.The calibration according to claim 3 can be continuous or at short intervals. In the intermittent You can also use the re-calibration in this case Take advantage of breaks in order to use more computers to have time available.

Das Vorgehen gemäß Anspruch 4 kann in vielen Fällen einen gesonderten Kalibrationskörper und dessen perio­ dischen Durchlauf durch die Prüfzone erübrigen. Auch hier kann die Re-Kalibrierung ohne Unterbrechung des Prüfbetriebs durchgeführt werden.The procedure according to claim 4 can in many cases a separate calibration body and its perio no need to pass through the test zone. Also here the recalibration can be carried out without interrupting the Test operations are carried out.

Die Merkmale jedes der Ansprüche 5 bis 11 kennzeichnen vorteilhafte Schritte zur radiometrischen Kalibrierung.Characterize the features of each of claims 5 to 11 advantageous steps for radiometric calibration.

Die Merkmale jedes der Ansprüche 12 bis 18 lassen sich mit Vorteil zur geometrischen Kalibrierung einsetzen.The features of each of claims 12 to 18 can be use with advantage for geometric calibration.

Gemäß Anspruch 13 können als Hell/Dunkel-Struktur z. B. periodische Strichmuster, hochfrequente zufällige Punkt­ muster, pseudo-zufällige Binärmuster und ähnliche hoch­ frequente Muster mit vielen Hell/Dunkel-Kantenübergängen Verwendung finden.According to claim 13 z. B. periodic line pattern, high frequency random dot patterns, pseudo-random binary patterns and similar high Frequent patterns with many light / dark edge transitions Find use.

Der Zwischenstreifen gemäß Anspruch 14 ist vorzugsweise von definierter Helligkeit oder Farbe.The intermediate strip according to claim 14 is preferred of defined brightness or color.

Die Einstellung gemäß Anspruch 16 kann z. B. manuell oder motorisch über Linearverstelleinrichtungen erfolgen.The setting according to claim 16 can, for. B. manually or done by motor via linear adjustment devices.

Gemäß Anspruch 17 können bei mehreren Kameras alle optischen Achsen durch einen gemeinsamen Punkt auf der Längsachse des Prüflings verlaufen.According to claim 17 can all with multiple cameras  optical axes through a common point on the Longitudinal axis of the test piece run.

Gemäß Anspruch 18 kann die Periode in an sich bekannter Weise mit hoher Genauigkeit aus dem Fourierspektrum oder aus der Autokorrelationsfunktion des Helligkeitssignals berechnet werden. Beide Verfahren erlauben die Bestimmung der Periode mit einer Genauigkeit von typisch 1/100 Bildpunkt.According to claim 18, the period can be known per se Way with high accuracy from the Fourier spectrum or from the autocorrelation function of the brightness signal be calculated. Both methods allow the determination the period with an accuracy of typically 1/100 Pixel.

Die Merkmale des Anspruchs 19 oder 20 sind mit Vorteil bei der kolorimetrischen Kalibrierung einzusetzen. Die Bestimmung der Transformation des Farbraums kann z. B. in vorgegebenen Zeitabständen erfolgen.The features of claim 19 or 20 are advantageous used in colorimetric calibration. The Determining the transformation of the color space can, for. B. in given time intervals.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbei­ spielen anhand der Zeichnungen. Es zeigt:Further features and advantages of the invention result from the following description of execution play with the drawings. It shows:

Fig. 1 schematisch den Aufbau einer Prüfstation mit vier Beleuchtungsvorrichtungen, vier auf ein Schnittholz gerichteten Zeilenkameras sowie einem Bildrechner, Fig. 1 shows schematically the structure of a test station with four illumination devices, four directed to a timber line scan cameras as well as an image computer,

Fig. 2 einen Kalibrationskörper, der mit zur radiome­ trischen, geometrischen und kolorimetrischen Kalibrierung geeigneten Musterfeldern versehen ist, Fig. 2 shows a calibration body, the appropriate with the radiome trical, geometric and colorimetric calibration pattern fields is provided,

Fig. 3 einen Prüfling, auf dessen eine Fläche die Muster­ felder gemäß Fig. 2 durch einen Projektor projiziert werden, Fig. 3 shows a test piece, on one face of the patterns are fields of FIG. 2 is projected through a projector,

Fig. 4 bis 8 jeweils Auswertungen der aus Musterfeldern zur radiometrischen Kalibrierung gewonnenen Signale, FIGS. 4 to 8 each obtained from evaluations of the pattern fields for radiometric calibration signals,

Fig. 9 bis 15 jeweils Auswertungen der aus Musterfeldern zur geometrischen Kalibrierung gewonnenen Signale, FIGS. 9 to 15 are evaluations obtained from the pattern fields to the geometric calibration signals,

Fig. 16 eine Anbringungsart von Kameras bei der Schnitt­ holzprüfung und Fig. 16 is a type of attachment of cameras in the wood test and cut

Fig. 17 eine Anbringungsart von Kameras bei der Span­ plattenprüfung. Fig. 17 shows a type of attachment of cameras in the chipboard test.

Gemäß Fig. 1 wird in einer Prüfstation 1 ein Prüfling 2, in diesem Fall Schnittholz, in einer Vorschubrichtung 3 bewegt.Referring to FIG. 1 in an inspection station 1, a test piece 2, in this case timber, moved in a feed device 3.

Ein Bildverarbeitungssystem 4 soll in diesem Fall alle vier Seiten des Prüflings 2 auf bestimmte Fehler 5, wie Risse, Knoten, Äste, Randausbrüche, Harzgallen, Blau- und Rotfäule, untersuchen. Dazu sind auf jede Fläche des Prüflings 2 eine Beleuchtungsvorrichtung 6 und eine Zeilenkamera 7 gerichtet. Jede Kamera 7 erfaßt einen strichförmigen Ausschnitt 8 der Oberfläche des Prüflings 2 in einer zu der Vorschubrichtung 3 rechtwinkligen Ebene.In this case, an image processing system 4 is to examine all four sides of the test specimen 2 for specific defects 5 , such as cracks, knots, knots, edge breakouts, resin pockets, blue and red rot. For this purpose, an illumination device 6 and a line camera 7 are directed onto each surface of the test object 2 . Each camera 7 captures a line-shaped section 8 of the surface of the test specimen 2 in a plane perpendicular to the feed direction 3 .

Der Prüfling 2 bewegt sich mit verhältnismäßig hoher Geschwindigkeit von bis zu mehreren m/s, z. B. 1 bis 2 m/s. Um zu robusten und absoluten Meßwerten zu gelangen, ist es erforderlich, daß alle vier Kameras 7 richtig ausgerichtet sind (üblicherweise rechtwinklig zur Vor­ schubrichtung 3), daß ihre Abbildungsmaßstäbe und ihre Fokussierung identisch sind, daß ihre Empfindlichkeit im Grauwert- oder Farbbild identisch ist, und daß die Beleuchtungsstärke und -verteilung identisch sind.The test object 2 moves at a relatively high speed of up to several m / s, z. B. 1 to 2 m / s. In order to arrive at robust and absolute measured values, it is necessary that all four cameras 7 are correctly aligned (usually at right angles to the feed direction 3 ), that their imaging scales and their focusing are identical, that their sensitivity in the gray value or color image is identical, and that the illuminance and distribution are identical.

Diese Kalibrierungen sind besonders dann wichtig, wenn die Bilder 9 der Zeilenkameras 7 vor ihrer Auswertung zu einem der Abwicklung entsprechenden Panoramabild 10 zusammengesetzt werden, so daß ein Bildrechner 11 die gleichen Algorithmen auf die Bildpunkte aller vier Zeilenkameras 7 anwenden kann.These calibrations are particularly important if the images 9 of the line cameras 7 are combined before they are evaluated to form a panorama image 10 corresponding to the processing, so that an image computer 11 can apply the same algorithms to the image points of all four line cameras 7 .

