DE2935261A1

DE2935261A1 - Anordnung und verfahren zur mustererkennung

Info

Publication number: DE2935261A1
Application number: DE19792935261
Authority: DE
Inventors: Gary Lee Dezotell; Richard Alan Hubach; Jack Sacks
Original assignee: View Engineering Inc
Current assignee: View Engineering Inc
Priority date: 1978-09-01
Filing date: 1979-08-31
Publication date: 1980-03-13
Also published as: CH657489A5; AU516547B2; IT7925452A0; JPH0421230B2; GB2029958A; JPS5534800A; IT1122951B; NO792818L; FR2435093A1; PH18175A; US4200861A; DE2935261C2; AU5016279A; SE7907231L; DK365479A; IL58140A

Description

Anordnung und Verfahren zur Mustererkennung

Die Erfindung bezieht sich auf die Mustererkennung, insbesondere auf eine Anordnung und ein Verfahren zur optischen Untersuchung eines Musters bzw. Bildes und anschließenden Untersuchung eines unbekannten Musters bzw. Bildes, um die bestmögliche Anpassung bzw. Korrelation zwischen dem unbekannten Muster und dem bereits untersuchten Muster festzustellen.

Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Anordnung gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1, 6, 11 oder sowie auf ein Verfahren gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 14, 19 oder 21.

Die Technik der Mustererkennung wird vielfach in der Industrie eingesetzt, und zwar sowohl seitens der Her steller als auch seitens der Verbraucher. Mit dem

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ORIGINAL INSPECTED

Bekanntwerten photoelektrischer Einrichtungen, die elektrische Signale in Abhängigkeit von optisch abgetasteten Objekten erzeugen können, ist es möglich geworden, automatische Vorrichtungen herzustellen, welche Zählen, Tasten, und sonstwie nützlich in der Industrie verwendet werden können.

Die Erfindung befaßt sich vornehmlich mit der Digitalisierung eines verarbeiteten Videosignales, das im Hinblick auf die erhältliche Lichtquelle/ welche ein vorgegebenes Muster beleuchtet, normalisiert ist.

Ein "schwarzes"bzw. Dunkelstrom-elektrisches Signal entspricht einem schwarzen optischen Signal, das mittels einer Vidicon-Röhre (Bildaufnahmeröhre) c^rzeugt worden ist, welche zu Beginn der Strahlauslenkung einen teilweise lichtundurchlässigen Abschnitt aufweist. Wenn der Strahl den lichtundurchlässigen Abschnitt passiert, ist das optische Signal offensichtlich schwarz. Das entsprechend erzeugte elektrische Signal wird als Bezugssignal für das Gesamtsystem festgehalten. Das so festgehaltene Signal ergibt sich als schwarzes elektrisches Signal.

Das digitalisierte optische Signal kennzeichnet das betrachtete Muster entweder als weißes oder als schwarzes Muster. Demgemäß wird für den schwarzen Musterteil jeweils ein Signal mit Null-Pegel erzeugt. Ein Eins-Pegelsignal wird für den weißen Musterteil erzeugt.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Lichtintensität jeder Abtastzeile der Vidicon-Röhre mit dem vorstehend beschriebenen schwarzen Pegel verglichen.

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Hierdurch wird ein Schwellwertpegel für die Erzeugung von Einsen oder Nullen/ entsprechend den dunklen oder hellen Bereichen des zu betrachtenden Musters/erzeugt. Es wurde entdeckt, daß beim normalen Betrieb einer derartigen Mustererkennungsanlage die Lichtintensität des beleuchteten Musters infolge der Bedürfnisse des Benutzers beständig schwankt und sich demgemäß der Schwellwertpegel der Vidicon-Kamera von Zeile zu Zeile und von Feld zu Feld ändern kann. Durch Messung des Lichtschwellwertes für jedes Feld und Festlegung einer Schwellwertspannung mittels eines geeigneten Tastwertspeichers (auch Momentanwertspeicher oder Sample and Hold-Schaltung genannt) ist es möglich, jeweils eine auf den neuesten Stand gebrachte Schwellwertspannung zu verwenden und diese mi.L dem Λιηχμπκμ;:;! gnal dor Vidicon-Kaniora zu vorgleichen. Hierdurch können die Ausgangssignale an die beim jeweiligen Betrieb erhältlichen Lichtpegel jederzeit angepaßt werden.

Mustererkennungsanordnungen werden ständig in Verbindung mit wiederholten Operationen eingesetzt/ bei denen automatische Maschinen gesteuert und programmiert werden, um eine Reihe von wiederholten Handlungen durchzuführen. Diese Handlungen gehen hierbei von der Ortung und Identifizierung bestimmter Kriterien aus, die in Echtzeit in einen Speicher eingeschrieben sind.

Die Technik zur Herstellung von Halbleitern benötigt Anordnungen und Verfahren zur Mustererkennung, um die Herstellung und die Überprüfung integrierter Schaltchips zu überprüfen.

Bei der Herstellung integrierter Schaltchips wird beispielsweise ein Siliconplättchen gewöhnlich von einem

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Siliconmodul abgeschnitten, das einen Durchmesser zwischen etwa 5 und 12,5 cm (2 und 5 inch) hat. Um nun ein Muster auf das Siliconplättchen aufzubringen, werden eine Maske und ein Photolack benötigt, der schließlich auf das Siliconplättchen aufgebracht wird, wobei anschließend eine Reinigung und Diffusion in das Siliconsübstrat stattfindet. Dieses Verfahren kann bis zu 13 mal wiederholt werden, um eine richtige Diffusion sicherzustellen. Jedes mal muß die Maske erneut genau auf dem Siliconplättchen ausgerichtet werden.

Es wäre auch von großem Vorteil, wenn man die durch Diffusion hergestellten Chips auf einem Siliconplättchen elektrisch testen könnte, um festzustellen, ob die Diffusion beendet und das einzelne Chip für den Gebrauch geeignet ist.

Prüfanlagen, welche elektrische Untersuchungen an vorgegebenen Bereichen des Chips durchführen können, werden dazu verwendet, die elektrischen Koeffizienten und die kontinuierliche Leitfähigkeit festzustellen. Aufgrund dieser Prüfungen soll entschieden werden, ob das einzelne Chip brauchbar und weiterverwendbar ist oder ob es unbrauchbar ist und zerstört werden soll„ Die Ausschußquote bei der Herstellung von Chips beträgt zur Zeit etwa 50 %· Es ist daher äußerst wichtig, daß jedes Chip einzeln untersucht wird, bevor zusätzliche Arbeit und Kosten in die Weiterverarbeitung des einzelnen Chips gesteckt werden. Hierbei muß noch berücksichtigt v/erden, daß pro gegebenem Siliconplättchen mit einem Durchmesser von etwa 12,5 cm (5 inch) zwischen 50 und 200 einzelne Chips zu untersuchen sind.

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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäßen Anordnungen und Verfahren zu verbessern, insbesondere derart, daß eine vergleichsweise schnelle, gleichwohl aber ausreichend genaue Mustererfassung möglich ist.

Diese Aufgabe wird in anordnungsmäßiger Hinsicht durch die Kennzeichen der Ansprüche 1, 6, 11 oder 13 sowie in verfahrensmäßiger Hinsicht durch die Ansprüche 14, 19 oder 21 gelöst.

Die erfindungsgemäßen Anordnungen und Verfahren zur Mustererkennung sind in der Industrie verwendbar, sei es zum Zwecke der Ausrichtung der Masken auf einem Chip für die Weiterverarbeitung oder zur Ortung und Identifizierung einzelner Chips auf einem Plättchen zum Zwecke der Steuerung von Untersuchungsgeräten und Festlegen derjenigen Chips eines Plättchens, welche einer Weiterverarbeitung unterworfen werden sollen.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird eine Vidicon-Kamera verwendet, die ein sich nicht überlappendes Rastermuster aufweist und mittels derer jede Zeile nacheinander abgetastet werden kann. Stattdessen kann aber auch eine Vidicon-Kamera mit einem sich überlappenden Raster verwendet werden.

Um das Gesichtsfeld der Kamera festlegen zu können, wurden hierfür 250 Pixel (Bildbausteine, Bildpunkte, Bildelemente oder Rasterpunkte) für eine Abtastzeilenlänge und 24 0 Zeilen, die einen gegenseitigen Abstand von einem Pixel haben, vorgesehen. Die wirksame Fläche kann als die Stelle derjenigen Rasterpunkte betrachtet

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werden, welche 192. mal 192 Pixel aufweisen» Die Signifikanz der wirksamen Fläche wird während der nachfolgenden Beschreibung der sogenannten Lage- bzw- Speicher- und Untersuchungsphasen deutlich.

Der tatsächliche Bezugsbereich_? welcher durch den gesamten wirksamen Bereich geführt werden kann, ist 64
Pixels mal 6 4 Pixel _r so daß er eine Gesamtfläche von 4.096 Pixeln hat,

Beim gewöhnlichen Betrieb ist die Kamera auf das jeweils aufzuzeichnende Muster gerichtet? und ein digitalisiertes Videosignal in Form von Einsen und Hüllen" wird für jeden Pixelbereich aufgezeichnet und in
einen Speicher eingegeben=

Das zu betrachtende Muster muß dann mit gespeicherten Bezugsdaten über den gesamten wirksamen Bereich verglichen oder gefaltet werden^ um hierdurch diejenigen Koordinaten bestimmen zu können, weiche der bestmöglichen Anpassung bzw. Korrelation entsprechen» Die Koordinaten ergeben sich aus den Vergleichsergebnissen infolge der Faltung.

Es würde nun notwendig sein,, den Bezugsboroioh mit 64 mal 64 bza, insqaüaret 4.096 Pixel . mit jedem zu untersuchenden Bereich" su vergleichen,, Die Anzahl der Unter-" suchungen würde hierbei .natürlich durch die zu untersuchende Fläche bestimmt werden. In diesem Fall würde aian aber einen eKtrem großen Speicherplatz benötigen.

Bei bekannten Lösungen wird eine 64 Bit-Faltungseinrich= tung verwendet» Hierbei wird gleichseitig nur eine Bezugs zeile gefaltetj. bis das Gesamtfeld abgetastet ist=" Eine

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64 Bit-Faltungseinrichtung benötigt nun mindestens 64 Felder, wenn sie in dieser Weise verwendet wird. Die hierfür notwendige Untersuchungszeit ist aber für eine industrelle Fertigung nicht tragbar.

Statt dessen wird im Stand der Technik auch vorgeschlagen, 64 Faltungseinrichtungen zu verwenden, um hierdurch schneller arbeiten zu können. Ein solcher Vorschlag hat aber zur Folge, daß die hierfür benötigten festverdrahteten Bauelemente für die Praxis zu teuer würden (jede Faltungseinrichtung benötigt eine gesamte Schaltplatine). Auch dürfte die Durchführung eines derartigen Vorschlages auf praktische Schwierigkeiten stoßen.

