DE2935261C2

DE2935261C2 - Anordnung zur Mustererkennung

Info

Publication number: DE2935261C2
Application number: DE2935261A
Authority: DE
Inventors: Gary Lee Chatsworth Calif. DeZotell; Richard Alan Santa Barbara Calif. Hubach; Jack Thousand Oaks Calif. Sacks
Original assignee: View Engineering Inc
Current assignee: View Engineering Inc
Priority date: 1978-09-01
Filing date: 1979-08-31
Publication date: 1984-01-12
Also published as: IT7925452A0; JPS5534800A; DK365479A; JPH0421230B2; CH657489A5; AU516547B2; DE2935261A1; IT1122951B; NO792818L; SE7907231L; GB2029958A; FR2435093A1; PH18175A; AU5016279A; US4200861A; IL58140A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Mustererkennung gemäß der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.

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

V> Bekanntwerden fotoelektrischer 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 bei der gattungsgemäßen Mustererkennungsanordnung vorgenommene Digitalisierung des Ausgangssignals einer Bildaufnahmeröhre hat den Vorteil einer bequemen Verarbeitung der aufgenommenen Daten

^&o bzw. Signale. Hierbei wird in der Regel für die Kennzeichnung dunkler bzw. schwarzer Bildflächen die digitale »0« und für die Kennzeichnung heller bzw. weißer Bildflächen die digitale »1« verwendet. Hierdurch wird ein aus »Einsen« und »Nullen« aufgebautes

t>5 Signal erzeugt, das insgesamt die Folge der jeweils abgetasteten dunklen oder hellen Bereiche wiedergibt. Mustererkennungsanordnungen werden ständig in Verbindung mit wiederholten Operationen eingesetzt.

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bei denen automatische Maschinen gesteuert und programmiert werden, um eine Reihe wiederholter Handlungen durchzuführen. Diese Handlungen gehen hierbei von der Ortung und Identifizierung bestimmter Kriterien aus, die in Echtzeit festgestellt werden müssen. So benötigt z. B. die Technik zur Herste'hing von Halbleitern Anordnungen zur Mustererkennung, um die Herstellung und die Überprüfung integrierter Schaltchips sicherzustellen. Bei der Herstellung integrierter Schalu.hips wird beispielsweise ein Siliciumplättchen gewöhnlich von einem Siliciumstab abgeschnitten, der einen Durchmesser zwischen etwa 5 bis 12,5 cm hat. Um nun ein Muster auf das Siliciumplättchen aufzubringen, werden eine Marke und ein Fotolac«. benötigt, der schließlich auf das Siliciumplättchen aufgebracht wird, wobei anschließend eine Reinigung des und Diffusion in das Siliciumplättchen stattfindet. Dieses Verfahren kann bis zu dreizehnmal wiederholt werden, um eine richtige Diffusion sicherzustellen, jedesmal muß die Maske erneut genau auf dem Siliciumplättchen ausgerichtet \ werden.

t ■ Es wäre nun von großem Vorteil, wenn man die durch

,-Diffusion hergestellten Chips auf einem Siliciumplätt-

'chen elektrisch testen könnte, um festzustellen, ob die

Diffusion beendet und das einzelne Chip für den

Gebrauch nunmehr geeignet ist.

'' Die gattungsgemäße Mustererkennungsanordnung ist bereits im wesentlichen aus der DOS 2414 809 - bekannt. Die bekannte gattungsgemäße Musteranordnung gestattet jedoch nicht eine Mustererkennung in Echtzeit. Darüber hinaus benötigt sie für die Erkennung eines Musters vergleichsweise lange Zeit.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Mustererkennungsanordnung unter weitestgehender Beibehaltung ihrer bisherigen Vorteile derart weiterzuentwickeln, daß die für die Mustererkennung benötigte Zeit reduziert werden kann.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Mustererkennungsanordnung der im Oberbegriff des 'Anspruchs 1 angegebenen Gattung die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.

Durch die Auslegung der erfindungsgemäßen Mustererkennungsanordnung derart, daß sie nacheinander eine Grcbsuche und dann in den Flächenbereichen eine Feinsuche durchführt, welche die im Rahmen der Grobsuche höchsten Korrelationswerte aufweisen, wird ^sdie Zahl der notwendigen Vergleiche zwischen Bezugsfläche und Meßfläche erheblich reduziert und damit die für die Mustererkennung insgesamt benötigte Zeit.

Aus der DE-OS 27 20 036 ist es zwar auch bekannt, einen Bildbereich einer Grob- und einer Feinsuche zu unterwerfen, wobei die Grobsuche mit einer geringen ;Bildauflösung erfolgt. Bei der bekannten Lehre ist aber eine Digitalisierung der Videosignale nicht vorgesehen. Wohl dagegen eine — beim Erfindungsgegenstand nicht benötigte — Relativbewegung zwischen Videokamera und zu untersuchendem Gegenstand.

Aus der DE-OS 27 57 456 ist zwar ein Generator für die Erzeugung von Bildelementgruppen bekannt, bei welchem die Informationen von mehreren einzelnen Bildelementen bzw. Bildbausteinen zu einer Gesamtinformation zusammengezogen werden. Hierbei handelt es sich aber nicht um eine Mustererkennungsanordnu ig, sondern um einen Korrelator für eine Videoverarbeitung zur Bestimmung eines unrichtig gelesenen Bezugchintergrundes und die darauffolgende Änderung der Korrelatorparameter zur Wiederherstellung einer zufriedenstellenden Leistungsfähigkeit, mit anderen Worten also um einen adaptiven Korrelator nebst zugehöriger Hintergrundsbestimmungsschaltung.

Im übrigen ist noch aus der DE-OS 27 05 970 ein Videosignal-Konditioniersystem bekannt, bei welchem

'■> das verarbeitete Videosignal im Hinblick auf die Beleuchtungsverhältnisse beim Untersuchungsbild durch eine adaptive Bezugs- bzw, Schwellwerteinrichtung normalisiert wird.
Bevorzugte Weiterbildungen des Gegenstandes des

ι» Anspruchs 1 sind den Ansprüchen 2 bis 7 entnehmbar.

Die Erfindung wird anhand der nachstehenden Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die schenjatischen Zeichnungen noch näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

ij . F i g. 1 ein Blockdiagramm einer Videokamera mit Optik und Videoprozessor,

Fig.2 eine Vorderansicht einer Vidicon-Röhre zur Erzeugung eines Schwarz-Bezugssignals,
F i g. 3 ein B' yckdiagramm der Details des Videoprozessors,

■ζ, F i g. 4 vier der F i g. 3 zuordenbare Impulsketten,
^; Fig.5 die relativen Größenverhältnisse zwischen Untersuchungsbereich, wirksamen Bereich und Gesichtsfeld,

. F i g. 6 ein Blockdiagramm der Speicher-Lade-Folge, '■ F i g. 7 ein zweidimensionales Digitalfilter,
■ Fig.8 ein Blockdiagramm der Anordnung zur Auffindung der Grobkoordinaten,
Fig.9 ein Blockdiagramm eines Serpentinen-Schie-

■jo beregisters,

. Fig. 10 ein Blockdiagramm einer Vergleichseinrichtung und

, F i g. 11 ein Blockdiagramm der Anordnung zum Auffinden der Feinkoordinaten für jeden getasteten Höchstwert.