Erfindungsgemäß können anstelle der Zeilenkameras 7 auch Matrixkameras eingesetzt werden. Je nach der Prüfaufgabe sind Schwarz/Weiß-Kameras oder Farbkameras einzusetzen.According to the invention, matrix cameras can also be used instead of the line cameras 7 . Depending on the test task, black / white cameras or color cameras are to be used.

Die Kalibrierung des Bildverarbeitungssystems 4 ist unterteilt in eine radiometrische, eine geometrische und eine kolorimetrische Kalibrierung.The calibration of the image processing system 4 is divided into a radiometric, a geometric and a colorimetric calibration.

Die radiometrische KalibrierungRadiometric calibration

Hierunter versteht man alle diejenigen Einstellungen, die erforderlich sind, um eine korrekte und stabile Umwandlung von Lichtsignalen in dazu proportionale elektrische Signale zu erreichen. Die radiometrische Kalibrierung betrifft in dem vorliegenden Beispiel im einzelnen folgende Schritte:
Die Bestimmung der Beleuchtungsintensität entlang der Bildpunktzeile zur Erfassung der absoluten Lichtver­ teilung und des Randabfalls,
die Bestimmung der Empfindlichkeit aller Bildpunkte entlang der Bildpunktzeile und die Einstellung von Nullpunkt und Verstärkung des analogen Videoverstärkers und des Analog/Digital- Wandlers jeder Kamera.
This means all those settings that are required to achieve a correct and stable conversion of light signals into proportional electrical signals. The radiometric calibration in the present example relates to the following steps:
The determination of the lighting intensity along the pixel line to record the absolute light distribution and the edge drop,
determining the sensitivity of all pixels along the pixel line and setting the zero point and gain of the analog video amplifier and the analog / digital converter of each camera.

Diese Kalibrierung wird dadurch durchgeführt, daß gemäß Fig. 4 ein Zeilenprofil 12 von einer Vorlage mit bekann­ tem Grauwert aufgenommen und hieraus für jeden Bildpunkt die z. B. lineare TransformationsvorschriftThis calibration is carried out in that, according to FIG. 4, a line profile 12 is taken from a template with a known gray value and from this the z. B. linear transformation rule

x(i)soll = a (i) + b (i)·x(i)ist [1]x (i) is intended = a (i) + b (i) * x (i) is [1]

ermittelt wird. Hierbei stellt x(i) das elektrische Ausgangssignal des Bildpunktes mit dem Index i dar. xist ist der nicht korrigierte Wert, xsoll der korrigierte Wert. Der Koeffizient a(i) gibt die erforderliche Null­ punktverschiebung, der Koeffizient b(i) die erforderliche (positive oder negative) Verstärkung des elektrischen Signals des Bildpunktes i an, die erforderlich ist, um aus dem Ist-Wert den gewünschten Soll-Wert zu erhalten. Um die beiden unbekannten Koeffizienten a und b zu bestimmen, muß der Bildpunkt nacheinander zwei Musterfel­ der 13 und 14 (Fig. 2 und 8) mit bekannter, unterschied­ licher Helligkeit beobachten. Die Musterfelder 13, 14 werden zweckmäßigerweise so gewählt, daß sie im mittle­ ren, von der Zeilenkamera 7 erfaßten Helligkeitsbereich liegen. Dabei ist das Musterfeld 13 etwas heller als das Musterfeld 14.is determined. Here, x (i) the electrical output signal of the pixel with the index i. X is the non-corrected value, the corrected value x to. The coefficient a (i) indicates the required zero point shift, the coefficient b (i) the required (positive or negative) amplification of the electrical signal of the pixel i, which is required in order to get the desired value from the actual value receive. In order to determine the two unknown coefficients a and b, the pixel must successively observe two sample fields of 13 and 14 ( FIGS. 2 and 8) with known, different brightness. The pattern fields 13 , 14 are expediently chosen so that they are in the central area, detected by the line camera 7 brightness range. The pattern field 13 is somewhat lighter than the pattern field 14 .

In Fig. 5 ist am Beispiel einer der Zeilenkameras 7 ein in diesem Fall als Bildpunktzeile ausgebildeter Bildsen­ sor 15 mit einzelnen Bildpunkten 16 dargestellt. Die elektrischen Ausgangssignale jedes Bildpunkts 16 werden über ein Schaltglied 17 seriell abgefragt, durch einen analogen Videoverstärker 18 nachverstärkt und danach in einen Analog/Digital-Wandler 19 eingegeben.In FIG. 5, an example of one of the line cameras 7 shows an image sensor 15, which is designed as a pixel line in this case, with individual pixels 16 . The electrical output signals of each pixel 16 are queried in series via a switching element 17 , amplified by an analog video amplifier 18 and then input into an analog / digital converter 19 .

Durch die Tatsache, daß jeder Bildpunkt 16 nacheinander die beiden Musterfelder 13, 14 betrachtet, ist sicherge­ stellt, daß alle Bildpunkte 16 trotz dort noch fehlender Nullpunkt- und Verstärkungseinstellung der analogen Videoverstärker 18 und der Analog/Digital-Wandler 19 einen Wert abgeben, der noch im Aussteuerungsbereich der analogen Videoverstärker 18 und der Analog/Digital- Wandler 19 liegt.Due to the fact that each pixel 16 consecutively looks at the two pattern fields 13 , 14 , it is ensured that all pixels 16, despite the lack of a zero point and gain setting of the analog video amplifier 18 and the analog / digital converter 19, give a value which is still in the modulation range of the analog video amplifier 18 and the analog / digital converter 19 .

Durch Auflösen des linearen GleichungssystemsBy solving the linear system of equations

x1(i)soll = a(i) + b(i)·x1(i)ist
x2(i)soll = a(i) + b(i)·x2(i)ist [2]
to x1 (i) = a (i) + b (i) * x1 (i) is
x2 (i) is intended = a (i) + b (i) * x2 (i) [2]

wird für jeden Bildpunkt i (bzw. 16) das Koeffizienten­ paar a(i) und b(i) und damit die für jeden Bildpunkt individuelle Transformationsvorschrift bestimmt, die erforderlich ist, um die individuelle Nullpunktverschie­ bung (d. h., den individuellen Dunkelstrom) und die individuelle Empfindlichkeit (d. h., den Umwandlungsfaktor von Strahlungsleistung in elektrische Spannung) des Bildpunktes auf den Sollwert zu korrigieren.for each pixel i (or 16 ) the coefficient pair a (i) and b (i) and thus the individual transformation rule for each pixel is determined, which is necessary to adjust the individual zero point shift (ie, the individual dark current) and the correct individual sensitivity (ie, the conversion factor of radiation power into electrical voltage) of the pixel to the setpoint.

Die Transformationsvorschrift nach Gleichung [1] kann vorteilhafterweise durch ein Tabellenrechenwerk nach Fig. 5 durchgeführt werden. Die Tabelle 20 wird mit dem Adressierzeiger 21 vom Index i und mit dem Adressierzei­ ger 22 vom Grauwert x(i)ist des Bildpunktes i (bzw. 16) adressiert. Unter jeder dieser Adressen wird in der Kalibrationsphase der korrigierte Ausgangswert x(i)soll abgespeichert, der sich ergibt, wenn ein Bildpunkt i einen Helligkeitswert Xist erzeugt. Diese Berechnung erfolgt durch den Bildrechner 11 (Fig. 1), der die beiden Helligkeitswerte x1(i)soll und x2(i)soll für jeden Bildpunkt abspeichert, hieraus die Koeffizienten a(i) und b(i) nach dem Gleichungssystem [2] berechnet und die Tabelle 20 nach der Vorschrift der Gleichung [1] füllt. Der Vorteil dieses Tabellenrechenwerks ist, daß keine weitere arithmetischen Prozessoren, wie Multipli­ zierer und Akkumulatoren, erforderlich sind und die Transformationsvorschrift in Echtzeit im Bildpunkt-Takt durchgeführt werden kann.The transformation rule according to equation [1] can advantageously be carried out using a table calculator according to FIG. 5. The table 20 is with the Adressierzeiger 21 by the index i and the Adressierzei ger 22 of the gray value x (i) of the pixel i (or 16) is addressed. In the calibration phase, the corrected output value x (i) setpoint, which results when a pixel i is a brightness value X is generated, is stored under each of these addresses. This calculation is performed by the image computer 11 (FIG. 1), the two brightness values x1 (i) is intended, and x2 (i) is intended for each pixel stores, therefrom the coefficients a (i) and b (i) according to the system of equations [2 ] is calculated and Table 20 is filled according to the specification of equation [1]. The advantage of this table arithmetic is that no further arithmetic processors, such as multipliers and accumulators, are required and the transformation rule can be carried out in real time in the pixel cycle.

