DE3508400A1

DE3508400A1 - Vorrichtung und verfahren zur mustererkennung

Info

Publication number: DE3508400A1
Application number: DE19853508400
Authority: DE
Inventors: Toshiaki Amano; Takayuki Isehara Kanagawa Aoki; Hidehiko Ibaragi Kouno
Original assignee: Agency of Industrial Science and Technology; Amada Co Ltd
Current assignee: Amada Co Ltd; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 1984-03-08
Filing date: 1985-03-08
Publication date: 1985-10-03
Anticipated expiration: 2005-03-09
Also published as: GB2156564A; GB8505952D0; US4747153A; DE3508400C2; IT1184724B; GB2156564B; FR2561012A1; IT8519827A0; FR2561012B1

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Mustererkennung

Beschreibung
5

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Erkennen von Figurenmustern, die für die Erkennung der Gestalt und dergleichen von Teilen in Produktions· betrieben brauchbar ist.

Die einer Biegemaschine zugeführten Stanzteile bei der Herstellung von Metallblechprodukten, auf welches Anwendungsgebiet die Erfindung sich insbesondere bezieht, haben im allgemeinen einfache geometrische Formen. Selbst bei einem Versuch, solche Teile mit vorgeschriebenen Formen durch Abtrennen und Klassifizieren aus einem Gemisch einer Vielzahl von unterschiedlichen Stanzteilen, die einer Biegemaschine zuzuführen sind, herauszuziehen, ist es nicht nötig, eine speziell genaue Figurenmustererkennung durchzuführen, und es ist stattdessen wirksam, ein Erkennungssystem zu verwenden, das eine einfache und schnelle Ausführung ermöglicht, je nach den Mustern der betreffenden zu erkennenden und zu unterscheidenden Objektfiguren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Mustererkennungsvorrichtung anzugeben, die eine geringe Größe und einen einfachen Aufbau hat.

Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Mustererkennungsvorrichtung anzugeben, bei der die Arbeitsschritte einfach sind und die Arbeitszeit verringert ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Ein erfindungsgemäßes Mustererkennungsverfahren ist Gegenstand des Patentanspruchs 10. Wei-

terbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung, ihre Ausgestaltungen und Vorteile sollen nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigt:

Fig. 1 ein Übersichtsbild des Aufbaus einer Ausführungsform einer Figurenmustererkennungsvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ein Blockdiagramm des Aufbaus der Vorrichtung nach Fig. 1;

Fig. 3 ein Flußdiagramm des Arbeitsablaufs in der Erkennungsvorrichtung nach Fig. 1;

Fig. 4 eine Darstellung der Figurendatenverarbeitung

in der Mustererkennungsvorrichtung; 20

Fig. 5 ein Flußdiagramm von Details der Schritte 120 und 130 von Fig. 3;

Fig. 6 ein Flußdiagramm einer anderen Ausführungsform einer Figurenmustererkennungsvorrichtung nach der Erfindung;

Fig. 7 ein Flußdiagramm von Details der Schritte 220 und 230 von Fig. 6, und

Fig. 8 ein Flußdiagramm des Arbeitsablaufes in einer weiteren Ausführungsform einer Figurenmustererkennungsvorrichtung nach der Erfindung.

Zu Beginn wird der Aufbau einer Figurenmustererkennungsvorrichtung, die in den Figuren 1 und 2 dargestellt ist, erläutert. In Fig. 1 ist eine Mustereingabeeinrichtung 5

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angeordnet, die beispielsweise von einer Tragsäule 6 so gehalten ist, daß ihr Bildaufnahmebereich mit dem Meßbereich 3 übereinstimmt, der auf einem Teil einer Metallbandbahn 1 ausgebildet ist. Als Bildaufnahmeeinrichtung 5 wird eine Fernsehkamera, eine fotoelektrische Bildwandlereinrichtung in Matrixform oder dergleichen verwendet. Weiterhin ist eine Lichtquelle 7 vorgesehen, die von einer Tragsäule 8 gehalten wird und die den Meßbereich 3 beleuchtet. Die Lichtquelle 7 ist so angeordnet, daß die Beleuchtung aus derselben Richtung erfolgt, wie die Bildaufnahmevorrichtung in bezug auf den Meßbereich 3 angeordnet ist, wie mit ausgezogenen Linien in Fig. 1 dargestellt ist, wenn die Bildaufnahme mit der Bildaufnahmeeinrichtung 5 das reflektierte Licht verwendet. Die Lichtquelle 7 steht jedoch der Bildaufnahmeeinrichtung 5 mit dem Meßbereich 3 dazwischen gegenüber, wie mit gestrichelten Linien in Fig. 1 eingezeichnet ist, wenn die Bildaufnahme mit Hilfe des durchfallenden Lichtes durchgeführt wird. Die Bildaufnahmeeinrichtung 5 ist mit einer Verarbeitungssteuereinrichtung 9 verbunden und wird betätigt oder gibt das aufgenommene Signal unter Steuerung durch ein Befehlssignal von der Verarbeitungssteuereinrichtung 9 ab.

Die Verarbeitungssteuereinrichtung 9 enthält eine Muster-Unterscheidungseinrichtung 11, die die verschiedenen Verarbeitungs- und Steuerfunktionen zusätzlich zur Mustererkennung durchführt, ein Modem (beispielsweise ein RS232-System) 13 für die Datenübertragung zwischen der Musterunterscheidungseinrichtung 11 und dem äußeren Gerät durch Verwendung eines Übertragungskreises, einen Eingabeanschluß 15, Ausgangsanschlüsse 17 und 18 und einen Eingabe/ Ausgabe-Anschluß 19 auch zum Austauschen von Signalen mit dem äußeren Gerät, und einen Steuerkreis 20 zum Steuern des Betriebs der Bildaufnahmeeinrichtung 5, durch einen Bildaufnahmesteuer- und -verarbeitungsteil 23, der später beschrieben wird, unter Steuerung durch den Verarbeitungssteuerteil 11. Der Verarbeitungssteuerteil 11 enthält eine

zentrale Prozessoreinheit (CPU) 21, einen Nur-Lese-Speicher ROM 23 zum Speichern des Verarbeitungsprogramms der CPU 21, ein Bildaufnahmesteuerungs- und -verarbeitungsteil 23, das mit wenigstens einer der Signalaufnahmeeinrichtun- ^ gen 5 verbunden ist (in Fig. 2 sind zwei solcher Signalaufnahmeeinrichtungen 5 gezeigt), ein er-stes bis drittes RAM 25, 27 und 29 zum Speichern der Ergebnisse der verschiedenen vorgeschriebenen Verarbeitungsvorgänge, die schon früher beschriebenen Eingabe- und Ausgabeanschlüsse 15, 17, 18 und 19 und ein Eingabe/Ausgabetor (I/O), das mit der Steuereinheit 20 verbunden ist. Der Bildaufnahmesteuer- und -verarbeitungsteil 23, der mit dem Steuerkreis 20 verbunden ist, steuert den Betrieb der Bildaufnahmeeinrichtungen 5, indem er ein Signal erhält, beispielsweise _zur Einstellung der Brennweite der Bildaufnahmeeinrichtungen 5, oder das Startsignal für die Bildaufnahme, das von dem Steuerkreis 20 unter Steuerung durch die CPU 21 abgegeben wird, und durch Zuführen des empfangenen Signals zu den Bildaufnahmeeinrichtungen 5. Der Bildaufnahmesteuer- und -verarbeitungsteil 23 ist mit seinem Ausgang mit dem ersten RAM 25 verbunden, und bei Empfang eines Bildaufnahmesignals von den Bildaufnahmeeinrichtungen 5 führt er die Binärkodierungsverarbeitung nach A/D-Wandlung durch, um das Ergebnis im ersten RAM 25 zu speichern (wenn eine Mehrzahl von Bildaufnahmeeinrichtungen 5 vorhanden sind, dann wird der Signalempfang ausgeführt, indem in geeigneter Weise zwischen ihnen umgeschaltet wird). Das zweite RAM ist mit der CPU 21 und anderen Einheiten über die Vielfachleitung 31 verbunden und speichert die Ergebnisse, die sich auf Unterscheidungsvorgänge beziehen, die von der CPU 21 für Projektionen auf die X- und Y-Achsen durchgeführt werden, wie später noch erläutert wird. Das dritte RAM 29 ist ebenfalls mit der CPU 21 über die Vielfachleitung 31 verbunden und speichert die charakteristischen Werte oder Formwahlwerte, die von der CPU 21 gefunden wurden, wie später noch beschrieben wird. Das dritte RAM 29 ist mit einer Batterie 32 verbunden, damit der Speicherinhalt ge-

gen Verlust gesichert ist.