F i g. 1 zeigt ein Blockdiagramm des vorderen Teils der erfindungsgemäßen Anordnung. Das Blockdiagrämm veranschaulicht, wie das von der Vidicon-Kamera gesehene Bild in digitale Signale umgewandelt wird.

Die digitalen Signale repräsentieren hierbei diskrete .■Bereiche schwarzer und weißer Abschnitte der beobachteten Szene in Form einer Folge von Einsen und Nullen. Eine derartige Umwandlung wird auch als Herstellung eines getakteten digitalisierten Videosignals bezeichnet.

Eine Fernsehkamera 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. Bevorzugt wird in der Kamera 10 nicht überlappend abgetastet.

Aus den nachstehend wiedergegebenen Gründen wird jedes Betrachtungsfeld sequentiell abgetastet, bis das gesamte Abtastfeld überstrichen ist. Das von der Kamera 10 gelieferte Video-Ausgangssignal wird einem Videoprozessor 14 zugeführt. Der Videoprozessor 14 gibt ein getaktetes, digitalisiertes Videoausgangssignal ab, das durch adaptive Steuerung hinsichtlich der Lichtstärke in der Betrachtungsszene, gesehen von der Optik 12, optimiert wird.

In F i g. 3 ist ein detaillierteres Blockschaltbild des in Fi g. 1 dargestellten Videoprozessors 14 wiedergegeben. Eine mit der Kamera 10 verbundene Zeitschaltung 16 erzeugt die notwendigen Synchro- und Dunkelabtastsignale. Diese Signale sorgen für die Elektronenstrahlablenkung in der Vidicon-Röhre und steuern diese. Das Vorderende bzw. die Frontscheibe 18 dar Vidicon-Röhre ist in Fig.2 gerastert mit dem

abzutastenden Bild dargestellt. Der äußerste linke Bereich der Frontscheibe 18 deckt einen Abschnitt des gerastert abzutastenden Bildbereiches dadurch ab, daß er als lichtundurchlässiger Bereich 20 ausgebildet ist. Der Elektronenstrahl der Vidicon-Röhre startet bei seiner Ablenkung im linken Bereich 22 und schwenkt dann bis zur rechten Seite 24 des abzutastenden Bildbereiches. An diesem Punkt wird der Elektronenstrahl infolge eines Riickführimpulses 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.

Der Elektronenstrahl in der Kamera 10 startet 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. Im Bereich 22 »sieht« der Elektronenstrahl einen optisch schwarzen Bereich und erzeugt demgemäß ein dem Dunkelstrom der Vidicon-Röhre entsprechendes elektrisches Ausgangssignal.

Eine Betrachtung der Fig.4A zeigt das Verhältnis zwischen dem Dunkelsteuer- 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 10 über einen Kopplungskondensator 30 einem Mittelwertbildner 32, bisweilen auch Integrator genannt, zugeführt. Das Eingangssignal des Mittelwertbildners 32 wird über ein Schaltelement 34 an Masse 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, weiche der Abtaststrahl der Vidicon-Röhre zur Abtastung des in F i g. 2 gezeigten Bereiches der Frontscheibe 18 von der Kante des linken Bereiches 22 bis zum Ende des lichtundurchlässigen (Dunkelstrom) Abschnittes 20 bzw. zur Linie 26 benötigt. Dieser Zeitimpuls ist in F i g. 4C dargestellt. Er bewirkt ein Anlegen des fviitteiwertbildners 32 an Masse für die Zeitdauer, während welcher die Abdunklung der Frontscheibe 18 abgetastet wird. Hierdurch wird ein Dunkelsiror.vBeziig&sigr.a! erzeugt, das als Bezugsspannung auf Masse gehalten wird. Hierdurch wird ein auf Masse bezogenes Bezugssignal gewonnen, das dem optischen Schwarzsignal äquivalent ist. Der Zeitimpuls fällt auf Null ab, wenn der Elektronenstrahl die Linie 26 auf der Frontschsibe 18 der Vidicon-Röhre passiert. Das in Fig.4A wiedergegebene Videosignal wird dem Mittelwertbildner 32 zugeführt. Dieser führt eine Integration des Eingangssignal über die Zeitdauer einer kompletten Abtastung durch und bildet dann den Mittelwert Stattdessen kann auch die Integration über eine kürzere Zeitdauer ausgeführt werden, wobei dieser Zeitbereich mittels der Zeitschaltung 16 entsprechend den für die Auslegung der Mustererkennungsanordnung maßgeblichen Parametern festgelegt wird.

Das Ausgangssignal des Mittelwertbildners 32 wird einem Tastwertspeicher 35, auch Momentanwertspeicher oder Sample and Hold-Glied genannt, zugeführt, der den Mittelwert des Signals für eine vollständige Elektronenstrahlabtastung speichert und diesen Wert für die nachfolgende Abtastzeile als Schwellwert vorgibt. Für Werte oberhalb dieses Schwellwertes »liest« die Mustererkennungsanordnung »weiß« (digitalisiertes Videosignal = !); für Werte unterhalb dieses Schwellwertes »schwarz« (digitalisiertes Videosignal =0).

Die Erzeugung dieses variablen Schwellwertes entspricht demnach einer Anpassung an die mittlere Lichtintensität, welche die Kamera 10 während einer einzelnen Abtastung feststellt. Der Mittelwert einer Abtastzeile wird also jeweils als Schwellwert bzw. 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) Schwellwert für alle praktischen Zwecke im wesentlichen konstant bleiben. In der Praxis ändern jedoch Lichtquellen ihre Lichtstärke; f" externes Umgebungslicht 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

. Schwellwertes, der sich jeweils an die von der Kamera 10 festgestellten tatsächlichen Beleuchtungsverhältnisse für jede Abtastzeile anpaßt, vergrößert die Zuverlässig-. keit des Ausgangssignals durch kontinuierliche Anpassung des Schwellwertes an die zu betrachtende Szene bzw. das Bild.

J Ein Analogkomparator 36 vergleicht das Videoausgangssignal der Kamera 10 mit dem variablen Schwellwert, 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 MHz und erzeugt positive Impulse, die einen zeitlichen Abstand von 210ns haben (Fig.4B). Der Taktgeber 40 dient als Taktgeber für das Gesamtsystem. Er steuert die Erzeugung sämtlicher abgeleiteter Takt- bzw. Zeitimpulse der Zeitschaltung

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 Analogkomparators 36 über eine bistabile Kippstufe bzw. ein Flip-Flop 42 an. Die Anstiegsflanke jedes Taktimpulses setzt das Flip-Flop 42 auf den Pegel des digitalisierten Videosignals. Das Ausgangssignal des Flip-Flops 42 ist deshalb ein getaktetes digitalisiertes Signal, wie es beispielsweise in F ig.4D dargestellt ist.

