DD145138A1

DD145138A1 - Schaltungsanordnung und verfahren zur mikrorechnergesteuerten bildauswertung

Info

Publication number: DD145138A1
Application number: DD21430579A
Authority: DD
Inventors: Helmut Wurmus; Gert Winkler
Original assignee: Helmut Wurmus; Gert Winkler
Priority date: 1979-07-13
Filing date: 1979-07-13
Publication date: 1980-11-19
Also published as: DE3022517A1; JPS5659362A; BG34731A1; CS231561B1

Abstract

Schaltungsanordnung und Verfahren zur mikrorechnergesteuerten Bildauswertung dienen zur Bestimmung der Lage von Bauelementen, insbesondere Halbleiterchips, sowie anderen Objekten unter Verwendung spezieller Bilderfassungseinrichtungen, z.b. einer Aufnahmekamera. Ziel der Erfindung ist die Lagebestimmung dieser Objekte, die mit einer Optik auf ein entsprechendes Bildaufnahmesystem abgebildet werden, innerhalb von kurzen Zeiten und unter Verwendung eines Mikrorechnersystems und der dazugehoerigen Anpassungselektronik. In der beschriebenen Anordnung werden die Signale der Aufnahmekamera in einem Halbleiterspeicher zwischengespeichert, zu dem der Mikrorechner freien Zugriff besitzt. Die Auswerteeinrichtung ist besonders auf das Erkennen bestimmter Strukturen, wie Kanten oder Striche bestimmter Breite ausgelegt, wobei ein Teil des Entscheidungsalgorithmusses durch die beschriebenen Anordnungen besonders zeitoptimal gestaltet wird. Fig. 1

Description

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Anwendungsgebiet der Erfindung:

Die Erfindung betrifft Schaltungsanordnungen und Verfahren, die es gestatten, optische Informationen von beliebigen Objekten zu verarbeiten und so die geometrische Lage wählbarer Strukturen zu ermitteln. Diese Aufgabe tritt bei vielen Automatisierungseinrichtungen auf, in denen optische Informationen verarbeitet v/erden, wie zum Beispiel bei der Bestimmung der Lage von Halbleiterchips, die auf Trägerstreifen aufgebracht sind und einer v/eiteren automatischen Verarbeitung zugeführt werden sollen oder der Beurteilung und Messung von Abmessungen und Toleranzen von anderen Objekten, bei denen sich diese Informationen in optische Signale (Helligkeitsänderungen eines Bildes) verwandeln lassen, so z. B. von Glaserzeugnissen.

Charakteristrik der bekannten technischen Lösungen

Bei der Verwendung von Mikrorechnern für die Bildauswertung werden aufgrund ihres begrenzten Arbeitsspeicherumfanges und der relativ geringen Arbeitsgeschwindigkeit besondere Haßnahmen zur Realisierung technischer Lösungen ergriffen:

- Abspeicherung jeweils nur einer Zeile eines Fernsehbildes in einem Halbleiterspeicher, um wegen der fehlenden Synchronität zwischen Kamera und Mikrorechner einen zeitoptimalen Zugriff des Rechners zu den Bilddaten zu gewährleisten. Dabei ergeben sich Undefinierte Wartezeiten bis zum Eintreffen der neuen Zeileninformationen, so daß die Auswertung des gesamten Bildes verzögert wird.

- Verdichtung und Vorselektion der Bilddaten durch elektronische Einrichtungen z. T. Mikrorechnersysteme. Damit steigt entweder der Aufwand an hochintegrierter Elektronik oder bei Verwendung festverdrahteter Logik wird die Veränderung des Ausvvertealgorithmus schwierig bzw· unmöglich.

Ziel der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung und ein Verfahren zur Auswertung von optischen Informationen mittels Mikrorechner zu schaffen, mit deren Hilfe sich trotz begrenzter Speicherkapazität große Datenmengen mit höherer Auswertegeschwindigkeit auswerten lassen«

Darlegung des Wesens der Erfindung

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Schaltungsanordnung gelöst, die durch die digitale Steuerung der Ablenkung einer Bildaufnahmeröhre (Endikon) eine zwangsweise Adressierung eines Bildspeichers (RAM) vornimmt.·

Übersteigt die je Bild angebotene Informationsmenge die Größe des Bildspeichers, wird, durch einen Mikrorechner gesteuert, die Zuordnung des Speichers zu den einzelnen Bildbereichen durch Vergleich der höherwertigen Bildadressen mittels eines !Comparators vorgenommen. Die Optimierung des

Speicherinhaltes kann durch eine rechnergesteuerte Analog-Digit al-Aufbereitung des' Videosignals vorgenommen werden.