Die erfindungsgemäße Lehre führt bereits dann zu einer deutlichen Verkürzung des Untersuchungsvorganges, wenn nur eine einzige übliche Faltungseinrichtung (64 Bits) eingesetzt wird. Diese Faltungseinrichtung ist im dargestellten Ausführungsbeispiel im 8 χ 8 Format aufgebaut. Die erfindungsgemäße Lehre macht demnach die Verwendung umfangreicher Anlagen überflüssig. Sie führt ferner zu einer Kostensenkung für die festverdrahteten Bauelemente.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird eine Erst- oder Voruntersuchung durchgeführt und hierfür ein Superpixel verwendet. Ein derartiges Superpixel ist als ein Pixel definiert, das im dargestellten Ausführungsbeispiel eine Breite und Länge hat, die viermal so groß als zwei normale Pixel ist. Hierdurch wird ein Bereich von 16 Pixeln von einem Superpixel eingenommen. Mit anderen Worten, ein Superpixel umfaßt 16 Normalpixel. Verwendet man einen Untersuchungsbereich von 64 mal 64 Pixeln, d. h. insgesamt 4.096 Pixel, dann läßt sich

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dieser Bereich in 16 mal 16 Superpixel bzw. einen Bereich mit 256 Superpixeln unterteilen. Der Untersuchungsbereich besteht im wesentlichen aus vier Superpixel-Bereichen, von denen jede einzelne 64 Superpixel aufweist. Vor einer Durchführung der Untersuchung zur Mustererkennung ist es notwendig, den Bezugsbereich von 64 mal 64 Pixel in einen Speicher zu laden und dann in einen weiteren Speicher den gleichen Bezugsbereich, diesmal jedoch in 16 mal 16 Superpixel unterteilt, zu laden.

In der Erst- oder Grobuntersuchung wird jeder der vier 8 mal 8 Superpixel-Bereiche ausgewählt und nacheinander mit dem Gesichtsfeld verglichen. Die Ergebnisse v/erden aufaddiert bzw. an geeigneten Speicherstellen aufgespeichert, jedes der vier 8 mal 8 Superpixel-Bereiche wird horizontal in Zweierpixelstufen über den wirksamen Bereich bewegt. Danach wird der 8 mal 8 Superpixel-Bereich um zwei Pixel nach unten und wiederum in horizontaler Richtung bewegt, bis der gesamte wirksame Bereich untersucht bzw. abgetastet und die Korrelationswerte für jeden Untersuchungspunkt an den geeigneten Speicherstellen eingeschrieben worden sind. Jeder der drei übrigen Superpixel-Bereiche wird nacheinander zu Untersuchungszwecken über den gleichen wirksamen Bereich in der bereits vorstehend beschriebenen Weise geführt. Die Vergleichs- bzw. Korrelationsergebnisse werden wiederum aufgespeichert bzw. akkumuliert, so daß insgesamt 4.096 Speicherplätze mit Werten beschrieben werden, die zwischen 0 und 4 8 schwanken.

Die Koordinaten der beiden höchsten Werte repräsentieren die besten Orte mit den höchsten Korrelationszahlen. Diese Koordinaten werden zum Ausgangspunkt einer

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zweiten bzw. Feinuntersuchung gemacht. Diese Untersuchung dient dazu, den örtlichen Bereich rund um die Koordinaten mit den in der Grobuntersuchung gewonnenen Höchstwerten erneut zu untersuchen bzw. abzutasten.

In der Feinuntersuchung werden die einzelnen Koordinaten für jeden Ort zum Ausgangspunkt gemacht. Nur in diesem

N Fall wird Gebrauch von der Beziehung: -~ - 1 gemacht, wobei N die Dimensionalität des verwendeten Bezugsbereiches darstellt. Die Dimensionalität im dargestellten Ausführungsbeipiel ist 8. Demgemäß beginnt die Feinuntersuchung an einer Pixelste.1 Ie, die um drei Pixel nach links und drei Pixel nach oben gegenüber den in der Grobuntersuchung gefundenen Koordinaten verschoben ist. Der Ausgangspunkt für die Feinuntersuchung für jede der beiden mittels der Grobuntersuchung gefundenen Bereiche beginnt drei Pixel weiter und drei Pixel oberhalb des ursprünglichen Ausgangspunktes. Für die hierbei ausgeführte Vergleichs- bzw. Korrelationsmessung werden die als Bezugsbereich eingespeicherten 64 mal 64 Normalpixel mit den mittels der Vidicon-Kamera abgetasteten Echtzeitpixeln verglichen. In diesem Fall muß lediglich eine einzige Untersuchung für jedes Feld durchgeführt werden, da der gesuchte Punkt innerhalb eines 7 χ 7 = 49 Pixelquadrates liegt, da;; /.entrisch um die beiden, in der Grobuntersuchung gefundenen, Spitzenwerte angeordnet ist (drei Pixel auf jeder Seite jeder Koordinate jedes in der Grobuntersuchung festgestellten Höchstwertes).

Bei der Feinuntersuchung wird ein Bereich von 7 mal 7 Pixeln untersucht. Der Startpunkt liegt hierbei drei Pixel nach links und drei Pixel nach oben verschoben. Diese Verschiebung legt den Ort desjenigen Punktes fest,

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um den die 7 mal 7 Pixel bzw. 49 Pixel Anordnung gruppiert ist. Diese 49 Pixel Anordnung muß bewertet und verglichen werden.

Die Feinuntersuchung wird für jeden der beiden in der Grobuntersuchung ermittelten Spitzenwerte mit den höchsten Korrelationswerten durchgeführt· Die aufgrund der Feinuntersuchung festgestellte beste oder höchste Korrelation wird als endgültige Koordinate für die Auswahlkoordinate des abzutastenden Musters festgelegt.

Zusammenfassend kann gesagt werden, daß eine in Echtzeit erhaltene Videoinformation getaktet und entsprechend der Lichtintensität digitalisiert wird. Eine änderung der Lichtintensitätsverhäitnisse wird in ständiger Anpassung festgestellt. Hierdurch wird der Schwel.lv/ert, welcher die Schwarz- und Weiß-Signale festlegt, ständig auf den neuesten Stand gebracht. Das als Bezugsgröße verwendete Muster wird zunächst im Feinformat und dann Lm Grobformat -aufgezeichnet und gespeichert. Bei der Musterabtastung bzw. Mustererkennung wird die qr ;;p'· ι cticrto Grob-Lnfurination in Echtzeit, mit einer vom Gesichtsfeld erhaltenen Grobinformation verglichen und gefaltet. Hierdurch wird eine Korrelationszahl erhalten, welche ein Maß für den Prozentsatz der Anpassung ist. Die Ortskoordinaten in der X- und Y-Dimension für die beste Anpassung werden als der Ort der höchsten Korrelationszahl festgelegt. Anschließend wird eine Feinuntersuchung in demjenigen Bereich durchgeführt, welcher die vorher in der Grobuntersuchung ermittelten Koordinaten umgibt. Bei der Feinuntersuchung wird eine zweidimensionale Faltung der zuvor gespeicherten Information mit der in Echtzeit vom Untersuchungsmuster gewonnenen Information

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durchgeführt. Hierdurch wird wiederum der höchste Korrelationswert als Maß für den Ort festgestellt, an welchem die bestmögliche Anpassung ermittelt werden konnte.

Die Erfindung wird anhand der nachstehenden Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die schematischen Zeichnungen noch näher erläutert.

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm einer Videokamera mit Optik und Videoprocessor;

Fig. 2 eine Vorderansieht einer Vidicon-Röhre zur Erzeugung eines Schwarz-Bezugssignals;

Fig. 3 ein Blockdiagramm der Details des Videoprocessors; Fig. 4 vier der Fig. 3 zuordenbare Impulsketten;

Fig. 5 die relativen Größenverhältnisse zwischen Untersuchungsbereich, wirksamen Bereich und Gesichtsfeld;

Fig. 6 ein Blockdiagramm der Speicher-Lade-Folge; Fig. 7 ein zweidimensionales Digitalfilter;

Fig. 8 ein Blockdiagramm der Anordnung zur Auffindung der Grobkoordinaten;

Fig. 9 ein Blockdiagramm eines Serpentinen-Schiberegisters; Fig. 10 ein Blockdiagramm einer Falteinrichtung; und

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Fig. 11 ein Blockdiagramm der Anordnung zum Auffinden der Feinkoordinaten für jeden getasteten Höchstwert.

Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm des Vorderteils des erfindunqsgemäßen Systems. Das Blockdiagramm voranschaulicht, wie das von der Vidicon-Kamera gesehene sichtbare Bild in digitale Signale umgewandelt wird. Die digitalen Signale repräsentieren hierbei diskrete Bereiche sczwarzer und weißer Abschnitte der beobachteten Szene als Funktion von Einsen und Nullen. Eine derartige Umwandlung wird manchmal auch als Herstellung eines getakteten digitalisierten Videosignals bezeichnet.

Rine Fernse;hkamera mit einer Vidicon-Röhre und einer Optik 12 wird auf ein zu untersuchendes Betrachtungsfeld fokussiert. Die der Kamera 10 zugeordneten Dunkelabtast- und Signal-Schaltungen erzeugen ein übliches Videosignal. Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen wird in der Kamera 10 kein überlappendes Abtasten verwendet.

Aus den nachstehend wiedergegebenen Gründon wird jedes Betrachtungsfeld sequentiell abgetastet, bas das gesamte Abtastfeld überstrichen ist. Das von der Kamera 10 gelieferte Video-Ausgangssignal wird einem VidooproccKsor 14 zugeführt. Der Videoprocessor 14 gibt ein getaktetes, digitalisiertes Videoausgangssignal ab, das durch Steuerung an das Optimum für die Lichtstärke in der Betrachtungsszene, gesehen von der Optik 12, angepaßt ist.

In Fig. 3 ist ein detaillierteres Blockschaltbild des in Fig. 1 dargestellten Videoprozessors 14 wiedergegeben. Eine mit der Kamera 10 verbundene Zeitschaltung 16 erzeugt die notwendigen Synchro- und Dunkelabtastsignale.

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Diese Signale sorgen für die Elektronenstrahlablenkung in der Vidicon-Röhre und steuern diese. Das Vorderende bzw. die Frontscheibe 18 der Vidicon-Röhre ist in Fig. mit dem abzutastenden Rasterbild dargestellt. Der äußerste linke Boreich der Frontscheibe 18 deckt einen Abschnitt des abzutastenden Rasterbereiches dadurch ab, daß er als lichtundurchlässiger Bereich 20 ausgebildet ist. Der Elektronenstrahl der Vidicon-Röhre startet bei seiner Ablenkung ir, linken Bereich 22 und schwenkt dann bis zur rechten Seite 24 des abzutastenden Rasterbereiches. An diesem Punkt wird der Elektronenstrahl infolge eines Rückführimpulses wieder zur linken Seite bzw. zum linken Bereich 22 zurückgeführt und dann zu Abtastzwecken wieder nach rechts geschwenkt, wobei die nunmehrige Abtastzeile unterhalb der vorangehenden Abtastzeile liegt.

In der Kamera 10 startet der Elektronenstrahl an der den linken Bereich 22 links begrenzenden Linie und streicht dann bis zur Kante des lichtundurchlässigen Bereiches 20, d. h. bis zur Linie 26. Hierbei "sieht" der Elektronenstrahl optisch einen schwarzen Bereich. Demgemäß erzeugt er ein elektrisches Ausgangssignal, das gleich dem Dunkelstrom der Vidicon-Röhre ist.