Die Kalibrierungsmarkierungen für diesen Schritt der radiometrischen Kalibrierung bestehen, wie erwähnt, aus den beiden Musterfeldern 13, 14 mit jeweils einem gleich­ mäßigen und bekannten, aber voneinander unterschiedlichen Helligkeitswert. Diese beiden Helligkeitswerte sollen im sicheren Aussteuerungsbereich der Zeilenkameras 7 liegen.As mentioned, the calibration markings for this step of radiometric calibration consist of the two sample fields 13 , 14 , each with a uniform and known, but different brightness value. These two brightness values should lie in the safe modulation range of the line cameras 7 .

Die Korrektur der unterschiedlichen Empfindlichkeit und des unterschiedlichen Nullpunkts der Bildpunkte 16 des Bildsensors 15 (Fig. 5) umfaßt gleichzeitig die Korrektur des durch die optischen Gesetzmäßigkeiten bewirkten Randabfalls der Helligkeit (der sog. Vignettierung), da dieser Randabfall sich wie eine geringere Empfindlichkeit der am Rand des Bildfeldes angeordneten Bildpunkte 16 auswirkt.The correction of the different sensitivity and the different zero point of the pixels 16 of the image sensor 15 ( FIG. 5) simultaneously includes the correction of the edge drop in brightness caused by the optical laws (the so-called vignetting), since this edge drop is like a lower sensitivity of the Pixel 16 arranged at the edge of the image field affects.

Der nächste Schritt der radiometrischen Kalibrierung, nämlich die Nullpunkt- und die Verstärkungseinstellung des Videoverstärkers 18 und des Analog/Digital-Wandlers 19 jeder Zeilenkamera 7, wird dadurch durchgeführt, daß alle Bildpunkte i (bzw. 16) nacheinander jeweils gleich­ zeitig auf ein sehr dunkles Musterfeld 23 (Fig. 2, 6 und 8) mit konstantem Helligkeitswert und dann auf ein sehr helles Musterfeld 24 (Fig. 2, 7 und 8) mit ebenfalls konstantem Helligkeitswert gerichtet werden.The next step of the radiometric calibration, namely the zero point and the gain setting of the video amplifier 18 and the analog / digital converter 19 of each line camera 7 , is carried out in that all pixels i (or 16 ) successively in each case simultaneously on a very dark Pattern field 23 ( FIGS. 2, 6 and 8) with a constant brightness value and then to a very bright pattern field 24 ( FIGS. 2, 7 and 8) with a likewise constant brightness value.

Gemäß Fig. 6 wird bei Betrachtung des sehr dunklen Musterfeldes 23 der Nullpunkt so eingestellt, daß nach dem Analog/Digital-Wandler 19 alle Bildpunkte i einen kleinen, am unteren Aussteuerungsbereich liegenden numerischen Wert erzeugen, der in Fig 6 durch den Kurvenzug 25 dargestellt ist. Bei der Betrachtung des sehr hellen Musterfeldes 24 wird die Verstärkung so eingestellt, daß alle Bildpunkte i einen größeren, am oberen Aussteuerungsbereich liegenden numerischen Wert erzeugen, der im Zusammenhang in Fig. 7 durch den Kurven­ zug 26 dargestellt ist.Referring to FIG. 6 of the very dark pattern field 23 is set, the zero point so when considering that after the analog to digital converter producing / 19, all pixels i a small, lying at the lower dynamic range numerical value is shown in Figure 6 by the curve 25 . When looking at the very bright pattern field 24 , the gain is set so that all pixels i produce a larger numerical value, which is at the upper modulation range, which is shown in connection with FIG. 7 by curve 26 .

Da alle drei Einstellungen (Bildpunktempfindlichkeit, Nullpunkt und Verstärkung) sich gegenseitig beeinflussen, wird nach einer Ausführungsform der Erfindung dieses dreistufige Verfahren so lange iteriiert, bis eine gewünschte Aussteuerung aller Bildpunkte i (bzw. 16) erreicht ist, d. h. bis der numerische Ausgangswert aller Bildpunkte bei der Betrachtung einer homogenen Fläche, z B. des Musterfelds 13 oder 14, einen Wert annimmt, der ausreichend nahe an dem gewünschten Wert xsoll liegt.Since all three settings (pixel sensitivity, zero point and amplification) influence one another, this three-stage method is iterated according to one embodiment of the invention until a desired modulation of all pixels i (or 16 ) is reached, ie until the numerical output value of all pixels when considering a homogeneous surface, e.g. the pattern field 13 or 14 , assumes a value that is sufficiently close to the desired value x target .

Fig. 8 zeigt einen beispielhaften Ablauf einer solchen Iteration. Dabei kommt den einzelnen Kästen folgende Bedeutung zu: 27 = Start der radiometrischen Kalibration; 28 = Bildpunktempfindlichkeit; 29 = Nullpunkt; 30 = Verstärkung; und 31 = Helligkeitsprofil ausreichend homogen und im richtigen Wertebereich? Fig. 8 shows an exemplary sequence of such iteration. The individual boxes have the following meaning: 27 = start of the radiometric calibration; 28 = pixel sensitivity; 29 = zero point; 30 = reinforcement; and 31 = brightness profile sufficiently homogeneous and in the correct value range?

In allen Zeichnungsfiguren sind gleiche Elemente mit gleichen Bezugszahlen versehen.The same elements are used in all drawing figures provided the same reference numbers.

Fig. 2 zeigt einen Kalibrationskörper 32, der zweckmäßi­ gerweise die gleiche Querschnittsform wie der Prüfling 2 aufweist und anstelle des Prüflings durch die Prüfstation 1 (Fig. 1) bewegt wird, wenn das Bildverarbeitungssystem 4 kalibriert werden soll. Auf jede der vier Seiten des Kalibrationskörpers 32 sind in Gestalt umlaufender Streifen die Musterfelder 13, 14, 23, 24 aufgebracht. Fig. 2 shows a calibration body 32 , which expediently has the same cross-sectional shape as the test specimen 2 and is moved instead of the test specimen by the test station 1 ( Fig. 1) when the image processing system 4 is to be calibrated. The pattern fields 13 , 14 , 23 , 24 are applied to each of the four sides of the calibration body 32 in the form of circumferential strips.

Anstelle des Kalibrationskörpers 32 kann auch gemäß Fig. 3 vorgegangen werden. Dort wird innerhalb der Prüfstation 1 auf wenigstens eine Fläche des Prüflings 2 mittels eines Projektors 33 die gleiche Anordnung von Musterfel­ dern, z. B. 13, projiziert. Die Zeilenkamera 7 nimmt anstelle einer Fläche des Kalibrationskörpers 32 (Fig. 2) in Fig. 3 das so projizierte Bild von dem Prüfling 2 selbst auf. Die Auswertung der von den Musterfeldern gewonnenen elektrischen Signale erfolgt dann in der gleichen Weise wie mit dem Kalibrationskörper 32.Instead of the calibration body 32, it is also possible to proceed according to FIG. 3. There is the same arrangement of sample fields, for example, in the test station 1 on at least one surface of the test object 2 by means of a projector 33 . B. 13 projected. Instead of a surface of the calibration body 32 ( FIG. 2) in FIG. 3, the line camera 7 records the image of the test object 2 itself that is projected in this way. The electrical signals obtained from the sample fields are then evaluated in the same way as with the calibration body 32 .

