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Schaltungsanordnung zum Zählen von Bildmerkmalen Die Erfindung betrifft
eine Schaltungsanordnung zum Zählen von Bildmerkmalen bei der Bildanalyse mit ZeilenabtastungO
Nach Definition ist ein Bildmerkmal ein Bildelement, das sich in seinen optischen
Werten ausreichend von seiner unmittelbaren Umgebung unterscheidet, so daß des entweder
im auffallenden oder auch im durchscheinenden Licht von seiner Umgebung unterschieden
werden kann0 Das Bildmerkmal ist zum Beispiel heller, dunkler oder von anderer Farbe,
Bei einer Bildanalyse wird das BilQkeilenweise mit einem Abtastfleck abgetastet.
Die Schwankungen in der optischen Dichte des Bildes werden in ein elektronisches
Signal umgewandelt. Dieses entspicht einem Videosignal. Die Amplitude dieses Videosignals
schwankt nach Maßgabe der Schwankungen in der optischen Dichte, Demnach verwendet
man eine Fernsehkameraröhre. Bei Untersuchung von mikroskopischen Proben wird diese
Kameraröhre an ein Lichtmikroskop angeschlossen.
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Wenn der Abtastfleck die Grenze eines Bildmerkmals überschreitet,
ändert sich die Amplitude des Videosignals von einer ersten zu einer zweiten Höhe.
Bei einer innerhalb des Merkmals im wesentlichen konstanten optischen Dichte verbleibt
die Amplitude des Videosignals an oder in der åhe des zweiten Betrages, bis der
Abtastfleck wieder das Merkmal verläßt. Dann fällt die Amplitude auf den ersten
der Umgebung des Merkmals entsprechenden Wert zurück Die Bahn des Abtastflecks über
dem Merkmal ist eine gerade Linie Sie kann daher als die Sehne des Merkmals angesehen
werden. Bei konstanter Abtastgeschwindigkeit ist die Dauer der Amplitudenabweichung
daher ein Maß für die Länge der Sehne. Der Ausdruck "Kreuzung der Abtastlinie mit
einem Merkmal" bedeutet daher die Sehne, die durch die Bahn des Abtastflecks über
dem Merkmal bestimmt wird, Die auf die Bildmerkmale zurückgehenden
Amplitudenänderungen
können mit einem Schwellwertdetektor ermittelt werden. Die dabei anfallenden elektrischen
Impulse oder Signale, die den Beginn oder das Ende eines Impulses anzeigen, werden
Schnittstellenimpulse genannt.
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Bei vielen Anwendungen der Bildanalyse muß die Zahl der in einem Bildfeld
enthaltenen einzelnen Merkmale bestimmt werden. Bei der Analyse von Pulverpartikeln
zum Beispiel stellt jeder Partikel ein Merkmal dar. Die dabei'zu lösende Aufgabe
liegt in der Feststellung der Gesamtzahl dieser Partikel. Beim Uberstreichen eines
Partikels mit dem Abtastfleck steigt die Amplitude des VideosignalsO Damit entsteht
ein Schnittstellenimpuls. Jedes Partikelchen wird im allgemeinen aber mehr als einmal
vom Abtastfleck geschnitten, Die bloße Zählung derem Videosignal entehaltenen Impulse
würde damit zu einer mehrfachen Zählung der einzelnen Merkmale führen.
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Schaltungen zur Vermeidung einer solchen Mehrfachzählung sind bekannt.
Bei einer Schaltung wird der Schnittstellenimpuls von einer bis zur nächsten Abtastlinie
verzögert bzw. gespeichert. In einer Vergleichsstufe werden die aus benachbarten
Abtastzeilen entstehenden Schnittstellenimpulse verglichen. Außerdem wird der der
ersten Schnittstelle mit einem Merkmal entsprechende Impuls identifiziert. Dabei
wird an der vorlaufenden-Kante dieses Schnittstellenimpulses ein Zählsignal für
dieses Merkmal freigegeben. In einer Abwandlung dieser Schaltung wird das Zählsignal
dann statt am ersten am letzten Schnittstellenimpuls gebildet.
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Bei beiden Ausführungen treten jedoch bei Merkmalen mit gebogener
und erneut in die Abtastlinie eintretender Form Fehler wegen Mehrfachzählung auf.
