DE1922302B2 - Schaltungsanordnung zum Zählen von Merkmalen und gleichzeitigem Bestimmen von deren Parametern bei einer Bildanalyse - Google Patents

Description

40

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung von der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 genannten Gattung.

Schaltungsanordnungen zum Zählen von Merkmalen sind bekannt. Schaltungsanordnungen zum Bestimmen der Parameter von Merkmalen sind ebenfalls bekannt. Bekannt ist z. B. eine Schaltungsanordnung, mit der sich bei einer Bildanalyse elektrische Signale ableiten lassen, die die Größe oder Fläche von Merkmalen anzeigen. Damit läßt sich unter anderem die durchschnittliche Größenverteilung von Bildmerkmalen, wie Körnern, Einschlüssen usw. in Metallschliffen, bestimmen. Die Schaltungsanordnung enthält Einrichtungen zur Größenbestimmung, mit denen aus jedem bei der Kreuzung einer Abtastlinie mit einem Merkmal entstehenden Impuls ein Abschnitt herausgeschnitten wird, der einer bestimmten Länge der Kreuzung entspricht. Dabei wird nur derjenige Abschnitt jedes Impulses, der dieser Länge entspricht, zur Auswertung weitergeleitet. Durch Einstellen der Länge des aus jedem Impuls herausgenommenen Abschnittes wird die erfaßbare Merkmalsgröße bestimmt (US-PS 29 36 953).

Bekannt ist auch eine Schaltungsanordnung zum Zählen der einzelnen Bildelemente eines Gesamtbildes ⁶S und zum Bestimmen der Gesamtfläche der einzelnen Bildelemente. Daraus läßt sich die Durchschnittsfläche eines einzelnen Bildelementes ermitteln (US-PS 28 03 406). Die genaue Fläche eines einzelnen Bildelementes selbst läßt sich unmittelbar jedoch nicht bestimmen. Hierzu benötigt man eine dieses eine Bildelement aussparende Maske. Das Auswerten eines Gesamtbildes daraufhin, wie viele seiner Elemente in einem bestimmten ersten Größenbereich und wie viele Elemente z. B. in einem bestimmten zweiten Größenbereich liegen, ist daher umständlich und zeitaufwendig.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zu finden, mit der gleichzeitig, d.h. beim Abtastvorgang Merkmale gezählt und deren Parameter bestimmt werden können. Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung eine Schaltungsanordnung von der im Kennzeichen des Patentanspruches 1 charakterisierten Ausbildung vorgesehen.

Während der Zählung der Merkmale, die auf der im folgenden beschriebenen oder auch auf andere Weise erfolgen kann, werden zur gleichen Zeit getrennt Parameter jedes einzelnen Merkmales bestimmt und in einem Speicher festgehalten. Die gespeicherte Information wird mit dem beim Zählvorgang entstehenden Antikoinzidenzimpuls abgerufen. Alles dies geschieht während der üblichen Abtastung des Bildes.

Wünscht man Angaben über die durchschnittliche Größenverteilung, wird der für jedes Merkmal gespeicherte Parameter mit einem Bezugswert verglichen und nur dann zur weiteren Verarbeitung oder Zählung weitergegeben, wenn er im gewünschten Verhältnis zum Bezugswert steht. Bei den bekannten Schaltungsanordnungen muß man hierzu nacheinander einen Meßrahmen um jedes Merkmal legen. Die bei einer Bildabtastung ermittelbaren Werte beziehen sich daher nur auf dieses ausgewählte Merkmal. Die Ermittlung der Parameter sämtlicher Merkmale kostet daher bei den bekannten Schaltungsanordnungen viel Zeit.

Eine zweckmäßige Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zeichnet sich durch das im Patentanspruch 2 aufgeführte Merkmal aus.

Merkmale, die sich in Wirklichkeit durch Überlappung von zwei oder mehreren Merkmalen ergeben, werden nur als eins gezählt. Die Einrichtung gibt dann zwar eine einwandfreie Zählung der ihr dargebotenen Merkmale, aber eine ungenaue Zählung der tatsächlich in einer Probe enthaltenen Merkmale, falls diese Probe sich überlappende oder sich berührende Merkmale enthält.

Daher ist es im Stand der Technik allgemein bekannt, alle Proben sorgfältig vorzubereiten, um eine Überlappung od. dgl. von Merkmalen auszuschließen. Dies gilt für bekannte Zähleinrichtungen ebenso wie für die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung. Bei der Untersuchung von Kohlestaub z. B. kann man daher bei nicht sorgfältiger Vorbereitung der Probe nicht ermitteln, ob es sich bei einem Merkmal um zwei kleinere sich überlappende oder berührende Partikeln oder um ein größeres mit länglicher Form handelt. Auch bei der Untersuchung einer Blutprobe muß diese unabhängig von der Untersuchungsmethode so weit verdünnt werden, daß die einzelnen Blutkörperchen völlig voneinander getrennt sind. Das heißt, daß die Bedienungsperson in jedem Fall für eine Auflösung mit mechanischen oder optischen Mitteln sorgen muß, um damit die Voraussetzungen für eine genaue Parameterbestimmung zu schaffen.