Die geometrische KalibrierungThe geometric calibration

Dazu gehören folgende Kalibrationsschritte:This includes the following calibration steps:

  • a) Die Bestimmung der Abbildungsschärfe (Fokuskalibrie­ rung).
    Hierzu wird nach Fig. 9 ein periodisches Strichmuster 34 in das Sichtfeld der Zeilenkameras 7 gebracht und ein Kontrastmaß aus dem Helligkeitsprofil bestimmt. Dieses Kontrastmaß K kann z B. aus der Summe der Betragsdifferenzen benachbarter Bildpunkthelligkeiten bestehen: K = Σ|x(i)-x(i+1)| [3].Das in Fig. 10 gezeigte Kontrastmaß K ist maximal, wenn das Objektiv der zugehörigen Zeilenkamera 7 scharf eingestellt ist. Die Fokuseinstellung der Objektive wird dann so lange automatisch oder manuell fortgesetzt, bis ein gewünschtes Kontrast-Soll-Maß erreicht ist. Andere von Gleichung [3] abweichende Kontrastmaße sind dem Fachmann der Bildverarbeitung bekannt und brauchen daher hier nicht weiter erwähnt zu werden.
    Die Markierung zur Fokus-Kalibrierung besteht in jedem Fall aus einem hochfrequent hell/dunklen Muster­ feld. Das Musterfeld 34 mit dem periodischen Strich­ muster ist hierfür eine ausreichende, aber nicht die einzig mögliche Ausführung. Andere Ausführungen können z. B. hochfrequente zufällige Punktmuster, pseudo-zufällige Binärmuster und ähnliche hochfrequen­ te Muster mit vielen Hell/Dunkel-Kantenübergängen sein.
    a) The determination of the image sharpness (focus calibration).
    For this purpose, a periodic line pattern is shown in FIG. 9 is brought into the field of view of the line cameras 7 34 and determines a contrast measure from the brightness profile. This contrast measure K can consist, for example, of the sum of the differences in magnitude of neighboring pixel brightnesses: K = Σ | x (i) -x (i + 1) | The contrast measure K shown in FIG. 10 is maximum when the lens of the associated line scan camera 7 is in focus. The focus adjustment of the lenses is then continued automatically or manually until a desired contrast target dimension is reached. Other contrast measures deviating from equation [3] are known to the person skilled in the art of image processing and therefore need not be mentioned further here.
    The marking for focus calibration always consists of a high-frequency light / dark pattern field. The pattern field 34 with the periodic dash pattern is sufficient for this, but not the only possible design. Other designs can e.g. B. high-frequency random dot patterns, pseudo-random binary patterns and similar hochfrequen te patterns with many light / dark edge transitions.
  • b) Die Ausrichtung der Zeilenkameras
    Eine weitere geometrische Einstellung besteht in der Ausrichtung aller vier Zeilenkameras 7 derart, daß sie rechtwinklig zum Prüfling 2 ausgerichtet sind und zueinander entweder in der gleichen Beobachtungsebene oder um definierte Abstände in der Vorschubrichtung 3 versetzt liegen. Hierzu wird nach Fig. 11 z. B. ein Musterfeld 35 (s. auch Fig. 2) verwendet, das zwei zur Abtastrichtung parallele, im Abstand voneinander angeordnete, verhältnismäßig dunkle Streifen 36 und 37 und einen dazwischen angeordneten, helleren Zwi­ schenstreifen 38 aufweist. Die Streifen 36 bis 38 müssen jeweils mindestens die Breite der Abbildung 39 des Bildsensors 15 auf dem Kalibrationskörper 32 (Fig. 2) oder dem Prüfling 2 (Fig. 3) aufweisen.
    Ist die betreffende Zeilenkamera 7 nicht korrekt ausgerichtet, schneidet die Abbildung 39 einen der beide Streifen 36, 37. Dann ergibt sich das in Fig. 11 unten eingezeichnete Profil der Ausgangsspan­ nung. In diesem Fall erfolgt die Ausrichtung der Zeilenkamera 7 durch manuelle oder motorische Verschiebung, Drehung und Kippung so lange, bis das Zeilenprofil gemäß Fig. 12 homogen ist und nur den Zwischenstreifen 38 erfaßt. Der Zwischenstreifen 38 ist zweckmäßigerweise von definierter Helligkeit bzw. definierter Farbe.
    b) The alignment of the line scan cameras
    A further geometrical setting consists in the alignment of all four line cameras 7 in such a way that they are aligned at right angles to the test specimen 2 and are offset from one another either in the same observation plane or by defined distances in the feed direction 3 . For this purpose, according to FIG . B. uses a pattern field 35 (see also FIG. 2), which has two parallel to the scanning direction, spaced from each other, relatively dark strips 36 and 37 and an intermediate, lighter inter mediate strips 38 . The strips 36 to 38 must each have at least the width of the image 39 of the image sensor 15 on the calibration body 32 ( FIG. 2) or the test object 2 ( FIG. 3).
    If the line camera 7 in question is not correctly aligned, the illustration 39 cuts one of the two strips 36, 37 . Then there is the profile of the output voltage shown in FIG. 11 below. In this case, the line camera 7 is aligned by manual or motorized displacement, rotation and tilting until the line profile according to FIG. 12 is homogeneous and only detects the intermediate strip 38 . The intermediate strip 38 is expediently of a defined brightness or a defined color.
  • c) Der Abbildungsmaßstab
    Eine weitere geometrische Kalibrierung besteht in der Bestimmung des Abbildungsmaßstabes, d. h. der Anzahl von Bildpunkten je mm, für jede Zeilenkamera 7. Hierzu wird die bekannte Periode des unter a) erwähnten, für die Fokuskalibrierung bereits eingesetzten Musterfeldes 34 mit dem periodischen Strichmuster ausgemessen und die Periode der Hell/Dunkel-Struktur im digitalisierten helligkeitssignal bestimmt. Es ist bekannt, diese Periode mit hoher Genauigkeit aus dem Fourierspektrum (Fig. 14) oder aber aus der Autokorre­ lationsfunktion des Helligkeitssignals (Fig. 15) zu berechnen. Im Fall der Fig. 14 ist die Ortsfrequenz, die aus dem Strichmuster 34 entsteht, proportional zu seiner Schrittweite, nämlich 1/d0. Beide Verfahren sind dem Fachmann der Bildverarbeitung an sich bekannt und erlauben die Bestimmung der Periode mit einer Genauigkeit von typisch 1/100 Bildpunkt.
    c) The image scale
    A further geometric calibration consists in determining the imaging scale, ie the number of pixels per mm, for each line camera 7 . For this purpose, the known period of the pattern field 34 mentioned under a), already used for focus calibration, is measured with the periodic line pattern and the period of the light / dark structure in the digitized brightness signal is determined. It is known to calculate this period with high accuracy from the Fourier spectrum ( FIG. 14) or from the autocorrelation function of the brightness signal ( FIG. 15). In the case of FIG. 14, the spatial frequency which arises from the line pattern 34 is proportional to its step size, namely 1 / d 0 . Both methods are known per se to the person skilled in the art of image processing and allow the determination of the period with an accuracy of typically 1/100 pixel.
Die kolorimetrische KalibrierungThe colorimetric calibration