Eine Betrachtung der FMg. 4Λ zeigt das Verhältnis zwischen dem Dunkeisteuer- bzw. Austastpegel während der Strahlrückführung und dem Pegel, des Schwarzpegelsignals, das dem optischen Schwarz (und dem Dunkelstrom) entspricht.

Gemäß Fig. 3 wird das Videoausgangssignal der Kamera über einen Kopplungskondensator 30 einem Mittelwertbildner 32 zugeführt. Letzterer v/ird bisweilen auch als Integrator bezeichnet. Das Eingangssignal des Mittelwertbildners 32 wird über ein Schaltelement 34 an Masse

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gelegt. Das Schaltelement 34 wird mittels eines Ausgangssignals der Zeitschaltung 16 gesteuert. Die Zeitschaltung 16 erzeugt einen Impuls, der kürzer oder gleich derjenigen Zeit ist, welche der Abtaststrahl der Vidicon-Röhre zur Abtastung des in Fig. 2 gezeigten Bereiches der Frontscheibe 18 von der Kante des linken Bereiches 22 bis zum Ende des lichtundurchlässigen (Dunkelstrom) Abschnittes bzw. zur Linie 26 benötigt. Dieser Zeitinapuls ist in Fig. 4C dargestellt. Er bewirkt ein Anlegen des Mittelwertbildners 32 an Masse für die Zeitdauer, während welcher die Vidicon-Äbdunklung abgetastet wird. Hierdurch wird ein Dunkelstrom-Bezugssignal erzeugt. Mit anderen Porten v/ird das Dunkelstromsignal als Bezugsspannung auf Masse gehalten. Hierdurch wird ein auf Masse bezogenes Bezugssignal gewonnen, das dem optischen Schv/arzsignal äquivalent ist. Der Zeitimpuls fällt auf Null ab, wenn der Elektronenstrahl die Linie 26 auf der Frontscheibe 18 der Vidicon-Röiire passiert. Das in Fig. 4h wiedergegebene Videosignal wird dem Mittelwertbildner 4 2 zugeführt. Dieser führt eine Integration des Eingangssignals über die Zeitdauer einer kompletten Abtastung durch und bildet hierbei den Mittelwert. Stattdessen kann auch die Zeitdauer über einen kürzeren Bereich ausgeführt !-/erden, wobei dieser Bereich mittels der Zeitschaltung 16 gemäß den für die Auslegung des erfindungsgemäßen Systems maßgeblichen Parametern festgelegt wird.

Das Ausgangssignal des Mittelwertbildners 32 v/ird einem Tastwertspeicher 35, auch Momentanwertspeicher oder Sample and Hold-Glied genannt, zugeführt. Der Tastwertspeicher speichert den Mittelwert des Signals für eine vollständige Elektronenstrahlabtastung und speichert diesen Wert für die nachfolgende Äbtastzeile als vorgegebenen Mittelwert. Für Werte oberhalb dieses Mittelwertes "liest" das

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System weiß (digitalisiertes Videosignal =1). Für Werte unterhalb dieses Mittelwertes liest das System Schwarz (digitalisiertes Videosignal = 0).

Die Erzeugung des variablen Schwellwertpegcls entspricht darnach einer Anpassung der mittleren Lichtintensität, welche die Kamera 10 während einer einzelnen Abtastung feststellt. Der Schwellwertpegel wird dann als Ausgangspunkt für die Erzeugung eines digitalisierten Videosignals während der nachfolgenden Abtastzeile verwendet. Für eine Lichtquelle, die mit gegebener Intensität das jeweilige Betrachtungsfeld beleuchtet, sollte der veränderbare Schwellwertpegel für alle praktischen Zwecke im wesentlichen konstant bleiben. Tn der Praxis ändern jedoch Lichtquellen ihre Lichtstärke; externes Unigebungslicht ist manchmal vorhanden und bisweilen wird auch zusätzliches Licht auf eine gegebene Szene eingestrahlt. Dies führt dazu, daß der von der Kameraoptik getastete Gesamtbeleuchtungspegel sich ändert. Die Erzeugung eines variablen Schwellwertpegels, der sich jeweils an die von der Kamera 10 festgestellten tatsächlichen Beleuchtungsverhältnisse für jede Abtastzeile anpaßt, vergrößert die Zuverlässigkeit des Ausgangssignals durch kontinuierliche Anpassung des Schwellwertpegels an die zu betrachtende Szene bzw. das Bild.

Ein Analogkomparator 36 vergleicht das Videoausgangssignal der Kamera 10 mit dem variablen Schwellwertpegel, der mittels des Tastwertspeichers 35 während der vorangegangenen Abtastzeile festgestellt wurde. Der Analogkomparator 36 gibt auf diese Weise digitalisierte Ausgangssignale ab.

Die Erzeugung diskreter Ausgangssignale wird mittels eines Taktgebers 40 für das System bzw. die Verarbeitungsschaltung erzielt. Im dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel arbeitet der Taktgeber 40 mit ungefähr 5 MegHz

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und erzeugt positive Impulse, die einen Abstand von 210 Nanosek. haben (Fig. 4Bj. Der Taktgeber 40 dient als Taktgeber für das Gesamtsystem. Er steuert die Erzeugung sämtlicher abgeleiteter Takt- bzw. Zoitimpulse der Zeit™ schaltung 16. Hierdurch wird sichergestellt, daß sämtliche vom System erzeugten Impulse sowohl in den Untersystemen der Kamera,als auch in den Untersystemen für die Signal- und Datenverarbeitungsanlage synchron zueinander sind.

Der Taktgeber 40 taktet die digitalisierten Videoausgangssignale des Analogkomperators 36 über eine bistabile Kippstufe bzw. ein Flip Flop 42 an. Die Anstiegsflanke jedes Taktimpulses setzt den Flip Flop 42 auf den Pegel di-:; uiqitaii α ι orten ViUt-osigna3 s . Das Ausqangssiqna] des Flip Flops 42 ist deshalb ein getaktetes digitalisier tes Signal, wie es beispielsweise in.Fig„ 4D dargestellt ist.

Fi >j. 4 zeigt, daß sämtliche Impulse mittels des Taktgebers 40 zeitlich aufeinander abgestimmt sind.

L- Betrachtung der Fiq. 3 zeigt;, daß zu Beginn jeder Abtafit/eiJe ein Impuls der Zeitschaltung 16 das Schalt= element 34 ar..-: fceuert, v/t,-Ich gh die Einganqsklernme des Kittelv;ertbil iners 32 an Masse legt und hierdurch ein auf Mar.Ho bez-'-genes Ausgangssignal bzw. ein Schwarz-I-'·-gel signal b>..-wirkt. Der Koppelkondensator "Ϊ0 kann sich hierbei auf den Gleichstrom-Schv/arzpegel aufladen, der an der Ausgangsklemme der Kamera 10 anliegt. Hierdurch wii'd die Spannung am Koppelkondensator 30 dem Wachse 1-stron-optischi^n Schwarzpegel, der als Benugseingangssignal auf Masse gehalten wird_f gleichgesetzt. Die Mittelwertbildung des Signais über eine vollständige Abtastzeile erzeugt einen veränderlichen Schwsllwertpegel für

aufeinanderfolgende Abtastzeilen. Der Analogkomperator gibt ein geeignetes Ausgangssignal ab, das davon abhängt, ob das Videosignal oberhalb oder unterhalb des zuletzt festgestellten variablen Schwellwertpegels liegt. Der Schwellwertpegel wird für jede Abtastzeile auf den neuesten Stand gebracht.

Die Mustererkennungsvorrichtung basiert auf dem Verfahren, daß zunächst ein zuverlässiges getaktetes digitalisiertes Videoinformationssignal hergestellt wird, das sich in diskreten Schritten zwischen 1 und 0 ändert, und zwar als Ergebnis einzeln optisch abgetasteter Bildabschnitte, die entweder als hell oder als dunkel eingestuft werden. Das beschriebene Abtastsystem erzeugt ein Null-Ausgangssignal, wenn ein dunkies Bildsegment (Spannung unterhalb des Schwellwertes) abgetastet wird. Ein Eins-Ausgangssignal wird abgegeben, wenn ein heller Bildabschnitt (Spannung oberhalb des Schwellwertes) getastet wird. Betrachtet man eine einzelne Abtastzeile, dann erzeugt die Videokamera 10 einen Impulszug mit einer vom Taktgeber 40 vorgegebenen Zeitfolge, wobei die Impulse zwischen 0 und 1 schwanken. Dieser Impulszug ist in Fig. 4B dargestellt.

Die Entwicklung eines Mustererkennungssystems hat in der Vergangenheit inim.;r unt-r dem Problem gestanden, daß einander diametral entgegengesetzte Forderungen erfüllt worden sollten. Um die notwendige Auflösung zu erhalten, muß der Elementarbit (Elementarinformationseinheits)-Bereich notwendigerweise sehr klein sein.

Wird allerdings ein sehr kleiner Elementarbitb'.;reich verwendet, dann muß jeder Bitbereich durch ständigen Vergleich einer Bezugsinformation aus einem Speicher gegen die Echtseitinformation gefaltet werden. Je kleiner also

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ein Elementarbitbereich ist, umso mehr Zeit benötigt man für eine vollständige Untersuchung des Musters« Selbstverständlich kann die Datenverarbeitungszeit dadurch verkürzt werden, daß die Komplexität des Musterorkennungssystein:; erhöht wird. Dadurch steigen allerdings die Kosten und die Störanfälligkeit des Systems, so daß diese Lösung aufgrund der derzeitigen Marktlage kein konkurrenzfähiges Produkt darsteilen würde.

Würde man dagegen den Elementarbereich vergrößern, dann würde sich die Anzahl der zu untersuchenden und für eine Faltung vorgesehenen Bereichs verringern. Dies würde jedoch zu einem vergleichsweise weniger genauen Ergebnis und damit zu einer höheren Fehlalarmquote führen,, was sich nachteilig auf die beabsichtigte Anwendung eines derartigen Systems auswirkt.

Bei vorliegender Erfindung wird ein hochfrequenter Taktgeber in der Größenordnung von 5 MegHz verwendet. Dieser erzeugt eine Reihe von Taktimpulsen, deren Vorderkantenabstand 210 Kanosek. ist. Das Zeitintervall zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen legt die Elementargröße eines Bildelementes bzw. Pixels fest. Das in Fig. 4D wiedergegebene getaktete digitalisierte Videosignal zeigt, daß das Videoausgangssignal getaktot oder in diskrete Pixeil unterteilt worden ist; ferner, daß jedes Pixel dadurch gekennzeichnet ist, daß es entweder einen KuIl- oder einen Hins-Pegei hat, wobei der jeweilige Pegel davon abhängt, ob das Pixel einem Hell- oder Dunkel-Signal entspricht. Die in Fig. 4D dargestellte Impulsfolge kann daher in binärer Form durch die nachstehende Ziffernfolge dargestellt werden: 11101100001IGIIIOOOO 10«

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Das Gesichtsfeld einer TV-Kamera verwendet ein Raster, das sich vorzugsweise nicht überlappt. Jede Rasterzeile besteht im wesentlichen aus 250 Pixeln. Der Rasterzeilonabütand beträgt ein Pixel. Das Gesamtgesichtsfeld ist im bevorzugten Ausführungsbeispiel aus 250 Pixeln pro Zeile und 240 Zeilen aufgebaut, so daß es insgesamt etwa 60.000 Pixel enthält.