Unter Bezug auf die Zeichnung wird die Erfindung im folgenden beschrieben. In der Zeichnung ist

F i g, 1 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform

der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung und

F i g. 2 die Darstellung der Stellung der Antikoinzidenz-Zählimpulse beim Abtasten verschiedener Merkmale einschließlich solcher, die so dicht benachbart sind, daß sie als eins gezählt werden.

In der unteren Hälfte von F i g. 1 sind die für die Zählung verwendeten Schaltungsteile dargestellt, während die zur eigentlichen Erfindung gehörenden Schaltungsteile in der oberen Hälfte gezeigt werden. Das Videosignal wird dem Punkt 10 zugeführt und stellt eine bistabile Vorrichtung 12. Diese bildet das sogenannte modifizierte Videosignal V. V wird einer Verzögerungseinrichtung 14 zugeführt. Diese hat eine Verzögerung entsprechend einer Zeilenabtastzeit T. Das Videosignal wird auch einem Eingang eines Nein-Tores 16 zugeführt. Das verzögerte modifizierte Videosignal K wird dessen anderem Eingang zugeführt. Die Anordnung ist so, daß bei Fehlen beider Signale aas Tor 16 ein Signal abgibt. Dieses stellt die bistabile Vorrichtung 12 zurück. Das modifizierte Videosignal V wird daher in die Schaltung gegeben, wenn ein Videosignal am Punkt 10 erscneint. Es endet, wenn sowohl das Videosignal als auch das unmodifizierte Videosignal aus einer vorhergehenden Zeile enden.

Die untere rechtsseitige Ecke jedes Merkmals wird durch eine Antikoinzidenzschaltung angezeigt. Diese ist im unteren Teil der F i g. 1 dargestellt. Die Schaltung enthält eine Differenzierstufe 18 und einen Gleichrichter 20. Sie erzeugen einen Impuls, der dem Ende jedes modifizierten Videosignals in jeder Zeile entspricht. Der vom Gleichtrichter 20 abgegebene Impuls gelangt in ein Tor 22, das durch eine bistabile Vorrichtung 24 gesteuert wird. Diese ist so eingestellt, daß sie das Tor bei Koinzidenz schließt. Koinzidenz liegt vor, wenn ein Videosignal aus der augenblicklichen Abtastzeile und das modifizierte Videosignal aus der vorhergehenden Abtastzeile zeitlich zusammenfallen. Dann werden sowohl vom Nein-Tor 16 und von einem Und-Tor 26, dem das Ausgangssignal der Verzögerungseinrichtung 14 zugeführt wird. Signale abgegeben. Das Signal vom Und-Tor 26 wird einem Eingang der bistabilen Vorrichu. : 24 zugeführt. Die bistabile Vorrichtung 24 wird dai.n zurückgestellt und öffnet das Tor ?.' Dies geschieht, da ein Impuls fehlt, der dem Merkmal in dem Signal aus der augenblicklich abgetasteten Zeile entsprechen würde, und zwar am Ende des zuletzt modifizierten Videosignalimpulses aus der vorhergehenden Zeile. Auf diese Weise kann der in der Differenzierstufe 18 und dem Gleichrichter 20 erzeugte Impuls das Tor 22 durchlaufen und das Tor 36 öffnen. Dieier Impuls entsteht im übrigen am Ende des zuletzt modifizierten Signalimpulses für das Merkmal. Er ist der Antikoinzidenzimpuls.