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Hiervon ausgehend soll mit vorliegender Erfindung eine Zählschaltung
geschaffen werden, die keine Mehrfachzahlung aufweist. Gemäß der Erfindung ist eine
Zählschaltung vorgesehen mit Zählung der einzelnen Merkmale, bei der die Schnittstellenimpulse
jeder Zeile verzögert und mit denen der nächsten Zeile verglichen werden. Damit
wird für jedes Merkmal ein Zählimpuls erzeugt. Dabei wird die Mehrfachzählung durch
eine Schaltung vermieden, mit der ein der
nachlaufenden Kante eines
Schnittstellenimpulses entsprechendes Signal gerade so lange zurückgehalten wird,
um dessen nachlaufende Kante mit der nachlaufenden Kante desjenigen Schnittstellenimpulses
zusammenfallen zu lassen, der bei der vorhergehenden Zeile entstand und verzögert
wurde. Zweckmäßig wird hierzu ein bistabiler Impulsformer in den Signalweg zu der
Verzögerungseinrichtung eingeschaltet. Diese bistabile Vorrichtung wird durch ein
der vorlaufenden Kante eines Schnittstellenimpulses entsprechendes Signal in seinen
einen Zustand geschaltet. Die Umschaltung in den anderen Zustand erfolgt durch ein
Signal, das der nachlaufenden Kante des Schnittstellenimpulses entspricht, oder
durch ein Signal, das der nachlaufenden Kante des von der vorhergehenden Zeile stammenden
und verzögerten Impulses entspricht. Dieser überdeckt sich mindestens auf einem
Teil seiner Länge mit dem zuerst genannten Schnittstellenimpuls. Die Umschaltung
durch das eine oder das andere Signal hängt davon ab, welches Signal später auftritt.
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Mit dem zusätzlichen Schaltungsteil wird der Raum zwischen den Schenken
der wiedereintretenden Merkmale ausgefüllt. Diese zeigen entweder nach unten oder
in Abtastrichtunge Die beiden von zwei Schenkeln stammenden Schnittstellenimpulse
werden damit zusammengefaßt, als wenn sie vom gleichen Bildmerkmal stammen würden.
Auf diese Weise wird die Erzeugung eines Zählimpulses für jedes Merkmal so lange
verzögert, bis klar festliegt, daß der in Abtastrichtung letzte Teil eines Merkmals
abgetastet wurde0 In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Information
über die Schnittstellenabtastung in Bildrichtung aber entgegen der Zeilenrichtung
mit einer Verzögerungseinrichtung vorgeschoben0 Diese Verzögerungseinrichtung hat
eine Verzögerung, die um eine bestimmte Zeitspanne unter der für die Abtastung einer
Zeile benötigten Zeit liegt. Damit wird die Schattenfläche herabgesetzt, die jedem
Merkmal infolge des Zurückhaltens derjenigen Signale zugefügt werden, die an den
nachlaufenden Kanten der Schnittstellenimpulse entstehen Es ist möglich, den Betrag
dieses Vorschiebens mit einer Einrichtung zum Vergleichen der Schnittstellenimpulse
einer Zeile mit
denen der vorhergehenden Zeile zu steuern, wobei
die beiden Impulsgruppen durch Zeiträume voneinander getrennt sind, die gleich oder
kleiner als eine Zeilenabtastperiode sind. Damit wird angezeigt, wenn ein Signal
entsprechend der nachlaufenden Kante eines Schnittstellenimpulses in dieser Zeile
um mindestens ein bekanntes Zeitelement vor dem Signal entsprechend der nachlaufenden
Kante eines mit ihm zusammenfallenden Schnittstellenimpulses aus der vorhergehenden
Zeile auftritt. Weiter ist eine Einrichtung vorgesehen, um das Signal bezüglich
der nachlaufenden Kante des Schnittstellenimpulses auf dieser Zeile nach Maßgabe
dieser Anzeige um dieses bekannte Zeitelement vor dem verzögerten Signal bezüglich
der nachlaufenden Kante aus der vorherigen Zeile freizugeben, Am Beispiel der in
der Zeichnung gezeigten Schaltungen wird die Erfindung nun weiter beschrieben. In
der Zeichnung ist: Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung zur Bildanalyse
mit einer erfindungsgemäßen Ausbildung einer Zählschaltung, Fig. 1A die Darstellung
von Merkmalen mit mit der Zählschaltung nach Fig. 1 erzeugten Schattenflächen zusammen
mit der Darstellung der Zählimpulse, mit denen die Merkmale gezahlt werden, Fig.