Zur Eriiöhung der Auswertegeschwindigkeit wird der Bildspeicher durch einen Adreßmultiplexer zwischen Einschreibadressierung si ο gik und Auswertelogik umgeschaltet. Durch die Auswerte logik werden bestimmte Punktionen, z. B. die Suche nach Informationen bestimmter Breite in Zeilen- bzw. Spaltenrichtung, übernommen. Hierdurch wird der Mikrorechner entlastet und durch die höhere Arbeitsgeschwindigkeit der Auswertelogik wird die Auswertezeit reduziert. Die Auswertelogik wird vorn Mikrorechner gesteuert, so daß eine universelle Auswertung möglich ist.

Zur weiteren Erhöhung der Auswertegeschwindigkeit kann die Auswertelogik mehrmals parallel angeordnet werden.

Die geometrische Lage bestimmter Merkmale des zu untersuchenden Objektes ergibt sich im Ergebnis der Untersuchungen des Speicherinhaltes auf bestimmte Hell-Dunkel-Verteilungen. Die Adresse, unter der die Verteilung gefunden wurde, entspricht der geometrischen Lage des Objektes.

Vom Rechner wird der Auswertelogik die zu suchende Hell-Dunkel-Vert eilung mitgeteilt und der Suchvorgang gestartet. Wurde eine solche Verteilung durch die Auswertelogik gefunden, wird dieses Ereignis dem Rechner mitgeteilt (z. B. durch Interrupt). Der Rechner kann dann die zugehörige Adresse übernehmen.

Ist der gesamte Bildspeicher durchsucht, wird dies dem Rechner ebenfalls übermittelt.

Ausführungsbeispiel

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In der zugehörigen Zeichnung zeigt:

Pig. 1: Blockschaltbild der Schaltungsanordnung zur mikrorechnergesteuerten Bildauswertung Pig. 2: Blockschaltbild der Schaltungsanordnung zur Erhöhung

- der Auswertegeschwindigkeit durch externe Auswerte- ·- ^Λ . logik

Fach Fig. 1 erfolgt die Steuerung der Ströme der Ablenkeinheiten ALE 1 für Ablenkung in Zeilenrichtung, ALE 2 für Ablenkung in Bildrichtung der Bildaufnahmeröhre ARö digital, indem für die Steuerung in Zeilenrichtung durch einen -Zeilen-punktzähler ZPZ die Impulse eines zentralen Taktes in bekannter Weise durch einen Binärzähler gezählt werden. Durch einen Monoflop MV wird nach Erreichen einer vorgegebenen Zeilenpunktzahl (128, 256 usw.) ein Rücksetζimpuls für den Zeilenpunktzähler ZPZ gebildet, der gleichzeitig den Dunkeltastimpuls für den Zeilenrücklauf darstellt. Die Erzeugung der zeitlinearen Zeilenablenkspannung erfolgt durch einen Funktionsgenerator PG, der durch den Aufladevorgang eines Kondensators mit Konstantstrom den gewünschten Spannungsverlauf erzeugt. Anfang und Ende des Ladevorganges werden vom Dunkeltastimpuls bestimmt. Die Umwandlung des Spannungsverlaufes in den erforderlichen Stromverlauf erfolgt durch eine gesteuerte Stromquelle SpStV/ auf der Basis eines Operationsverstärkers.

Zur Steuerung der Bildablenkung wird in ähnlicher Weise ein Zeilenzähler ZZ verwendet, der aber die vom Multivibrator MY erzeugten Rücklaufimpulse zählt. Die Gewinnung der der Zeilenzahl proportionalen Ablenkspannung erfolgt durch einen Digital-Analog-Wandler DAW 1, der die Binärinformationen des Zeilenzahlers in eine Spannung umwandelt, die in der obengenannten Art durch eine zweite gesteuerte Stromquelle in den proportionalen Ablenkstrom der Bildablenkeinheit ALE 2 umgewandelt wird.

Das analoge Videosignal der Aufnahmeröhre ARö wird mittels eines Videoverstärkers.W und !Comparators K 1 in digitale Bildsignale für den Speicher RAM umgeformt (DIN-Signal),

wobei die Schwelle des !Comparators über die Ausgabeeinheit AG 1 und den 3-Bit Digital-Analog-Wandler DAW 2 durch den Mikrorechner ZVE vorgegeben werden kann. Die Speicherung des Videosignals erfolgt in einer z. B.' 16 K-Bit Schreib-Lese-Speicher-Matrix RAM. Die Adressierung der Matrix erfolgt beim Einlesen des Videosignals durch die vom Zeilenpunktzähler ZPZ bzw. dem Zeilenzähler ZZ bereitgestellten Adressensignale 2 ...2 über einen Adreßmultiplexer AdrMu, der rechnergesteuert zum Auslesen der Videoinformationen die Adressen der Speichermatrix RAM an den Adreßbus des Mikrorechners ZVE schaltet. Der Bildspeicher ist zweckmäßigerweise so verdrahtet, daß bei der Rechnersteuerung während des Auslesens die Zeilenpunktadressen und Zeilenadressen dem nöherwertigen und niederwertigen Byte eines Doppelregisters des Mikrorechners ZVE entnommen werden können und so ein zeitoptimales Durchsuchen sowohl in Zeilen- als auch in Spaltenrichtung ermöglicht wird. Während der Zeit des Einlesens der Bildinformationen in die Speichermatrix kann durch diese Art der Realisierung des direkten Speicherzugriffs der Mikrorechner ZVE andere Operationen ausführen.

Die Steuerung der \Arbeitsrichtung der Speichermatrix RAM wird über den 4-Bit-Ko.mparator K 2 und den Steuer-Multiplexer StMu vorgenommen.

Da bei voller Ausnutzung der Auflösung der Aufnahmeröhre ARö der Speicherplatzbedarf sehr hoch werden kann, werden durch den 4-Bit-Komparator K 2 die höchstwertigen Adreßsignale,

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z. B. 2 und 2 , des Zeilenpunktzählers ZPZ und des Zeilenzählers ZZ mit einer vom Mikrorechner vorgegebenen Zahl verglichen und somit nur bestimmte Bereiche des Gesamtbildes in der Speichermatrix RAM abgespeichert. Somit kann programmgesteuert ein "Fenster" über den gesamten möglichen Bildbereich geschoben werden und die Auswertung von Informationen aus diesen Teilbildern ist ermöglicht.

Die Auswertung der Speicher-Matrix RAM wird so vorgenommen, daß der Mikrorechner eine definierte Bildstruktur, wie speziell aufgebrachte Masken oder aber auch die Objektkante,

eine Leiterbahn oder Kontaktinsel als solche Struktur erkennt, die sowohl in Zeilen- als auch in Spaltenrichtung eine bestimmte Anzahl von aufeinanderfolgenden Hell- oder Dunkelimpulsen liefert. Das Eintreffen solcher Aufeinanderfolge von Informationen löst die Ermittlung der geometrischen Lage des Elementes und v/eitere Erkennungskriterien' aus. Zur Erhöhung der Auswertesicherheit werden z. B. mehrmalige Auswertungen in verschiedenen Zeilen bzw. Spalten durchgeführt und über Klassifizierung und Mittelwertbildung die Bildpunktadresse und somit -der geometrische Ort der zugehörigen Struktur bestimmt, da durch die o. g. Adressierungsmethode mit der Ermittlung der Speicheradresse der geometrische Ort der Struktur zugeordnet ist.

Zu einem vom Mikrorechner ZVE definierten Zeitpunkt kann durch den Adreßmultiplexer AdrMu und Steuermultiplexer StMu die Speicher-Matrix RAM in vollem Umfang an den Mikrorechner ZVE geschalten werden, so daß ohne Wartezeit eine Auswertung vorgenommen werden kann. Lediglich dann, wenn das "Fenster" auf einen anderen Bildbereich umgeschaltet v/ird, ist ein einmaliger Bildabtastzyklus erforderlich, um die Speicher-Matrix RAM neu zu beschreiben.

Die Auswertung des Bildinhaltes wird vom Mikrorechner ZVE so vorgenommen, daß eine definierte Anzahl von aufeinanderfolgenden Hell- oder Dunkelinformationen als z. B. Leiterzugelement, Kontaktinsel, Maske oder Kante erkannt und weitererarbeitet wird. Hierbei ist der Mikrorechner ZVE mit einfachen Zähl- und Entscheidungsaufgaben gebunden, wodurch nicht die maximal mögliche Auslesegeschwindigkeit der Speicher-Matrix RAM erreicht v/ird.

Zur weiteren Erhöhung der Auswertegeschwindigkeit werden diese einfachen Entscheidungen durch eine externe Logik vorgenommen, die feststellt, ob bei einer Änderung der

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Helligkeitsinforraation eine bestimmte vorgegebene Anzahl gleicher Ereignisse (Hell- oder Dunkelinformationen) vorausgegangen war und nur dieser Fall wird dem Mikrorechner über den IltfTREQ-Eingang mitgeteilt.

Die Realisierung kann nach Pig. 2 erfolgen. Dabei wird die rechnergesteuerte Adressierung der Speichermatrix RAM durch die Auslesezähler ZA 1, ZA 2 ersetzt. Der-Auslesevorgang wird vom Mikrorechner ZVE gestartet. Vorher sind vom Mikrorechner ZVE über die Ausgabeeinheit AG 3 Grenzwerte im Schwellwertspeicher OSW und USW für minimale und maximale Bildpunktzahl auszugeben. Nach Start des Auslesevorganges wird Bildpunkt für Bildpunkt und Zeile für Zeile seriell ausgelesen und die jeweils im Ereigniszähler EEZ befindliche Zahl von Hell- oder Dunkelimpulsen in einem Komparator K 3 mit den vorgegebenen Werten für minimale und maximale Ereignispunktzahl verglichen. Die Anzahl der "Ereignisse" bei positivem Entscheid v/ird dem Mikrorechner ZVE als Zählerstand des Ereigniszählers EEZ über die Eingabeeinheit EG mitgeteilt. Er hat damit die Information über die wirkliche Breite der geometrischen Struktur als auch über Zählerstand der nunmehr gestoppten Auslesezähler ZA 1, ZA 2 die Information über den geometrischen Ort dieses Ereignisses. Über die Ausgabeeinheit AG 2 können die Auslesezähler auf einen definierten Wert gesetzt werden und damit die Ausleseadresse, d. h. der geometrische Ort, für den die Auswertung zu beginnen hat, festgelegt werden. Weiterhin können die Auslesezähler ZA 1 und ZA 2 so gesteuert werden, daß die Eingangs-Täkt-Impulse die Adressen entweder in Spaltenrichtung erhöhen und der Übertragsimpuls die Zeilenfort schaltung bewirkt oder umgekehrt. Damit können alle Auswertevorgänge gleichermaßen in Spalten - als auch in Zeilenrichtung vorgenommen werden. Durch Umschaltung der Komparatorlogik K 3 und der Schwellwertspeicher USW und OSW durch den Mikrorechner ZVE über die Ausgabeeinheiten AG 2 und AG

kann der Mikrorechner ZVE vorgehen, ob auf "Hell" oder "Dunkel"- Informationen bzw. auf Linien oder Kanten auszuwerten ist.

Durch mehrfache Anordnung der gesamten Auswertelogik in Pig. 2 kann eine weitere Erhöhung der Auslesegeschwindigkeit erreicht werden, da Teilbereiche der Speicher-Matrix RAM gleichzeitig auf Ereignisse ausgewertet werden können. .

Claims

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Erfindungsanspruch

1. Schaltungsanordnung zur mikrorechnergesteuerten Bildauswertung unter Verwendung bekannter Baugruppen, beispielsweise Zähler, Komparatoren, Speicher, Multiplexer, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen.einem Adreßbus eines Mikrorechners (ZVEJ und einer RAM-Matrix (RAM}· ein Adreßmultiplexer(AdrMu) geschaltet ist, daß zwischen einem Zeilenpunktzähler(ZPZJ und einer Ablenkeinheit CALE 1J ein Funktionsgenerator(FG^ ein Spannungs-StromwandlerfSpStV/) und eine Impulsschaltung (MVJ, zwischen einem Zeilenzähler (ZZJ und einer Ablenkeinheit (ALE 2) ein 9-bit Digital-Analog-Wandler (DAW1)und ein weiterer Spannungs-Strom-Wandler (SpStW)geschaltet ist und eine Verbindung zwischen Impulsschaltung (MV) und dem Zeilenzähler (ZZ) besteht, daß die Ausgänge 2 bis 2 des Zeilenpunktzählers(ZPZ)und des Zeilenzählers (ZZ) mit dem AdreßmultiplexeriAdrMu) verschaltet sind, daß zwischen einer Aufnahmeröhre(ARöJund dem Dateneingang (DIEF) der RAM-Matrix(RAMJ ein Videoverstärker VVj'und ein steuerbarer Komparator (K 1)vorgesehen ist, daß zwischen Adreß-, Daten- und Steuerbus des Mikrorechners (ZVE) und der RAM-Matrix(RAM)weiterhin eine AusgabeeinheitfAG 1J,. ein 4-Bit-Komparator(K 2) und ein Steuermultiplexer (StMu) geschaltet sind, daß zwischen Ausgabeeinheit (AG 1) und Komparator(K1J ein 3-Bit-Digital-Analog-Wandler(DAW 2J angeordnet ist, weiterhin der 4-Bit-Komparator(K 2J.mit Adres-