Fig.4 zeigt, daß sämtliche Impulse mittels des Taktgebers 40 zeitlich aufeinander abgestimmt sind.

Eine Betrachtung der Fig.3 zeigt, daß zu Beginn jeder Abtastzeile ein Impuls der Zeitschaltung 16 das Schaltelement 34 ansteuert, welches die Eingangsklemme des Mittelwertbildners 32 an Masse legt und hierdurch ein auf Masse bezogenes Ausgangssigral bzw. ein Schwarzpegelsigna! erzeugt. Der Koppelkondensator 30 kann sich hierbei auf den Gleichstrom-Schwarzpegel aufladen, der an der Ausgangsklemme der Kamera 10 anliegt. Hierdurch wird die Spannung am Koppelkondensator 30 dem Wechselstrom-optischen Schwarzpegel, der als Bezugseingangssignal auf Masse gehalten wird, gleichgesetzt. Die Mittelwertbildung des Signals über eine vollständige Abtastzeile erzeugt einen veränderlichen Schwellwert für die jeweils nachfolgen-

de Abtastzeile. Der Analogkomparator 36 gibt ein geeignetes Ausgangssignal ab, das davon abhängt, ob das Videosignal oberhalb oder unterhalb des zuletzt festgestellten variablen Schwellwertes liegt.

Die Mustererkennungsanordnung arbeitet nach 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. Die Anordnung erzeugt ein Null-Ausgangssignal, wenn ein dunkler Bildabschnitt (Spannung unterhalb des Schwellwertes) abgetastet wird, und ein Eins-Ausgangssignal, 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 F i g. 4B dargestellt.

Die Entwicklung einer Mustererkennungsanordnung hat in der Vergangenheit immer mit dem Problem zu kämpfen gehabt, daß einander diametral entgegengesetzte Forderungen erfüllt werden sollten. Um die notwendige Auflösung zu erhalten, muß der Elementar-Bitbereich, d. h. der Bildabschnitt, dem jeweils ein Bit zugeordnet wird, notwendigerweise sehr klein sein.

Je kleiner aber der Elementar-Bitbereich ist, um so größer wird die Zahl der gespeicherten Bezugsinformationen und der Echtzeitinformation, die miteinander verglichen werden müssen. Je kleiner also ein Elementar-Bitbereich ist, um so mehr Zeit benötigt man für eine vollständige Untersuchung des Musters. Selbstverständlich kanii die Datenverarbeitungszeit dadurch verkürzt werden, daß die Komplexität der Mustererkennungsanordnung erhöht wird. Dadurch ■steigen allerdings die Kosten und die Störanfälligkeit der Anordnung.

Würde man dagegen die Ausdehnung bzw. die Fläche eines Elementar-Bitbereiches vergrößern, dann würde sich die Anzahl der zu untersuchenden und für einen Vergleich vorgesehenen Bereiche verringern. Dies würde jedoch zu einem vergleichsweise weniger genauen Ergebnis und damit zu einer höheren Fehlalarmquote führen, was sich nachteilig auf die beabsichtigte Anwendung einer derartigen Anordnung auswirkt.

Beim dargestellten Ausführungsbeispie! wird ein hochfrequenter, in der Größenordnung von 5 MHz, Taktgeber verwendet Dieser erzeugt eine Reihe von Taktimpulsen, deren Vorderkantenabstand 210 ns ist. Das Zeitintervall zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen legt die Elementargröße eines Bildelementes fest. Das in Fig. 4D wiedergegebene getaktete digitalisierte Videosignal zeigt die Unterteilung einer Abtastzeile in derartige Bildelemente; ferner, daß die Information jedes Bildelementes entweder eine »Null« oder eine »Eins« ist, was davon abhängt, ob das Bildelement einem Heil- oder Dunkel-Signal entspricht. Die in Fig.4D dargestellte Impulsfolge kann daher in binärer Form durch die nachstehende Ziffernfolge dargestellt werden:

1110110000110111000010.

Das Gesichtsfeld einer Video-Kamera verwendet ein Raster, das sich vorzugsweise nicht überlappt. Jede iRasterzeile besteht im wesentlichen aus 250 Bildelementen. Der Rasterzeilenabstand entspricht ebenfalls einem Bildelement. Das Gesamtgesichtsfeld ist im bevorzugten' Ausführungsbeispiel aus 250 Bildelementen pro Zeile und 240 Zeilen aufgebaut, so daß es insgesamt etwa 60 000 Bildelemente enthält.

'Beim in bezug genommenen Ausführungsbeispiel wird der genau angegebene Untersuchungsbereich im wesentlichen in Echtzeit abgetastet und die gespeicher-

/ te'information des Bezugsbereiches mit den Echtzejtda-ίέπ verglichen. Hierdurch können die Koordinaten für die jeweils bestmögliche Anpassung bzw. Korrelation zwischen dem gespeicherten Bezugsmuster und dem Untersuchungsmuster in Ecbtzt*·* angegeben werden.. Diese Ergebnisse werden mit einem minimalen apparativen Aufwand in minimaler 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 einer »Bildelementgruppe« durchgeführt wird. Die Bildelementgruppe besteht aus 4 mal 4 Bildelementen, umfaßt also eine Fläche von 16 Bildelementen. Die Grobuntersuchung wird gleichzeitig in zwei Dimensionen über den gesamten Untersuchungs- bzw. Gesichtsfeld-Bereich durchgeführt. Dabei wird eine ständige Korrelationsmessung mittels einer 8 mal 8-Vergleichseinrichtung vorgenommen. Die Meßergebnisse werden in einem Speicher abgelegt. Die Koordinaten der beiden höchsten Korrelationswerte werden mittels eines Doppel-Höchstwert-Detektors festgelegt. Dies sind die in Bildelementgruppen-Einheiten ausgedrückten Koordinaten derjenigen beiden Bildelementgruppen, die den ihnen entsprechenden gespeicherten Bezugs-Bildelementgruppen am »ähnlichsten« sind.