Nach der erfindungsgemäßen Lehre können das genau angegebene Gesichtsfeld im wesentlichen in Echtzeit untersucht und die gespeicherte Information gegen die Echtzeitdaten gefaltet werden. Hierdurch können die jeweiligen Koordinaten für die bestmögliche Anpassung zwischen dem gespeicherten Muster und dem entsprechenden Muster im Echtzeitbild angegeben werden. Diese Ergebnisse werden mit einem minimalen apparativen Aufwand und einer minimalen Zeit erzielt. Gleichzeitig werden eine bisher nicht erreichte Genauigkeit und Zuverlässigkeit erzielt.

Die vorstehend wiedergegebenen Vorzüge werden dadurch erreicht, daß zunächst eine Grobuntersuchung unter Verwendung eines "Superpixels" durchgeführt wird. Das Superpixel besteht aus 4 mal 4 Pixeln und umfaßt eine Fläche von 16 Pixeln. Die Grobuntersuchung wird gleichzeitig in zwei Dimensionen über den gesamten wirksamen Bereich (des Röhrenfeldes) durchgeführt. Eine ständige Korrelationsmessung wird mittels einer 8 mal 8 Faltungseinrichtung vorgenommen, und die Meßergebnisse werden in einem Speicher abgelegt. Diejenigen Koordinaten, welche den höchsten Korrelationswerten entsprechen, werden mittels eines Doppel-Höchstwert-Detektors festgelegt. Sie repräsentieren die in den Superpixel-Einheiten ausgedrückten Koordinaten, welche der besten Anpassung aufgrund der Vor- bzw. Grobuntersuchung entsprechen»

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Die endgültige Untersuchung ist eine Feinuntersuchung in normalen Pixel-Einheiten. Sie wird jedoch auf denjenigen Bereich beschränkt, welcher die aufgrund der Grobuntersuchung gefundenen beiden Höchstwertspitzen-Koordinaten umgibt. Der aufgrund der Feinuntersuchung festgestellte höhere der beiden Spitzenwerte legt diejenigen Pixelkoordinaten fest, welche der bestmöglichen Anpassung entsprechen.

In Fig. 5 ist ein vollständiges Gesichtsfeld mit ungefähr 250 mal 240 Pixeln bzw. Bildbausteinen dargestellt» Das Gesichtsfeld wird, von dem Kästchen 50 umgrenzt. Das kleinste Kästchen 52 innerhalb des Gesichtsfeldes dient als Bezugsbereich mit 64 mal 64 Pixeln bzw.4096 Pixeln= Der Bezugsbereich repräsentiert die im Speicher eingeschriebene Information. Diese Information muß Pixel für Pixel mit der Information im-wirksamen Bereich und in Echtzeit verglichen werden.

In einem früheren Ausführungsbeisniel wurde eine· 64 Bit-Falcunqscinheit verwandet, um 64 Pixel in einer Zeile des Untersuchiinqsbereiches nut 64 Pixeln ii<--r ersten Zeile eines BezugsbereieheK zu vergleichen, w.I.K-i He r.orrt i at ion: 3W^rU- ;e.;[seidierL und die r-ixel-für-Pi:-:--·] -Untersuchung bis zur* Knde der -Zeile durchgeführt und sodann der Untersuciuingsvorgang für

die nächste Zeile wiederholt ■■ wurde „ Dieses Verfahren wurde für jede der 34 Zeilen im Bezügsbereich wiederholt, wobei ^r:er Gesamtkorrel ationswert in jeder Position in Beziehung .:u den bei früheren Untersuchungen gespeicherten Werten gesetzt bzw. z.u diesen hinzugefügt wurde« Die Koordinaten mit der höchsten Akkumulation bzw. Korrelation gaben den Ort der besten Anpassung an» Zwar konnten mit diesem System zufriedenstellende Ergebnisse erzielt werden? die für sine vollständige Untersuchung

benötigte Zeit stellte sich aber als Hindernis dar. Demgemäß hatte dieses System relativ geringen wirtschaftlichen

Gemäß der Erfindung wird die erste bzw. Grobuntersuchung mit einem Bezugsbereich von 256 Superpixeln (siehe Fig. 5) durchgeführt. Jedes Superpixel weist 16 reguläre Pixel auf. Die effektive Auflösung des Systems wird dadurch um den Faktor 4 in jeder Dimension verringert.

Die reduzierte Auflösung führt zu einer entsprechenden Verringerung der Genauigkeit, mit welcher das Bezugsmuster mit dem Bild bzw. der Szene in Beziehung gesetzt werden kann.

Beim ersten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens müssen demnach der Speicher für die Superpixel und der Speicher für die regulären Pixel mit derjenigen Bezugsinformation beschrieben werden, welche der Untersuchung für das Gesichtsfeld zugrundegelegt wird. Dieser Verfahrensschritt wird die Ladephase genannt.

Gemäß Fig. 6 werden die digitalisierten Taktimpulse am Ausgang des Videoprozessors 14 sowohl einem gesteuerten Multiplexer 64 als auch einem Superpixe]-Generator 66 zugeführt. Eine Multiplexersteuerlogik 68 steuert die Zeit für die Aufnahme- oder Sperr-Zustände des Multiplexers 64, in welchen er die Weitergabe entweder der Ausgangssignale des Superpixel-Generators 66 oder der getakteten Videoausgangssignale des Videoprocessors 14 zu einem Schieberegister 72 bewirkt.

Während des Ladens des Bezugspeichers wird der in Fig. 5 angegebene Bezugsbereich Pixel für Pixel in das Schieberegister 72 eingeschrieben. Das Schieberegister 72 ist

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im wesentlichen ein serieii-Eingangs/paraliel-Ausgangsmodul zur Beschickung des P.ixelbezugspeichers 62» Die Zeitsteuerung des Bezugsspeichers 62 zur Aufnahme entweder der Pixel oder der Suparpixel wird mittels einer Bezugsspeicher-Steuerlogik 64 bewirkt,, die ihrerseits fest mit dem Haupt-Taktgeber 40 verbunden ist.

Während des Einschreibens der Superpixel in den Bezugs-" speicher 62 sperrt der Multiplexer den Ausgang des Videoprocessors 74 zum Schieberegister 72 und gibt dafür eine übertragung ~ioia Superpixei-Generator 66 zum Schieberegister 72 frei. Hierbei wird der Pixelbezugsspeicher zur Aufnahme der Superpii:el-Information gesteuert., Auf diese Weise wird Speicherinforraation vom Bezugsbereich sowohl in Pixelform als auch nachfolgend in Superpixelform in den Pixelbesugsspeicher 62 für späteren Gebrauch eingespeichert.

Zu Erklärungs- und Beschreibungszwecken wurden gewisse Vereinfachungen bezüglich der Leitungen des Blockdiagramms vorgenommen, um die Steuerleitungen und Signalleitungen einfach darstellen zu können»

Der SuperpiKel-Generator 66 besteht tatsächlich aus einem zvieidimensionaien Digital-Filter, das gleichzeitig vier Pixel in einer Richtung und vier v/eitere Pixel in einer dazu ortogonalen Richtung tastet, so daß insgesamt eine Fläche von 16 Pixel überdeckt wird, um ein einziges Ausgangssignal zu erzeugen, das entweder eine Eins oder eine Hull für sin Superaixel ist? ist es notwendig„ die Anzahl der Einsen mit der Anzahl der Mullen im Tastbereich zu vergleichen. Meist beispielsweise der Tastbereich 10 Einsen und 6 Nullen auf, dann ist der Wert.des entsprechenden Superpixels aufgrund der ifejoritätsverhältiiisse

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als eine Eins festgelegt. Sind mehr Nullen als Einsen vorhanden, dann wird dem Superpixel der Wert Null gegeben. Weisen jedoch in einem Superpixel 8 Pixel eine Eins und 8 Pixel eine Null auf, dann wird das Superpixel willkürlich mit Eins bewertet. Diese willkürliche Favorisierung des Eins-Zustandes hat keinerlei Auswirkungen auf die Genauigkeit des Gesamtsystems, da vorstehende Ausführungen lediglich auf die Grobuntersuchung, nicht jedoch auf die Feinuntersuchungen bezogen sind. Die tatsächliche Größe eines Superpixels liegt im Ermessen des Planers der Anlage; sie ist lediglich durch System -bedingte Forderungen und beabsichtigte Anwendungen festgelegt. Das wesentliche Konzept liegt in der Anwendung einer "elektronischen Defokussierung" zum Zwecke einer Zeitersparnis für die Untersuchung und einer Reduzierung der Komplexität der Festverdrahtung, und zwar durch die Einrichtung einer Doppeluntersuchung mit einer reduzierten Auflösung und Genauigkeit in der ersten Untersuchung. Für einen Superpixelgenerator kann anstelle des vorstehend genannten zweidimensionalen Digitaifilters auch ein zweidimensionales Analogfilter verwendet werden, das vor den Videoprozessor 14 geschaltet ist.

In Fig. 7 ist ein Blockdiagramm für einen Superpixel-Generator in Form eines zweidimensionalen Digitalfilters und eines Komperators dargestellt.

Das Ausgangssignal des Videoprocessors 14 ist eine Kette von getakteten digitalisierten Videopixeln, die einem Serpentinen-Schieberegister 76 zugeführt werden. Das Schieberegister 76 besteht im wesentlichen aus einem seriell-Eingangs/seriell-Ausgangs-Schieberegister. Eine

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detailliertere Darstellung eines Serpentinen-Schieberegisters wird anhand der Fig„ 9 gegeben. Die vier Ausgangs! eitungen des Serpentinen-Schieberegisters bestehen aus vier aufeinanderfolgenden Leitungen mit getakteten digitalisierten Videoinformationen, wobei jeweils vier Ausgangssignale in vertikaler Richtung einander entsprechen» Die vier Ausgangssignale werden in einem seriell-Eingangs/parallel-Ausgangs-Schieberegister 78 gedehnt, so daß 16 Ausgangssignale erhältlich sind, und zwar vier Pixel für jede der vier Leitungen» Alle 16 Leitungen werden einem Einsenzähler 80 zugeführt, der im wesentliehen aus einem programmierbaren Festwertspeicher— chip besteht, der so programmiert ist, daß er die Anzahl der Einsen in der ausgewählten Adresse ausgibt« Auf den fünf Ausgangsleitungen steht eine Zahl an, weiche die Gesamtzahl der Einsen von null bis sechzehn repräsentiert» Dieses Ausgangssignal wird einem Komparator 82 zugeführt» Der Komparator 82 vergleicht die Gesamtzahl der Einsen auf der Eingangsleitung gegen einen vorgegebenen Wert, nämlich den Wert Q. Ist die Anzahl der dem Komparator zugeführten Einsen größer oder gleich 8, dann liefert der Komparator 82 als Ausgangssignal eine Eins. 1st dagegen die Gesamtzahl der dem Komparator 32 zugeführten Einsen kleiner als 8, dann liefert der Komparator als Ausgangs-Hiqnal eine Null. Das Ausgangssigna] des Kamparators ist demgemäß eine Eins oder eine Null. Es repräsentiert das Saldoausgangssignal der 16 Pixel, die gleichzeitig vom Superpixelgen'.-rator 66 verglichen und gemessen wurden =

Aus Fig. 6 ergibt sich, daß die Gesamtkapazität des Superpixtj] -Bezugsspeichers 62 nur ein Sechzehntel der Gesamtkapazität des Pixelbezugsspeichers 60 ist. Da insgesamt weniger Superpixei vorhanden sind, ist es möglich, die Grobuntersuchung erheblich schneller durchzuführen als bei

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einer Pixel für Pixel durchgeführten Untersuchung.