Bei der Verwendung von Farbkameras 7 muß sichergestellt werden, daß unabhängig von der Drift der Kameraelektronik und der Alterung der Beleuchtung ein möglichst absolut treues Farbsignal gewonnen werden kann. Eine Veränderung der analogen Kameraelektronik oder in der Farbtemperatur der Beleuchtung bedeutet ein Wegwandern aller Farbvekto­ ren. Dies entspricht einer affinen Transformation der ursprünglichen Farbvektoren, d. h., die Farbvektoren verändern ihre Lage durch Rotation und Skalierung. Ein solches Wegwandern kann korrigiert werden, wenn diese affine Transformation bekannt ist.When using color cameras 7, it must be ensured that a color signal that is as faithful as possible can be obtained regardless of the drift of the camera electronics and the aging of the lighting. A change in the analog camera electronics or in the color temperature of the lighting means that all color vectors migrate away. This corresponds to an affine transformation of the original color vectors, ie the color vectors change their position through rotation and scaling. Such wandering can be corrected if this affine transformation is known.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird jede Farbkamera 7 dadurch kalibriert, daß in einer ersten Phase die Farbvektoren von mindestens vier Farbreferenzen Fsoll(n) gemessen werden. Fsoll(n) bezeichnet den Farb­ vektor, bestehend aus den Farbkomponenten [Rotsoll, Grünsoll, Blausoll] der Farbreferenz mit dem Index n. Üblich ist z. B. die Verwendung von n=4 Farbreferenzen, z. B. Grün, Gelb, Rot und Blau. Dafür geeignete ultra­ stabile Farbreferenzen werden z. B. von der Minolta Camera Co., Ltd, 30 2-Chome, Azuchi-Machi, Higashi-Ku, Osaka 514, Japan, und der Firma Labsphere Inc., P.O. Box 70, North Futton, N.H. 03260, USA, angeboten.According to one embodiment of the invention, each color camera 7 is calibrated in that the color vectors of at least four color references F should be measured in a first phase. F soll (s) is the color vector, consisting of the color components [Red to Green to Blue to] the color reference with the index n. It is usual z. B. the use of n = 4 color references, e.g. B. Green, yellow, red and blue. Suitable ultra stable color references are z. B. from Minolta Camera Co., Ltd, 30 2-Chome, Azuchi-Machi, Higashi-Ku, Osaka 514, Japan, and Labsphere Inc., PO Box 70, North Futton, NH 03260, USA.

Zur Re-Kalibrierung der Farbkamera 7 werden in bestimmten Abständen diese Farbreferenzen wieder nachgemessen. Infolge der erwähnten Driften mißt der Bildrechner 11 nunmehr die Ist-Farbreferenzvektoren Fist (n), die mit den Soll-Farbvektoren über eine affine Transformation verknüpft sind. Diese Transformation kann in Form einer Multiplikation der Soll-Farbvektoren durch eine Transfor­ mationsmatrix T ausgedrückt werden:To recalibrate the color camera 7 , these color references are measured again at certain intervals. As a result of the drifts mentioned, the image computer 11 now measures the actual color reference vectors F ist (n), which are linked to the target color vectors via an affine transformation. This transformation can be expressed in the form of a multiplication of the target color vectors by a transformation matrix T:

Fist(n) = Fsoll(n)·T [4].F is (n) = F should (n) · T [4].

T ist eine 3 mal 4-Matrix mit 12 unbekannten Koeffizien­ ten. Durch das Ausmessen von n = 4 Farbreferenzen mit jeweils 3 Farbvektorkomponenten ergeben sich durch Umstellung von Gleichung [4] und Auflösen nach T 12 lineare Gleichungen, deren Lösungen die 12 unbekannten Koeffizienten der Matrix T sind. Damit sind T und T-1 bekannt. Werden alle beobachteten Farbvektoren Fist(i) der Oberfläche des Prüflings 2 mit T-1 multipliziert, erhält man die korrigierten Farbvektoren Fsoll(i), die derjenigen Farbe entsprechen, die sich bei einer Farbka­ mera 7 ohne Drift und bei einer Beleuchtung ohne Verän­ derung der Beleuchtungsintensität und -temperatur ergeben würden:T is a 3 by 4 matrix with 12 unknown coefficients. By measuring n = 4 color references, each with 3 color vector components, changing equation [4] and solving according to T results in 12 linear equations, the solutions of which are the 12 unknown coefficients of Are matrix T. T and T -1 are thus known. If all observed color vectors F ist (i) of the surface of the test specimen 2 are multiplied by T -1 , one obtains the corrected color vectors F soll (i), which correspond to the color that changes with a color camera 7 without drift and with illumination without Changes in lighting intensity and temperature would result in:

Fsoll(i) = Fist(i)·T-1 [5].F should (i) = F is (i) · T -1 [5].

Dies entspricht der Re-Kalibrierung des gesamten Farb­ systems.This corresponds to the re-calibration of the entire color systems.

Zu diesem Zweck sind in den Fig. 2 und 3 jeweils Muster­ felder 40 mit jeweils einer blauen 41, grünen 42, gelben 43 und roten Farbreferenz 44 eingezeichnet.For this purpose, pattern fields 40 , each with a blue 41 , green 42 , yellow 43 and red color reference 44, are shown in FIGS. 2 and 3.

Diese Re-Kalibrierung wird in periodischen Abständen durch Ausmessen von mindestens vier Farbreferenzen und durch Berechnung der inversen Transformationsmatrix durchgeführt. Die mathematischen Grundlagen der Matrizen- und geometrischen Transformations-Mathematik sind dem Fachmann bekannt und brauchen hier nicht weiter verdeut­ licht zu werden.This recalibration is done periodically by measuring at least four color references and by calculating the inverse transformation matrix carried out. The mathematical basics of matrix and geometric transformation math are that Known expert and need not clarify further here to become light.

Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung werden alle gemessenen Bildpunkte vor der eigentlichen Bildauswertung mit Hilfe eines Farbraumtransformations-Rechenwerks nach Gleichung [5] transformiert. Solche Rechenwerke existieren in Form spezieller Matrix-Multiplizier-Bausteine für die Echtzeit-Farbraum-Transformation und werden z. B. von der Brooktree Corporation, 9950 Barnes Canyon Rd., San Diego, CA 92121-2790, USA, und der Firma TRW LSI Products Inc., P.O. Box 2472, La Jolla, CA 92038, USA, herge­ stellt.According to one embodiment of the invention, all measured pixels before the actual image evaluation with the help of a color space transformation calculator Equation [5] transformed. Such arithmetic units exist in the form of special matrix multiplier modules for the Real-time color space transformation and z. B. from the Brooktree Corporation, 9950 Barnes Canyon Rd., San Diego, CA 92121-2790, USA, and TRW LSI Products  Inc., P.O. Box 2472, La Jolla, CA 92038, USA poses.

Zur Kalibrierung kann der Kalibrationskörper 32 (Fig. 2) oder der das wenigstens eine Projektionsbild mit den Musterfeldern tragende Prüfling 2 gemäß Fig. 3 zonenwei­ se automatisch oder manuell sowie kontinuierlich oder schrittweise durch das Bildfeld der Zeilenkameras 47 bewegt werden. Dabei werden im Bildrechner 11 die einzel­ nen Kalibrationsberechnungen durchgeführt. Beim konti­ nuierlichen Durchlauf können die Zonen zwischen den einzelnen Musterfeldern so ausgelegt sein, daß sie als optische Triggersignale dienen.For calibration, the calibration body 32 ( FIG. 2) or the test specimen 2 carrying the at least one projection image with the pattern fields according to FIG. 3 can be moved zonenwei se automatically or manually as well as continuously or stepwise through the image field of the line scan cameras 47 . The individual calibration calculations are carried out in the image computer 11 . In the continuous pass, the zones between the individual pattern fields can be designed so that they serve as optical trigger signals.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung können einige der vorerwähnten Musterfelder, z. B. die Farbreferenzen 41 bis 44, permanent am Rande des Bildfeldes der Kamera 7 eingeblendet werden. Auf diese Weise kann in kurzen Abständen oder kontinuierlich und in jedem Fall ohne Unterbrechung des laufenden Prüfbetriebs die Re-Kalibrie­ rung durchgeführt werden. Bei der intermittierenden Re- Kalibrierung kann man mit Vorteil die Re-Kalibrierung in Betriebspausen durchführen, wenn also gerade kein Prüf­ ling die Kameras 7 passiert. In diesen Betriebspausen steht grundsätzlich mehr Rechnerzeit zur Verfügung. Zwar beschränkt sich in diesem Fall die Kalibrierung auf die betroffenen Bildpunkte am Rande des Bildfeldes, jedoch kann durch diese Art der Re-Kalibrierung die vorerwähnte Grundkalibrierung in vorteilhafter Weise ergänzt werden.According to one embodiment of the invention, some of the aforementioned pattern fields, e.g. B. the color references 41 to 44 , permanently displayed at the edge of the image field of the camera 7 . In this way, the recalibration can be carried out at short intervals or continuously and in any case without interrupting the ongoing test operation. With the intermittent re-calibration, the re-calibration can advantageously be carried out during breaks in operation, ie when no test object is passing the cameras 7 . Basically, more computer time is available during these breaks. In this case, the calibration is limited to the pixels concerned at the edge of the image field, but the above-mentioned basic calibration can advantageously be supplemented by this type of re-calibration.

Fig. 16 zeigt die Anordnung der Zeilenkameras 7 an einem rahmenartigen, stabilen Träger 45. Jede Zeilenkamera 7 ist relativ zu dem Träger 45 dreidimensional einstellbar, wobei eine Dimension 46 parallel zu der Vorschubrichtung 3, eine weitere Dimension 47 waagerecht und die dritte Dimension 48 senkrecht verläuft. Optische Achsen 49 der Zeilenkameras 7 sind rechtwinklig zu der Vorschubrich­ tung 3 angeordnet und schneiden in einem Punkt 50 die Längsachse 51 des Prüflings 2. Fig. 16 shows the arrangement of the line cameras 7 to a frame-like, stable carrier 45. Each line camera 7 can be adjusted three-dimensionally relative to the carrier 45 , one dimension 46 parallel to the feed direction 3 , another dimension 47 horizontally and the third dimension 48 vertically. Optical axes 49 of the line scan cameras 7 are arranged at right angles to the feed direction 3 and intersect the longitudinal axis 51 of the test specimen 2 at a point 50 .

Die vorerwähnte dreidimensionale Einstellung jeder Zeilenkamera 7 kann z. B. über eine an sich bekannte Mehrfachschlittenführung entweder manuell oder - durch den Bildrechner 11 gesteuert - motorisch erfolgen.The aforementioned three-dimensional setting of each line camera 7 can, for. B. via a known multiple slide guide either manually or - controlled by the image computer 11 - motorized.

Die Prüfstation 1 gemäß Fig. 17 ist für die Prüfung von als Spanplatten ausgebildeten Prüflingen 2 bestimmt. In diesem Fall werden nur eine obere Fläche 52 und eine untere Fläche 53 des Prüflings 2 durch je zwei Zeilen­ kameras 7,7 inspiziert. Die strichförmigen Ausschnitte 8 jedes dieser Zeilenkamerapaare 7,7 erstrecken sich quer zur Vorschubrichtung 3 des Prüflings 2, stoßen aneinander an und fluchten miteinander.The test station 1 according to FIG. 17 is intended for testing test specimens 2 designed as particle boards. In this case, only an upper surface 52 and a lower surface 53 of the test specimen 2 are inspected by two line cameras 7 , 7 . The line-shaped cutouts 8 of each of these line camera pairs 7, 7 extend transversely to the feed direction 3 of the test specimen 2 , abut one another and are in alignment with one another.

Je nach der Breite der Spanplatten kann die Inspektion der oberen Fläche 52 und der unteren Fläche 53 mit jeweils nur einer Zeilenkamera 7 oder mehr als zwei Zeilenkameras 7 erfolgen. Bei Bedarf können auch Seiten­ flächen 54 und 55 des Prüflings 2 durch jeweils eine Zeilenkamera 7 entsprechend Fig. 16 inspiziert werden. Auch diese Zeilenkameras würden dann an dem rahmenarti­ gen, starren Träger 45 in der gleichen Weise montiert und verstellbar sein wie die in Fig. 17 eingezeichneten Zeilenkameras 7.Depending on the width of the chipboard, the inspection of the upper surface 52 and the lower surface 53 can be carried out with only one line camera 7 or more than two line cameras 7 . If necessary, side surfaces 54 and 55 of the test specimen 2 can also be inspected by a line camera 7 in accordance with FIG. 16. These line cameras would then also be mounted and adjustable on the frame-like, rigid support 45 in the same way as the line cameras 7 shown in FIG. 17.

Die gemäß Fig. 17 zu prüfenden Spanplatten können roh oder mit Laminaten oder Folie beschichtet sein. Auch im Fall der Fig. 17 findet die Kalibration des Bildverar­ beitungssystems 4 in der gleichen Weise statt, wie zuvor im Zusammenhang mit der Prüfung von Schnittholz beschrie­ ben.The chipboard to be tested according to FIG. 17 can be raw or coated with laminates or foil. Also in the case of FIG. 17, the calibration of the image processing system 4 takes place in the same manner as described above in connection with the testing of sawn timber.

Claims (20)