Die Grobuntersuchung wird von einer abschließenden Feinuntersuchung gefolgt, die in (den kleineren) Bildelement-Finheiten durchgeführt wird. Sie wird jedoch auf diejenigen Bild-Bereiche beschränkt, welche die bei der Grobuntersuchung gefundenen beiden Korrelationsspitzenwert-Koordinaten umgeben. Der dann bei der Feinuntersuchung festgestellte höhere der beiden Korrelations-Spitzenwerte legt die Koordinaten des Bildelementes mit der bestmöglichen Anpassung fest. _

in F i g. 5 ist ein voiiständiges ü'ntersuchungs- bzw. Gesichtsfeld mit ungefähr 250 mal 240 Bildelementen dargestellt. Das Gesichtsfeld wird vom Kästchen 50 umgrenzt. Das kleineste Kästchen 52 innerhalb des Gesichtsfeldes dient als Bezugsbereich mit 64 χ 64 bzw. 4096 Bildelementen. Der Bezugsbereich repräsentiert die im Speicher eingeschriebene Information. Diese Information muß in Echtzeit Bildelement für Bildelemeni mit der Information im Untersuchungsbereich .verglichen werden.

Es wurde bereits eine 64-Bit-Vergleichereinheit verwendet, um 64 Bildelemente in einer Zeile des Untersuchungsbereiches mit 64 Bildelementen der ersten Zeile eines Bezugsbereiches zu vergleichen,

"wobei die Korrclationswerte gespeichert, die Untersu-"chung schrittweise jeweils um ein Bildelement pro Zeiteinheit vorgerückt, bis zum Ende der Zeile durchgeführt und sodann der Untersuchungsvorgang für die nächste Zeile wiederholt wurde. Dieses ■Verfahren wurde für jede der 64 Zeilen im Bezugsbe-.65 jreich wiederholt, wobei der Gesamtkorrelationswert in jeder Position zu den bei früheren Untersuchungen [gespeicherten Werten hinzugefügt würde. Die Koordinaten des so erhaltenen höchsten Korrelationswertes

gaben den On der besten Anpassung an. Zwar konnten mit diesem System zufriedenstellende Ergebnisse erzielt werden; die für eine vollständige Untersuchung benötigte Zeit war aber so lang, daß dieses System relativ geringen wirtschaftlichen Wert hatte.

Demgegenüber wird bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zuerst eine Grobuntersuchung mit einem Bezugsbereich von 256 Bildelementgruppen (siehe Fig.5) durchgeführt. Jede Bildelementgruppe weist 16 reguläre Bildelemente auf. Die effektive Auflösung der iMustererkennungsanordnung wird dadurch zunächst "um den Faktor 4 in jeder Dimension verringert.

Diese reduzierte Auflösung führt zu einer entspre-. chenden Verringerung der Genauigkeit, mit welcher der Ort der besten Anpassung des Untersuchungsmusters an das Bezugsmuster lokalisiert werden kann.

Zu Beginn des Mustererkennungsverfahrens müssen 'demnach der Speicher für die Bildelementgruppen und der Speicher für die Bildelemente jeweils mit derjenigen Bezugsinformation beschrieben werden, v/elche der Untersuchung für das Gesichtsfeld zugrunde gelegt wird. Dieser Schritt wird die Ladephase genannt.

Gemäß F i g. 6 werden die digitalisierten Taktimpulse am Ausgang des Videoprozessors 14 sowohl einem gesteuerten Multiplexer 64 als auch einem Bildelementgruppen-Generator 66 zugeführt. Eine Multiplexersteuerlogik 68 steuert die Arbeitszeiten für die Durchlaßöder Sperr-Zustände des Multiplexers 64, in welchen er entweder die Ausgangssignale des Biidelementgruppen- ;Generators 66 oder die getakteten Videoausgangssigna-Ie des Videoprozessors 14 an ein Schieberegister 72 weiterleitet.

·' Während des Ladens des Bezugspeichers wird der in Fig.5 angegebene Bezugsbereich Bildelement für Bildelement in das Schieberegister 72 eingeschrieben. Das Schieberegister 72 ist im wesentlichen als ein serielI-Eingangs-/parallel-Ausgangs-Modul zum Laden des Bildelementbezugspeichers 62 ausgebildet. Der Bezugsspeicher 62 wird mittels einer Bezugsspeicher-Steuerlogik 64 so angesteuert, daß er entweder die Bildelemente oder die Bildelementgruppen aufnimmt. ,Diese Steuerlogik 64 ist fest mit dem Haupt-Taktgeber 40 verbunden.

Während des Einschreibens der Bildelementgruppen in den Bezugsspeicher 62 sperrt der Multiplexer 64 den Ausgang des Videoprozessors 74 zum Schieberegister 72 und gibt dafür eine Übertragung vom Bildelementgruppen-Generator 66 zum Schieberegister 72 frei. Gleichzeitig wird der Bildelement-Bezugsspeicher 62 zur Aufnahme der Bildelementgruppen-Information angesteuert. Auf diese Weise wird die Bezugsinformation vom Bezugsbereich sowohl in Bildelementform als auch nachfolgend in Bildelementgruppenform in den Bildelement-Bezisgsspeicher 62 eingespeichert.

Um die Steuer- und Signalleitungen einfach darstellen zu können, wurden gewisse Vereinfachungen bezüglich der Leitungen des Blockdiagramms vorgenommen.

Der Bildelementgruppen-Generator 66 besteht tatsächlich aus einem zweidimensionalen Digital-Filter, das gleichzeitig vier Bildelemente in einer Richtung und vier weitere Bildelemente in einer dazu orthogonalen Richtung tastet, so daß insgesamt eine Fläche von 16 Bildelementen überdeckt wird. Um ein einziges Ausgangssignal zu erzeugen, das entweder eine Eins oder eine Null für eine Bildelemenlgruppe ist, muß die Anzahl der Einsen mit der Anzahl der Nullen im Tastbereich verglichen werden. Weist beispielsweise der Tastbereich IO Einsen und 6 Nullen auf, dann wird der Wert der entsprechenden Bildelementgruppe aufgrund der Majoritätsverhältnisse auf eine Eins festgelegt. Sind mehr Nullen als Einsen vorhanden, dann wird der Bildelementgruppe der Wert Null gegeben.

Weisen jedoch in einer Bildelementgruppe 8 Bildelemente eine Eins und 8 Bildelemente eine Null auf, dann wird die Bildelementgruppe willkürlich mit Eins bewertet. Diese willkürliche Favorisierung des Eins-Zustandes hat keinerlei Auswirkungen auf die Genauigkeit des Gesamtsystems, da vorstehende Ausführungen lediglich für die Grobuntersuchung, nicht jedoch für die Feinuntersuchungen gelten. Die Festlegung der tatsächlichen Größe einer Bildelementgruppe liegt im Ermessen des Konstrukteurs der Mustererkennungsanordhung; sie ist lediglich durch System-bedingte Forderungen und die beabsichtigten Anwendungen festgelegt. Wesentlich ist das Konzept der »elektronischen Defokussierung« zum Zwecke jiner kürzeren Untersuchungszeit und geringeren Komplexität der Festverdrahtung, das hier durch die zwei aufeinanderfolgenden Untersuchungen realisiert wird, wobei in der ersten Untersuchung mit einer reduzierten Auflösung und Genauigkeit gearbeitet wird. Der Bildelementgruppen-Generator 66 kann nicht nur durch das vorstehend genannte zweidimensional« Digitalfilter, sondern auch durch ein zweidimensionaies Analogfilter, das vor den Videoprozessor 14 geschaltet ist, realisiert werden.
■ In F i g. 7 ist ein Blockdiagramm für einen Bildelementgruppen-Generator in Form eines zweidimensionalen Digitalfilters und eines Komparators 82 dargestellt.