In Fiy. 8 ist ein Blockdiagramm dargestellt, welches diejenigen Grundkomponenten veranschaulicht, die zur Durchführung der Phase Eins oder Erstuntersuchung, auch Grobuntersuchung oder Untersuchung mit geringer Auflösung genannt, verwendet werden.

Das Prinzip der Grobuntersuchung wird besonders anhand der Fig. 5 deutlich, welches den Bezugsbereich mit 256 Superpixeln veranschaulicht, der, gemäß den vorstehenden Beschreibungen zum Laden bzw. Beschreiben der Speicher, im Speicher enthalten ist.

Der Gesamt-Superpixelbereich ist in vier 8 mal 8 Superpixel-Bezugsunterbereiche unterteilt. Diese" Unterbereiche sind durch die Bezugszeichen I, II, III und IV gekennzeichnet Jeder δ mal 8 Superpixelunterbereich enthält insgesamt 1.024 Normalpixel.

Die im folgenden beschriebene Untersuchung beginnt mit dem ersten Bezuqsbereich, welcher der oberen linken Ecke ilc:: wirksamen Bereiches überlagert ist. Die Anzahl der Anpassungen in dieser Position wird in f.-iner ersten Spc i ch'.-rst el Ic akkumuliert. Der erste Supc ί ; ; ;-:ol -fc'/ugsbereich wird dann zwei Pixel weiter nach rechts bewegt und erneut mit 'Jem Untorsuchungsbild gefaltet. Die Gesamtzahl der Anpassungen wird in einer zweiten Speicherstelle akkumuliert. Dieses Verfahren wird alle zwei Pixel weiter wiederholt, bis das Ende der Abtastzeile erreicht ist. Der Bezugsbereich wird alle zwei Pixel und alle zwei Zeilen gefaltet, bis der Bezugsbereich I vollständig mit dem gesamten Gesichtsfeld gefaltet worden ist.

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Die Summe der Einzelverglei.che wird an einer gesonderten Speicherstelle akkumuliert.

Da der 8 mal 8 Superpixel-Bezugsbereich I insgesamt 64 Superpixei enthält, ist es möglich, an irgendeiner Speicherstelle eine maximale Anpassung von 64 zu haben. Eine derartige Anpassung repräsentiert eine vollständige Korrelation zwischen dem Bezugsbereich I und einem Bereich im zu untersuchenden Gesichtsfeld. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Maximalausgangssignal der Faltungseinrichtung auf 12 begrenzt, und zwar dadurch, daß ein Schwellwert vorgesehen worden ist, v/elcher einen Ausgangswert von 12 einer Maximalanpassung"von 64 gleichsetzt. Im Falle einer einzigen Fehlanpassung würde der Wert 11 auftauchen und eine tatsächliche Anpassung von 63 angeben«, Ein Ausgangswert von 0 bedeutet irgendeine Anpassungszahl, die unter 52 liegt. Weist ein Superpixei weniger als 52 Anpassungen auf, dann liegt eine Korrelation vor, die nicht ausreicht.

Der zweite Bezugs-Unterbereich wird dann in Stellung zum Gesichtsfeld gebracht, jedoch um 8 Superpixei vom ersten Unterbereich entfernt, um die räumliche Beziehung zwischen dem zweiten Bezugsunterbereich und dem ersten Bezugs-Unterbereich einzuhalten. Das vorstehend mit dor ersten Bezugszelle durchgeführte Verfahren wird auch in der zweiten Bezugszelle durchgeführt, die zweite Zelle wird also verglichen und nacheinander jeweils um 2 Zellen weiter nach rechts verschoben, verglichen und mit der vorher in der gleichen Position mit der ersten Bezugszelle erhaltenen Summe gespeichert bzw. akkumuliert. Der zweite Bezugsunterbereich wird dann mit dem gesamten Gesichtsfeld in ähnlicher Weise wie der erste Bezugsunterbereich gefaltet, wobei ein Korrelationswert an jeder Position erhalten und zum dem vorher durch Einsatz des ersten Bezugsunterbereiches I erhaltenen Wert gespeichert bsw= akkumuliert«,

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Nach Beendigung des mit dem zweiten Bezugs-Unterbereich durchgeführten Verfahrens kann die gesamte Akkumulation auf jedem Speicherplatz zwischen den Werten 0 und 24 schwanken, wobei der Wert 24 einer Maximalkorrelation von 128 entspricht.

Die vorstehend beschriebenen Verfahrensschritte werden auch mit dem Bezugs-Unterbereich III wiederholt. Hierbei wird in dem Bezugsfeld 8 Superpixel unterhalb des Startpunktes des ersten Bezugs-Unterbereiches I begonnen und dann die Messung jeweils alle zwei Pixel wiederholt. An jedem Ort wird ein Vergleich durchgeführt. Die Gesamtzahl in jeder Speicherzelle kann zwischen 0 und 36 schwanken.

Die vorstehend beschriebenen Verfahrensschritte werden schließlich auch für die vierte 8x8 Superpixelzelle wiederholt. Hierbei wird an einem Punkt begonnen, der 8 Superpixel unter dem Startpunkt des zweiten Bezugs-Unterbereiches II und 8 Superpixel weiter vom dritten Bezugs-Unterbereich III liegt. Auch hierbei werden alle zwei Pixel eine Position untersucht und die Werte akkumuliert, wobei als maximal mögliche Gesamtsumme der Wert 48 in jeder der 4096 Speicherzellen möglicht ist. Der Wert 48 würde natürlich eine vollständige Anpassung zwischen der Gesamtbezugsfläche und dem zu untersuchenden Bereich darstellen.

Aus Fig. 5 ergibt sich, daß der Startpunkt für jede Untersuchung innerhalb des Untersuchungsbereiches liegt, der im wesentlichen aus 128 χ 128 Pixeln besteht. Da die Untersuchung jeweils um ein zwei Pixel enthaltendes Intervall weiterrückt, beträgt die Gesamtzahl der Einzeluntersuchungen innerhalb einer Zeile 64. Die Gesamtzahl der Zeilen wiederum beträgt 64. Dies führt zu insgesamt 4096 einzelnen Untersuchungsorten. Das Ergebnis jedes der 4096 Vergleiche wird auf einen gesonderten Speicherplatz einge-

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schrieben. Die beiden höchsten Korrelationsworte werden kontinuierlich erneut bewertet und auf den neuesten Stand gebracht. Hierzu wird ein Doppel-Höchstwert-Detektor eingesetzt. Die Adressen der Speicherortc der beiden Höchstwerte werden als Ergebnis der Grobuntersuchung aufgezeichnet»

In Fig. 8 ist ein Suchgerät für die Grobuntersuchungskoordinaten als Blockschaltbild dargestellt. Die Funktion des Suchgerätes besteht darin, die Koordinaten der beiden aufgrund der Grobuntersuchung ermittelten Höchstwerte f (^stzunt öl lon.

Gloiche Funktionseinheiten und Blöcke sind durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet. Sie sind lediglich aus VoIIstündigkeitsgründen und zum besseren Verständnis des Gesamtsystems erneut aufgezeichnet worden.

lic,-im Grobvergleich wird das Ausgangssignal des Videoprozessors _# das ein getaktetes Digital-Videosignal ist, dom Suf-.erpixe j-Generator 6 6 zugeführt. Da der Grobvergleich gespeicherte Superpixel mit Echtzeitsuperpixel vergleicht, ist es notwendig, das tatsächliche Untersuchung:;bild im Superpixelgenerator 66 zu zerlegen bzw. umzuwandeln. Der als Schalter arbeitende Multiplexer 64, der.mittels der Multiplexer-Steuerlogik 68 gesteuert wird, führt das Ausganqssignal des Superpixel-Generators in oi η ;^:i rpontin-'-n-Sr-hi ober·- qi ster 70. Das Fern- nti nen-SchioberoqisL- -r 70 v/ird anhand dor Fiq. ■■? noch näher orlaut ort.. Da_;- Ausqänqssignal dos Mu] t j pi c-xor-Sciia] lors (:4 stollt ein« Pcilip von Huporpixeln, dir- vom Suporpixelijotu'ratoi" 66 -annjolu/n d,.u . Dio:;e Superpixo] roi ho v;ird Horioll in das Sorpentinon-Schieboregistor 70 eingegeben. iJa während dc-i Grobuntersuchung ein zv/ei di rnonsi onal es Fold untersucht worden soll, müssen zunächst die Superpixel seriell in eine Reihe von sieben Schieberegistern 81, 83, 84, 8'.-, 88, 90 und 92 eingegeben v/erden. Die Schieberegister sind jeweils eine Zeile lang, Dadurch wird sichergerteilt, daß nach acht Abtastungen bzw. Zeilen

die Information in wenigstens der ersten Zeile sämtlicher acht Spalten am Ausgang der Schieberegister 81, 83, 84 bis 92 anliegt. In dieser Weise erscheint die Information in der ersten Zeile der Leitung 1 am Ausgang des Schieberegisters 92; das Ausgangssignal der Leitung 2 in der ersten Zeile erscheint am Ausgang des Schieberegisters und in entsprechender Weise geht es weiter bis zur Leitung mit dem Ausgangssignal der Leitung 8, welche auf der Direktleitung zum Multiplexer 64 liegt.

Gemäß Fig. 8 werden die Ausgangssignale auf den acht Leitungen des Serpentinen-Schieberegisters 70 in die Faltungseinrichtung 100 eingespeist. In der Faltungseinrichtung 100 wird die 8x8 Superpixelinformation vom Bezugs-Unterbereich I direkt mit der zweidimensionalen 8x8 Superpixel-Bereich-Echtzeitinformation verglichen, die vom Gesichtsfeld getastet wurde.

In Fig. 10 ist die Faltungseinrichtung 100 näher dargestellt. Die Ausgangssignale auf den acht Ausgangsleitungen des Schieberegisters 70 werden jeweils einem einzelnen Achtspalten-Schieberegister 102 zugeführt. Nur ein Schieberegister 102 ist dargestellt. Jedes Schieberegister liest acht Spalten aus dem Speicher ab. Diese Werte können mit acht Spaltenwerten des Videosignals, die im Bezugsspeicher 62 enthalten sind, verglichen werden. Die Ausgangssignal c adressieren einen Festwertspeicher (ROM) 104, der dazu dient, ein Ausgangssignal für die Anzahl der Anpassungen zwischen dem Muster im Schieberegister 102 und dem Muster im Bezugsspeicher 62 zu liefern. Die maximale Anpassung in jedem Festwertspeicher 104 ist acht. Diese Zahl bedeutet, daß acht Sx^alten vollständig mit acht Spaltenwerten aus dem Bezugswertspeicher 62 korrellieren. Die maximale Gesaratkorrelation sämtlicher acht Festwertspeicher 104 hat den Wert 64.

Um die Komplexität und die benötigte Speicherkapazität

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ORIGINAL 'iNSPSCTED

zu reduzieren,, werden die Ausgangs leitungen einem programmierten Dekodierfestwertspeicher 110 augeführt» Dieser reduziert den Ausgangsbereich von 64 (diese Zahl repräsentiert eine maximale Anpassung]; auf einen maximalen Bereich von 12. Mit anderen Worten entspricht ein Ausgangswert von 12 gleich einer Anpassung im Werte von 64.

In der Praxis können jedoch nur Informationen mit einem hohen Grad an Anpassung verwertet werden» Domgemäß ist es nur wichtig, daß die zu hohen Anpassungswerten führenden Vergleiche bestimmt werden, unterhalb der Zahl 52 liegende Vergleichwerte werden als unbrauchbar betrachtet. Deshalb ist der programmierte Dekodierfestwertspeicher 110 so programmiert, daß er ein Ausgangssignai mit dem Wert 12 abgibt, wann auf sämtlichen von den programmierten Festwertspeichern 104 kommender. Eingangsieitungen eine Eins anliegt«, Ein vom programmierten- Dekodierfestwertspeicher 110 abgegebener Ausgangswert von 12 ist demnach äquivalent einem Anpassungswert von 64» Ein Ausgangswert von 11 entspricht einer Anpassung mit äera Wert von 63 usv7..Ein Aus= gangswert von Hull entspricht einem Änpassungswert der kleiner oder gleich 52 ist.

Der Ausgangswert des programmierten Dekodierfestwertspeichers 110 für irgendeinen vorgegebenen zweidimensionaien -8 χ 8 Untersuchungsbercich liegt demnach zwirHion FJuIl und Zwölf«,

Gemäß Fig. 8 wird der AUKijanqawort dor Faitunq.sciinrichtung 100 auf vier Leitungen, welche oinon Wert zwischen Mull und ZwSI: repräsentieren, einem Akkumulator 112 zugeführt» Der

Akkumulator 112 nimmt die Anpassungsdaten für jedes der 4096 Untersuchungsfelder an - diese Daten wurden durch Vergleich jedes der δ κ 8 Superpixel-Unterbereiche mit dem Gesichtsfeld gewonnen ■=■ und legt jeden Akkumalationswert an einem gesonderten Speicherplatz in einem Speicher 114 ab. Jeder Speichsirpists im Speicher 114 ist einsein JiSlTSiSSSIl UK.O: StSiISI^nG¹FuTiISIiICdOS »/OB (?.2.Ti<SiC S

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116 adressierbar. Mit den Ausgangssignalen des Akkumulators 112 werden die einzelnen Speicherplätze im Speicher angesteuert. Gleichzeitig wird ein Doppel-Höchstwert-Detektor 118 angesteuert, welcher ständig die in den einzelnen Speicherplätzen abgelegten Informationswerte überwacht und jeweils die beiden höchsten Korrelationswerte festhält.

Die Untersuchung für jeden 8x8 Bezugs-Unterbereich wird 4096 Mal durchgeführt. Für jede Untersuchung wird maximal ein Wert von 12 zu jedem der 4096 Speicherplätze hinzugefügt und akkumuliert. Der Akkumulator 112 bringt jeden Speicherplatz im Speicher 114 auf den neuesten Stand. Der Doppel-Höchstwert-Detektor 116 überwacht kontinuierlich die beiden höchsten Akkumulationswerte, zeichnet diese auf und legt die Koordinatenpositionen in den Adressenspeichern 120 und 122 ab. Am Ende der mit dem Bezugs-Unterbereich II durchgeführten Untersuchung kann als Maximalzählung in jedem der 4096 Speicherplätze die Zahl 24 stehen. Die beiden höchsten Akkumulatxonswerte werden im Doppel-Höchstwert-Detektor 118 aufgezeichnet und deren Adressen in den Adressenspeichern 120 und 122 abgelegt. Dieses Verfahren wird zweimal wiederholt, bis die mit dem 8x8 Bezugs-Unterbereich IV durchgeführte Untersuchung die 4096. Abtastung beendet. Die für jede der 4 096 Positionen sich ergebende Summe wird im Speicher 114 aufgezeichnet. Die beiden höchsten Summen werden auch im Doppol-Höchatwort-Dotoktor aufgezeichnet. Die Adressen dieser beiden Koordinaten werden in den Adressenspeichern 120 und 122 abgelegt. Hierdurch werden die Koordinatenorte derjenigen Speicherzellen, welche die beiden höchsten Akkumulationswerte und damit die beiden besten Anpassungen aufweisen, festgehalten.

Zu diesem Zeitpunkt ist die Grobuntersuchung beendet. Die den besten Korrelationen entsprechenden Speicherzellen sind festgestellt worden? deren Koordinaten sind in den Adressenspeichern 120 und 122 abgelegt worden.

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Nach Beendigung der Grobuntersuchung wird als nächstes die Feinuntersuchung mit den 54 χ 64 Normalpixel-Bezugsfoereichen um die Koordinaten durchgeführt, die mittels der Grobuntersuchung festgestellt und deren Adressen in den Ädressenspeichern 120 und 122 abgelegt worden sineL

Zweck der Feinuntersuchung ist, mögliche Unklarheiten bezüglich des genauen Ortes der besten Anpassung zu beseitigen.

Die Feinuntersuchung geht von den in den Ädressenspeichern 120 und 122 abgelegten Adressen aus, Die Feinuntersuchung soll nicht im Zentrum der Grobkoordinatenorte beginnen« Vielmehr muß sie demgegenüber nach links und oben um eine Anzahl von Pixeln verschoben sei"n₇ die der Formel -■ - 1 - entsprechen, wobei K der Dimensionalität des in Pixeln ausgedrückten Bezugswertes- ist. -

Im bevorzugten Ausführungsbeispiel wurde eine 8 χ 8 FaI= tungseinrichtung {und damit Bezugsgröße) verwendet. Demgemäß gibt die Formel an , daß das Zentrum der Feinuntersuchung an einer Stelle beginnen soll, die drei Pixel nach links und drei Pixel nach oben von denjenigen Koordinatenorte liegt, die in die Adressenspeicher 120 und 122 eingeschrieben sind (Fig. 8). Die vorstehend angegebene Verschiebung berücksichtigt die Möglichkeit, daß dor genaue Ort des Korrelationspeaks möglicherweise mit keiner der beiden Grobuntersuchungskoordinaten genau zusammenfällt.

In Fig. 11 ist ein Blockdiagramm für die Feinuntersuchung dargestellt. Die getaktete, digitalisierte Videoinformation des Videoprozessors 14 läuft durch den Multiplexer 64 zum Serpentinen-Schieberegister 70. Gemäß Fig» 9 hat das Serpentinen-Schieberegister acht Leitungen und sieben Schieberegister 81, 83, 84 bis 92„ die in Echtzeit während der Zeilenabtastung geladen werden müssen= Demnach benötigt man acht Äbtastzeilen zum Einschreiben der ersten

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Zeile in das Schieberegister und dann acht Spalten von Pixeln, um die der Faltungseinrichtung 100 zugeordneten Schieberegister zu laden. Zu diesem Zeitpunkt werden alle acht Spalten und alle acht Zeilen der Bezugsdaten mit dom Gesichtsfeld gefaltet. Durch die Faltung werden Ausgangssignale erhalten, welche den Grad der Anpassung bzw. die Korrelation zwischen den Echtdaten und den Bezugsdaten darstellt. Die Untersuchung findet in zwei Dimensionen statt. Auch hierbei wird wieder - wie bei der Grobuntersuchung - ein Ausgangssignal erzeugt, das zwischen Null und Zwölf schwankt, wobei die Zwölf die maximale Anpassung mit einem Wert von 64 repräsentiert. Das Ausgangssignal wird im ersten der 49 Speicherplätze eines Speichers 121 abgelegt. Das der Faltungseinrichtung 100 zugeordnete Schieberegister wird um acht weitere Spalten weiterbewegt, worauf ein zweiter 8x8 Vergleich stattfindet. Auch hierbei kann wiederum der Maximalwert zwischen Null und Zwölf schwanken, wobei wieder Zwölf eine Maximalanpassung von 64 repräsentiert. Der durch die zweite Messung gewonnene Zuwachs wird zum ersten Wert dazuaddiert und die Gesamtsumme am selben Speicherplatz abgelegt. Dieses Verfahren wird alle acht Spalten wiederholt, bis das Gesamtfeld von 64 Pixeln 8 Mal verglichen und die Summe im Akkumulationsspeicher 121 aufgezeichnet worden ist. Der Akkumulationsspeicher 121 hat eine Gesamtkapazität von 49 Speicherplätzen.

Der Akkumulationsspeicher 121 wird von einer AkkumulationsspeicJier-Steuerlokig 123 gesteuert. Die Akkumulationsspcicher-Steuerlogik ihrerseits wird mittels dos Adressensteuerspeichers 124 angesteuert. Letztere wählt die Koordinatenzentren aus, um weiche die Feinuntersuchung ausgeführt wird. Gewöhnlich führt ein einzelnes Untersuchungsfeld zu 64 Faltungen, die an einem vorgegebenen Speicherplatz im Akkumulationsspeicher 121 akkumuliert werden.

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Die Akkumulationsspeicher 121 abgelegte Zahl repräsentiert die beste Anpassungzahl für einen 64 χ 64 Pixel-Bezug» Die Gesamtzahl der Untersuchungen wird durch einen Pixelbereich festgelegt, der sieben Pixel breit sowie sieben Pixel lang ist und dessen Zentrum die Koordinaten der Grobuntersuchung sind.

Aufgrund des Dafcenflusses ergibt sich, daß die Faltungseinrichtung 100 untätig ist, wenn das Serpentinen-Schieberegister 70 die sieben Leitungen lädt. Die Faltungseinrichtung 100 ist clarüberhinaus untätig, wenn das Schieberegister 102 um sieben Säulen weitergeschoben wird und bevor eine 8x8 Faltung in zwei Dimensionen stattfinden kann. Diese Leerlaufzeit kann dazu benutzt- werden, kontinuierlich eingehende Daten mit int Speicher gespeicherten Bezugsdaten zu falten, nachdem das Serpentinen-Schieberegister und das Schieberegister geladen sind. Mit anderen Worten, eine Faltung und 64 Akkumulationen können -für jeden der 49 Pixelpositionen durchgeführt werden. Dies führt zu einer eindeutigen Anordnung -von 64 getrennten Akkumulationen, welche für jede der 49 Pixel wiederholt wird. Die 49 Pixel sind hierbei um die Koordinaten des bei der Grobuntersuchung gefundenen Pixels herum angeordnet»

Der Adressen-Steuerspeicher 124 steuert die Akkumulationsspeicher-Steuerlogik 123, um die Koordinaten jedes der einer Akkumulation unterworfenen 49 Speicherplätze herauszufinden» Die Adressen jedes der 49 Speicherplätze werden in an sich bekannter Weise akkumuliert_o Demgemäß gibt"'die Faltungseinrichtung 100 ein Ausgangsignal ohne Wartezeit ab.