2 ein Blockschaltbild einer abgewandelten Schaltung, mit der die Schattenflächen
wesentlich herabgesetzt werden, Fig. 2A die Darstellung von kleineren Schattenflächen
unter zwei typischen Merkmalen, Fig. 3 ein Blockschaltbild einer Schaltung, mit
der die Schattenflächen ermittelt und die hierbei entstehenden Lah mungssignale
beseitigt werden können, Fig. 3A die Darstellung eines in einem solchen Lhmungsbereich
in einer Schattenfläche eines größeren Mer-rc liegenden
kleineren
Merkmales, Fig. 4 ein Blockschaltbild einer sogenannten geschichteten Schaltung,
bei der das Videosignal bei Feststellung eines Lähmungsbereiches von einer Schaltung
zu einer identischen zweiten Schaltung weitergeleitet wird, und Fig. 4A die grafische
Darstellung desjenigen Zustandes, bei dem das zweite Merkmal völlig im Lähmungsbereich
des ersten Merkmals liegt.
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Das Video signal wird nach Durchlaufen eines Schwellwertdetektors
dem Punkt 10 zugeführt und stellt eine bistabile Vorrichtung 12.
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Diese bildet das sogenannte modifizierte Videosignal V'O Vg wird einer
Verzögerungseinrichtung 14 zugeführt. Diese hat eine Verzögerung entsprechend einer
Zeilenabtastzeit T. Das Videosignal bzw. die Schnittstellenimpulse werden auch einem
nem Eingang eines Nein-Tores 16 zugeführt. Das verzögerte modifizierte Videosignal
V' wird dessen anderem Eingang zugeführt. Die Anordnung ist so, daß das Tor 16 bei
Fehlen beider Signale ein eigenes Signal abgibt. Dieses stellt die bistabile Vorrichtung
12 zurück. Das modifizierte Videosignal Vt wird daher in die Schaltung gegeben,
wenn am Punkt 10 ein Videosignal erscheint Es endet am Ende des Impulses oder am
Ende des mit diesem zusammenfallenden Impulses aus der vorhergehenden Linie nach
Maßgabe davon, welcher Impuls später ist. Die Auswirkung liegt in der Zuführung
großer Schattenflächen zu den Merkmalen, wie es Fig. 1A zeigt.
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Die untere rechtsseitige Ecke jedes Merkmals wird durch eine Antikoinzidenzschaltung
angezeigt, Diese ist im unteren Teil der Figur 1 dargestellt. Die Schaltung enthält
eine Differenzierstufe 18 und einen Gleichrichter 20. Sie erzeugen einen Impuls,
der dem Ende jedes modifizierten Videosignals in jederZeile entspricht. Der vom
Gleichrichter 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 yor, wenn ein Videosignal aus der augenblicklichen Abtastzeile
und das modifizierte Video signal aus
der vorhergehenden Abtastzeile
zeitlich zusammenfallen. Die bistabile Vorrichtung 24 wird durch ein Signal vom
Und-Tor 26 in seinen einen Zustand und durch ein Signal vom Nein-Tor 16 in seinen
anderen Zustand zurückgestellt. Den beiden Eingängen des Und-Tores 26 werden die
modifizierten Videosignale aus der Verzögerungseinrichtung 16 und das/ursprüngliche
Videosignal bzwO die Schnittstellenimpulse vom Punkt 10 zugeleitet.
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Die bistabile Vorrichtung wird daher unter Öffnen des Tores 22 unmittelbar
nach Beendigung eines modifizierten Videosignalimpulses V' und bei Fehlen eines
Schnittstellenimpulses auf der gerade durchlaufenen Zeile in seinen anderen Zustand
zurückgestellt. Damit kann nur das Ende eines Impulses an "der rechten unteren Ecke"
der modifizierten Merkmalsgestalt das Tor 22 durchlaufen. Dieses Impuls wird Antikoinzidenzimpuls
genannt und ist ein Zählimpulse Fig0 2 zeigt eine Schaltung zum Herabsetzen der
den Merkmalen beim Zählen gemäß Fig. 1 zugefügten Schattenflächen. Dies vereinfacht
die Herabsetzung der Zufügung von Lähmungsgebieten und gestattet weiter, daß das
Ende des Koinzidenzbereiches das heißt die Schattenfläche, enger unter die überhängenden
Teile eines Merkmals fällt. Im Prinzip läuft dies darauf hinaus, die bistabile Vorrichtung
24 früher als anders mb ck ir ihren anderen 2t7.