Das Ausgangssignal des Videoprozessors 14 ist eine Kette von getakteien digitalisierten Video-Bildelementen, die einem Serpentinen-Schieberegister 76 zugeführt werden. Das Schieberegister 76 besteht im wesentlichen aus einem seriell-Eingangs-Zseriell-Ausgangs-Schieberegister. Eine detailliertere Darstellung eines Serpentinen-Schieberegisters wird anhand der F i g. 9 gegeben. Die vier Ausgangssignale des Serpentinen-Schieberegi-

•lo sters 76 bestehen aus vier aufeinanderfolgenden Signaizügen aus getaktetsn digitalisierten Videoirformationen, die in vertikaler Richtung einander entsprechen. Die vier Ausgangssignale werden in einem seriell-Eingangs-/parallel-Ausgangs-Schieberegister 78 aufgefächert, so daß 16 Ausgangssignale erhältlich sind, und zwar vier Bildeiementinformationen pro Signalzug. Alle 16 Ausgangssignale werden einem Einsen-Zähler 80 zugeführt, der im wesentlichen aus einem programmierbaren Festwertspeicher besteht, der so programso miert ist, daß er die Anzahl der Einsen in der ausgewählten Adresse ausgibt. Auf den fünf Ausgangsleitungen steht eine Zahl an, welche 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 8.1st die Anzahl der dem Komparator 82 zugeführten Einsen größer oder gleich 8, dann liefert der Kornparator 82 als Ausgangssignal

eo eine Eins. Ist dagegen die Gesamtzahl der dem Komparator 82 zugeführten Einsen kleiner als 8, dann liefert der Komparator als Ausgangssignal eine Null. Das Ausgangssignal des Komparator^ 82 ist demgemäß eine Eins oder eine Null. Es repräsentiert das Saldoausgangssignal der 16 Bildelemiinte, die gleichzeitig vom Bildelementgruppen-Generator 66 verglichen und gemessen wurden.
Aus Fig.6 ergibt sich, daß die Gesamtkapazität des

Bildelementgruppen-Bezugsspeichers 62 nur ein Sechzehntel der Gesamtkapazität des Bildelement-Bezugsspeichers 60 ist. Da die Zahl der Bildelementgruppen kleiner als die Zahl der Bildelemente ist, kann die geschilderte Grobuntersuchung erheblich schneller durchgeführt werden als eine Untersuchung, bei welcher das Gesamtfeld Bildelement für Bildelement abgetastet und verglichen wird.

In Fig.8 ist ein Blockdiagramm dargestellt, welches die zur Durchführung der Grobuntersuchung verwendeten Grundkomponenten veranschaulicht.

Dis Prinzip der Grobuntersuchung wird besonders anhand der Fi g. 5 deutlich, welches den Bezugsbereich mit 256 Bildelementgruppen veranschaulicht, der im Speicher enthalten ist.

Der Gesamt-Bildelementgruppenbereich ist in vier 8 mal 8 Bildelementgruppen-Bezugsunterbereiche unterteilt. Diese Unterbereiche sind durch die Bezugszeichen I, II, III und IV gekennzeichnet Jeder 8 mal 8 Bildelementgruppen-Unterbereich enthält insgesamt 1024 Bildeiemente.

Die im folgenden beschriebene Untersuchung beginnt mit dem ersten Bezugsunterbereich I, welcher der oberen linken Ecke des Untersuchungsbereiches überlagert wird. Die Anzahl der Anpassungen in dieser Position wird in einer ersten Speicherstelle akkumuliert. Der erste Bildelementgruppen-Bezugsbereich wird ,dann um 2 Bildelemente weiter nach rechts bewegt und ^erneut mit dem Untersuchungsbild verglichen. Die •Gesamtzahl der Anpassungen wird in einer zweiten 'Speicherstelle akkumuliert. Dieses Verfahren wird so lange wiederholt, bis das Ende der Abtastzeile erreicht ist Der Bezugsbereich I wird mit dem ständig um 2· ^Bildeiemente und 2 Zeilen schrittweise versetzten * Untersuchungsbereich verglichen, bis schließlich das gesamte Untersuchungsfeld schrittweise mit dem Bezugsbereich I verglichen worden ist. Die Summe der Einzelvergleiche wird an einer gesonderten Speichersteile akkumuliert.

Da der 8 mal 8 Bildelementgruppen-Bezugsbereich I insgesamt 64 Bildelementgruppen enthält, wird eine vollkommene Anpassung bzw. Übereinstimmung zwischen dem Bezugsbereich I und einem Bereich im zu untersuchenden Gesamtfeld durch den Korrelationswert 54 wiedergegeben, !m bevorzugte« Ausführungsbeispiel ist das Maximalausgangssignal der Vergleichseinrichtung jedoch auf 12 begrenzt, und zwar dadurch, daß ein Schwellwert vorgesehen worden ist, welcher 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 eine Bildelementgruppe weniger als 52 Anpassungen auf, dann liegt eine Korrelation vor, die nicht ausreicht.

Anschließend wird der zweite Bezugs-Unterbereich II mit dem gesamten Untersuchungsfeld korrelliert, jedoch um 8 Bildelementgruppen gegenüber dem ersten Bezugs-Unterbreich I versetzt, um die räumliche Beziehung zwischen dem zweiten Bezugs-Unterbereich II und dem ersten Bezugs-Unterbereich I zu wahren. Das vorstehend mit dem ersten Bezugs-Unterbereich I durchgeführte Verfahren wird auch mit dem zweiten Bezugs-Unterbereich durchgeführt, der zweite Bezugs-Unterbereich II wird also verglichen und nacheinander jeweils um 2 Bildelemente weiter nach rechts verscho ben, verglichen und das Vergleichsergebnis zu der vorher in der gleichen Position mit dem ersten Bezügs-Unterbereich I erhaltenen Summe im Speicher akkumuliert. Der zweite Bezugs-Unterbereich II wird mit dem gesamten Gesichtsfeld in ähnlicher Weise wie der erste Bezugs-Unterbereich I verglichen, wobei der an jeder Position erhaltene Korrelationswert zu dem vorher für den ersten Bezugs-Unterbereich I erhaltenen Wert im Speicher akkumuliert wird.