Gemäß vorstehenden Ausführungen führt jede Akkumulation zu einem Maximalwert von Zwölf für jeden Vergleich. Da für jede Pixelposition 64 Akkumulationen vorgesehen sindj. kama klsrdarGli an. jsdsia der 4S Speicherplätze iaassiifial

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die Zahl 768 erhalten werden.

Die resultierende Aufspeicherung bzw. Akkumulation kann mittels einer einzigen Abtastzeile bewerkstelligt werden.

Das Verfahren wird für jede der beiden vorgesehenen Orte im Adressenspeicher 122 durchgeführt.

Das Ausgangssignal des Akkumulationsspeichers 121 wird einem Höchstwert-Bowerfcor 126 zugeführt. Dieser stellt fest, ob der getastete Höchstwert tatsächlich ein Höchstwert ist oder ob die ausgewählten Koordinatenorte gelöscht werden sollen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel mißt der Höchstwert-Bewerter 126 die relative Schärfe eines Höchstwertes. Dies wird einfach dadurch durchgeführt, daß vom Höchstwert nacheinander alle umliegenden 48 Werte abgezogen werden. Hierdurch kann festgestellt werden, ob Höchstwert tatsächlich ein Höchstwert ist. Empirische Untersuchungen haben ergeben, daß eine Differenzwertbildung zwischen dem ausgewählten Höchstwert und den ihn unmittelbar umgebenden Höchstwerten und eine darauf folgende Addition der Differenzen zu einer Zahl führt, welche ein Maß für die Reliabilität des ausgewählten Spitzenwertes ist. Eine unter der Zahl 200 liegende Summe wird als untere Grenze für eine Reliabilitäts-Anzeige angesehen. In diesem Zusammenhang wird nochmals daran erinnert, daß das erfindungsgemäße Mustererkennungsgerät nicht zur untersuchung einer vollständigen Anpassung ausgelegt ist, sondern lediglich dazu dient, die beste Anpassung festzustellen. Demgemäß ist es notwendig, ein Maß für die Qualität der besten Anpassung zur Hand zu haben, um dadurch feststellen zu können, ob der gefundene Wert zuverlässig bzw. reliabel ist.

Der Höchstwert-Bewerter 126 führt ständig nacheinander Differenzbildungen durch. Er summiert diese Differenzen als Maß für die Bewertung des ausgewählten Spitzenwertes.

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Dieses Verfahren wird für die beiden während der Grofo™ untersuchung gefundenen Koordinatensätze durchgeführt» Am Ende wählt der Höchstwert-Bewerter 126 denjenigen Spitzenwert aus, v/elcher die höchste Reliabilitätszahl aufweist und somit als bester Bezugspunkt im Gesichtsfeld angesehen wird. In der Feinuntersuchung berechnet der Höchstwertbewerter 126 einen Schwerpunkt 128 für diejenigen Daten, die in unmittelbarer Umgebung des mittels des Höchstwert-Bewerters 126 ausgewählten Spitzenwertes liegen» Der Schwerpunkt 128 entspricht einer Interpolation,, mittels welcher das Zentrum einer Kurve gefunden werden soll, die sich am besten dein Spitzenwert anpaßt,, gleich= gültig ob diese Kurve nun tatsächlich innerhalb eines Pixels existiert oder ob sie zwischen zwei benachbarten Pixeln liegt«

Die erfindungsgemäße Mustererkennungsanlage bzw= der erfindungsgemäße Bildvergleicher benötigt insgesamt vier Untersuchungen ,um die beiden Grobpositionon festzustellen,und eine weitere Untersuchung zur Ermittlung der Zeit für den Prozessor zur Verarbeitung der Information mittels der Koordinatenauffindung. In der Feinuntersuchung worden zwei vollständige Untersuchungen benötigt," jeweils eine um jede der beiden Grobpositionen; ferner eine zusätzliche Untersuchung zur Verarbeitung der Information» Insgesamt werden also acht Untersuchungen benötigt„ um die endgültigen Koordinaten für die bestmögliche Anpassung zu erhalten. In der Echtzeit benötigt man -für diese acht Untersuchungen nicht mehr als 150millisec.

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Claims

Ansprüche

," 1. Müstererkennungsanordnung,, gekennzeichnet durch:

eine Videokamera (10, 12, 18) zur Erzeugung eines Videosignales, das repräsentativ für einen zu untersuchenden Bereich ist,

eine lichtundurchlässigo Einrichtung, die auf einem Teil der Videokamera (10, 12, 18) angeordnet ist, und ein Schwarzpefjel -Vi deo.si^f}nal erzeugt, das einem richw-ir^un optischen Bild entspricht, welches durch die lichtundurchlässige Einrichtung (20, 22, 26) hervorgerufen wird_f

eine Einrichtung (32) zur Mittelwertbildung des Ausgangssignals der Videokamera (10, 12, 18), bezogen auf das Schwarzpegel-Videosignal, um hierdurch eine veränderliche Ausgangs-Schwellwertspannung zu erzeugen,

eine Einrichtung (36) zum ständigen Vergleich des Ausgangssignals der Videokamera (10, 12, 18) mit der Schwellwertspannung , um hierdurch den Ausgangspegel entsprechend

der Lichtintensität zu ändern und - "

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einen Taktgeber (40) zur Digitalisicrung der einem Vergleich unterworfenen Videoausgangssignale, um hierdurch ein getaktetes digitalisiertes Videoausgangssignal zu erzeugen, das sich änderndenLichtintensitäten angepaßt ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet/ daß die Videokamera (10, 12, 18) kapazitiv mit der Einrichtung (32) zur Mittelwertbildung gekoppelt ist und ferner eine Halteschaltung (34) vorgesehen ist, welche die Eingangsklemme der Einrichtung (32) zur Mittelwertbildung während desjenigen Abtastabschnittes an Masse legt, in welchem die Videokamera (10, 12, 18) die lichtundurchlässige Einrichtung (20, 22, 26) abtastet.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Halteschaltung (34) mittels eines von einer Zeitgeberschaltung (16) erzeugten Zeitimpulses gesteuert wird, dessen Dauer derjenigen Zeit entspricht, welche die Videokamera (10, 12, 18) zur Abtastung der lichtundurchlässigen Einrichtung (20, 22, 26) benötigt.
4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Ausgangssignale der als Analogkomparator ausgebildeten Vergleichereinrichtung (36) und des Taktgebers (40) einer bistabilen Kippstufe (42) zugeführt werden, um einen Wechsel von dessen Ausgangssignal mittels der Vorderkante jedes Taktimpulses dann herbeizuführen, wenn sich das gemessene Videosignal ändert.

5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Ausgangssignal der Videokamera (10, 12, 18) während jeder Abtastzeile gemittelt,

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der Mittelwert in einem Tastwertspeicher (35) gespeichert und als Schwellwertspannung für die nächste Abtastreihe zur Verfügung gestellt wird, um hierdurch eine ständige Anpassung des mittleren Lichtpegels für jede Abtastzeile zu erzielen.

6. Anordnung zur Mustererkennung, mittels welcher der beste Korrelationswert zwischen einem Bezugsbereich und einem Untersuchungsbereich in Echtzeit ermittelt wird, gekennzeichnet durch;

eine Einrichtung (10, 14) zur Erzeugung getakteter digitalisierter Videoausgangssignale mit der Breite eines Pixels,

eine Einrichtung (66) zur Erzeugung eines Superpixels mit einer Pulsbreite, die um einen vorgegebenen Betrag grüßer als ein Pixel ist,

eine Einrichtung (62) zur Speicherung von Pixeln, die ein Bezugsmuster darstellen, an adressierbaren Speicherplätzen,

eine Einrichtung (62) zur Speicherung von Superpixeln, welche das gleiche Bezugsmuster repräsentieren, in einem getrennten, adressierbaren Speicher,

eine Hinrichtung (100) zur Faltung von Superpixeln, die vom zu untersuchenden Muster gewonnen wurden, mit den Superpixeln, die im Speicher gespeichert worden sind, sowie zur Erzeugung einer Zahl, welche ein Maß für den Vergleich bzw. die Korrelation jedes Mustersegmentes ist,

eine Einrichtung zur Speicherung dieser Zahl für jedes Mustersegment in einem gesonderten adressierbaren Speicher (114),

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eine Einrichtung (llS) zur Feststellung eier Maximalζanl und Identifizierung der Koordinaten der Speicheradresse für die Maxirrtalzahl als Maß für eine Brobortun- der bestehen SegmentKorrelation,

eine Einrichtung zur Festlegung eines Untersuchungsmusters, das um die Grobkoordinaten angeordnet ist und eine ungerade A.izanl von Pixeln aufweist, v/ob ei das Koordinatenpixel in Zentrum angeordnet ist,

eine Einrichtung (100) zur Faltung der in": Untersucr.ur.rsnuöter getasteten Pixel mit den in Speicher atgjl;, ·~·ν:--Λ Bezugspixeln, und Erzeugung einer Zanl, v;elcr.e -_-i;i λα.:, für die Korrelation jedes Hustersegmer.ts des Un-ersuchungsrnusters mit den Bezugsmustern ist, eine Einrichtung (123) zur Speicherung der für jedes Muster ermittelten Korrelationszahl in einem getrennten, aaressierbaren Speicner (121) und

eine Einrichtung (126, 123) zur Festlegung des maximalen Korrelationswertes in jeden Muster-segment des üntcrsuchun^smusters und Identifizierung der Koordinaten der Adresse als .Maß für die Feinortung der besten Anpassung (Korrelation) .

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch g e k e η η-zeichnet , daft jedes Superpixel einen Bereich vcn Io Pixeln umfaßt.

8. Anordnung nach Anspruch C, g e k e η r. ;: e i ζ :; r. e- z duroh eine Einricntung zur Bewertung cer <iualit;It der nächsten Korrelationszanl durch Vergleich der hScnsten Korrelationszahl mit allen übrigen Korrelationszahler, und Angabe einer Qualitätszahl.

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9. Anordnung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Differenzbildung zwischen dem in einer vorgegebenen Speicherzelle festgelegten Maximalwert für die Korrelation und den Werten in den benachbarten Speicherzellen und Addition der Ergebnisse zur Ermittlung der Qualitätszahl.

10. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß der Superpixelgenerator (66) ein zweidimensionales digitales Filter (76, 78, 80, 82) ist.