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stand zurückzustellen.
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Die Schnittstellenimpulse werden auch drei in der unteren rechten
Ecke der Schaltung gezeigter und miteinander in Reihe geschalteten Ver70gerungseinrichtungen
40, 42 und 44 zugeführt. Jede Verzõgem rungseinrichtung führt eine einem Bildelement
entsprechende kurze Verzögerung ein. Wie bereits im Zusammenhang mit Fig. 1 erläutert
wurde, wird das Ausgangssignal der Verzögerungseinrichtung 44 zur Erzeugung des
modifizierten Videoimpulses Vt seiner bistabilen Vorrich5ung 46 zugeführt. Die modifizierten
Videoimpulse V' durch laufen eine Addierstufe 46. In bezug auf die Merkmalszählung
erfüllt sie keinen besonderen Zweck. Anschließend werden die Impulse einer Verzögerungseinrichtung
50 zugelertet. Diese Verzögerungseinrichtung 50 führt eine Verzögerung entsprechend
drei Bildelementen ein. Der verzögerte modifizierte Videcimpuls aus der
Verzögerungsvorrichtung
50 erscheint damit drei Bildelemente vor Beendigung einer vollständigen Zeilenabtastung.
Die Verzögerung um drei Bildelemente erfolgt mit drei in Reihe geschalteten Verzögerungsvorrichtungen
52, 54 und 56. Der Ausgang der Verzögerungsvorrichtung 50 ist an den Eingang der
Verzögerungsvorrich tung 52 angeschlossen.
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Falls das an der Stelle A auftretende Signal zeitlich betrachtet von
dem gerade analysierten Bildpunkt abstammt, entsprechen die an den-Punkten B, C
und D auftretenden Signale Punkten, die um 1, 2 und 3 Bildelemente vor dem Bildpunkt
A liegen. Die Signalpunkte a, b, c und d sind die entsprechenden Bildpunkte in der
vorhergehenden Zeile. Durch Vergleich der entsprechenden Punkte kann man damit das
Ende eines Merkmals erkennen, bevor das Ende des zugehörigen Signals den Punkt A
erreicht. Hierzu sind vier logische Elemente 58, 60, 62 und 64 angeordnet. Sie liefern
ein Signal, wenn sämtliche ihnen übermittelten Bildpunkte frei von einem Signal
sind. Mit einem Ausgangssignal der logischen Elemente 58 bis 64 wird damit die bistabile
Vorrichtung 46 zurückgestellt0 Dies kann zu jedem Zeitaugenblick bis zu drei Bildelementen
früher eintreten, als dies m anderen Falle möglich ist. Die Åusgangssignale dieser
drei logischen Elemente werden über ein Oder-Tor 66 an die bistabile Vorrichtung
46 zu deren Zurückstellung in ihren anderen Zustand zugeführt.
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Eine Antikoinzidenzschaltung wird in Fig. 2 nicht gezeigt. Diese kann
jedoch die gleiche wie in Fig. 1 sein. Schalt-, Rückstell-und Steuerimpulse sind
aus Gründen der Klarheit ebenfalls aus Fig.
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2 weggelassen worden.
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Die Betriebsmerkmale der in Fig0 2 gezeigten Schaltung ist die Anwendung
von Verzögerungen mit einer Zeitdauer, die vorsätzlich von der Abtastzeit abweicht,
und die Wieder-in-Umlaufsetzung eines modifizierten Videoimpulses, dessen Länge
nach Maßgabe der örtlichen Form des Merkmals durch die Wahl eines Schrumpfungsbetrages
verandert wird0 Fig. 2A zeigt die verringerten Schattenflächen, die bei Verwendung
der
Schaltung nach Fig. 2 unter typischen Bildmerkmalen auftreten.
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Die gesamte Koinzidenzinformation muß nicht als ein Informationsbit
herumgeführt werden. Vorteilhaft werden auch mehr als ein Koinzidenzparameter herumgeführt.
Besonders nützlich ist das Herumführen von zwei Informationsbits, so daß die Schaltung
dann aussagen kann, wann sie "gelähmt" und zeitweise unempfindlich gegenüber neuer
Videoinformation ist. Fig. 3 zeigt eine solche Schaltung.