χμ.

Wenn die zu erkennenden Objekte, beispielsweise zu einer Biegemaschine zuzuführende Stanzteile, geometrische Formen aufweisen, nämlich Figurenmuster, die in geschlossenen Schleifenformen mit Linien gestaltet sind, die parallel und senkrecht zu einer gewissen Linie als Hauptbestandteil verlaufen, dann ist es einfach, diese Teile mit Hilfe einer Führungseinrichtung oder dergleichen gleichförmig auszurichten, bevor sie der Maschine zugeführt werden. Wenn beispielsweise die Teile im wesentlichen rechteckige Form aufweisen, dann ist es möglich, sie so anzuordnen, daß eine ihrer Seiten längs der Führung liegt, so daß eine Phasendifferenz von 90° oder Vielfachen davon verbleibt. Es sei daher nachfolgend angenommen, daß die zu der Biegemaschine zugeführten Figurenmuster bereits in ihrer Lage ausgerichtet sind.

Für so zugeführte Figurenmuster wird das Figurenmuster zunächst mit der Mustereingabevorrichtung 5 (Schritt 100 von Fig. 3, wie später noch erläutert) ausgelesen, um die binär kodierten Figurendaten (Schritt 110 von Fig. 3) zu erhalten.

Für die von der Mustereingabeeinrichtung 5 ausgelesenen Figurendaten wird eine Extraktion der charakteristischen Werte ausgeführt, wie weiter unten noch erläutert wird, indem man sie in der Gestalt-Unterscheidungseinrichtung 11 verarbeitet (Schritte 130 bis 190), wie in Fig. 3 gezeigt.

Dieser Erkennungsprozeß hat sein spezielles Merkmal darin, daß er im wesentlichen das von der Mustereingabeeinrichtung 5 ermittelte und binär kodierte Figurenmuster in der Gestalt-Unterscheidungseinrichtung 11 auf die projizierten Figuren in den zwei Achsen transformiert,- die aufeinander senkrecht stehen. Das Muster wird dann durch den Gestaltübereinstimmungswert erkannt, den man aus einer arithmetischen Operationsformel ermitteln kann, wobei die charakte-

ristischen Werte verwendet werden, die als die positiven und negativen Impulsnummern in den differenzierten Wellenformen gefunden wurden, die man durch Differenzieren der projezierten Figuren erhält.
5

Dieser Erkennungsvorgang hat. weiterhin die Eigenschaft, daß er die Erkennung solcher Figurenmuster durchführt, für die die Übereinstimmung mittels des Gestaltübereinstimmungswertes vorerwähnter Art ineffektiv ist, durch Verwendung eines zweiten charakteristischen Wertes, wie beispielsweise die Umfangslänge des Figurenmusters, die aus der Gesamtsumme der Absolutwerte der abgeleiteten Werte in den differenzierten Wellenformen bestimmt wurde, oder es wird die Position des Schwerpunkts oder die Flächengröße des Figurenmusters ausgewertet, die man aus dem binär kodierten Figurenmuster erhält.

Für binär kodierte Figurendaten entsprechend einem Figurenmuster 15, wie als Beispiel in Fig. 4 gezeigt, wird nämlieh das Figurenmuster zunächst in die projizierten Figuren 2OX und 2OY auf den aufeinander senkrechten Achsen X und Y durch die Datenverarbeitung in der Gestalt-Unterscheidungseinrichtung 11 transformiert, und dann werden die projizierten Figuren differenziert (Schritt 120). In Fig. 4 sind die differenzierten Wellenformen 30X und 30Y der projizierten Figuren des Figurenmusters 15 auf den X- und Y-Achsen dargestellt.

Die differenzierten Wellenformen, die man so erhalten hat, haben unterschiedliche Gruppen positiver und negativer Impulse, die den verschiedenen Gestaltformen entsprechen, und es wird daher möglich, eine Erkennung der grundsätzlichen geometrischen Figurenmuster durch Auswertung speziell dieser Tatsache durchzuführen.

Dann werden die charakteristischen Werte eines Figurenmusters als positive und negative Impulszahlen N ⁺ und N ~

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in den differenzierten Wellenformen der projizierten Figuren auf der X-Achse und in gleicher Weise positive und negative Impulszahlen N⁺ und N ~ für die projizierte Figur

«y j

auf der Y-Achse definiert.
5

In Tabelle 1 sind verschiedene Figurenmuster, die positiven und negativen Impulsgruppen in den differenzierten Wellenformen der projizierten Figuren auf den X- und Y-Achsen dieser Figurenmuster und die aus den Impulsgruppen errechneten charakteristischen Werte N⁺, N ~, N ⁺ und N "" gezeigt. Wie man aus der Tabelle sieht, zeigen die charakteristischen Werte der verschiedenen Figurenmuster Unterschiede von einer Art zur andern, und es wird daher möglich, die Figurenmuster mit Hilfe der charakteristischen Werte zu erkennen und voneinander zu unterscheiden.

Bei der Ausführung der Figurenmustererkennung durch Verwendung dieser charakteristischen Werte wird es möglich, wie nachfolgend gezeigt wird, die Notwendigkeit eines komplizierten Vergleichsvorganges zu vermeiden, indem anstelle ein Gestaltübereinstimmungswert N* verwendet wird, den man aus einer arithmetischen Formel unter Verwendung der charakteristischen Werte bestimmen kann.

Als ein Kandidat für die arithmetische Berechnungsformel sei beispielsweise betrachtet:

λ Λ JJ

N* = (N⁺ + N⁺) χ (N" + N "),
λ y a y

oder dergleichen. Die arithmetische Berechnungsformel ist jedoch nicht auf diese beiden Beispiele beschränkt, ist jedoch ausreichend, um einen Ausdruck darzustellen, der eine präzisere Charakterisierung eines jeden zu erkennenden Musters in Betracht zieht.

Tabelle 1

5	Nr.	Musterge stalt	Impulsgruppe (obere Reihe: X) (untere Reihe: Y	Charakteri stischer Wer ^Nx⁺' V	Gestaltüber einstimmungs wert N*
10	1		+ -	1 , 1 1 , 1	4
15	2			2 , 1 2 , 1	9
	3		+ +	2 , 2 2 , 1	12
20	4		+ + - -	CM CM CM CM	16
25	5	1	_{+ + +}	1 , 3 3 , 3	24
	6			CM OO OO OO	30
7		+ + - + _-	OO OO OO OO	36

Ei

3Q Im Schritt 130 wird dementsprechend der Gestaltübereinstimmungswert N* für die Figureneingabemuster aus den charakteristischen Werten N ⁺, N "", N ⁺, und N ~ errechnet, indem eine angenommene arithmetische Berechnungsformel benutzt wird. In den Schritten 140 und 150 wird dann eine

gg Erkennung der Eingabefigurenmuster erzielt, indem die Koinzidenz des errechneten Gestaltübereinstimmungswertes N* mit dem Standardgestaltübereinstimmungswert N*, der zuvor für jedes Figurenmuster gespeichert worden ist, verglichen

und bestätigt wird. Im Falle, daß man keine Koinzidenz zwischen zwei Arten von Gestaltübereinstimmungswerten N* in den Vergleichsschritten 140 und 150 erhält, wird das Eingabemuster als nicht in den zuvor gespeicherten Figurenmustern enthalten angenommen, d.h., eine Erkennung ist ausgeschlossen (Schritt 190).

An dieser Stelle seien die Vorgangsdetails in den Schritten 130 und 14O unter Bezugnahme auf Fig. 5 erläutert.

Wenn man am Schritt 120 nach Abschluß der Binärkodierung im Schritt 110 angekommen ist, dann geht man zum Schritt 1203 über, nachdem die i- und j-Register auf 1 gesetzt worden sind, um als Initialisierung die X- und Y-Achsen anzugeben (Schritt 1201). Es sei betont, daß bei dem ersten Einstellvorgang im Schritt 1201 ebenfalls eine Verarbeitung durchgeführt wird, obgleich in der Figur nicht gezeigt, um den Inhalt jeder der Register X(i), Y(j), AREA,

n, FDX, FDY, N⁺, N ~ N _r ⁺ , N ~ N* usw. zu löschen, wie χ χ y y

später noch beschrieben wird.

In den Schritten zwischen dem Schritt 1203 und Schritt 1223 werden Balkendiagramme der projizierten Figuren des zu erkennenden Figurenmusters gebildet, wie das eine in Fig. 4, für jede der X- und Y-Achsen als Basis, indem der Pegelzustand diskriminiert wird (die Bereiche innerhalb der projizierten Figur haben den hohen Pegel "1", während die Bereiche außerhalb der projizierten Figur den niedrigen Pegel "0" haben), für jeden Koordinatenpunkt f(i, j), der von den Registern i und j in dem rechteckigen Koordinatensystem nach Fig. 4 repräsentiert wird.

Zunächst wird die Verarbeitung des Balkendiagramms mit der X-Achse als Basis beschrieben, übergehend zum Schritt 1203 nach der Initialisierung im Schritt 1201, wird bezüglich der Koordinate f(1, 1), die die Koordinate von f(i, j) am Beginn der Diskriminierung repräsentiert, ermittelt, ob sie auf dem Pegel "1" oder ¹¹O" ist, entsprechend der an-

fänglich eingestellten Werte der Register i und j. Hier entspricht die Koordinate f(1, 1) dem Ursprung des Koordinatensystems, der der Ausgangspunkt für die X- und Y-Achsen ist. Wenn das Ergebnis der Diskriminierung anzeigt, daß f(1, 1) auf hohem Pegel ist, d.h., wenn er in der projizierten Figur gefunden wird, dann geht man auf den Schritt 1205 über, wo das Register X(i) (hier ist es gleich mit X(i=1)), das die Häufigkeit des Aufgefundenwerdens in der projizierten Figur (hoher Pegel "1") für jede X-Koordinate i repräsentiert, inkrementell wie das Register AREA gesteigert wird, das die Flächengröße des Figurenmusters angibt, dessen Inhalt ebenfalls inkrementell erhöht wird, bevor man zum Schritt 1206 übergeht. Im Schritt 1206 wird bestätigt, daß der Balkendiagrammbetrieb mit der X-Achse als Basis nun abläuft, und danach geht man auf Schritt 1207 über, um die Koordinate anzugeben, die als nächste diskriminiert wird.

Im Schritt 1207 wird nur der Y-Achsenwert, der vom Register j repräsentiert wird, durch stufenweises Vergrößern

2Q des Inhalts des Registers j für die Punkte auf der Linie variiert, entsprechend dem X-Register i zum gegenwärtigen Zeitpunkt. Konkret ausgedrückt, es wird die Größe f(1, 2) nach Verarbeitung im Schritt 1207 haben, wenn die Koordinate vor der Verarbeitung f(1, 1) war. Danach wird auf den Schritt 1209 übergegangen, wo diskriminiert wird, ob der Wert des Registers j den Maximalwert Y der Y-Achse erreicht hat. Wenn gefunden wird, das j>Y_m_ das Ergebnis

ΙΏ3. X

der Diskriminierung ist, dann wird entschieden, daß die Veränderung des Y-Wertes auf der Linie entsprechend jenem

QQ Wert von X seine Grenze erreicht hat, d.h., daß die Bestimmung der Häufigkeit des Auftretens auf dieser Linie abgeschlossen worden ist. Dann wird auf den Schritt 1211 übergegangen, wo der Inhalt des Registers i stufenweise vergrößert wird und das Register j auf 1 zurückgesetzt

gg wird, um einen neuen Diskriminatorvorgang im nächsten Schritt 1203 für die Linie entsprechend dem X-Wert durchzuführen, der benachbart zu, und auf Seiten des Maximalwertes X__„, relativ zu der Linie liegt, für die die Verar-

IU ei X

beitung soeben abgeschlossen worden ist. Konkret ausgedrückt, es wird sich der Wert f(2, 1) nach Verarbeitung im Schritt 1211 ergeben, wenn die Koordinate vor der Verarbeitung f(1, Y___v) war. Wenn sich im Schritt 1209 nicht j>Y___v ergibt, dann geht man direkt zum Schritt 1203 zurückj um die Häufigkeit auf der Linie entsprechend demselben Wert von X herauszufinden.

Nach Abschluß der Verarbeitung im Schritt 1211 wird auf den Schritt 1213 übergegangen, wo eine Diskriminierung stattfindet, ob der Inhalt des stufenweise erhöhten Registers i den Maximalwert X für die X-Achse übersteigt. Wenn nämlich gefunden wird, das i⁵»X_mov ist, dann zeigt

IHaX

dies an, daß der Häufigkeitsbetrieb für alle Linien im gesamten X-Wertebereich abgeschlossen worden ist, so daß ein Befehl erzeugt wird, der den Verarbeitungsbetrieb für das Balkendiagramm mit der Y-Achse als Basis durchführt und die Register i und j auf die Anfangswerte 1 rückgestellt werden, um zum Schritt 1203 zurückzukehren. Wenn nun i>X_._v nicht gegeben ist, dann geht man direkt zum Schritt 1203 über, indem entschieden wird, daß die Herstellung des Balkendiagramms mit der X-Achse als Basis noch nicht vollendet ist.

Auf diese Weise ist es möglich, die Häufigkeit für alle Werte im gesamten Bereich der X-Achse zu erhalten, d.h., das Balkendiagramm mit der X-Achse als Basis, indem man die Vorgänge zwischen den Schritten 1203 und 1215 wiederholt.

Als nächstes werden die Verarbeitungsschritte für das Balkendiagramm mit der Y-Achse als Basis beschrieben. Zurückgehend zum Schritt 1203 nach dem Einstellen der vorgeschriebenen Schalter im Schritt 1215 wird eine Unterscheidung durchgeführt, ob "1" oder "0" als Pegel der Koordinate f(1, 1) gegeben ist, die die Koordinate f(i, j) für die anfänglich eingestellten Werte der Register i und j reprä-

λ/ ξ}-

sentiert. Wenn gefunden wird, daß f(1, 1) sich auf hohem Pegel "1" befindet als Ergebnis der Diskriminierung, d.h., daß sie innerhalb eines Bereiches der projezierten Figur liegt, dann wird zum Schritt 1205 übergegangen. Dort wird das Register Y(j) (hier ist es gleich mit Y(J=D), das die ,. Häufigkeit des Auftretens des Teils der projizierten Figur (hoher Pegel "1") für jeden Wert j für die Y-Achse repräsentiert, stufenweise erhöht, wie auch der Inhalt des Registers AREA, der die Flächengröße des Figurenmusters repräsentiert, stufenweise erhöht wird, bevor man zum Schritt 1206 übergeht. Wenn gefunden wird, das f(1, 1) sich auf niedrigem Pegel "0" im Schritt 1203 befindet, dann wird direkt auf den Schritt 1206 übergegangen. Vom Schritt 1206 wird nach Bestätigung,'daß der Betrieb zur Erzielung des Balkendiagramms mit der Y-Achse als Basis sich in Ausführung befindet, auf den Schritt 1217 übergegangen, um die als nächste zu diskriminierende Koordinate einzustellen. Im Schritt 1217 wird nur der X-Wert, der durch das Register i repräsentiert wird, durch inkrementelles Erhöhen des Inhalts des Registers i auf der Linie verändert, die dem vorhandenen Wert des Registers j entspricht. Konkret ausgedrückt, es wird den Wert f(2, 1) nach Verarbeitung im Schritt 1217 haben, wenn die Koordinate vor der Verarbeitung f(1, 1) war. Darauf folgend wird auf den Schritt 1219 übergegangen, um zu ermitteln, ob der Wert des Registers i den Maximumwert X für die X-Achse erreicht hat. Wenn als

max

Ergebnis der Diskriminierung gefunden wird, daß j>X„,„„ ist, dann wird auf den Schritt 1221 übergegangen, indem entschieden wird, daß die Variation des X-Wertes auf einer Linie mit gegebenem Y-Wert ihre Grenze erreicht hat, d.h., daß das Auffinden der Häufigkeiten auf dieser Linie abgeschlossen worden ist. Im Schritt 1221 wird der Inhalt des Registers j stufenweise erhöht und das Register i wird auf 1 zurückgesetzt, um einen neuen Diskriminationsvorgang im nächsten Schritt 1223 zu beginnen für die Linie, die benachbart zu, und auf der Seite gegen die Linie für den Maximumwert Ί. in bezug auf die Linie, für die die Diskrimina-

III α. Χ

tion gerade abgeschlossen worden ist, liegt. Konkret gesagt, es ergibt sich die Koordinate f(1, 2) nach der Verarbeitung im Schritt 1221, wenn sie vor der Verarbeitung , 1) war. Wenn im Schritt 1219 sich ergibt, daß

IDaX

j>X_m^_v ist, dann geht man direkt zum Schritt 1203 zurück,

ΙΠ 3x

ΙΠ 3.x

um die Häufigkeitsbestimmung für die Linie mit demselben Y-Wert wie zuvor zu machen. Nach Abschluß der Verarbeitung im Schritt 1221 geht man auf den nächsten Schritt 1223 über, wo unterschieden wird, ob der Inhalt des Registers j, der stufenweise erhöht worden ist, den Maximumwert Y

max

für die Y-Achse überschritten hat. Wenn j^Y ist, dann bedeutet dies, daß der Häufigkeitsbetrieb für alle Linien im gesamten Bereich der Y-Achse abgeschlossen ist. Wenn andererseits j>Y____ nicht gegeben ist, dann geht man di-¹^ rekt zum Schritt 1203 zurück, indem entschieden wird, daß die Herstellung des Balkendiagramms mit der Y-Achse als Basis noch nicht abgeschlossen ist.