Nach Beendigung des mit dem zweiten Bezugs-Unterbereich II durchgeführten Verfahrens können die auf jedem Speicherplatz akkumulierten Werte zwischen 0 und 24 liegen, wobei der Wert 24 einer Maximalkorrelation von 128 entspricht
Die vorstehend beschriebenen Verfahrensschritte werden auch mit dem Bezugs-Unterbereich III wiederholt Hierbei wird mit einem Untersuchungsbereich begonnen, der 8 Bildeiementgruppen unterhalb des Startpunktes für den eis«," Γν. : **·· ' 'nrerbereich I liegt, und dann die Messung in Abständen von j'_.<;"· "'"*' Bildelementen wiederholt und das Meßergebnis mit der Bezugsgröße verglichen. Danach kann die Gesamtzahl in jeder Speicherzelle zwischen 0 und 36 liegen.

Die vorstehend beschriebenen Verfahrensschritte werden schließlich in entsprechender Weise .iu,h '.i den vierten Bezugs-Unterbereich IV wiederholt. Hierbei wird an einem Punkt begonnen, der um 6 Bildelementgruppen gegenüber dem Startpunkt des zweiten Bezugs-Unterbereiches II nach unten und um 8 Bildelementgruppen gegenüber dem Startpunkt des Bezugs-Unterbereiches III nach rechts versetzt ist. Die maximal mögliche Gesamtsumme in jeder der 4096 Speicherzellen hat dann den Wert 48. Der We.-t 48 bedeutet eine vollständige Anpassung zwischen der Gesamtbezugsfläche und dem zu untersuchenden Bereich.

Aus F i g. 5 ergibt sich, daß der Startpunkt für jede Untersuchung innerhalb des Untersuchungsbereiches liegt, der im wesentlichen aus 128x128 Bildelementen besteht. Da die Untersuchung jeweils um ein Intervall von zwei Bildelementen weiterrückt, sind pro Zeile 64 Einzeluntersuchungen notwendig. Die Gesamtzahl der zu untersuchenden Zeilen wiederum beträgt 64. Dies führt zu insgesamt 4096 einzelnen Untersuchungsorten. Das Ergebnis jedes der 4096 Vergleiche wird auf einen gesonderten Speicherplatz eingeschrieben. Die beiden höchsten Korrelationswerte werden kontinuierlich erneut bewertet und uuf den neuesten Stand gebracht. Hierzu wird ein Doppel-Höchstwert-Detektor eingesetzt. Die Adressen der Speicherorte der beiden

so Höchstwerte werden als Ergebnis der Grobuntersuchung aufgezeichnet.

In Fig.8 ist ein Suchgerät für die Grobuntcrsuchungskoordinaten als Blockschaltbild dargestellt. Die Funktion des Suchgerätes besteht darin, die Koordinaten der beiden aufgrund der Grobuntersuchung er-mittelten Höchstwerte festzustellen.

Beim Grobvergleich wird das getaktete Digital-Video-Ausgangssignal des Videoprozessors 14 dem Bildelementgruppen-Generator 66 zugeführt. Da beim »Grobvergleich die gespeicherten Bezugs-Bildelementgruppen in Echtzeit mit den gemessenen Untersuchungs-Bildelementgruppen verglichen werden, muß das tatsächliche Untersuchungsbild im Bildelementgruppen-Generator 66 zerlegt werden. Der als Schalter arbeitende Multiplexer 64 wird von der Multiplexer-Steuerlogik 68 gesteuert und führt das Ausgangssignal des Bildelementgruppen-Generators 66 einem Serpentinen-Schieberegister 70 zu. Das Serpentinen-Schiebere-

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gister 70 wird anhand der F i g. 9 noch näher erläutert. Das Ausgangssignal des Multiplexers 64 entspricht einer Folge von Bildelementgruppen, die vom Bildelementgruppen-Generator 66 ausgehen. Diese Folge wird seriell in das Serpentinen-Schieberegister 70 eingegeben. Da während der Grobuntersuchung ein zweidimensionales Feld untersucht werden soll, müssen zunächst die Bildelementgruppen seriell in eine Reihe von sieben Schieberegistern 81,83,84,86,88,90 und 92 eingegeben werden. Die Schieberegister sind jeweils eine Zeile lang. Dadurch wird sichergestellt, daß nach acht Abtastungen 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 90; in entsprechender Weise geht es weiter bis zur Leitung mit dem Ausgangssignal der ^Leitung 8, welche auf der Direktleitung zum Multiplexer ^'64 liegt.

1 Gemäß F i g. 8 werden die Ausgangssignale auf den .acht Leitungen des Serpentinen-Schieberegisters 70 der Wergleichseinrichtung 100 zugeführt. In der Vergleicbs-Jeinrichtung 100 wird die 8 χ 8-Bildelementgruppeninjformation vom Bezugs-Unterbereich I direkt mit der ^?zweidimensionalen, vom Untersuchungsfeld getasteten

8 χ e-Bildelementgruppen-Untersuchungsbcreich-In-■formation in Echtzeit verglichen.

In Fig. 10 ist die Vergleichsein!ichtung 100 näher ^dargestellt Die Ausgangssignale auf den acht Ausgangsieitungen des Schieberegisters 70 werden jeweils einem einzelnen Achtspalten-Schieberegister 102 zugeführt. "-Nur ein Schieberegister 102 ist dargestellt. Jedes ^Schieberegister 102 liest acht Spalten aus dem Speicher ab. Diese Werte können mit acht Spaltenwerten des Videosignals, die im Bezugsspeicher 62 enthalten sind, •verglichen werden- Die Ausgangssignale adressieren einen Festwerts, eicher (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 Spalten vollständig mit acht Spaltenwerten aus dem Bezugswertspeicher 62 ■Lorrellieren. Die maximale Gesamtkorrelation sämtlicher acht Festwertspeicher 104 hat den Wert 64.

Um die Komplexität und die benötigte Speicherkapazität zu reduzieren, werden die Ausgangsleitungen einem programmierten Dekodierfe-itwertspeicher 110 zugeführt. 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. Demgemäß ist es nur wichtig, daß die zu hohen Anpassungswerten führenden Vergleiche bestimmt werden. Unterhalb der Zahl 52 liegende Vergleichswerte werden als unbrauchbar betrachtet. Deshalb ist der programmierte Dekodierfestwertspeicher 110 so programmiert, daß er ein Ausgangssignal mit dem Wert 12 abgibt, wenn auf sämtlichen von den programmierten Festwertspeichern 104 kommenden Eingangsleitungen 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 dem Wert von 63 usw. Ein Ausgangswert von Null entspricht einem Anpassungswert, der kleiner oder gleich 52 ist.

Der Ausgangswert des programmierten Dekodierfestwertspeichers 110 für irgendeinen vorgegebenen zweidimcnsionalen 8 χ e-Untersuchungsbereich liegt demnach zwischen null und zwölf.