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Schnittstellenimpulse werden hier einer um eine Zeilenlänge verzögerten
Verzögerungsvorrichtung 4 zugeführt. Damit wird der jeder vorhergehenden Sehne entsprechende
Impuls gespeichert. Bei einem Zusammenfallen der Schnittstellenimpulse auf der augenb2icklich
und der zuvor abgetasteten Zeile wird ein Koinzidenztor betätigt. Dieses stellt
bei Koinzidenz der Impulse eine bistabile Vorrichtung 74 in einen anderen Zustand
umO Damit beginnt ein"Modifikations"-Videoimpuls. Ein Oder-Tor 76, eine Differenzierstufe
78 und ein Gleichrichter 80 ermitteln, wenn sowohl dieser "Modifikations"-Videoimpuls
und der augenblickliche Schnittstellenimpuls geendet haben. Zu diesem Zeitpunkt
führen sie einer zweiten Verzögerungseinrichtung 82 einen zweiten 'tEndimpuls" zu.
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Mit dem verzögerten "Endimpuls" aus der vorhergehenden Zeile wif dann
die bistabile Vorrichtung 74 in ihren anderen Zustand zurückgeschaltetO Bei einem
Vergleich mit Fig. 1 zeigt sich, daß der in jener Schaltung vorkommende modifizierte
Videoimpuls nun in getrennten Verzögerungsvorrichtungen in zwei Bestandteile aufgespalten
wird0 Dies sind einmal der tatsächliche Schnittstellenimpuls in der Verzögerungsvorrichtung
70 und das Ende des Modifikationsimpulses in der Verzögerungseinrichtung 82. In
diesem Fall werden nur die 1ndimpulse" der Modifikations-Videoimpulse zurückgeführt.
Die Schaltung läßt sich jedoch auch so abwandeln, daß jeder Modifikations-Videoimpuls
in seiner Gesamtheit zurückgeführt wird. Die voneinander getrennten Schnittstellen-
und Modifikations-Videoimpulse werden einem logischen Und-Tor 75 zugeführt.
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Diesem Tor werden "Lähmungs"-Signale P entnommen. Sie zeigen an, wann
die Schaltung gegenüber einem Merkmal unempfindlich ist. Dieses Signal kann dann
zum Steuern des Zuganges eines ankommenden
Videosignals durch ein
Tor 77 verwendet werden, so daß ein in einem inhmungsbereich 86 eines anderen Merkmals
88 auftretendes weiteres Signal 84 herausgenommen wird. Siehe Fig. 3A! Vom Merkmal
84 herrührendee Schnittstellenimpulse können daher über ein Tor 79 einer weiteren
nicht dargestellten Schaltung zugeleitet werden. Die in Fig. 2 zum Herabsetzen der
Lähmungsgebiete auf ein Minimum gezeigte Schaltung kann trotzdem verwendet werden.
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Die bei der Zählung in gelähmten Gebieten auftretenden Probleme können
teilweise durch Verdoppeln der Schaltung und durch Verwendung von Lähmungssignalen
vermieden werden. Diese Lähmungssignale werden bei Auftreten einer solchen Lähmung
von der einen der anderen Schaltung zugeleitet. Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild.
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Die Signale werden im allgemeinen über einen ersten Kanal 90 geleitet.
Dieser ist der in Fig. 1 gezeigten Anordnung ähnlich. Bei Lähmung dieses Kanales
schließt ein von ihm abgegebenes Lahmungsignal P1 das Tor 92 und öffnet das Tor
94. Damit wird der Zugang des Eingangssignals zum Kanal 90 geschlossen und dieses
wird zum Kanal 96 weitergeleitet. In jedem Kanal werden Zählimpulse für die zugehörigen
Merkmale erzeugt. Mit einem zweiten vom Kanal 96 abgegebenen iähmungssignal P2 wird
ein zweiter Lähmungszustand angezeigt. Das Signal P2 schließt das Tor 98 und öffnet
das Tor 1OOo Im vorstehenden wurden die wesentlichen Schaltungselemente dargestellt.
Manche in der tatsächlichen Schaltung enthaltenen Schaltungsteile wurden aus Gründen
der besseren Ubersicht weggelassen.
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Zum Beispiel wurden Kurzzeitverzögerungseinrichtungen, mit denen normalerweise
sogenanntes Durchgehen verhindert wird, nicht dargestellt.
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Unter den im vorstehenden verwandten Begriffen Verzögerungsvorrichtung
oder Signalspeicher sollen Speicher jeder Art verstanden werden, wie auch Magnetbandspeicher,
Magnettrommelspeicher, Schief beregister, Abtastflächen, Verzögerungsschleifen usw.
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Patentansprüche: