DE2703158C3 - Einrichtung zum Erfassen der Position eines Musters oder Zeichens - Google Patents

Description

Eine Einrichtung zum Erfassen der Position eines Musters oder Zeichens nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist aus der deutschen Offenlegungsschrift 24 04 183 bekannt. Bei dieser Vorrichtung werden Teilbildmuster, die jeweils einzelnen Elementen eines Gegenstandbildes entsprechen, nacheinander einem Pufferspeicher zugeführt und mit einem oder mehreren Standardmustern verglichen, wobei die Größe der Teilbildmuster konstant bleibt. Ist die Größe der Teilbildmuster groß, so erfolgt auch die sequentielle Abtastung in entsprechend großen Schritten, so daß die Erfassung der Position entsprechend ungenau erfolgt, je kleiner andererseits die Teilbildmuster sind, desto größer wird die Gefahr, daß sie lediglich insignifikante Merkmale enthalten, die in dem abgetasteten Gegenstandsbild wiederholt vorkommen, so daß die Eindeutigkeit der Positionierung verlorengeht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Position eines Zeichens oder Musters eindeutig und mit hoher Genauigkeit zu erfassen.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruchs I. Dabei wird das Intervall der Abtastimpulse zur Entnahme der das Teilbildmuster darstellenden Bildelemente derart gesteuert, daß die Größe des Bildausschnitts selektiv änderbar ist. Daher läßt sich die Genauigkeit der Positionierung ohne Verlust der Eindeutigkeit dadurch erhöhen, daß beispielsweise in zwei Stufen mit einer Grob- und einer

Feinerfassung gearbeitet wird, selbst wenn die Anzahl an Bildelemenien in dem Teilbildmuster fest ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichnungen näher erläutert In den Zeichnungen zeigen

Fig. la, Ib und Ic Darstellungen von Mustern zur Erläuterung der oben erwähnten bekannten Eimichtung, ίο

Fig.2a, 2b und 3a,3b Darstellungen eines Bildrasters zur Erläuterung des Prinzips der vorliegenden Einrichtung,

Fi g. 4, 5, 6 und 7a bis 7c Darstellungen von Mustern zur Erläuterung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Einrichtung,

F i g. 8 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Einrichtung,

Fig.9 bis 13 Blockschaltbilder mit Ausführungsbeispielen verschiedener Schaltungsteile der Einrichtung nach F i g. 8 und

Fig. 14 ein Diagramm zur Erläuterung der Betriebsweise der Schaltung nach F i g. 13.

Bei einer herkömmlichen Einrichtung zur Positionserfassung wird die Position eines Objekts 2 als Ganzes dadurch erfaßt, daß z. B. ein Muster 3, welches einem in Fig. Ib gezeigten Standardmuster ähnelt, innerhalb eines nach Fig. la vorgegebenen Bilds 1 erfaßt wird und daraus die Position des Musters 3 ermittelt wird.

Eine derartige Einrichtung zur Positionserfassjng jo wird zum Anschließen von Leitungen an LSI-Elemente (Large Scale Integration), von IC-Elemenlen (Integrated Circuit), eines Transistors usw. benutzt. Mit Hilfe des Standardmusters 3 wird das durch Abtasten des Bilds der Oberfläche eines Chips erhaltene Bild 1 nach einem spezifischen Muster hin untersucht und die Position des spezifischen Musters wird erfaßt. Auf diese Weise kann die Position des Objekts 2 ermittelt und der Leiter bzw. Draht kann in einer spezifischen Position angebracht werden. -to

Wenn das Standard-Muster nach Fig. Ib beispielsweise aus 10 χ 10 Abtastpunkten besteht, so muß der Bildausschnitt nach Fig. la mit einem entsprechenden, vorbestimmten Abtastintervall untersucht werden.

Die Genauigkeit beim Erfassen der Musterposition ist damit proportional zum Abtastintervall.

Wenn die Erfassungsgenauigkeit erhöht werden soll, so wird hierbei das Abtastintervall z. B. auf ein Drittel verkleinert. Als Standardmuster muß jedoch dann ein Muster nach F i g. Ic gewählt werden, das ebenfalls aus 10 χ 10 Abtastpunkten besteht. Sofern jedoch der gesamte Bildausschnitt nach Fig. la auf ein solches Muster hin untersucht werden soll, so findet man nicht nur den zugeordneten Teil 4-1, sondern auch Teile 4-2 und 4-3, die mit dem Standardmusler nach Fig. Ic übereinstimmen. Mit anderen Worten, es wird sehr schwer ausschließlich die Position des gewünschten Teils 4-1 zu erfassen. Der Grund hierfür liegt dann, daß das Muster nach Fig. Ic kein als Muster kennzeichnendes Merkmal beinhaltet.

In vielen Anwendungsfällen kann nicht erwartet werden, daß ausreichend kleine Muster existieren, die irgendein Kennzeichen des Objekts beinhalten. In diesen Fällen wird die Erfassungsgenauigkeit sehr schlecht.

Bevor Ausführungsbeispiele dieser Erfindung erläutert werden, soll zunächst auf das Prinzip der Erfindung eingegangen werden.

Wesentliches Kennzeichen der Erfindung ist, daß das Abtastintervall der Größe des Standardmusters variabel angepaßt werden kann.

Bei den folgenden Erläuterungen soll als Bildgerät, das in einem Raster abtastet, eine Fernsehkamera benutzt werden. Diese wandelt räumlich nebeneinanderliegende Bild- oder Videoinformationen in zeitlich nacheinanderfolgende Signale um. Das Abtasten eines Bilds wird ersetzt durch das zeitliche Abtasten von Videosignalen. Das Abtastintervall des Bilds kann nach zwei Methoden verändert werden.

Nach der ersten Methode wird die Abtastbreite des Bildgeräts verändert, wobei die Abtastperiode und das Abtast-Zeitintervall gleich bleibt. Es sollen Standard-Abtastzeilen angenommen werden, wie sie in Fig.2a dargestellt sind. Wird beispielsweise die horizontale Abtastbreite auf die Hälfte und die vertikale Abtastbreile auf ein Drittel verringert, so werden die in Fig. 2b dargestellten Abtastzeilen für den Ausschnitt des identischen Bilds erhalten. Dementsprechend kann das räumliche Abtastintervall verändert werden. Zur Durchführung dieser Methode können die Amplituden der Ablenksignale des Bildgeräts gesteuert werden. Die Verstärkung der horizontalen Ablenkung und der vertikalen Ablenkung kann sehr leicht unabhängig voneinander verändert werden und auch das Umschalten kann elektronisch sehr rasch erfolgen. Wenn die Abtastzeilen jedoch auf diese Weise verändert werden, so bedeutet dies für das Bildgerät jedoch, daß sich die Eigenschaften der Videosignale in manchen Fällen ändern und daß Eingriffe in das Bildgerät durchgeführt werden müssen.

Die zweite Methode zur Änderung der Abtastintervalle ändert das zeitliche Abtaslintervall der Videosignale, wobei die Abtastperiode und die Ablenkamplitude des Bildgeräts gleich bleibt. Querlinien eines Gitters geben in Fig. 3a Abtastzeilen wieder, während die vertikalen Linien in Abständen gleich den Abtastzeilenintervallen eingezeichnet sind. Ein Gitterpunkt bildet die Basis des Abtastpunkts zum Zeitpunkt der Abtastung und Verarbeitung des Bilds; er soll im folgenden als Bildelement bezeichnet werden. In Fig. 3a bezeichnen die Zeichen O ein Standardmuster von 4x4 Punkten. F i g. 3b zeigt Abtastpunkte für den Fall, daß das Abtastintervall in Horizontalrichtung verdreifacht und das Abtastintervall in Vertikalrichtung verdoppelt ist. Es ergeben sich Punkte eines Gitters aus breiten Zeilen, wobei die Größe des Standardmusters von 4 χ 4 Punkten eingezeichnet ist.

Werden die Abtastintervalle in dieser Weise geändert, so kann die Größe des Standardmusters selbst dann geeignet ausgewählt werden, wenn die Anzahl der das Standardmuster bildenden Punkte festliegt. Derartige Systeme lassen sich zum Erfassen der Stellung mannigfaltiger Objekte verwenden. Beispielsweise kann es eingesetzt werden, wenn verschiedene Objekte nacheinander auf einem Förderband geliefert werden. Diese Objekte werden unterschieden und lokalisiert, wenn die Stellungen der Objekte in ihren jeweiligen Betrachtungsfeldern durch eine große Anzahl parallel angeordneter Bildgeräte erfaßt und in einer einzigen Bildverarbeiturigseinheit usw. verarbeitet wird. Die Größe der örtlichen Standardmuster kann mit hoher Geschwindigkeit an die kennzeichnenden Muster der einzelnen Objekte angepaßt werden, wobei die Abtastintervalle entsprechend verändert werden können.

Im folgenden soll ein nach dem vorstehend

erläuterten Prinzip arbeilendes, erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel, durch das die Erfassungsgenauigkeit erhöht wird, an Hand der F i g. 4, 5, 6 und 7a bis 7c erläutert werden.

Wesentliches Merkmal dieses Ausführungsbeispiels ist die Aufteilung der Positionserfassung in zwei Stufen, eine Groberfassung und eine Feinerfassung.

Bei der Groberfassung wird ein Standardmuster benutzt, dessen Größe das Merkmal eines Musters im Bild gewährleistet. Im Beispiel des Objekts 2 nach F i g. la wird das Merkmal durch das Standarcmuster in der in F i g. Ib dargestellten Größe gewährleistet. Es soll zunächst angenommen werden, daß die Abtastintervalle sechs Bildpunktelementen sowohl in vertikaler als auch in horizontaler Richtung entsprechen. Bei der Groberfassung wird dann der gesamte Bildausschniit in Intervallen von sechs Bildelementen vertikal und horizontal abgetastet und eingegeben. Es werden zweidimensionale Musterabschnilte mit der gleichen Größe wie das Slandardmuster aufeinanderfolgend mit dem Standardmuster verglichen, wobei die am besten übereinstimmende Koordinatenposition ermittelt wird. Diese Position kann einen Fehler bis zu sechs Bildelementen maximal enthalten. Eine genauere Position kann durch die nachfolgende Feinerfassung ermittelt werden. Die zweidimensionalen Musterabschnitte können aber auch dadurch erhalten werden, daß das Bild des gesamten Bildausschnitts mit den üblichen Intervallen von je einem Bildelemenl eingegeben und das eingegebene Bild in Intervallen von sechs Bildelementen abgetastet wird. Bei der Feinerfassung werden Bereiche mit Kantenlinien in horizontaler und vertikaler Richtung des Musters mit berücksichtigt, wobei die Position der Kantenlinie in der Orthogonalrichtung zur Kantenlinie erfaßt wird. Das Abtastintervall wird gleich einem Bildelement gewählt und es werden vier Standardmuster benutzt, wie sie in den F i g. 4a bis 4d dargestellt sind. Obwohl die Muster keine Besonderheiten aufweisen, kann die Position trotzdem nicht falsch ermittelt werden, da sich die Untersuchung <io auf den bei Groberfassung ermittelten Bereich beschränkt. F i g. 5 zeigt den Untersuchungsbereich bei der Feinerfassung. Die Teile 5-1,5-2,5-3 und 5-4 bezeichnen die Bereiche der Musterabschnitte, die mit den Standardmustern a. b, c und d nach Fig.4 verglichen werden. Während sich die Untersuchung bei der Groberfassung über den gesamten Bildausschnitt erstreckt, kann der Untersuchungsbereich bei der Feinerfassung auf geradlinige Bereiche orthogonal zu den Kantenlinien beschränkt bleiben. Das Abtastintervall soll bei der Feinerfassung wenigstens doppelt so groß wie das Abtastintervall der Groberfassung, vorzugsweise 3 χ so groß sein. Sofern die Groberfassung korrekt durchgeführt wird, existieren innerhalb der Bereiche mit Sicherheit Teile, die mit den Standardmustern im wesentlichen übereinstimmen. Der Übereinstimmungsgrad äußert sich innerhalb des Bereichs als scharfer Scheitelwert- Die Position der Kantenlinien Kann auf diese Weise mit der Genauigkeit von im wesentlichen einem Bildelement ermittelt werden. Selbst wenn die Kantenlinie, wie in F i g. 6 dargestellt ist im gewissen Maß uneben ist kann ihre mittlere Begrenzung ermittelt werden.

Sofern ein Muster untersucht werden soll, das weder in vertikaler Richtung noch in horizontaler Richtung irgendeine Kantenlinie aufweist wie es in Fig.7a dargestellt ist so können Muster gemäß den Fig.7b und 7c als Standardmuster zur Feinerfassung benutzt werden, wobei als Untersuchungsbereiche kleine zweidimensionale Abschnitte 7-1 und 7-2 nach F i g. 7a benutzt werden, denen bei der Feinerfassung der rechte untere Punkt des Muslerabschnitts entspricht. Mit den in diesem Beispiel dargestellten Standardmustern ergeben sich bei Übereinstimmung in sowohl horizontaler als auch vertikaler Richtung ebenfalls scharfe Scheitel werte, so daß die Lage ermittelt werden kann.

Die Fi g. 8 zeigt das Schaltdiagramm eines nach den vorstehenden Erläuterungen arbeitenden Ausführungsbeispiels der gesamten Vorrichtung. Die Zahl 11 bezeichnet einen Signalgenerator, der auf der Grundlage eines Grundtakts ein Abtastpunkt-Koordinalensignal 11/4 und horizontale bzw. vertikale Synchronsignale llß erzeugt. Die Zahl 12 bezeichnet einen Taklsignalgenerator, der entsprechend dem Abtastpunkt-Koordinatensignal IM Taktsignale 12,4 bis 12D für die verschiedenen Schallungsstufen erzeugt. Dem Taktsignalgenerator 12 wird weiterhin ein Signal 21Λ zugeführt, das einem vorgegebenen Ablastintervall als auch einem Untersuchungsbereich zugeordnet ist. Die Zahl 13 bezeichnet eine entsprechend den Synchronsignalen lißabtastende Bildeingangsschaltung 13, die ein das Objekt enthaltendes Videosignal 13,4 erzeugt. Mit 14 ist eine binäre Kodierschaltung bezeichnet, die das Videosignal in ein binäres Schwarz/Weiß-Signal 14,4 umwandelt. Die Zahl 15 bezeichnet einen Speicher für ein zweidimensionales Bild, der das (n— 1) Abtastzeilen umfassende Bild während der Verschiebung speichert. Mit 16 ist eine Unterteilungsschaltung bezeichnet, die aus η Schieberegistern mit jeweils η Bits besteht und die das Binärsignal 15/4 des Speichers 15 begrenzt als Teilbildmuster 16,4 mit η χ π Abtastpunkten unterteilt. Die Zahl 17 bezeichnet ein Register, das ein Standardmuster 174 mit η χ ή Abtastpunkten zeitweise speichert. Mit 18 ist eine Anpaß- oder Vergleichsschaltung bezeichnet, die die Muster der Register 16 und 17 an den jeweils übereinstimmenden Punkten vergleicht und die ein Signal 18/1 liefert, das den Grad der Abweichung bzw. fehlenden Übereinstimmung der Muster liefert. Eine Minimum-Detektorschaltung 19 überwacht den Wert des Signals 18Λ und ersetzt, wenn ein kleinerer Wert als der vorhergehende Wert erscheint, den vorhergehenden Wert durch den kleineren Wert. Die Minimum-Detektorschaltung 19 gibt hierbei ein Speichersignal 19/4 ab, auf das hin ein Register 20 das Abtastpunkt-Koordinatensignal HC übernimmt und speichert. Nach Abschluß der Abtastung des gewählten Bereichs entspricht der zurückbehaltene Wert dem minimalen Wert und das Register 20 speichert die zugehörigen Abtastpunkt-Koordinaten. Bei 21 ist eine Rechenschaltung dargestellt, die auf der Grundlage der Koordinaten 2OA des Registers 20 und eines Steuersignals 23Λ Koordinaten errechnet Die Rechenschaltung 21 liefert dem Taktsignalgenerator 12 das den Untersuchungsbereich und das Abtastintervall des Musters bezeichnende Signal 21/4; sie liefert weiterhin ein Signal 21B als Positionsergebnis des Objekts. Ein Speicher 22 speichert die in das Register 17 zu übernehmenden Standardmuster 22/4 in der erforderlichen Anzahl. Die Zahl 23 bezeichnet eine Betriebssteuerschaltung, die an die verschiedenen Stufen des Systems Betriebssteuersignale 23A, 23 ß usw. liefert. Die Betriebssteuerschalrung 23 steuert aufeinanderfolgend den jeweils nächsten Schritt, wenn ihr das den Abschluß der Untersuchung anzeigende Taktsignal 12D zugeführt wird. Die Zahl 24 bezeichnet einen Prozessor bzw. eine Verarbeitungseinheit die die Stufen