Durch Wiederholung der Vorgänge vom Schritt 1203 über die Schritte 1206 und 1217 zum Schritt 1223 ist es daher möglich, eine Häufigkeitsbestimmung für alle Linien im gesamten Bereich der Y-Achse zu erzielen, d.h. ein Balkendiagramm mit der Y-Achse als Basis zu erstellen. Kombiniert mit dem Balkendiagramm mit der X-Achse als Basis, das zuvor erhalten wurde, sind als Ergebnis die Arbeitsabläufe für die Balkendiagramme für das Figurenmuster, das auf die rechtwinkligen Koordinatenachsen nach Fig. ¹J projiziert worden ist, nun abgeschlossen.

in den Schritten 1225 bis 12*19 wird nun eine Differenzierung und Verarbeitung für die charakteristischen Werte N ⁺,

N ~, N⁺ und N ~ ausgeführt auf der Basis der Balkendiaxy y

gramme mit den X- und Y-Achsen als Basis, die man in den Schritten 1203 bis 1223 erhalten hat. 35

Nach Erreichen des Schrittes 1225 geht man auf den Schritt 1227 über, nachdem der Inhalt des Registers η auf 1 zu-

rückgestellt worden ist. Im Schritt 1227 wird die Häufigkeitsdifferenz FDX für die benachbarten X-Koordinaten (n und n+1) errechnet unter Verwendung der Häufigkeit X(i), die für jede X-Koordinate i gefunden worden ist. Der Vorgang wird hier ausgeführt, um die Häufigkeitsdifferenz FDX zwischen X(2) und X(1) zu ermitteln, da sie dem entspricht, unmittelbar nach dem Rücksetzen des Registers n. Im nächsten Schritt 1229 wird der Inhalt des Registers LEN, der die Umfangslänge des Figurenmusters angibt, zum Abso- *O lutwert der oben gefundenen Häufigkeitsdifferenz FDX hinzugezählt.

Danach wird zum Schritt 1231 übergegangen. Nach Bestätigung, daß der Absolutwert der errechneten Häufigkeitsdifferenz FDX einen vorgeschriebenen Wert P erreicht hat, wird das Vorzeichen der Häufigkeitsdifferenz FDX ermittelt (Schritt 1233). Es ergibt sich der charakteristische Wert N⁺, der stufenweise im Schritt 1235 erhöht wird, wenn das Vorzeichen positiv ist, oder der charakteristische Wert N ~, der stufenweise im Schritt 1237 erhöht wird, wenn das Vorzeichen negativ ist. Wenn im Schritt 1231 gefunden wird, daß die Häufigkeitsdifferenz FDX kleiner als P ist, dann wird ein solcher Wert von der Auswertung von N⁺ und N ~ ausgeschlossen, indem entschieden wird, daß dieser Wert eine Störkomponente oder dergleichen ist.

Die Auswertung der charakteristischen Werte N ⁺ und N ~ für die Y-Achse wird später in den Schritten 1239 bis 1249 in gleicher Weise wie für die X-Achse ausgeführt. 30

Mit Abschluß einer Runde einer Serie charakteristischer Werte Ν_χ ⁺, Ν_χ~, N⁺ und N ~ für die X- und Y-Achsen geht die Verarbeitung zum Schritt 1251 über. Im Schritt 1251 wird eine Diskriminierung durchgeführt, ob das Register η den Maximumwert Max (hier wird zur Vereinfachung der Erläuterung angenommen, daß X_max = ^Y _max ^{und im} konkreten Fall beispielsweise n_mav = n_mQv_₁, n_m=v = Max f(i-1, j) =

Max f(i, j-1)) erreicht hat. Wenn gefunden wird, daß η = Max nicht gegeben ist als Ergebnis dieser Unterscheidung, dann geht man zum Schritt 1253 über, wo das Register η stufenweise erhöht wird, und man geht zum Schritt

° 1227 zurück, um den Differentiationsvorgang fortzusetzen und die Auswertung der charakteristischen Werte durch Verschiebung der Linien entsprechend gegen die Maximumwerte

^Xmax ^{und Y}max ^{f%ortzusetzen}· ^{In der} Schleife der Schritte vom Schritt 1225 zum Schritt 1253 wird nämlich eine Aus-

*O Wertung der charakteristischen Werte für die Gesamtbereiche der X- und Y-Achsen ausgeführt auf der Grundlage der Ergebnisse der Häufigkeitsdifferenzen FDX und FDY, die für die Gesamtbereiche der X- und Y-Achsen ausgewertet werden.

Wenn im Schritt 1251 nach Wiederholung dieser Serie von Verarbeitungsvorgängen festgestellt wird, daß η = η

Πι 3.x

vorliegt, was anzeigt, daß die Differentiation und die Auswertung des charakteristischen Wertes für die gesamten Bereiche der X- und Y-Achsen abgeschlossen ist, dann geht man zum Schritt 1255 über, wo der Gestaltübereinstimmungswert N* ausgewertet wird, wobei eine solche arithmetische Formel, wie zuvor erläutert,verwendet wird, und dann geht man zum nächsten Schritt 140 über, wo der Vergleichsvorgang für die Muster durchzuführen ist.

Tabelle 2

5	Nr.	Gestalt muster	Impulsgruppe (obere Reihe: X(x)') (untere Reihe: Y(y) )	Charakteri stischer Wert \' \ V ^Ny	Gestalt- überein- stimmungs- wert N*
10	1		+ - + - + + - -	CM CM CM CM	16
	2		+ + + --- + + - + --	3 , 3 3 , 3	36
Cs

Mit einem Erkennungssystem der zuvor beschriebenen Art ist es möglich, verschiedene Figurenmuster, wie in Tabelle 1 gezeigt, voneinander zu unterscheiden. Die Figurenmuster, die in Tabelle 2 gezeigt sind, haben jedoch, obgleich sie einfache geometrische Figuren sind, denselben charakteristischen Wert wie die Muster Nr. 4 und Nr. 7 aus der Tabelle 1, so daß die Unterscheidung zwischen den entsprechenden Mustern gemäß dem vorangehenden System unmöglich wird, wenn diese Muster vermischt vorliegen.

Um ein solches Problem zu lösen, ist es nur notwendig, ein oder eine Kombination aus einer Vielzahl von Verfahren der nachfolgend beschriebenen Art (Schritt 16O) anzuwenden.

Ein erstes dieser Verfahren besteht darin, das Figurenmuster unter Verwendung der Umfangslänge des Musters auszuwerten, die auf eine einfache Weise, wie nachfolgend erläutert, ermittelt werden kann.

Aufgrund der Tatsache, daß die Ableitungen der projizierten Figuren 2OX und 2OY in Fig. 4 in der Stufe ermittelt werden können, wo die Figurendaten binär kodiert werden,

kann man sie als endliche Differenzen zwischen den benachbarten projizierten Werten erhalten. Wenn die projizierten Figuren auf die X- und Y-Achsen jene der projizierten Figuren 2OX und 2OY von Fig. 4 sind, dann sind die Werte der endlichen Differenzen in den Tabellen 3 und 4 dargestellt.

Es sei festgehalten, daß die Umfangslänge des Figurenmusters durch die Gesamtsumme der Absolutwerte der endlichen Differenzen angegeben ist und daß die Länge ohne speziell komplizierte Rechenvorgänge aus den Ableitungen (die Werte der endlichen Differenzen) erhalten werden kann, die man durch Differenzierung der projizierten Figuren im Verfahren der Ermittlung der charakteristischen Werte, wie oben beschrieben, erhält. Die Verwendung der Umfangslänge als zweiter charakteristischer Wert macht es möglich, jene Figuren voneinander zu unterscheiden, die man mit dem Gestaltübereinstimmungswert N* allein nicht unterscheiden kann.

Tabelle 3

X-Koordinate	Projizierter	Positiver und	Werte der endli
	Wert	negativer Im	chen Differenz
		puls
XXXX	0 3 3 7	*	3 0 4 0
XXX	7 3 3	-	• -4 0
X	0

Ein zweites Verfahren besteht darin, die Lage des Schwerpunktes des Figurenmusters für die Unterscheidung heranzuziehen. Die Lage des Schwerpunktes in bezug auf die X- und Y-Achsen kann man aus den binär kodierten Figurenmustern durch Anwendung einfacher mathematischer Formeln ermitteln. Durch die Verwendung der Schwerpunktpositionen X_Q und Y~, notfalls geteilt durch die Maximalbreiten des Figurenmusters X. bzw. Y-, um sie zu normieren, als zweiter Satz charakteristischer Werte wird es auch möglich, eine übereinstimmung auch solcher Figurenmuster festzustellen, die mit dem Gestaltübereinstimmungswert N* allein nicht ermittelt werden kann.

Tabelle k

	X-Koordinate	Projizierter	Positiver und	Werte der endli
		Wert	negativer Im	chen Differenz
			puls
20
	Y	0
			₊	6
	Y	6
				0
	Y	6
				4
25	Y	10		0
	Y	10
				0
	Y	10
	Y	6		-4
				0
30	Y	6
				-6
	Y	0

Ein drittes Verfahren besteht darin, die Figurenmuster mit Hilfe ihrer Fläche voneinander zu unterscheiden, die wiederum sehr einfach durch Integrieren der projizierten Figuren ermittelt werden kann. Mit der Fläche als dritter charakteristischer Wert wird es möglich, solche Figurenmu-

350840Q

ster voneiander zu unterscheiden, die unter Verwendung des Gestaltübereinstimmungswertes N* allein nicht voneinander unterschieden werden können.

Die Übereinstimmung der Figurenmuster nach Tabelle 2 kann durch Verwendung der Umfangslänge festgestellt werden. Diese Figurenmuster können auch durch Verwendung der Schwerpunktsorte oder der Fläche miteinander verglichen werden, vorausgesetzt, daß die Größen ihrer verschiedenen Teile voneinander verschieden sind (Schritte 170 und 190).

In der vorangehenden Diskussion ist als Grundvoraussetzung angenommen worden, daß die Figurenmuster in bezug auf ihre Positur ausgerichtet sind, wie zuvor erwähnt. Selbst unter einem solchen Erfordernis ist es denkbar, daß vier verschiedene Posituren mit Phasendifferenzen von Vielfachen von 90° für Figurenmuster gegeben sind, die etwa die Form eines Rechtecks aufweisen. D.h., die zu erkennenden Objekte sind geometrische Figuren, wie Stanzteile, die zu der Biegemaschine zugeführt werden, und haben Figurenmuster, die eine geschlossene Schleife umreißen, deren Linien parallel und senkrecht zu einer gewissen Linie verlaufen. Bevor sie der Maschine zugeführt werden, werden diese Teile in bezug auf ihre Positur mit Hilfe einer Führungseinrichtung ausgerichtet. Die Einrichtung zum Ausrichten der Positur ist ausreichend, wenn sie solcher Art ist, daß sie, wie allgemein in Anwendung, die Teile in einen Satz mehrerer unterschiedlicher Posituren ausrichtet, indem sie die Teile, die auf einer Fördervorrichtung in beliebigen Positüren transportiert werden, gegen die Führung anschlagen läßt, die im Transportweg angeordnet ist. Wenn die Teile beispielsweise im wesentlichen die Gestalt eines Rechtecks aufweisen, dann können sie in vier verschiedenen Posituren angeordnet sein mit jeweils 90° Phasenverschiebung gegeneinander, weil eine der Seiten des Rechteckes auf die Führungslinie ausgerichtet ist. Aus diesem Grunde ist als Beitrag zur automatischen Zuführung der erkannten Teile zu

einer Maschine, wie beispielsweise einer Biegemaschine, eine Positurerkennung für diese Teile vorgesehen, die nachfolgend erläutert wird (Schritt 180).

Die Positurerkennung eines Figurenmusters ist durch die folgende Serie von Ablaufschritten gekennzeichnet. Ein Figurenmuster, in einer aus einer Mehrzahl von möglichen, durch die Führung gegebenen Posituren, wird durch die Mustereingabeeinrichtung 5 ermittelt und wird binär kodiert.

Die binär kodierten, so erhaltenen Musterdaten werden in projizierte Figuren für die aufeinander senkrecht stehenden zwei Achsen durch die Gestalt-Unterscheidungseinrichtung 11 transformiert. Durch Zählen der positiven und negativen Impulse, die in den differenzierten Wellenformen, die durch Differentiation dieser projizierten Figuren erhalten werden, erscheinen, wird die Positurerkennung des Figurenmusters auf der Grundlage der Regelmäßigkeit ausgeführt, mit der die Impulszahlen entsprechend der Positur des Figurenmusters variieren.

Bei diesem Verfahren der Positurerkennung eines Figurenmusters wird nämlich von den charakteristischen Werten

N⁺, N ~, N ⁺ und N ~ Gebrauch gemacht, die man durch Zähxxy y

lung der Anzahlen der positiven und negativen Impulse in den differenzierten Wellenformen der auf die X- und Y-Achsen projizierten Figuren finden kann. Bei diesem Verfahren wird speziell Gebrauch gemacht von einer gewissen Regelmäßigkeit, mit der diese charakteristischen Werte entsprechend der Positur des Figurenmusters variieren. 30

Es sei betont, daß die Tatsache, daß die charakteristischen Werte eines Figurenmusters mit seiner Positur variieren, in geeigneter Weise in Betracht gezogen wird, wenn die Gestaltprüfung für die Zuführung von Teilen durchgeführt wird, die als Gemisch einer Vielzahl von Teilen unterschiedlicher Gestalt vorliegen.

Die obige Variation der charakteristischen Werte eines Figurenmusters weist eine Regelmäßigkeit auf, die sich mit einem gewissen Verhältnis ändert, das der Positur des Figurenmusters entspricht. Für das Figurenmuster Nr. 3 von Tabelle 1 ändern sich die charakteristischen Werte beispielsweise wie in Tabelle 5 gezeigt. Die charakteristischen Werte in Tabelle 5 sind jene, die den Figurenmustern entsprechen, die man erhält, indem man sie im Uhrzeigersinn in Schritten von 90° dreht, mit der Figur in Tabelle 1 (Drehwinkel 0°) als Bezugsrichtung.

Tabelle 5

Drehwinkel	V	^Nx~	2	V
0°	2	2	2	1
90°	1	2	1	2
180°	2	2	2	2
270°	2	1	2

Die Veränderung der charakteristischen Werte entsprechend der Positur der Figurenmuster, wie sie oben angegeben ist, ist eine spezielle Verwirklichung des allgemeineren, in Tabelle 6 dargestellten Zusammenhangs. Tabelle .6 gibt die charakteristischen Werte für jede Positur an, mit den charakteristischen Werten für den Fall des Winkels 0°, wo die charakteristischen Werte a, b, c und d sind.

Tabelle 6

Drehwinkel	^Nx⁺	^Nx~	V	V
0°	a	b	C	d
90°	d	C	a	b
180°	b	a	d	C
270°	C	d	b	a

Durch Verwendung der charakteristischen Werte, die eine solche Variationsregelmäßigkeit haben, wird es möglich, die Positur eines Figurenmusters zu ermitteln, indem man den Drehwinkel ermittelt, für den die Art des Auftretens der charakteristischen Werte, wie in Tabelle 6 angegeben, mit der Art für das untersuchte Figurenmuster übereinstimmt.

Für die Figurenmuster, wie beispielsweise für die der Bildaufnahmeeinrichtung 5 zugeführten Teile, ist es möglich, zuvor nicht nur die charakteristischen Werte für diese Bezugsposituren zu kennen, sondern auch die charakteristischen Werte für jede Positur, die Änderungen im Drehwinkel von Vielfachen von 90° gegenüber den Verhältnissen entsprechen, die in Tabelle 6 angegeben sind. Durch vorausgehende Speicherung dieser Information in der Gestaltübereinstimmungseinrichtung ist es möglich, die Positur des Figurenmusters zu erkennen, indem man sie mit den charakteristischen Werten vergleicht, die von dem zugeführten Figurenmuster ermittelt werden.