Gemäß Fig.8 wird der Ausgangswert der Vergleichseinrichtung 100 auf vier Leitungen, weiche einen Wert zwischen null und zwölf repräsentieren, einem Akkumulator 112 zugeführt. Der Akkumulator 112 nimmt die Anpassungsdaten für jedes der 4096 Untersuchungsfelder an — diese Daten wurden durch Vergleich jedes der 8 χ 8-BiIdeIementgruppen-Unterbereiche mit dem Gesichtsfeld gewonnen — und legt jeden Akkumulationswert an einem gesonderten Speicherplatz in einem Speicher 114 ab. Jeder Speicherplatz im Speicher 114 ist einzeln mittels

2Q Adressen und Steuersignalen von einer Steuerlogik 116 adressierbar. Mit den Ausgangssignalen des Akkumulators 112 werden die einzelnen Speicherplätze im Speicher 114 angesteuert Gleichzeitig wird ein Doppel-Höchstw -,«-Detektor 118 angesteuert, welcher ständig die in den einzelnen Speicherplätzen abgelegten informationswerte überwacht und jeweils die beiden höchsten Korrelationswerte festhält.

Die Untersuchung für jeden 8 χ 8-Bezugs-Unterbereich wird 4096mal durchgeführt. Für jede Untersuchung wird maximal ein Wert von 12 zu jedem der 4096 Speicherplätze hinzugefügt bzw. akkumuliert Der Akkumulator 112 bringt jeden Speicherplatz im Speicher 114 auf den neuesten Stand. Der Doppel-Höchstwert-Detektor 116 übet wacht 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 Akkumulationswerte 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 8 χ 8-Bezugs-Unterbereich IV durchgeführte Untersuchung die 4096ste Abtastung beendet Die für jede der 4096 Positionen sich ergebende Summe wird im Speicher 114 aufgezeichnet Die beiden höchsten Summen werden auch im Doppel-Höchstwert-Detektor

so 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.

Nach Beendigung der Grobuntersuchung wird als nächstes die Feinuntersuchung mit den 64 χ 64-Bildelement-Bezugsbereichen um die Koordinaten durchgeführt, die mittels der Grobuntersuchung festgestellt und deren Adressen in den Adressenspeichern 120 und 122 abgelegt worden sind.

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

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zu beseitigen.

Die Feinun'ersuchung geht von den in den Adressenspeichern 120 und 122 abgelegten Adressen aus. Die Feinuntersuchung soll nicht im Zentrum der Grobkoordinatenorte beginnen. Vielmelc muß sie demgegenüber nach links und oben um eine Anzahl von Bildelementen verschoben sein, die der Formel N/2 -1 entsprechen, wobei N die Dimensionalität des Bezugswertes in Bildclementen ist.

Jm bevorzugten Ausführungsbeispiel wurde eine 8 χ 8-Vergleichseinrichtung (und damit Bezugsgröße) verwendet. Demgemäß gibt die Formel an, daß das Zentrum der Feinuntersuchung an einer Stelle beginnen soll, die jeweils um drei Bildelemente nach links und nach ob"M gegen diejenigen Koordinatenorte verschoben ist, die in die Adressenspeicher 120 und 122 eingeschrieben sind (F i g. 8). Die vorstehend angegebene Verschiebung berücksichtigt die Möglichkeit, daß der genaue Ort des Korrelationspeaks möglicherweise mit keiner der beiden Grobuntersuchungskoordinaten , genau zusammenfällt.

'■\ In F i g. 11 ist ein Blockdiagramm für die Feinuntersu-V'chung dargestellt. Die getaktete, digitalisierte Viedoiniformation des Videoprozessors 14 läuft durch den Multiplexer 64 zum Serpentinen-Schieberegister 70. " Gemäß F i g. 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 Abtastzeilen zum Einschreiben der ersten Zeile in das Schieberegister und dann acht Spalten von Bildelementen, um die der Vergleichseinrichtung 100 zugeordneten .Schieberegister zu laden. Zu diesem Zeitpunkt werden alle acht Spalten und alle acht Zeilen der Bezugsdaten mit dem Untersuchungsfeld verglichen. Durch den Vergleich werden Ausgangssignale erhalten, welche den Grad der Anpassung zwischen den Untersuchungsdaten und den Bezugsdaten darstellen. 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 Vergleichseinrichtung 100 zugeordnete Schieberegister wird um acht weitere Spalten weiterbewegt, worauf ein zweiter 8 χ 8-Vergleich stattfindet. Auch hierbei kann wiederum der Maximalwert zwischen null und zwölf schwanken, v/obei wieder Zwölf eine Maximalanpassung von 64 repräsentiert. Der durch die zweite Messung gewonnene Zuwachs wird zum ersten Wert addiert und die Gesamtsumme am selben Speicherplatz abgelegt. Dieses Verfahren wird alle acht Spalten wiederholt, bis das Gesamtfeld von 64 BüJelementen 8mal verglichen und die Summe im Akkumulationsspeicher 121 aufgezeichnet worden ist. Der Akkumulationsspeicher 121 hat eine Gesamtkapazität von 49 Speicherplätzen.

Der AkkumtiJationsspeicher 121 wird von einer Akkumulationsspeicher-Steuerlogik 123 gesteuert. Die Akkumulationsspeicher-Steuerlogik ihrerseits wird mittels des Adressensteuerspeichers 124 angesteuert. Letztere wählt die Koordinatenzentren aus, um welche die Feinuntersuchung ausgeführt wird. Gewöhnlich führt ein einzelnes Untersuchungsfeld zu 64 Vergleichen, die an einem vorgegebenen Speicherplatz im Akkumulationsspeicher 121 akkumuliert werden.
Die Akkumuiationsspeicher 121 abgelegte Zahl repräsentiert die beste Anpassungszahl für einen 64x64-Bildelement-Bezug. Die Gesamtzahl der Untersuchungen wird durch einen Bildelementbereich festgelegt, der sieben Bildelemenie breit sowie sieben Bildelemeiite lang ist und dessen Zentrum die Koordinaten der Grobuntersuchung sind.

Aufgrund des Datenflusses ergibt sich, daß die Vergleichseinrichtung 100 nicht arbeitet, wenn das Serpentinen-Schieberegister 70 die sieben Leitungen

ίο lädt. Die Vergieichseinrichtung 100 arbeitet auch dann nicht, wenn das Schieberegister 102 um sieben Spalten weitergeschoben wird und bevor ein 8 χ 8-Vergleich in zwei Dimensionen stattfinden kann. Diese Leerlaufzeit kann dazu benutzt werden, kontinuierlich eingehende Daten mit im Speicher gespeicherten Bezugsdaten zu vergleichen, nachdem das Serpentinen-Schieberegister und das Schieberegister geladen sind. Mit anderen Worten, ein Vergleich und 64 Akkumulationen können für jede der 49 Bildelementpositionen durchgeführt werden. Dies führt zu einer eindeutigen Anordnung von jß4 getrennten Akkumulationen, welche für jede der 49 "'Bildelemente wiederholt wird. Die 49 Bildelemente sind hierbei um die Koordinaten des bei der Grobuntersuchung gefundenen Bildelementes herum angeordnet.