21 bis 23 umfaßt. Dieser Teil der Einrichtung kann ohne weiteres durch eine allgemeinen Zwecken dienende arithmetische Verarbeilungseinheit, beispielsweise einen elektronischen Rechner, ersetzt werden, wobei diese Maßnahme die Flexibilität des gesamten Systems weiter erhöht. Im folgenden soll jedoch die Betriebsweise des Ausführungsbeispiels nach F i g. 8 an Hand der in den Fig.9 bis 13 dargestellten konkreten Konstruktion erläutert werden.

Fig. 9 zeigt konkrete Konstruktionseinzelheiten des in Bildspeichers 15 sowie der begrenzenden Unlerteilungsschaltung 16 nach Fig. 8. Der Bildspeicher 15 weist ("n—l) in Kaskade geschaltete Schieberegister 31-1,31-2,... bis 31-(77— 1) auf. Dem ersten Schieberegister wird als Eingangssignal das A.usgangssigna! 14.4 der binären Kodierschallung 14 zugeführt. Das Signal 144 bildet weiterhin ein Eingangssignal 15/4-1 der begrenzenden Unterteilungsschaltung 16. Ausgangssignale 15A-2, 15/4-3.... und \5A-n der einzelnen Schieberegister bilden darüber hinaus ebenfalls Eingangssignale der begrenzenden Unterteilungsschallung 16. Die Länge jedes Schieberegisters reicht aus, daß es die Informalionsbits π für jeweils eine Abtastzeile aufnehmen kann. Jedes der Signale 15/4 kann somit die Information der in dem Bild vertikal angeordneten Punkte enthalten. Die begrenzende Unterleilungsschaltung 16 weist η Schieberegister 32-1, 32-2,... und 32-n auf, von denen jedes eine Länge von η Bits hat. Die Schieberegister 32 nehmen das Signal 15/4 seriell auf und geben Ausgangssignale 16a parallel an die Vergleichsschaltung Jo 18 ab. Die auf diese Weise gekoppelten Schieberegister 31 und 32 können in Abhängigkeit von den Abtastintervallen mittels der Taktsignale 124 und 125 gesteuert werden. Um das Abtastintervall in vertikaler Richtung entsprechend m Bildelementen steuern zu können, können die Schiebe-Taktsignale 12/4 und 12ßfür beide Schieberegister 31 und 32 lediglich nach der jeweils m-ten Abtastzeile geliefert werden. Dem Schieberegister 31 wird der Schiebetakt 124 für jedes einzelne Bildelement zugeführt. Um das Abtaslintervall in Querrichtung der begrenzenden Unterteilungsschaitung 16 entsprechend m steuern zu können, wird der Schiebetakt 12ß lediglich nach jeweils fn Bildelementen zugeführt. Auf diese Weise wird der im Moment der Schiebeoperation zugeführte Wert eingespeichert. während die Werte anderer Zeitpunkte nicht geladen werden. Die Abtastung erfolgt somit bei Zuführung zum Schieberegister 32 und die in Abtastintervallen von m in vertikaler Richtung bzw. m in Querrichtung eingespeicherten Bilder erscheinen der Reihe nach in der begrenzenden Unterteilungsschaltung 16.