Als nächstes wird eine weitere Ausführungsform des Erkennungsbetriebes unter Bezugnahme auf Fig. 6 erläutert. Der Aufbau dieser Vorrichtung ist der gleiche, aber die Verarbeitung in der Gestalt-Unterscheidungseinrichtung 11 ist anders als bei der Vorrichtung, die unter Bezugnahme auf die Figuren 1 und 2 beschrieben wurde.

Die Erkennung wird durch Transformation der von der Mustereingabeeinrichtung aufgenommenen, binär kodierten Figurenmuster in der Gestalt-Unterscheidungseinrichtung in auf zwei aufeinander senkrecht stehende Achsen projizierte Figuren ausgeführt und durch Zählen der Anzahl von benachbarten Vielzahlen von Impulsen, die in den,differenzierten Wellenformen vorhanden sind, die man durch Differenzieren der projizierten Figuren erhält, für jede mögliche Kombination in der Anordnung positiver und negativer Vorzeichen. Die Erkennung eines Figurenmusters wird durch Verwendung dieser gezählten Anzahlen als charakteristische Werte für das Figurenmuster durchgeführt.

Hier besteht das spezielle Merkmal dieses Verfahrens der Erkennung eines Figurenmusters in der Verwendung von Gestaltauswahlwerten, die als Zahlen definiert werden können, die aus diesen charakteristischen Werten ausgewertet werden können mit Hilfe von arithmetischen Formeln, oder als die numerischen Werte, die durch Zuordnung dieser charakteristischen Werte zu jeder unterschiedlichen Stelle erstellt werden.

Es sei, wie im Falle der vorangehenden Ausführungsform, weiterhin angenommen, daß die Zuführung dieser Figurenmuster in ausgerichteten Figurenposituren erfolgt.

Nun wird für eine Vielzahl von Impulsen in der differenzierten Wellenform der Projektion auf die X-Achse eines Figurenmusters, das von der Mustereingabeeinrichtung 5 abgelesen wurde (Schritt 200) und binär kodiert wurde (Schritt 201) die Häufigkeit des Auftretens einer Vielzahl benachbarter Impulse mit derselben Gruppe positiver und negativer Vorzeichen für jede mögliche Kombination von Vorzeichengruppen bestimmt. Ein Satz dieser Häufigkeiten des Auftretens wird nun als ein neuer Satz charakteristischer Werte für das Bild definiert.

Genauer gesagt, es gibt beispielsweise vier Kombinationen ++, +-, -+ und — als mögliche Gruppen von Vorzeichen eines Paares benachbarter Impulse. Für die Impulse in den differenzierten Wellenformen nach Fig. 4 sind beispielsweise die Häufigkeiten des Auftretens dieser Vorzeichengruppen, nämlich die charakteristischen Werte, 1, 1, 0, 1 entsprechend den X- und Y-Achsen. Wenn man die charakteristischen Werte, die man aus der differenzierten Wellenform der auf die X-Achse projizierten Figur erhält, M ⁺⁺, M⁺", M ~⁺ und M

und ähnlich für die Y-Achse M ⁺⁺, M⁺", M ~⁺ und M ""

j y «y j

nennt, dann sind die charakteristischen Werte für die verschiedenen Figurenmuster nach Tabelle 7 in der dritten Spalte dieser Tabelle angegeben.

In Tabelle 7 sind verschiedene Figurenmuster dargestellt, sowie die Impulsgruppen, die in den differenzierten Wellenformen der auf die X- und Y-Achsen projizierten Figuren erscheinen, die aus diesen Impulsgruppen erhaltenen charakteristischen Werte, und die Gestaltauswahlwerte, die ^aus diesen charakteristischen Werten errechnet worden sind. Wie man aus dieser Tabelle ersieht, zeigen die verschiedenen Figurenmuster einige Unterschiede in ihren charakteristischen Werten und es ist daher möglich, sie zu erkennen und voneinander zu unterscheiden, indem man diese charakteristischen Werte verwendet (Schritt 230).

Tabelle

Nr.

Figurenmuster

Impulsgruppe

Charakteristischer Wert

Gestaltauswahlwert

entsprechend (D-O)

entsprechend (5), (6), (3)

0 1
0 1

0 0 0 0

0 0 0

0 10 0 10 0 2 0

110 0 11 0 0

0 0 0

110 110 2 2 0

Γ 1

1 1
1 1

0 1 0 0

1 0 1

110 110 2 2 0

0 2 10 11 0 0

_My* M*

2 0 2

0 2 110 13

11 0 1 11 0 1

1 1 2

110 110 2 2 0

0 2 10 110 1

2 1 3

0 2 110 13

Bei der Ausführung der Erkennung dieser Figurenmuster mit Hilfe dieser charakteristischen Werte wird es möglich, wie unten beschrieben, die Notwendigkeit, eine komplizierte Vergleichs-35 verarbeitung, wie sie bei der allgemeinen Mustererkennung verwendet wird, zu vermeiden und die Untersuchung drastisch zu vereinfachen, indem die Gestaltauswahlwerte verwendet

werden, die man mit den arithmetischen Formeln unter Verwendung der charakteristischen Werte erhält.

Als arithmetische Formeln zum Bestimmen der Gestaltauswahlwerte kann man beispielsweise die folgenden verwenden:

Sofern es benötigt wird, kann ein neuer Gestaltauswahlwert M* wie folgt definiert werden:

unter den Bedingungen der Gestaltauswahlwerte M * und M *, die man aus den vorangehenden Gleichungen erhält. Ein weiterer Gestaltauswahlwert M* kann beispielsweise definiert werden durch:

worin M⁺⁺, M , M⁺" und M~⁺ die Summen der entsprechenden charakteristischen Werte sind, die den gleichen Vorzeichengruppen in bezug auf die X- und Y-Achsen entsprechen.

Im Schritt 230 werden daher die Gestaltauswahlwerte für die eingegebene Figur aus den arithmetischen Formeln unter Verwendung der charakteristischen Werte M ⁺⁺, M⁺", M ~⁺, M ,

Λ Λ. Λ Λ

M ⁺⁺, M⁺", M ~⁺ und M errechnet, die sich auf die dif-

J J J %r

ferenzierten Wellenformen der auf die X- und Y-Achsen projizierten Figuren beziehen. In den Schritten 240 und 250 wird die Erkennung des Eingabefigurenmusters abgeschlossen, indem man durch Vergleich die Koinzidenz der errechneten Gestaltauswahlwerte für die Figur mit den Bezugsgestaltauswahlwerten, die zuvor für die verschiedenen Figurenmuster eingespeichert worden sind, überprüft. Im Falle,

daß man keine Koinzidenz zwischen den zwei Arten von Gestaltauswahlwerten durch den Vergleich in den Schritten 2HO und 250 erhält, wird entschieden, daß die Eingabefigur unter den zuvor gespeicherten Figurenmustern nicht gefunden werden kann oder daß die Figur eine solche ist, die nicht erkannt werden kann (Schritt 290).

Unter Bezugnahme auf Fig. 7 sollen nun die Details der Verarbeitung in den Schritten 220 und 230 erläutert werden. 10

Wenn nach Abschluß des Binärkodierungsvorgangs im Schritt 210 der Schritt 220 erreicht ist, dann geht der Ablauf zum Schritt 2203 über, nachdem die i- und j-Register für die X- bzw. Y-Achsen auf 1 als Anfangswerte eingestellt worden sind (Schritt 2201). Dieser anfängliche Einstellvorgang im Schritt 2201 umfaßt auch, obgleich nicht dargestellt, die Löschung des Inhalts jedes der Register X(i), Y(j), AREA, n, FDX, FDY, Μ_χ ⁺⁺, Μ_χ ⁺", Μ_χ"⁺, Μ_χ", M_y ⁺⁺, M_y ⁺~, M_y"⁺, M und weitere, wie später noch beschrieben wird.

Die Beschreibung des Ablaufs zwischen den Schritten 2203 und 2223 braucht hier nicht mehr zu erfolgen, da er dem zwischen den Schritten 203 und 1223 der unter Bezugnahme auf Fig. 5 erläuterten Ausführungsform entspricht.

In den Schritten 2225 bis 2251 wird nun die Differentiation und die Verarbeitung für die charakteristischen Werte

M ⁺⁺, M⁺", M "⁺, M "", M ⁺⁺, M⁺", M "⁺ und M ~ auf der χ xx χ y y y y

Grundlage der Balkendiagramme für die X- und Y-Achsen ausgeführt, die man in den Schritten 2203 bis 2223 erhält.

Wenn man beim Schritt 2225 ankommt, wird der Wert des Registers η auf 1 zurückgesetzt, bevor man zum Schritt 2227 übergeht. Im Schritt 2227 wird die Häufigkeitsdifferenz FDX für die benachbarten X-Koordinaten (n und n+1) errechnet unter Benutzung der Häufigkeit X(i) für jede X-Koordinate i, die im Schritt 2205 erhalten wird. Hier wird

die Häufigkeitsdifferenz FDX zwischen X(2) und X(D berechnet, da das Register η jenem Wert unmittelbar vor dem Rücksetzen entspricht. Im nächsten Schritt 2229 wird unter Verwendung der so erhaltenen Häufigkeitsdifferenz FDX der Inhalt des Registers LEN, der der Umfangslänge des Figurenmusters entspricht _t hinzuaddiert.

Nach Bestätigung, daß der Absolutwert der errechneten Häufigkeitsdifferenz FDX einen "vorbestimmten Wert P erreicht hat, wird zum Schritt 2231 übergegangen, wo das Vorzeichen von FDX ermittelt wird (Schritt 2233) bevor man zum Schritt 2234 übergeht, wenn das Vorzeichen positiv ist, oder zum Schritt 2237 übergeht, wenn das Vorzeichen negativ ist. In den Schritten 2234 oder 2237 wird ein vorbestimmter charakteristischer Wert stufenweise erhöht, indem das Vorzeichen des vorangehenden FDX geprüft wird. D.h., im Schritt 2234 wird der charakteristische Wert M ⁺⁺ stufenweise erhöht, wenn das vorangehende FDX einen positiven Wert hat, oder der charakteristische Wert M⁺" wird stufenweise erhöht, wenn es einen negativen Wert hatte. Andererseits werden im Schritt 2237 die charakteristischen Werte M⁺" und M

X X

stufenweise erhöht, wenn das vorangehende FDX positive bzw. negative Werte hatte. Wenn weiterhin die Häufigkeitsdifferenz FDX'im Schritt 2231 kleiner als P ist, dann wird eine solche Häufigkeitsdifferenz von der Auswertung der charakteristischen Werte M ⁺⁺, M⁺", M ~⁺ und M ausgeschlos-

XXX X

sen, indem entschieden "wird, daß sie eine Rauschkomponente dieser oder.jener Art repräsentiert.

Die Auswertung der charakteristischen Werte M ⁺⁺, M⁺", M und M für die Y-Achse wird in der gleichen Weise wie jene für die X-Achse in den nachfolgenden Schritten 2240 bis 2251 ausgeführt.

Nach Abschluß der Auswertung einer Serie von charakteristischen Werten Μ_χ ⁺⁺, Μ_χ ⁺", Μ_χ"⁺, Μ_χ", M_y ⁺⁺, M_y ⁺", M_y"⁺ und M geht man auf den Schritt 2252 über. Die Verarbeitungs-

Vorgänge zwischen dem Schritt 2252 und dem Schritt 2255 brauchen nicht erläutert zu werden, da sie denen zwischen den Schritten 1251 und 1255 von Fig. 5 der vorangehenden Ausführungsform vergleichbar sind.
5

In der Gestalterkennung nach dem vorangehend beschriebenen System, im besonderen mit dem Verfahren, das den Gestaltauswahlwert wie durch die Gleichungen (1) bis (3) definiert, verwendet, wird die Übereinstimmungsprüfung bezüglieh der Figurenmuster 4 und 5 aus Tabelle 7 als Beispiel unmöglich, wenn diese Muster durcheinander gemischt sind. Solche Figurenmuster, die nach dem vorangehend beschriebenen Verfahren nicht voneinander unterschieden werden können, lassen sich durch ein Verfahren wie beispielsweise dem nachfolgend beschriebenen voneinander unterscheiden.

Wenn nämlich die Anzahlen der positiven und negativen Impulse in den differenzierten Wellenformen der auf die X- und Y-Achsen projizierten Figuren, nämlich N⁺, N ~, N ⁺

χ χ y

und N ~ als zweiter Satz charakteristischer Werte verwendet wird, dann unterscheiden sich diese Sätze für die zwei betrachteten Figurenmuster. Sie sind nämlich 2, 2, 2, 1 für das Figurenmuster Nr. H und 2, 2, 2, 2 für das Figurenmuster Nr. 5, wie man aus den Impulsgruppen entnehmen kann, die in Tabelle 7 angegeben sind. Wenn man daher den beispielsweise durch N* = (N ⁺ N ~) + (N⁺ N ~) definierten

xx y y

Gestaltübereinstimmungswert verwendet, dann erhält man N* = 12 für das Figurenmuster Nr. 4, während man N* = 16 für das Figurenmuster Nr. 5 erhält, wodurch es möglich wird, diese beiden Figurenmuster leicht voneinander zu unterscheiden.

Für eine genaue Übereinstimmungsprüfung der Figurenmuster ist es weiterhin auch wirksam, den charakteristischen Wert M* nach dem folgenden Verfahren zu ermitteln. Man braucht nämlich nur die Gestaltauswahlwerte M * und M * zu defi-

x y

nieren, beispielsweise durch

μ * r M_v ⁺⁺ x 1000 + M_v ⁺' χ 100 + M ~⁺ χ 10 + M ~" ... (5)

XX X X X

M * = M ⁺⁺ X 1000 + M⁺" χ 100 + M "⁺ χ 10 + M "" ... (6)

y y %f tf ·/

5 oder man kann den Gestaltauswahlwert M*, wie durch die Gleichung (3) definiert, auswerten.

In Tabelle 7 sind die Gestaltauswahlwerte angegeben, wie sie unter Verwendung der verschiedenen, soweit angegebenen Gleichungen errechnet worden sind.

Die arithmetischen Formeln zur Verwendung für die Übereinstimmungsprüfung sind nicht notwendigerweise auf die angegebenen beschränkt, es können auch andere Formeln verwendet werden, die die speziellen Merkmale jedes zu vergleichenden Figurenmusters in Betracht ziehen.

Außerdem kann für kompliziertere Figurenmuster beispielsweise von den charakteristischen Werten Gebrauch gemacht werden, die als die Häufigkeiten des Auftauchens von acht Arten von Vorzeichengruppen, nämlich +++, ++-, +-+, +—,

-++, -+-, —+ und definiert sind, die man als mögliche

Kombinationen von Gruppen positiver und negativer Vorzeichen von drei aufeinanderfolgenden Impulsen erhält.

Mit den übereinstimmungs- und Erkennungssystemen der vorbeschriebenen Art ist es möglich, die Unterscheidung der Figurenmuster nach Tabelle 7 oder verschiedenen Arten von Figurenmustern auszuführen. In Abhängigkeit von den Figurenmustern können jedoch auch Fälle auftreten, in denen mehreren Figurenmustern identische charakteristische Werte zugeordnet sind, in welchem Falle die Unterscheidung unmöglich wird.

In einem solchen Falle werden die Umfangslänge, die Lage des Schwerpunktes oder die Flächengröße der Figurenmuster als zweiter charakteristischer Wert verwendet, wodurch,

wie im ersten Ausführungsbeispiel beschrieben, für solche Figurenmuster die Unterscheidung möglich ist, die unter Verwendung der obigen charakteristischen Werte allein nicht unterschieden werden können (Schritte 260, 270 und 290).

Außerdem wird vorausgesetzt, daß die Figurenmuster zuvor in ihrer Positur ausgerichtet worden sind. Für Figurenmuster, die als ungefähr rechteckig angesehen werden können, existieren vier mögliche Posituren, die um 90° gegeneinander phasenverschoben sind, für die die obigen charakteristischen Werte voneinander verschieden sind. Es existieren jedoch gewisse Zusammenhänge zwischen den charakteristischen Werten für diese vier Posituren, so daß durch Verwendung solcher Zusammenhänge es möglich wird, wie für das zuvor beschriebene Ausführungsbeispiel, die Figurenmuster unabhängig von ihren Posituren zu erkennen und darüberhinaus ihre Posituren gleichzeitig zu erkennen (Schritt 280).

Fig. 8 zeigt eine Verarbeitung, bei der die zwei vorangehend erläuterten Ausführungsformen miteinander kombiniert sind. Es wird nämlich das von der Mustereingabeeinrichtung 5 ermittelte Figurenmuster, das binär kodiert wurde, in die Figuren transformiert, die auf zwei aufeinander senkrecht stehende Achsen projiziert worden sind (Gestalt-Unterscheidungseinrichtung 11). Dann werden die charakteristischen Werte als positive und negative Impulszahlen und als die Werte bestimmt, die auf den benachbarten Polaritäten beruhen, die man in den differenzierten Wellenformen findet, die durch Differenzieren dieser projezierten Figuren erhalten wurden (Schritte 300 bis 320). Das spezielle Merkmal des Verfahrens besteht darin, die Erkennung der Figurenmuster durch Verwendung dieser charakteristischen Werte auszuführen (Schritte 330 bis 420). In diesem Falle ist der Aufbau der Vorrichtung der gleiche wie in Fig. 1 gezeigt, aber der Arbeitsablauf in der Gestalt-Unterscheidungseinrichtung 11 ist unterschiedlich, wie zuvor erläutert.