11. Anordnung zur Mustererkennung,, mit welcher der Wert der besten Korrelation zwischen einem Bezugsbereich und einem Untersuchungsbereich in Echtzeit ermittelt wird, gekennzeichnet durch:

eine Einrichtung (10, 14, 66) zur Erzeugung einer Reihe von getakten, digitalisierten Videoimpulsen, die für den Bezugsbereich repräsentativ sind,

eine Einrichtung (62, 64, 68, 72) zur Einspeicherung der Reihe von getakteten Impulsen in viele voneinander getrennte programmierbare Speicherplätze,

"eine Einrichtung (78) zur Erzeugung einer Reihe von gedehnten getakteten digitalisierten Videoimpulsen, die für den gleichen Bezugsbereich repräsentativ sind,

eine Einrichtung (62) zur Einspeicherung der Reihe von gedehnton . getakteten Impulsen in mehrere, voneinander getrennte, unterschiedliche programmierbare Speicherplätze,

eine Einrichtung (10, 14, 66) zur Erzeugung einer Reihe von gedehnten, getakteten digitalen Videoimpulsen des Untersuchungsbereiches in Echtzeit,

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eine Einrichtung (100) zur Faltung in Echtzeit, die Echtzeit-gedehnten Impulse mit den gespeicherten Impulsen in mehreren voneinander getrennten Untersuchungspositionen, um eine Zahl zu erhalten, welche ein Maß der Anzahl der Anpassungen in jeder Position ist,

eine Einrichtung (112) zur Aufspeicherung der Zahl für - jede Untersuchungsposition in einem getrennten adressierbaren Speicher, der allenUntersuchungspositionen zugeordnet ist,

eine Einrichtung (118) zur Feststellung des höchsten aufgespeicherten Wertes an jedem Speicherplatz, und

eine Einrichtung (118) zur Feststellung der Adresse und demgemäß der Ortskoordinaten des Speicherplatzes mit der höchsten aufgespeicherten Zahl als Maß für das an das Vorlagemuster am besten angepaßte Untersuchungsmuster.

12. Anordnung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Messung des höchsten aufgespeicherten Wertes in jedem von zwei Speichern (120, 122) zur Festlegung der Adresse der beiden Speicherplätze und Bestimmung der Koordinaten hierfür.

13. Anordnung zur Bestimmung der besten Korrelation zwischen einem Bezugsbereich und einem Untersuchungsbereich in Echtzeit, gekennzeichnet durch eine Einrichtung für eine Grobuntersuchung zur Bestimmung der Koordinaten desjenigen Untersuchungspunktes, welcher Anzeichen für die beste Korrelation hat,

eine Einrichtung zur Festlegung eines Untersuchungsbereiches mit einer ungeraden Anzahl von Untersuchungspositionen um die während der Grobuntersuchung fest gelegten Koordinaten, urn hierdurch die Koordinaten der

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Untersuchungsposition als Zentrum für die ungerade Anzahl der zu faltenden Untersuchungspositionen festzulegen,

eine Einrichtung zur Faltung der von den Untersuchungspositionen gewonnenen Impulsen mit für den gesamten Bezugsbereich gespeicherten Impulsen für jede Untersuchungsposition, um hierdurch viele Einzelzahlen zu erhalten, die ein Maß für die Anzahl der Anpassungen zwischen jeder einzelnen Untersuchungsposition und der entsprechenden Bezugsposition sind,

eine Einrichtung zur Speicherung jedes so gewonnenen Zahlenwertes in einem programmierbaren adressierbaren Speicher, wobei die Koordinaten jedes Speichers leicht festlegbar sind,

eine Einrichtung, welche jede einzelne Meßzahl für jede der ungeraden Anzahl von zu untersuchenden Bezugsposi- tionen jeweils auf den neuesten Stand bringt,

eine Einrichtung zur Festlegung der Adressen und demnach der Koordinaten desjenigen Speichers, in welchem der höchste Wert aufgespeichert ist,

eine Einrichtung zur Bewertung der Qualität des höchsten Spoicherwcrtes mittels Vergleiches des höchsten Speicherwertes mit allen anderen Speicherwerten und Angabe einer frei wählbaren Qualitätszahl, und

eine.Einrichtung zur Festlegung des Schwerpunktes der Untersuchungspunkte durch Vergleich der Werte sämtlicher Speicherplätze bzw. Untersuchungspositionen, um hierdurch den höchstmöglichen Zahlenwert und dessen Koordinaten festzulegen.

Ί 4. Verfahren zur Mustererkennung, bei welchem die beste Korrelationszahl zv/ischen einem Bezugsbereich und einem Untersuchungsbereich in Echtzelt festgestellt wird,

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gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

Erzeugen eines getakteten, digitalisierten Videosignales, dessen Pulsbreite gleich einem Pixel ist,

Erzeugen eines Superpixels, dessen Pulsbreite um einen vorgegebenen Betrag größer als ein Pixel ist,

Speichern von Pixeln, die ein Bezugsmuster repräsentieren, an adressierbaren Speicherplätzen,

Speichern von Superpixeln, die das gleiche Bezugsmuster repräsentieren, an hiervon getrennten adressierbaren Speicherplätzen,

Falten der Superpixel, die durch Untersuchung des Untersuchungsbereiches gewonnen wurden, mit Superpixeln aus dem Speicher und Erzeugen einer Zahl, die ein Maß für die Korrelation jedes Mustersegmentes ist,

Speichern dieser Zahl für jedes Segment in einem gesonderten adressierbaren Speicher,

Bestimmen der Maximalzahl und Identifizieren der Koordinaten der Adresse des Speicherplatzes mit der Maximalzahl als Maß für eine Grobortung dor besten Korrelationsstelle,

Festlegen eines Untersuchungsmusters um die Grobkoordinaten, welches eine ungerade Anzal von Pixeln und das Koordinatenpixel in seiner Mitte aufweist,

Falten der Pixel, die vom Untersuchungsmuster gewonnen wurden mit den Pixeln aus dem Speicher und Erzeugen einer Zahl, welche ein Maß für die Korrelation jedes Segmentes des Untersuchungsmusters ist,

Speichern dieser Zahl für jedes Untersuchungsmuster in einem getrennten adressierbaren Speicher, und

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Festlegen der Maximalzahl in jedem Segment des Untersuchungsmusters und Bestimmen der Koordinaten der Adresse der Maximalzahl als Maß für die Feinortung der besten Korrelation.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet , daß jedes Superpixel gleich vier Pixeln ist, wobei die von zwei Superpixeln umfaßte Fläche gleich 16 Pixel ist.

16. Verfahren nach Anspruch 14,- dadurch gekennzeichnet, daß die Qualität der höchstwertigen Korrelationszahl dadurch bewertet wird, daß die höchstwertige Korrelationszahl mit den Korrelationszahlen sämtlicher Meßpunkte verglichen und eine frei wählbare Qualitätszahl ermittelt wird.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet , daß die Qualitätszahl dadurch gewonnen wird, daß die Differenzwerte zwischen der maximalen Korrelationszahl in der ausgewählten Speicherzelle und den Korrelationszahlen in den übrigen Speicherzellen gebildet und aufaddiert werden.

18. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung eines Superpixels ein zweidimensionales digitales Filter verwendet wird.

19. Verfahren zur Mustererkennung, bei welchem die beste Korrelation zwischen einem Bezugsbereich und einem Untersuchungsbereich in Echtzeit ermittelt wird, gekennzeichnet durch:

Erzeugen einer Reihe von getakteten digitalisierten - Videoimpulsen, welche einen Bezugsbereich repräsentieren,

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Aufzeichnen der Reihe von -etakteten Ir.puxsen m r.onrere voneinander getrennte programmierbare Speicherplätze,

Erzeugen einer Reihe von gedehnten getakteten digitalisierten Videoimpulsen, die für denselben bezugscereicn repräsentativ sind.

Aufzeichnen der Reihe der getakteten Impulse in mehrere voneinander getrennte unterschiedliche programmierbare Speicherplätze,

Erzeuger, einer Reihe von gedehnten getakte'oon dir.!.: 'l.;.i Vi.:ooi";!.ul:;;!n ein'-;.; 'Ja τ, vrr.iehun "■:'!;■:.':·■::"! er;" ir. :■*.:·■.'.:.■!'., Texten in i-Jchtseit ;er r'.c.-iLKoit-gedehrr^er: 1::.^^'^.- .- .v.;.c dan gespeicherten Impulsen in mehreren voneinander· ,-'--trennten Untersuchungspositionen, um hierlurch eine Zahl zu erhalten, welche repräsentativ für die Anzahl der Anpassungen (Korrelationen) in jeder Meßposition ist,

Aufspeichern dieser für jede Untersuchunnsnosition rewonnenen Zahl in einem getrennten, adressierbarer: Speicher,-der allen Untersuchungspositionen zugeordnet ist,

Peststellen des höchsten aufgespeicherten Wertes an jeder Speicherstelle, und

Bestimmen der Adresse und damit des Koordinatenortes desjenigen Speicherplatzes, in welchem der höchste Korrelationswert gespeichert ist, als Maß für die Untersuchungsposition mit der besten Korrelation.

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet , daß der am höchsten aufgespeicherte Wert in jedem der beiden Speicher gemessen und die Adresse der beiden Speicher sowie die jeweiligen Koordinaten festgelegt werden.

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21. Verfahren zur Bestimmung der besten Korrelation zwischen einem Bezugsbereich und einem Untersuchungsbereich in Echtzeit, gekennzeichnet durch:

Durchführen einer Grobuntersuchung zur Feststellung der Koordinaten einer Untersuchungsposition, die auf eine beste Korrelation hinweisen,

Festlegen eines Untersuchungsbereiches mit einer ungeraden Anzahl von Untersuchungspositionen, welche um die mittels der Grobuntersuchung ermittelten Koordinaten herum angeordnet sind, so daß sich die Koordinatenuntersuchungsposition als das Zentrum der ungeraden Anzahl der zu faltenden Untersuchungspositionen ergibt,

Falten von vom Untersuchungsbereich erhaltenen Impulsen mit Impulsen aus dem Speicher über den gesamten Bezugsbereich für jede Bezugsposition, um hierdurch viele einzelne Meßwerte zu erhalten, die ein Maß für die Anzahl der Anpassungen (Korrelationen) in jeder zu untersuchenden Position sind,

Speichern der einzelnen Meßwerte in einem programmierbaren, adressierbaren Speicher, ivobei die Koordinaten jedes Speichers leicht bestimmbar sind,

auf den neuesten Stand bringen jedes einzelnen Meßwertes für HTiIHt] icho ungeraden Untersuchungspositionen,

Bestimmen der Adresse und damit der Koordinaten desjenigen Speichers, welcher den am höchsten aufgespeicherten Wert hat,

Bewerten ..der Qualität dieses Höchstwertes durch Vergleich des Höchstwertes mit den Werten aller übriger Untersuchungspunkte und Angabe einer frei festlegbaren Qualitätszahl, und

Festlegen des Schwerpunktes der Wertepunkte durch Vergleich sämtlicher einzelner.Meßwerte und Ermittlung des höchstmöglichen Meßwertes sowie dessen Koordinaten.

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