Fig. 10 zeigt Konstruktionseinzelheiten der Vergleichsschaltung 18 nach Fig. 8. Die η parallelen Ausgangssignale 16/4 der π Schieberegister 32-1, 32-2, ... und 32-π der Unterteilungsschaitung 16 sowie die Ausgangssignale YlA der jeweils η Bits umfassenden η Schieberegister 33-1, 33-2, ... und 33-n des zeitweise speichernden Registers 17 für die Standardmuster werden für die Sätze jeweils entsprechender Signale mit Hilfe von Exklusiv-ODER-Schaltungen 34 zu Nicht-Koinzidenzsignalen umgeformt. Der Grad der Nicht-Koinzidenz des gesamten Musters wird durch die Zahl der »!«-Signale unter den nxn Nicht-Konzidenzsignalen ausgedrückt Die Nicht-Koinzidenzsignale schalten Stromquellen 35 ein, deren Ströme in einer b5 Addierschaltung 36 summiert werden. Diese gibt ein der Anzahl der eingeschalteten Stromquellen 35 entsprechendes Signal 18Λ ab. Die Addierschaltung 36 nach Fig. 10 ist als Analogschaltung konstruiert; sie kann aber auch als Zähler mit η χ /Γ Eingängen ausgebildet sein, der die gleichzeitig zugeführten Einser zählt. Bei einer derartigen Schaltung kann es sich um eine mehrstufige Schaltung handeln. Beispielsweise kann die erste Stufe als Addierer mit drei Eingängen ausgebildet sein, der ein 2-Bit-Ausgangssignal liefert. In einer zweiten Stufe kann das Ergebnis der ersten Stufe mittels eines zwei Eingänge aufweisenden Addierers geordnet werden. Die Stufen werden danach gleichartig verschoben, womit sich schließlich der Additionswert sämtlicher Eingangssignale der ersten Stufe, d. h. die Zahl der »!«-Signale als binäre Zahl ergibt.

Fig. 11 zeigt Einzelheiten der Minimum-Detektorschaltung 19 in F i g. 8. An einem Anfangswerl-F.insteller

43 kann ein großer Anfangswert für eine Halteschaltung

44 eingestellt werden. Wenn das Standardmuster und der zu untersuchende Bereich für den Vergleich bestimmt wurde, wird eine Übernahmeschaltung von dem Taktsignal 23Cder Betriebssteuerschaltung 23 auf einen Anfangswert gesetzt. Gleichzeitig wird ein Eingangsgatter der Halteschaltung 44 über eine ODER-Schaltung 47 geöffnet und der Anfangswert des Einstellers 43 eingeführt. Innerhalb des Untersuchungs bereichs wird der zu jedem Zeitpunkt ermittelte Wert des Signals 184 mit dem Grad der Nicht-Übereinstimmung und der Wert der Halteschaltung 44 in einem Komparator 48 verglichen. Wenn der Wert des neuen Signals 184 kleiner ist, so wird dies durch ein Signal angezeigt, das über eine UND-Schaltung 50 mit Hilfe des Abiasttakts 12C abgegeben wird. Weiterhin wird das Eingangsgatter der Halteschaltung 44 über die ODER-Schaltung 47 geöffnet, so daß der Wert des. neuen Signals 184 eingelesen werden kann. Das. Ausgangssignal 194 der UND-Schaltung 50 öffnet darüber hinaus das Eingangsgatter des Registers 20, womit ein zu diesem Zeitpunkt den X- und V-Koordinaten des Abtastpunkts entsprechendes Signal WC eingelesen wird. Nach Abschluß des Abtastens des Untersuchungsbereichs enthält die Halteschaltung 44 den minimalen Wert und das Register 20 die A'V-Koordinaten zum Zeitpunkt der Erzeugung de& minimalen Werts.

Fig. 12 zeigt Einzelheiten des die Abtastpunkl-Koordinalensignale bzw. Synchronisiersignale erzeugenden Signalgenerators 11 bzw. des Taktsignalgenerators 12 in F i g. 8. In dem Signalgenerator 11 wird ein X-Koordinatenzähler 53 durch einen von einem Oszillator 51 abgegebenen Takt 52 fortgezählt. Die Periode des Zählers 53 wird in einem Einsteller 54 als Konstante eingestellt. Sobald ein Koinzidenzdetektor feststellt, daß der Inhalt des Zählers 53 die Periode erreicht hat, wird der Zähler 53 zurückgesetzt. Der Zähler 53 wird also mit vorbestimmter Periode zurückgesetzt. Ein Ausgangssignal 56 des Konzidenzdetektors 55 dient als Takt für einen y-Koordinatenzähler 57, der nach einer vorbestimmten Periode mit Hilfe eines Einstellers 58 für eine der Periode entsprechende Konstante sowie eines Koinzidenzdetektors 59 zurückgesetzt wird. Ein Horizontalsynchronsignalgenerator 60 sowie ein Vertikalsynchronsignalgenerator 61 erfassen, wenn der Inhalt der Zähler 53 bzw. 57 gewisse Werte annimmt und bilden Horizontalsynchronsignale WBXbzw. Vertikalsynchronsignale WBY mit gewissen Taktfolgen und Breiten.

Im folgenden soll die den Untersuchungsbereich begrenzende Schaltung näher erläutert werden. Die Werte der Register, die die X-Koordinaten am linken

und am rechten Ende des Untersuchungsbereichs halten, werden von der Rechenschaltung 21 der Verarbeitungseinheit 24 vorgegeben. Koinzidenzdetektoren 64 und 65 erfassen die Koinzidenz zwischen dem Ausgangssignal 1IAA" des Koordinatenzählers 53 des Signalgeneralors 11 und dein Inhalt der Register 62, 63. Die Koinzidenzausgangssignale der Koinzidenzdetektoren 64 und 65 setzen ein Flipflop 66 bzw. setzen es zurück. Das Flipflop 66 befindet sich demzufolge lediglich dann in seinem »1 «-Zustand, wenn die A"-Koordinate innerhalb des bezeichneten Bereichs liegt. Entsprechend wird für die K-Koordinate ein Flipflop 71 mittels Register 67 und 68 gesetzt bzw. rückgeset/.t. Die Register 67, 68 bezeichnen das obere b/w. untere Ende für Koinzidenzdetekioren 69 und 70. Es wird ein Signal erzeugt, das lediglich innerhalb des gebildeten Bereichs »Ein« ist.

Im folgenden soll die das Abtastintervall steuernde Schaltung näher erläutert werden. Der Takt 52 des X-Koordinatenzählers 53 zählt auch einen Zähler 72 fort. Ein Koinzidenzdetektor 74 ermittelt, ob der Inhalt des Zählers 72 und der Inhalt einer in einem Register 73 gehaltenen Periode übereinstimmt. 1st dies der Fall, so wird der Inhalt des Zählers 72 auf Null zurückgesetzt. In dem Zähler 72 wird mittels der Rechenschaltung 21 das die Abtastperiode bezeichnende Signal 21Λ voreingestellt. Der Zähler 72 wird somit nach jeder in dem Register 73 gespeicherten Periode zurückgesetzt. Eine Null-Detektorschaltung 75 erfaßt, ob der Inhalt des Zählers 73 Null ist, wobei ihr Ausgangssignal lediglich während einer einzigen Taktzeit pro Periode wirksam ist. Entsprechendes gilt für die K-Richtung, für die ein von einem Zähler 76, einem Periodenregister 77, einem Koinzidenzdetektor 78 und einer Null-Detektorschaltung 79 erzeugte Signal lediglich für eine horizontale Abtastzeile pro Periode wirksam ist. UND-Schaltungen 80 bis 82 bilden die erforderlichen Taktsignale 12/4 bis 12C auf der Grundlage dieser Ausgangssignale. Die UND-Schaltung 80 gibt die Taktsignal während einer Periode ab, die der Breite einer einzelnen horizontalen Abtastzeile des für die V-Richtung bestimmten Abtastintervalls entspricht. Die Taktsignale dienen als Schiebetakt 12Ä des zweidimensionalen Bildspeichers 15. Für die -X-Richtung gibt die UND-Schaitung 8i für jedes gewünschte Abtastintcrvall Taktsignale ab, die als Schiebetakt 12ß der begrenzenden Unterteilungsschaltung 16 dienen. Die UND-Schaltung 82 gibt schließlich Taktsignale ab, die lediglich das Innere des Untersuchungsbercichs in X- und V-Richtung begrenzen; diese Signale dienen als Takt 12C der Minimum-Detektor-

tektors 70 für djs untere Ende des Untersuchungsbereichs dient als Signal 12D, d. h. es liefert der Betriebssteuerschaltung 23 der Verarbeitungseinheit 24 die Information, daß der Untersuchungsbereich vollständig abgetastet ist.

Fi g. 13 zeigt Einzelheiten eines Ausführungsbeispiels der Rechenschaltung 21 in Fig. 8. Fig. 14 zeigt, wie das Standardmuster und der Untersuchungsbereich fortschreitender Abtastung umgeschaltet werden, wenn der Bildausschnitt, wie in der Figur dargestellt, nach unten fortschreitend abgetastet wird. Es sind deshalb zwei Bildausschnitte mit einer sich dazwischen befindenden vertikalen Rücklaufperiode dargestellt Zunächst wird eine Groberkennung durchgeführt Die Betriebssteuerschaltung 23 schaltet hierzu eine Wählschaltung 91 in der Weise um, daß ein Einsteller 92 den Untersuchungsbereich und das Abtastintervall für die Groberkennung abgibt. Als Bereich wird oftmals der gesamte Bildausschnitl eingestellt, der für ein Standardmuster A nach F i g. 14 als schraffierter Bereich a gewählt ist. Wenn der Punkt ρ abgetastet wird, ist die Untersuchung beendet. Es ist dann festgestellt worden, daß der minimale Grad an Nicht-Koinzidenz am Punkt / auftritt, wobei dessen Koordinate als Signal 20/4 abgegeben wird. Dieser Wert wird in einem Register 93 gespeichert.

Danach wird die Wählschaltung 91 auf Start des

ίο Feinerkennens umgeschaltet. Unter Verwendung der Standardmuster B, C, D und E nach Fig. 14 wird die Übereinstimmung in geradlinigen Untersuchungsbereichen b. c, dund enach Fig. 14 jeweils untersucht. Da die Positionen der Untersuchungsbereiche in einem gewis-

i¹» sen relativen Zusammenhang zu dem bei der Groberkennung ermittelten Punkt /stehen, werden die in einem Einsteller 94 für jedes der Standardmuster gespeicherten Werte durch Umschalten einer Wählschaltung 101 abgegeben und mittels eines Addierers 95 zu der als Ergebnis der Groberkennung in dem Register 93 gespeicherten Position addiert. Die Summen werden als Signale 21A über die Wählschaltung 91 abgegeben. Gleichzeitig hierzu wird das ausgewählte Standardmuster 22/4 mit Hilfe des von der Betriebssteuerschaltung 23 abgegebenen Steuersignals 23B aus dem Speicher 22 in das Register 17 übernommen. Die Untersuchung der Bereiche b. c. c/und eist abgeschlossen, wenn Punkte q. r, s und t erreicht sind. Es werden Signale 12D erzeugt, die den Abschluß der Untersuchung anzeigen. Für das Standardmuster B soll der Grad der Nicht-Koinziden/ am Punkt ,/minimal sein. Da ein gewisser Relativzusammenhang der Position /wischen dem Punkt j und einer letztlich zu ermittelnden Position π existiert, werden die in einem Register % gespeicherten Werte für die einzelnen Standardinuster durch Umschalten einer Wählschaltung 97 abgerufen. Sie werden mittels eines Addierers 98 zur Positionskoordinate des Vergleichsergebnisses addiert, wobei die Summe in jeweils einem zugeordneten Register 99 gespeichert wird. Wenn der Vergleich bzw. die Überprüfung der vier Standardmuster abgeschlossen ist, werden die V'-Koordinaten des Registers 99, die den Standardmustern B und E entsprechen, mittels eines Addierers 100-1 hinzuaddiert. Hierbei wird ein Wert genommen, dessen niedrigstes

*5 Bit entfernt ist. Auf diese Weise erhält man eine Addiereinrichtung für die beiden Koordinaten. Eine ähnliche Addiereinrichtung erhält man für die X-Koordinaten mit Hilfe eines Addierers 100-2 für die Ergebnisse der Standardmuster Cund D. Die Ausgangsso signale 21BY und 21BX der Addierer 100-1 und 100-2 sind die Koordinaten des letztlich erwünschten Punkts n. Die vorstehenden Ausführungsbeispiele wurden für die Verwendung beim Erfassen der Position eines gewissen spezifischen Musters beschrieben. Gleichermaßen kann aber die Position verschiedenartigster spezifischer Muster erfaßt werden, wenn die Abtastintervalle und die Standardmuster jeweils den Erfordernissen entsprechend gewechselt und dem Taktsignalgenerator 12 bzw. dem Standardmuster-Register 17 für den Vergleichsbetrieb zugeführt werden. Zur Steuerung dieser Vorgänge können Schaltungen benutzt werden, die sich ausschließlich hierfür eignen; es kann aber auch ein Programm für einen programmierbaren Mehrzweckprozessor benutzt werden. Im letztgenannten Fall kann sehr leicht überprüft werden, ob korrekt verglichen bzw. ermittelt wurde, wenn die Zusammenhänge der relativen Positionen der für eine Vielzahl Standardmuster ermittelten Ergebnisse überprüft wer-

den. Dies ist insbesondere eine Gegenmaßnahme für den Fall, daß bei einzelnen Standardmustern keine Übereinstimmung ermittelt werden konnte.

In den vorstehend erläuterten Ausführungsbeispielen wurde das Videosignal binär kodiert und verarbeitet. Ebensogut kann das Videosignal aber auch in mehrwertige digitale Größen mit jeweils einer Vielzahl Bits umgewandelt oder unmittelbar als Analog-Signal verarbeitet werden. Der Bildspeicher und die den Vergleichsbelrieb ausführenden Stufen können dementsprechend durch geeignete Einrichtungen gleicher Funktion ersetzt werden.

Wie bereits obenstehend erläutert wurde, ermöglicht die Erfindung die Auswahl des Standardmusters aus dem zur Überprüfung bestimmten Bildabschnitt mit großem Freiheitsgrad bezüglich der Größe, womit Muster mit einem charakterisierenden Merkmal sehr leicht gewählt werden können. Auf Grund der Unterteilung der Überprüfung in die Stufen der Groberkennung und der Feinerkennung kann das Objekt selbst dann mit der Auflösung von einem Bildelement erfaßt werden, wenn das Abtastintervall der Groberkennung groß ist. Darüber hinaus können

Ί viele Objektarten mit jeweils geeignet großen Standardmustern erfaßt werdi.n, wobei sehr rasch umgeschaltet werden kann. Diese Vorteile stellen einen weiten Anwendungsbereich des erfindungsgemäßen Systems sicher. Der große Freiheitsgrad des Systems

K) zeigt sich nicht lediglich bei der Auswahl der Objektarten, sondern auch bei der Auswahl der Gesichtsfeldgröße, der ein Erzeugungsfehler des Objekts innerhalb des Gesichtsfelds des Bildgeräts zugeordnet ist. Andererseits kann das Umschalten

!5 sämtlicher Belriebszustände elektronisch durchgeführt werden, so daß die Positionen einer Vielzahl Arten von Objekte, die von einer großen Zahl Bildgeräte erfaßt werden, im 21eitmultiplexverfahren bestimmt werden können.