Zur Parameterbestimmung dienen die in der oberen Hälfte dargestellten Schaltungsteile. Hierzu gehören ein Meßkreis C der das unveränderte Videosignal vom Punkt 10 empfängt. Der Meßkreis C erzeugt synchron zu dem eintreffenden Videosignal den Parameter, der von Interesse ist, beispielsweise nach Maßgabe des Vorhandenseins, der Länge, der Lage, der Fläche usw. eines Merkmals. Auf ähnliche Weise empfängt und hält ein zweites logisches Glied B von einem Speicherglied 28 das Signal, welches dem Wert des Parameters entspricht, der für die vorhergehende Zeile berechnet wurde. Ein drittes logisches Glied, eine Addierstufe A, nimmt die beiden Werte an und berechnet einen neuen Wert, um die Information aus der augenblicklichen Abtastzeile einzuschließen. Dieser neue Wert wird in der Addierstufe A zur Zuführung in das Speicherglied 28 bereitgehalten. Das Signal der Addierstufe A gelangt an ein Tor 30. Dieses wird durch das Ausgangssignal von ei.ier Differenzierstufe 32 und eines Gleichtrichters 34 gesteuert. Das Eingangssignal der Differenzierstufe 32 ist das modifizierte Videosignal V. Die Differenzierstufe 32 und der Gleichrichter 34 sind so ausgebildet, daß sie am Ende jedes modifizierten Videosignal V einen Impuls erzeugen. Dieser öffnet am Ende eines modifizierten Videosignals V* das Tor 30, so daß das Ausgangssignal der Addierstufe A sofort zum Speicherglied 28 gelangt.

Durch das Ausgangssignal des Gleichrichters 34 werden die logischen Glieder A, B und C zurückgestellt. Die Verzögerung des zugehörigen Parameters im Speicherglied 28 erfolgt am Ende des Merkmals durch öffnen des Tores 36.

Die in der oberen Hälfte der Schaltung dargestellten Schaltungsteile stellen somit einen Computer dar. Für jedes erfaßte Merkmal errechnet er aus den beim Abtasten dieses Merkmales entstehenden Impulsen den jeweils gewünschten Parameter und ordnet den hierbei errechneten Wert auch wieder dem Abtast- bzw. Zählimpuls zu. Das ursprüngliche unveränderte Videosignal wird dem logischen Schaltglied C zugeführt. Für jedes ihm zugeführte Signal, dessen Wert z. B. die Länge des Abtastimpulses bedeutet, erzeugt es ein Signal, das dem eine Verzögerung entsprechend einer Abtastzeile aufweisenden Speicherglied 28 zugeführt wird. Das Ausgangssignal dieses Speichergliedes wird einem weiteren logischen Schaltglied B zugeführt und in diesem gehalten.

Ein drittes logisches Schaltglied, die Addierstufe A, wird von dem ersten logischen Schaltglied C und auch vom Speicherglied 28 gespeist. Die Addierstufe 28 errechnet einen neuen Wert für sämtliche wieder in den Umlauf zu gebenden Signale. Infolge ihres unmittelbaren Anschlusses an das erste logische Schaltglied C wird damit die Information in die Schaltung eingeführt, die in den augenblicklich empfangenen Impulsen enthalten ist. Das logische Schaltglied A hält den errechneten neuen Wert bereit zur Weitergabe an das Speicherglied 28. Diese Weitergabe erfolgt nach Maß gäbe des durch die Differenzierstufe 32 und den Gleichrichter 24 erzeugten Impulses. Die Differenzierstufe 32 wird ihrerseits mit dem modifizierten Videosignal V beaufschlagt. Dieser wird differenziert und gleichgerichtet. Am Ende jedes modifizierten Videosignals V entsteht daher ein neuer Impuls. Dieser öffnet das Tor 30. damit am Ende jedes modifizierten Videosignals V und der in dem Schaltglied A enthaltene Wert wird dann dem Speicherglied 28 im richtigen Augenblick zugeleitet.

Der von dem Gleichrichter 34 abgegebene Impuls stellt auch die drei Schaltglieder A, B und C in ihre Ausgangslage zurück. Das in dem Speicherglied 28 enthaltene Signal, das die gewünschte Information über die Merkmalsparameter enthält, wird dann am Ende der Zählung dieses Merkmals durch das Tor 36 abgerufen und v. Hiergeleitet.

Mit verschiedenen Formen von logischen Gliedern A, ßund Classen sich verschiedene Parameter errechnen. Wenn beispielsweise das erste logische Glied Cdie Länge einer Sehne in einem augenblicklich abgetasteten Merkmal ermittelt und das logische Glied A die Signale von B und C addiert, ergibt sich die Fläche des Merkmals. Ebenso lassen sich Höhe, Breite oder Umfang eines Merkmals bestimmen. Der Parameter um-

faßt daher einen weiten dynamischen Bereich, und das Speicherglied 28 muß daher eine große Informationsverarbeitungskapazität aufweisen. Modulierte Trägersysteme und Mehrfachverzögerungsleitungen, die parallele binäre digitale Daten verarbeiten, sind anwendbar.