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Claims

Japan as Representated by Director General of Agency of Industrial Science and Technology 3-1 Kasumigaseki 1-chome, 15 Chiyoda-ku, Tokyo, Japan Amada Company, Limited 200 Ishida, Isehara-shi, Kanagawa-ken, Japan Vorrichtung und Verfahren zur Mustererkennung 25 Patentanspruch

1. Mustererkennungseinrichtung, enthaltend:

eine Mustereingabeeinrichtung (5) zum Erfassen der zu erkennenden Figur und zum Abgeben eines binär kodierten Figurenmusters, und eine Gestalt-Unterscheidungseinrichtung (11) zum Transformieren des binär kodierten Figurenmusters in auf aufeinander senkrecht stehende Achsen projizierte Figuren zur Ausführung der Erkennung der Figurenmuster auf der Grundlage differenzierter Wellenformen, die man durch Differenzierung der projizierten Muster erhält.

2. Mustererkennungseinrichtung nach Anspruch 1, bei der die Gestalt-Unterscheidungseinrichtung (11) eine Erkennung des Musters mit Hilfe des Gestaltübereinstimmungswertes durchführt, der durch arithmetische Formeln aus charakteristischen Werten erhalten wird, die als die Anzahlen positiver und negativer Impulse in den differenzierten Figuren definiert sind.

3. Mustererkennungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Gestalt-Unterscheidungseinrichtung (11) eine Erkennung des Figurenmusters mit Hilfe der charakteristischen Werte des Figurenmusters ausführt, die als Summe der Anzahl der charakteristischen Werte des Figurenmusters definiert sind, die als die Summe der Anzahlen von Fällen definiert sind, in denen dieselbe Gruppe positiver und negativer Vorzeichen in einer Vielzahl benachbarter Impulse auftritt, die in den differenzierten Wellenformen gefunden wurden, ausgewertet für alle möglichen Kombinationen von Vorzeichengruppen.

4. Mustererkennungseinrichtung nach Anspruch 1 bis 3, bei der die Gestalt-Untersoheidungseinrichtung (11) die Erkennung des Figurenmusters mit Hilfe der Gestaltauswahlwerte durchführt, die durch arithmetische Formeln unter Verwendung der charakteristischen Werte der Figurenmuster erhältlich sind, die als die Summe der Fälle definiert sind, in denen dieselbe Gruppe positiver und negativer Vorzeichen in einer Vielzahl benachbarter Impulse auftritt, die in den differenzierten Wellenformen gefunden wurden, ausgewertet für alle möglichen Kombinationen von Vorzeichengruppen.

5. Mustererkennungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis ¹J, bei der die Gestalt-Unterscheidungseinrichtung (11) die Erkennung der Figurenmuster mit Hilfe der Gestaltauswahlwerte durchführt, die als die numerischen Werte definiert sind, die man durch Zuordnung jedes charakteristischen Wertes des Figurenmusters zu unterschiedlichen Stel-

3 3508A00

len erhält, wobei die charakteristischen Werte als Häufigkeit des Auftauchens derselben Gruppe positiver und negativer Vorzeichen in einer Vielzahl benachbarter Impulse aufgefunden werden, die in den differenzierten Wellenformen auftreten, ausgewertet für alle möglichen Kombinationen von Vorzeichengruppen.

6. Mustererkennungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die Gestalt-Unterscheidungseinrichtung (11) die Erkennung der Figurenmuster mit Hilfe der Umfangslänge des Figurenmusters durchführt, die als charakteristischer Wert des Figurenmusters definiert ist, der als Gesamtsumme der Absolutwerte der Ableitungen in den differenzierten Wellenformen ermittelt werden kann.

7. Mustererkennungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der die Gestalt-Unterscheidungseinrichtung (11) die Erkennung der Figurenmuster mit Hilfe der Lagen der Schwerpunkte ausführt, die als die charakteristischen Werte des Figurenmusters definiert sind, die man aus dem in der Mustereingabeeinrichtung binär kodierten Figurenmuster ermitteln kann.

8. Mustererkennungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der die Gestalt-Unterscheidungseinrichtung (11) eine Erkennung der Figurenmuster mit Hilfe der Fläche der Figurenmuster durchführt, die als ein zweiter charakteristischer Wert des Figurenmusters bestimmt ist, den man aus dem in der Mustereingabeeinrichtung (5) binär kodierten Figurenmuster ermitteln kann.

9. Mustererkennungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der die Gestalt-Unterscheidungseinrichtung (11) die Anzahlen der positiven und negativen Impulse zählt und eine Positurerkennung der Figurenmuster ausführt auf der Grundlage der Regelmäßigkeit, mit der diese Impulsanzahlen in Übereinstimmung mit der Positur der Figurenmuster variiert.

10. Mustererkennungsverfahren, gekennzeichnet durch

Transformieren des aufgenommenen und in der Eingabeeinrichtung binär kodierten Figurenmusters in auf zwei aufeinander senkrecht stehende Achsen projizierte Figuren in der Gestalt-Unterscheidungseinriehtung, und

Ausführen der Figurenmustererkennung auf der Grundlage charakteristischer Daten der differenzierten Wellenformen, die man durch Differenzierung dieser projizierten Muster erhält.

11. Mustererkennungsverfahren nach Anspruch 10, bei dem die charakteristischen Daten die Gestaltübereinstimmungswerte sind, die durch arithmetische Formeln ermittelt sind, die auf die Anzahlen positiver und negativer Impulse angewendet sind, die in den differenzierten Wellenformen auftreten.

12. Mustererkennungsverfahren nach Anspruch 10 oder 11, bei dem die charakteristischen Daten Sätze von Anzahlen für alle möglichen Kombinationen von Vorzeichengruppen sind, wobei jede Anzahl der Häufigkeit des Auftauchens derselben Gruppe positiver und negativer Vorzeichen in einer Vielzahl benachbarter Impulse entspricht, die in den differenzierten Wellenformen auftreten.

13· Mustererkennungsverfahren nach einem der Ansprüche bis 12, bei dem die charakteristischen Daten die Gestaltauswahlwerte sind, die durch arithmetische Formeln als Satz von Anzahlen aller möglichen Kombinationen von Vorzeichengruppen bestimmt sind, wo jede Anzahl der Häufigkeit des Auftauchens derselben Gruppe positiver und negativer Vorzeichen in allen möglichen Kombinationen einer Vielzahl von benachbarten Impulsen, die in den differenzierten Wellenformen auftreten, entspricht.

5 3508A00

14. Mustererkennungsverfahren nach einem der Ansprüche bis 13, bei dem die charakteristischen Daten die Gestaltauswahlwerte sind, die als numerische Werte definiert sind, die durch Zuordnen jeder Anzahl in einem Satz von Anzahlen zu unterschiedlichen Stellen erzeugt sind, wo jede Anzahl der Häufigkeit des Auftauchens derselben Gruppe positiver und negativer Vorzeichen in allen möglichen Kombinationen einer Vielzahl von benachbarten Impulsen entspricht, die in den differenzierten Wellenformen auftreten. 10

15. Mustererkennungsverfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, bei dem die charakteristischen Daten die Umfangslängen der Figurenmuster sind, die als Gesamtsumme der Absolutwerte der Ableitungen bestimmt sind, die in den differenzierten Wellenformen auftreten.

16. Mustererkennungsverfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, bei dem die charakteristischen Daten die Positionen der Schwerpunkte der Figurenmuster sind, die man aus den von der Mustereingabeeinrichtung binär kodierten Musterdaten erhalten kann.

17. Mustererkennungsverfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 16, bei dem der charakteristische Wert die Fläche des Figurenmusters ist, die man aus den von der Mustereingabeeinrichtung binär kodierten Figurenmuster bestimmen kann.

18. Mustererkennungsverfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 17, bei dem die charakteristischen Daten die Regelmäßigkeiten sind, mit denen die Anzahlen positiver und negativer Impulse in den differenzierten Wellenformen in gewissem Zusammenhang mit der Positur des Figurenmusters variieren.