1. Verfahren zur Kalibrierung eines Bildverarbeitungs­ systems (4) für die optische Prüfung von ganz oder teilweise aus Holz bestehenden Prüflingen (2), mit folgenden Schritten:
  • a) Von dem Bildverarbeitungssystem (4) wird mit wenigstens einer Kamera (7) ein Bild des Prüflings (2) aufgenommen und durch einen Bildsensor (15) der Kamera (7) in zu den Lichtsignalen proportiona­ le elektrische Bildsignale umgewandelt,
  • b) die Bildsignale werden von einem Bildrechner (11) ausgewertet,
  • c) der Bildrechner (11) steuert Funktionen zur Verwer­ tung der Prüflinge (2), und
  • d) jeder Bildsensor (15) wird nach Bedarf kalibriert,
    gekennzeichnet durch folgende Schritte:
  • A) Zur radiometrischen und/oder geometrischen und/oder kolorimetrischen Kalibrierung jedes Bildsensors (15) werden im Blickfeld des Bildsensors (15) Musterfelder (13, 14, 23, 24, 34, 35, 40) von Hellig­ keits- und/oder Linien- und/oder Struktur- und/oder Farbmustern angeordnet,
  • B) die im Schritt A) erhaltenen Bildsignale der Musterfelder werden zur Gewinnung von Kalibrations­ daten durch den Bildrechner (11) ausgewertet, und
  • C) die im Schritt B) gewonnenen Kalibrationsdaten werden zur Kalibrierung des jeweiligen Bildsensors (15) verwendet.
1. A method for calibrating an image processing system ( 4 ) for the optical inspection of test objects made entirely or partially of wood ( 2 ), with the following steps:
  • a) an image of the test object ( 2 ) is recorded by the image processing system ( 4 ) with at least one camera ( 7 ) and converted into electrical image signals proportional to the light signals by an image sensor ( 15 ) of the camera ( 7 ),
  • b) the image signals are evaluated by an image computer ( 11 ),
  • c) the image computer ( 11 ) controls functions for utilizing the test objects ( 2 ), and
  • d) each image sensor ( 15 ) is calibrated as required,
    characterized by the following steps:
  • A) For the radiometric and / or geometric and / or colorimetric calibration of each image sensor (15) of the image sensor are in the field of view (15) pattern fields (13, 14, 23, 24, 34, 35, 40) keits- of Hellig and / or lines - and / or structure and / or color patterns arranged,
  • B) the image signals of the pattern fields obtained in step A) are evaluated by the image computer ( 11 ) in order to obtain calibration data, and
  • C) the calibration data obtained in step B) are used to calibrate the respective image sensor ( 15 ).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Musterfelder für jeden Bildsensor (15) auf einen Kalibrationskörper (32) aufgebracht werden, daß dem Kalibrationskörper (32) zumindest annähernd die Querschnittsform der Prüflinge (2) gegeben wird, und daß die Musterfelder nacheinander in das Blickfeld des zugehörigen Bildsensors (15) bewegt werden.2. The method according to claim 1, characterized in that the pattern fields for each image sensor ( 15 ) are applied to a calibration body ( 32 ), that the calibration body ( 32 ) is given at least approximately the cross-sectional shape of the test specimens ( 2 ), and that the pattern fields are moved successively into the field of view of the associated image sensor ( 15 ). 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einige der Musterfelder am Rand des Bildfeldes jeder Kamera (7) eingeblendet werden, und daß mit den so gewonnenen Kalibrationsdaten die Kalibrierung jedes Bildsensors (15) ohne Unterbrechung des Prüfbetriebs durchgeführt wird.3. The method according to claim 1, characterized in that at least some of the pattern fields are faded in at the edge of the image field of each camera ( 7 ), and that with the calibration data thus obtained, the calibration of each image sensor ( 15 ) is carried out without interrupting the test operation. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Musterfelder mit einem Projektor (33) auf eine dem jeweiligen Bildsensor (15) zugeordnete Fläche des Prüflings (2) projiziert werden, und daß die projizierten Bilder der Musterfelder nacheinander in das Blickfeld des zugehörigen Bildsensors (15) bewegt werden.4. The method according to claim 1, characterized in that the pattern fields are projected with a projector ( 33 ) on a respective image sensor ( 15 ) associated surface of the test specimen ( 2 ), and that the projected images of the pattern fields are successively in the field of view of the associated Image sensor ( 15 ) are moved. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur radiometrischen Kalibrierung Musterfelder (13, 14, 23, 24) mit jeweils bekannter und homogener, aber unterschiedlicher Helligkeit verwen­ det werden.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that for radiometric calibration sample fields ( 13 , 14 , 23 , 24 ) with known and homogeneous, but different brightness are used. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß aus den Helligkeitssignalen von Musterfeldern (13, 14) für jeden Bildpunkt (i;16) eine individuelle Transformationsvorschrift durch den Bildrechner (11) berechnet wird, um die individuelle Nullpunktverschie­ bung und die individuelle Empfindlichkeit des Bildpunk­ tes (i;16) auf einen Sollwert zu korrigieren.6. The method according to claim 5, characterized in that from the brightness signals of pattern fields ( 13 , 14 ) for each pixel (i; 16 ) an individual transformation rule is calculated by the image computer ( 11 ) to the individual zero point shift and the individual sensitivity correct the pixel (i; 16 ) to a setpoint. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß jedem Bildpunkt (i;16) nacheinander zwei Muster­ felder (13, 14) unterschiedlicher Helligkeitswerte im mittleren, von der zugehörigen Kamera (7) erfaßten Helligkeitsbereich gezeigt werden,
daß durch den Bildrechner (11) das lineare Gleichungs­ system aufgelöst wird: x1(i)soll=a(i)+b(i)·x1(i)ist,
x2(i)soll=a(i)+b(i)·x2(i)ist,worin x1(i) und x2(i) die elektrischen Ausgangssigna­ le des Bildpunktes (16) mit dem Index i bei Betrach­ tung der beiden Musterfelder (13, 14), sowie der Koeffizient a(i) die Nullpunktverschiebung und der Koeffizient b(i) die Verstärkung des elektrischen Ausgangssignals darstellen, die erforderlich sind, um aus dem Ist-Wert den gewünschten Soll-Wert zu erhal­ ten, und
daß durch diese Auflösung für jeden Bild­ punkt i das Koeffizientenpaar a(i) und b(i) und damit die individuelle Transformationsvorschrift bestimmt wird, um die individuelle Nullpunktverschiebung und die individuelle Empfindlichkeit des Bildpunkts (i;16) auf den gewünschten Sollwert zu korrigieren.
7. The method according to claim 6, characterized in that
that each image point (i; 16 ) is shown in succession two pattern fields ( 13 , 14 ) of different brightness values in the central brightness range detected by the associated camera ( 7 ),
that is resolved by the image computer (11), the linear equation system: x1 (i) is intended = a (i) + b (i) * x1 (i),
x2 (i) is intended = a (i) + b (i) * x2 (i), wherein x1 (i) and x2 (i) the electrical Ausgangssigna le of the pixel (16) with the index i at Betrach the two tung Sample fields ( 13 , 14 ), and the coefficient a (i) represent the zero point shift and the coefficient b (i) the amplification of the electrical output signal, which are required to obtain the desired value from the actual value, and
that by this resolution for each pixel i the pair of coefficients a (i) and b (i) and thus the individual transformation rule is determined in order to correct the individual zero point shift and the individual sensitivity of the pixel (i; 16 ) to the desired setpoint.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die Transformationsvorschrift durch ein Tabellen­ rechenwerk durchgeführt wird,
daß die Tabelle (20) sowohl vom Index i als auch vom Grauwert x(i)ist jedes Bildpunktes (i;16) adressiert wird,
daß in der Kalibrationsphase unter jeder dieser Adressen die korrigierten Werte x1(i)soll und x2(i)soll des elektrischen Ausgangssignals abgespeichert wer­ den, und
daß durch den Bildrechner (11) aus diesen korri­ gierten Werten die Koeffizienten a(i) und b(i) berech­ net werden und die Tabelle (20) entsprechend gefüllt wird.
8. The method according to claim 7, characterized in that
that the transformation rule is carried out by a spreadsheet,
that the table (20) is addressed both by the index i and by the gray value x (i) of each pixel (i; 16 ),
in the calibration phase under each of these addresses, that the corrected values x1 (i) is intended, and x2 (i) is to be stored the electrical output of the who, and
that the coefficients a (i) and b (i) are calculated by the image computer ( 11 ) from these corrected values and the table (20) is filled accordingly.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß auf diese Weise auch der durch die optischen Gesetzmäßigkeiten bedingte Randabfall der Helligkeit (die sogenannte Vignettierung) korri­ giert wird, der sich wie eine geringere Empfindlich­ keit der am Rand des Bildfeldes angeordneten Bildpunk­ te (i;16) auswirkt.9. The method according to any one of claims 6 to 8, characterized in that in this way also the edge drop caused by the optical laws of brightness (the so-called vignetting) is corrected, which is arranged as a lower speed sensitivity at the edge of the image field Pixels te (i; 16 ) affects. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