"[ Der Adressen-Steuerspeicher 124 steuert die AkkumuIationsspeicher-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. Demgemäß gibt die Vergleichseinrichtung 100 ein Ausgangssignal ohne Wartezeit ab.

Gemäß vorstehenden Ausführungen führt jede Akkumulation zu einem Maximalwert von zwölf für jeden Vergleich. Da für jede Bildelementposition 64 Akkumulationen vorgesehen sind, kann hierdurch an jedem der 49 Speicherplätze maximal 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-Bewerter 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 Differenzv/ertbildung 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 Zuverlässigkeit des ausgewählten Spitzenwertes ist. Eine unter der Zahl 200 liegende

-60 Summe wird als untere Grenze für eine Zuverlässigkeits-Anzeige angesehen. In diesem Zusammenhang wird daran erinnert, daß die erfindungsgemäße Mustererkennungsanordnung 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

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zuverlässig ist.

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

Dieses Verfahren wird für die beiden während der Grobuntersuchung gefundenen Koordinatensätze durchgeführt Am Ende wählt der Höchstwert-Bewerter 126 denjenigen Spitzenwert aus, welcher die höchste Reliabilitätszahl aufweist und somit als bester Bezugspunkt im Gesichtsfeld angesehen wird. In der Feinuntersuchung berechnet der Höchstwert-Bewerter 126 einen Schwerpunkt 128 für diejenigen Daten, die in unmittelbarer Umgebung des mittels des Höchstwert-Bewerters 126 ausgewählten Spitzenwertes liegen. Der Schwerpunkt 12S entspricht einer Interpolation, mittels welcher das Zentrum einer Kurve gefunden werden soll, die sich

IO am besten dem Spitzenwert anpaßt, gleichgültig, ob diese Kurve nun tatsächlich innerhalb eines oder zwischen zwei benachbarten Bildelementen liegt.

Die erfindungsgemäße Mustererkennungsanordnung benötigt insgesamt vier Untersuchungen, um die beiden Grobpositionen festzustellen, und eine weitere Untersuchung 2ur Ermittlung der Zeit für den Prozessor zur Verarbeitung der Information mittels der Koordinatenauffindung. Für die Feinuntersuchung werden 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 150 ms.

Hierzu 8 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche: !. Anordnung zur Mustererkennung zum Ermitteln der besten Korrelation zwischen einem vorgegebenen Bezugsbereich und einem Untersuchungsbereich, mit a) einem ersten Generator zum Erzeugen von dem Untersuchungsbereich entsprechenden getakteten digitalen Videoausgangssignalen mit einer einem Bildelement entsprechenden Impulsbreite (Impulsinformation), b) einem Speicher zum Speichern von Impulsinformation von dem Bezugsbereich entsprechenden Bildelementen in adressierbaren Speicherplätzen, c) einer Vergleichseinrichtung zum Vergleichen von Impulsinformation von Rasterelementen des Umersuchungsbereiches mit entsprechender Information in dem Speicher, wobei das . Rasterelement dem Bildelement entspricht, und zum Erzeugen eines Maßes für die Übereinstimmung (Korrelation), und d) einer Einrichtung zur Bestimmung der besten Korrelation, dadurch gekennzeichnet, daß e) ein zweiter Generator (66) zum Erzeugen von Impulsinformationen von Bildelementgruppen, die eine vorgegebene Anzahl von Bildelementen aufweisen, vorgesehen ist, f) der Speicher (62) eine zweite Speichereinheit zum Speichern von Impulsinformation von dem Bezugsbereich entsprechenden Bildelementgruppen in adressierbaren Speicherplätzen aufweist. r g) die Vergleichseinrichtung (100) für einen Echtzeitvergleich zv/ischen den in der zweiten Speichereinheit gespeicherten und den vom zweiten Generator (66) erzeugten, den Bildelementgruppen entsprechenden Impulsinformationen ausgelegt ist, h) ein dritter Speicher (114) zur Speicherung einer Korrelations-Zahl dieses Vergleichs für jeden einzelnen Vergleich als Maß für die Korrelation in jeweils adressierbaren Speicherplätzen vorgesehen ist, i) eine Einrichtung (118) zur Erfassung des Maximalwertes der Korrelationszahl und zur Identifiz;erung der Koordinaten der entsprechenden Speicheradresse als Maß für eine Grobortung vorgesehen ist, j) eine Wähleinrichtung zur ' Festlegung eines Fein-L'ntersuchungsbereiches aufgrund der Grobortungs-Koordinaten vorgesehen ist, derart, daß der Fein-Untersuchungsbereich eine ungerade Zahl Bildelement aufweist und hierbei das der Koordinate entsprechende Bildelement im Zentrum enthält, k) die Vergleichseinrichtung (100) für einen weiteren Echtzeitvergleich zwischen den vom ersten Generator (10,14) erzeugten und in einer ersten Speichereinheit des Speichers (62) gespeicherten, den Bildelementen im Fein-Untersuchungsbereich entsprechenden Impulsinformationen ausgelegt ist,

1) ein vierter Speicher (121, 123) zum Speichern der so ermittelten Fein-Korrelations-Zahl des Vergleichs für jeden Einzelvergleich in jeweils m)

adressierbaren Speicherplätzen vorgesehen ist und

die Bestimmungseinrichtung (126, 128) den Maximalwert der Fein-Korrelations-Zahl erfaßt und die Koordinate der entsprechenden Speicheradressse als Maß für den Ort der Feinortung identifiziert.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Bildelementgruppe 16 Bildelemenie umfaßt.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Bewegungseinrichtung zum Bewerten des durch höchste Korrelations-Zahl ausgedrückten Maßes der Übereinstimmung durch Vergleich der höchsten Korrelations-Zahl mit allen übrigen Korrelations-Zahlen.

4. Anordnung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen Subtrahierer zur Bildung einer Differenz zwischen dem in einer vorgegebenen Speicherzelle festgelegten Maximalwert der Korrelation und den Werten in den benachbarten Speicherzellen und zum Aufaddieren der Ergebnisse.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der (zweite) Bildelementgruppen-Generator (66) ein zweidimensionales Digitalfilter (76,78,80,82) ist

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine Erfassungseinrichtung (118) zur Erfassung des höchsten gespeicherten Korrelations-Wertes, der Adresse des zugehörigen Speicherplatzes und damit der zugehörigen Koordinate des Korrelationswertes.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassungseinrichtung (118) zur Erfassung des höchsten gespeicherten Wertes in jedem von zwei Speichern (120, 122), zum Bestimmen der Adresse der beiden zugehörigen Speicherplätze und damit der zugehörigen Koordinaten der gespeicherten Höchstwerte ausgelegt ist.