Bei begrenzter Datenverarbeitungskapazität ist es nützlich, wenn das Schaltglied C nur anspricht, wenn die Sehne in Zeilenrichtung in der augenblicklichen Abtastzeile länger als eine vorherbestimmte Länge ist, Die Glieder A und B setzen dann lediglich diesen Wert in Umlauf, und nur ein Bit Information ist erforderlich, damit der zugehörige Parameter anzeigt, ob das Merkmal in Zeilenrichtung eine Sehne enthält oder nicht, die langer als der vorherbestimmte Wert ist. Damit lassen sich Merkmale der Größe nach unterscheiden, auf der Basis der längsten Sehne in Zeilenrichtung, ohne daß die Gefahr besteht, daß einspringende Merkmale falsch gezählt werden.

In der Schaltung werden zwei Verzögerungseinrichtungen gezeigt, nämlich die Verzögerungs- und Speicherglieder 14 bzw. 28. Die gleichen Aufgaben können aber auch mit einer einzigen Verzögerungseinrichtung erfüllt werden. Dies geschieht mit Übertragung im Zeitmultiplex (time division multiplexing). Damit wird die Informationsverarbeitungskapazität einer einzigen Verzögerungseinrichtung vergrößert.

F i g. 2 zeigt Bildmerkmale A, B und C verschiedener Form. Merkmal A hat eine etwa kreisrunde Form. Das Ende des Merkmals ist als die erste Stelle definiert, an der während einer Abtastzeile kein Signal erscheint, das mit einem Signal zusammenfallen könnte, das be der Abtastung der vorhergehenden Zeile entstand Hier entsteht während der vorhergehenden Zeile der ir der Figur angedeutete zählende Anlikoinzidenzimpuls Er liegt an der Schnittlinie der an der rechten und dci unteren Kante des Merkmals eingezeichneten Begren zungslinien. Zwischen dem Rand des Merkmals unc diesen Begrenzungslinien liegt die sogenannte Schattenfläche.

ίο Das Merkmal B hat eine nach oben gerichtete unc dann wieder eintretende untere Kante. Der Abtast strahl stellt somit zweimal das Ende des Merkmale; fest. Damit würden an sich zwei zu einer Doppelzählung führende Zählimpulse entstehen. Um dies zu vermeiden, ist die Schaltungsanordnung so auszubilden daß bei einem solchen Merkmal nur ein einziger Zählimpuls entsteht.

Ahnliches gilt für das Merkmal C. Hier liegen zwei kleinere Merkmale sehr eng beeinander, und das rechte Merkmal verläuft mit seinem linken Bereich in der Schattenfläche des schräg verlaufenden und links liegenden Merkmals. Dieser Fall und der Fall, bei der ein Merkmal in Wirklichkeit aus zwei sich berührenden oder überlappenden Einzelmerkmalen besteht, wie dies in der Beschreibungseinleitung erwähnt wurde und bei der das Bild nicht genügend aufgelöst ist, stellen unerwünschte Fälle dar. Es entsteht ein einziger Zählimpuls, obwohl an sich zwei Impulse entstehen müßten. Der dadurch entstehende Fehler liegt jedoch bei sorgfältiger Vorbereitung der Probe innerhalb einer duldbaren Fehlergrenze.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zum Zählen von Merkmalen und gleichzeitigem Bestimmen von deren Parametern bei einer Bildanalyse mit einer Einrichtung zum Verzögern der Rechteckimpulse, die bei der Schwellwertdiskriminierung des beim Abtasten jedes Merkmals erzeugten Videosignales entstehen, um ungefähr eine Zeilenabtastperiode, um die der vorhergehenden Zeile entsprechenden Rechteckimpulse zu erzeugen, mit einer Einrichtung zum Vergleichen der aus der augenblicklichen und der vorhergehenden Zeile abgeleiteten Rechteckimpulse, und mit einer auf dem Vergleich ansprechenden Einrichtung zum Erzeugen eines Antikoinzidenzzähliinpulses nach der letzten Kreuzung zwischen der Abtastung und jedem Merkmal, gekennzeichnet durch einen die Rechteckimpulse empfangenden Meßkreis (C) zum Erzeugen eines Informationssignals aus jedem Rechteckimpuls, eine Signalspeichereinrichtung (B, 28) zum Zurückhalten jedes Informationssignals für eine Zeilenabtastperiode, eine Addierstufe (A) zum Zusammenfassen von Signalen aus der Signalspeichereinrichtung (B, 28), die mit Signalen aus der Meßschaltung (C) zusammenfallen, und ein von jedem Antikoinzidenzzählimpuls betätigtes Tor (36) zum Freigeben der in der Signalspeichereinrichtung (B, 28) gespeicherten zusammengefaßten Informationssignale, die zu dem Merkmal gehören, zu dem auch der Antikoinzidenzzählimpuls gehört.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zur Speichereinrichtung (B, 28) gehörende Speicherglied (28) die gleiehe Verzögerungszeit wie die Verzögerungseinrichtung zum Verzögern der Rechteckimpulse aufweist.