daß alle Bildpunkte (i;16) jedes Bildsensors (15) nacheinander jeweils gleichzeitig auf ein sehr dunkles Musterfeld (23) mit konstantem Helligkeitswert und auf ein sehr helles Musterfeld (24) mit konstantem Helligkeitswert gerichtet werden,
daß bei Betrachtung des sehr dunklen Musterfelds (23) der Nullpunkt des Videoverstärkers (18) so eingestellt wird, daß nach dem Analog/Digital-Wandler (19) alle Bildpunkte (i;16) einen verhältnismäßig kleinen, am unteren Ende des Aussteuerungsbereichs liegenden numerischen Wert (25) erzeugen, und
daß bei Betrachtung des sehr hellen Musterfelds (24) die Verstärkung des Videoverstärkers (18) so eingestellt wird,
daß nach dem Analog/Digital-Wandler (19) alle Bildpunkte (i;16) einen verhältnismäßig großen, am oberen Ende des Aussteuerungsbereichs liegenden numerischen Wert (26) erzeugen.
10. The method according to any one of claims 5 to 9, characterized in
that all pixels (i; 16 ) of each image sensor ( 15 ) are successively directed in each case simultaneously to a very dark pattern field ( 23 ) with a constant brightness value and to a very bright pattern field ( 24 ) with a constant brightness value,
that when viewing the very dark pattern field ( 23 ) the zero point of the video amplifier ( 18 ) is set so that after the analog / digital converter ( 19 ) all pixels (i; 16 ) have a relatively small numerical value at the lower end of the modulation range Generate value ( 25 ), and
that when the very bright pattern field ( 24 ) is viewed, the gain of the video amplifier ( 18 ) is set in such a way
that after the analog / digital converter ( 19 ) all pixels (i; 16 ) generate a relatively large numerical value ( 26 ) located at the upper end of the modulation range.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Verfahren zur Kalibrierung der Bildpunkt­ empfindlichkeit sowie des Nullpunkts und der Verstär­ kung des Videoverstärkers (18) und des Analog/Digital- Wandlers (19) für jeden Bildsensor (15) so lange iteriert (Fig. 8) werden, bis eine gewünschte Aus­ steuerung aller Bildpunkte (i;16) erreicht ist, d. h., bis das elektrische Ausgangssignal aller Bildpunkte (i;16) bei der Betrachtung eines Musterfelds mit homogenem Helligkeitswert einen numerischen Wert annimmt, der ausreichend nahe an dem gewünschten Wert xsoll liegt.11. The method according to claim 10, characterized in that the method for calibrating the pixel sensitivity and the zero point and the amplification of the video amplifier ( 18 ) and the analog / digital converter ( 19 ) for each image sensor ( 15 ) iterates as long ( Fig. 8) until a desired control of all pixels (i; 16 ) is reached, that is, until the electrical output signal of all pixels (i; 16 ) assumes a numerical value that is sufficiently close when viewing a pattern field with a homogeneous brightness value is at the desired value x should . 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur geometrischen Kalibrierung Musterfelder (34) mit periodischen Hell/Dunkel- Strukturen verwendet werden, und daß aus den elektri­ schen Ausgangssignalen der Bildpunkte (i;16) bei der Betrachtung dieser Musterfelder (34) Einstellwerte für die Abbildungsschärfe und/oder die Ausrichtung und/oder der Abbildungsmaßstab jeder Kamera (7) durch den Bildrechner (11) berechnet werden.12. The method according to any one of claims 1 to 11, characterized in that pattern fields ( 34 ) with periodic light / dark structures are used for geometric calibration, and that from the electrical output signals of the pixels (i; 16 ) when viewing them Pattern fields ( 34 ) setting values for the image sharpness and / or the orientation and / or the image scale of each camera ( 7 ) are calculated by the image computer ( 11 ). 13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kalibrierung der Abbildungsschärfe ein Muster­ feld (34) mit einer hochfrequenten Hell/Dunkel- Struktur verwendet und aus dem Helligkeitsprofil ein Kontrastmaß (K) bestimmt wird, und daß die Fokusein­ stellung des Objektivs der zugehörigen Kamera (7) so lange fortgesetzt wird, bis ein gewünschtes Soll- Kontrastmaß erreicht ist.13. The method according to claim 12, characterized in that a pattern field ( 34 ) with a high-frequency light / dark structure is used to calibrate the image sharpness and a contrast measure (K) is determined from the brightness profile, and that the focus setting of the lens associated camera ( 7 ) is continued until a desired target contrast is reached. 14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Ausrichtung jeder als Zeilenkamera (7) ausgebildeten Kamera ein Musterfeld (35) mit zwei parallel zur Abtastrichtung angeordneten Streifen (36, 37) und einem dazwischen angeordneten Zwischen­ streifen (38) mit von den beiden Streifen (36, 37) abweichender Helligkeit verwendet wird, und daß die Kamera (7) so lange ein- bis dreidimensional justiert wird, bis eine Abbildung (39) des Bildsensors (15) parallel zu den Streifen (36, 37) in dem Zwischenstrei­ fen (38) liegt. 14. The method according to claim 12 or 13, characterized in that for the alignment of each camera designed as a line camera ( 7 ) a pattern field ( 35 ) with two parallel to the scanning direction strips ( 36 , 37 ) and an intermediate strip ( 38 ) with brightness differing from the two strips ( 36 , 37 ), and that the camera ( 7 ) is adjusted in one to three dimensions until an image ( 39 ) of the image sensor ( 15 ) parallel to the strips ( 36 , 37 ) in the intermediate strip ( 38 ). 15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß jede Kamera (7) so ausgerichtet wird, daß ihre optische Achse (49) zumindest annähernd rechtwinklig zu einer Vorschubrichtung (3) des Prüf­ lings (2) angeordnet ist.15. The method according to any one of claims 12 to 14, characterized in that each camera ( 7 ) is aligned so that its optical axis ( 49 ) is at least approximately at right angles to a feed direction ( 3 ) of the test object ( 2 ). 16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß jede Kamera (7) in wenigstens einer von drei zueinander rechtwinkligen Koordinaten (46, 47, 48) relativ zu einem starren Träger (45) eingestellt wird.16. The method according to any one of claims 12 to 14, characterized in that each camera ( 7 ) in at least one of three mutually perpendicular coordinates ( 46 , 47 , 48 ) is set relative to a rigid support ( 45 ). 17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jede Kamera (7) so ausgerichtet wird, daß ihre optische Achse (49) zumindest annähernd die Längsachse (51) des Prüflings (2) schneidet.17. The method according to claim 15 or 16, characterized in that each camera ( 7 ) is aligned so that its optical axis ( 49 ) intersects at least approximately the longitudinal axis ( 51 ) of the test specimen ( 2 ). 18. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung des Abbildungsmaß­ stabs jeder Kamera (7), d. h. der Anzahl der Bildpunk­ te (16) je mm, die bekannte Periode einer Hell/Dunkel- Struktur eines Musterfelds (34) ausgemessen und die Periode der Hell/Dunkel-Struktur im digitalisierten Helligkeitssignal bestimmt wird.18. The method according to any one of claims 12 to 17, characterized in that to determine the imaging scale of each camera ( 7 ), ie the number of pixels te ( 16 ) per mm, the known period of a light / dark structure of a pattern field ( 34 ) measured and the period of the light / dark structure in the digitized brightness signal is determined. 19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß zur kolorimetrischen Kalibrierung Musterfelder (40) mit wenigstens vier Farbreferenzen (41 bis 44) verwendet werden, daß die Farbvektoren der Farbreferenzen gemessen und als Soll-Referenzwer­ te in einem Soll-Speicher abgespeichert werden, daß die Ist-Farbreferenzwerte nachgemessen werden, daß die Transformation des Farbraums von den Soll-Referenz­ werten zu den jeweiligen Ist-Referenzwerten bestimmt wird, und daß alle Farbvektoren der Signale der Bildpunkte (16) jedes Bildsensors (15) dieser Trans­ formation unterworfen werden.19. The method according to any one of claims 1 to 18, characterized in that for colorimetric calibration, pattern fields ( 40 ) with at least four color references ( 41 to 44 ) are used, that the color vectors of the color references are measured and as target reference values in a target Memory can be stored that the actual color reference values are measured, that the transformation of the color space from the target reference values to the respective actual reference values is determined, and that all color vectors of the signals of the pixels ( 16 ) of each image sensor ( 15 ) of this trans be subjected to formation. 20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß alle Farbvektoren der Signale der Bildpunkte (16) jedes Bildsensors (15) mit Hilfe eines Farbraum- Transformationsrechners entsprechend der ermittelten Transformation umgewandelt werden.20. The method according to claim 19, characterized in that all color vectors of the signals of the pixels ( 16 ) of each image sensor ( 15 ) are converted with the aid of a color space transformation computer in accordance with the determined transformation.
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