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Erfassen der Position eines Musters oder Zeichens mit einer ersten Stufe (13... 16) zum sequentiellen Entnehmen eines Teilbildmusters aus dem Bildmuster eines Gegenstands, einer ein Standardmuster enthaltenden zweiten Stufe (17), einer dritten Stufe (18,19), die das Teübildmusler aus der ersten Stufe (13... 16) mit dem Standardmuster aus der zweiten Stufe (17) vergleicht, und einer vierten Stufe (20), die die Position des Teilbildmusters angibt, wenn die dritte Stufe (18, 19) maximale Koinzidenz zwischen den verglichenen Mustern darstellt, gekennzeichnet durch eine fünfte Stufe (24) zur selektiven Vorgabe der jeweiligen Abtastperioden und eine sechste Stufe (U, 12) zur Erzeugung von Abtastimpulsen mit der von der fünften Stufe (24) vorgegebenen Abtastperiode derart, daß das mit den x> Ablastimpulsen abgetastete Teübildmusler gemäß der Größe des in der zweiten Stufe (17) enthaltenen Standardbildes aus der ersten Stufe (13... 16) entnommen wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die fünfte Stufe (24) eine Einrichtung (21) aufweist, die die aus einem Bildausschnitt als Teilbildmuster abzutrennenden Bereiche selektiv bezeichnet und daß die sechste Stufe (12) eine Einrichtung aufweist, die die Abtastimpulse mit der von der fünften Stufe (24) vorgegebenen Periode während eines Zeilintervalls erzeugt, das dem von der fünften Stufe bezeichneten Bereich entspricht.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Stufe (13—16) folgende Merkmale aufweist: eine Bildeingangsstufe (13), die ein Videosignal eines vorbestimmten Bildausschnitts erzeugt, eine Binär-Kodierschaltung (14), die das Videosignal der Bildeingangsstufe (13) binär kodiert, einen ersten Speicher (15), der das Ausgangssignal der Binär-Kodierschaliung (14) speichert und einen zweiten Speicher(16) zum Abtasten eines Ausgangssignals des ersten Speichers (15) mittels der Abtasiimpulse der sechsten Stufe (12) und zum Speichern des abgetasteten Ergebnisses.

4. Finrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Stufe (18, 19) folgende Merkmale aufweist: eine Vergleicherstufe (18), die ein dem Grad der Nicht-Übereinstimmung zwischen 4em Teilbildmuster der ersten Stufe (13—16) und dem Standardmuster der zweiten Stufe (17) entsprechendes Signal erzeugt und eine Detektorstufe (19), die einen Punkt für den das Nicht-Übereinstimmungssignal der Vergleicherstufe (18) am kleinsten wird, erfaßt.

5. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die sechste Stufe (11, 12) einen ersten (11) und einen zweiten (12) Generator aufweist, daß der erste Generator (11) Synchronisiersignale zum Betrieb der Bildeingangsstufe (13) sowie Koordinatensignale, die die Position des gegenwärtig von der Bildeingangsstufe (13) erzeugten Bilds bezeichnen, mit jeweils vorbestimmtem Takt erzeugt und daß der zweite Generator (12) in Abhängigkeit von den Koordinatensignalen des ersten Generators (11) und 6ϊ den Signalen der fünften Stufe (24) Abtastimpulse erzeugt.

6. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die fünfte Stufe (24) eine Einrichtung aufweist, die in Abhängigkeit von dem von der vierten Stufe (20) abgegebenen Positionssignal den aus dem Bildausschnitt abzutrennenden Bereich sowie die Abtastperiode festlegt.

7. Einrichtung zum Erfassen der Position eines Musters oder Zeichens, insbesondere nach einem der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine erste Einrichtung (13—16), die ein sowohl mit einer ersten als auch mit einer zweiten Abtastperiode abgetastetes Teilbildmuster abtrennt, durch eine zweite Einrichtung (17, 22), die eine Vielzahl Standardmuster selektiv bereithält, durch eine dritte Einrichtung (18, 19), die die Muster der ersten (13—16) und der zweiten Einrichtung (17, 22) vergleicht und den Grad der Übereinstimmung zwischen diesen Mustern ermittelt, durch eine vierte Einrichtung (20), die die Position des örtlichen Bildmusters zum Zeitpunkt der größten, von der dritten Einrichtung (18, 19) ermittelten Übereinstimmung ermittelt und durch eine fünfte Einrichtung (24), die die erste Abtastperiode vorgibt und die die zweiie Abtastperiode als auch einen Positionsbereich in einem Bildausschnitt des mit dieser Periode abzutrennenden Teilbildmusters in Abhängigkeit von der Position des örtlichen Bildmusters zu einem Zeitpi'nkt vorgibt, zu dem das mit der ersten Abtastperiode abgetrennte Teilbildmuster seine größte Übereinstimmung mit dem zugeordneten Standardmuster hat und wobei die fünfte Einrichtung (24) die Position eines spezifischen Musters in Abhängigkeit von der Position des örtlichen Bildmusters zu einem Zeitpunkt erfaßt, zu dem die Übereinstimmung des mit der zweiten Abtastperiode abgetrennten örtlichen Bildmusters mil dem zugeordneten Standardmusier am größten ist.