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sen 2 und 2 des ZeilenpunktzählersfZPZjund des Zeilenzählers CZZi ein Ausgang der Ausgabeeinheit (AG 1J sowohl mit dem Adreßmultiplexer(AdrMu)als auch mit dem Steuermultiplexer(StMu) und daß letztlich der Datenausgang(DOUTJ der RAM-Matrix(RAMJmit dem Datenbus des Mikrorechners (ZVEJverbunden ist.
2. Schaltungsanordnung nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung der Auswertegeschwindigkeit zwischen Mikrorechner (ZVE)und Adreßmultiplexer(AdrMu)eine Ausgabeeinheit (AG 2)und ein Auslesezähler (ZA.1, ZA 2) angeordnet sind und die Ausgabeeinheit(AG 2) und die Auslesezähler(ZA 1, ZA 2)über eine Logikeinheit(LE 1) verbunden sind, daß zwischen dem Datenbusausgang(DOUT) der RAM-Matrix (RAM)und dem Eingang des Mikrorechners(INTREQ)ein Ereigniszähler (EEZ), ein Komparator (K 3)und eine Logikeinheit (LE 2) angeordnet sind, daß zwischen dem Datenbus des Mikrorechners (ZVE)und dem Komparator(K 3)über eine Ausgabeeinheit (AG 3) und Schwellwertspeichern(.OSY/, USW) Verbindungen bestehen, und daß weiterhin die Ausgänge der Auslesezähler (ZA 1, ZA 2)und des Ereigniszählers(EE Z)über eine Eingabeeinheit (EG) mit dem Mikrorechner(ZVE), die Logikeinheit(LE 1) und die Logikeinheit (LE 2), Ausgabeeinheit (AG 2) und Komparator (K 3)sowie Logikeinheit (LE 2) und Ereigniszähler (EE Z) verbunden sind.
3. Schaltungsanordnung nach Punkt 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Logik(L), bestehend aus -^reigniszähler (EE Z), Logikeinheit (LE 2), Komparator (K 3), Schwellwertspeichern(0SW;, (US\t/), mehrfach zwischen Mikrorechner( ZVE) und RAM-Matrix(RAM)angeordnet ist.
4. Verfahren zur .mikrorechnergesteuerten Bildauswertung, dadurch gekennzeichnet, daß eine digitale Ansteuerung der Ablenkeinheiten (ALE 1), (ALE 2) und damit eine zwangsweise geometrische Adressierung des Bildspeichers erfolgt, daß von dem durch die AufnahmeröhrefARö) erfaßten Bild durch den 4-Bit-Komparator(K 2)die höchstwertigen Adreßsignale,

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beispielsweise 2' und 2 , des Zeilenpunktzählers (ZPZ) und des Zeilenzählers(ZZ)mit einer vom Mikrorechner(ZVE)vorgegegenen Zahl verglichen und somit bestimmte Bereiche des Gesamtbildes in der RAM-Matrix(RAM)eingeschrieben werden,

daß über einen vom Mikrorechner (ZVE) gesteuerten Komparator (K 1) der Grenzwert zur Digitalisierung des analogen Videosignals gesteuert wird.

Verfahren nach Punkt 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslesen der RAM-Matrix(RMi) durch externe Auslesezähler (ZA 1, ZA 2) gesteuert v/ird,' daß durch eine externe Logik während des Auslesevorganges ein Test auf eine vom Mikrorechner (ZVE) vorgegebene Anzahl von aufeinanderfolgenden Hell- oder Dunkelpunkten durchgeführt wird, daß nur das Eintreffen einer solchen Polge von Hell- oder Dunkelpunkten und das Bildende dem.·Mikrorechner(ZVE) signalisiert wird und der geometrische Ort dieses Hell- oder Dunkelereignisses dem Mikrorechner(ZVE) als Wert des Auslesezählers(ZA 1, ZA 2)und die Zahl der Helloder Dunkelereignisse dem Mikrorechner (ZVE) als Wert des Ereigniszählers(EEZ) zur Verfügung gestellt wird, daß der Auslesezähler(ZA 1, ZA 2)vom Rechner so umgeschaltet werden muß, daß der Auslesetakt den Auslesezähler (ZA 1) wahlweise in Spaltenrichtung mit Übertrag zum Auslesezähler(ZA 2)in Zeilenrichtung beziehungsweise umgekehrt weitertaktet, daß der Komparator (K 3) und die Schwellwertspeicher(USVi), (OSWj durch den Mikrorechner(ZVE) so gesteuert werden, daß von Linien-auf Kantenerkennung umgeschaltet wird.

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