DE2002260C3 - Anordnung zum Auswerten eines von einer Fernsehkamera aufgenommenen Bildes hinsichtlich der Grauwerte der Bildbestandteile - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine bekannte Anordnung vergleichbarer Art, die in der DT-AS 12 90 577 beschrieben ist, soll vor allem dann eingesetzt werden, wenn in einem Gesamtbild bestimmte Bildbestandteile enthalten sind, die sich durch ihre Helligkeit vom Gesamtbild unterscheiden und die allein betrachtet und ausgewertet werden sollen. Solche Bildbestandteile sind z. B. nichtmetallische Einschlüsse in Metallschliffen, weiße Blutkörperchen in einer Blutprobe usw. Mit der bekannten Anordnung sollen nur die gewünschten bestimmten Bildbestandteile auf dem Bildschirm des Sichtgerätes erscheinen, während die übrigen Bildbestandteile des Gesamtbildes unterdrückt und nicht sichtbar gemacht werden. Hierzu werden das ursprüngliche unveränderte Bild und ein modifiziertes Bild alternierend Jn rascher Aufeinanderfolge auf dem Sichtgerät wiedergegeben. Das modifizierte Bild zeigt nur diejenigen Flächen in gleichmäßiger Helligkeit, welche unter den vorgegebenen Bedingungen gemessen werden. In einer anderen Ausführungsform der bekannten Anordnung wird das modifizierte Bild gleichzeitig dem ursprünglichen Bild überlagert
In einer weiteren Ausführungsform der bekannten

to Anordnung werden sowohl das modifizierte als auch das unveränderte Signal in je einem Begrenzer umgeformt und dann ausgewertet Diese bekannte Anordnung hat den Nachteil, daß stets das vollständige ursprüngliche Signal zum Sichtgerät gelangt, also auch die nichtaus-

zuwertenden Bildbestandteile stets dargestellt werden. Dies bedeutet daß die auszuwertenden Bildbestandteile sehr hell sein müssen, damit eine eindeutige Unterscheidung gegenüber anderen hellen Bildbestandteilen, welche bei der Messung nicht erfaßt werden, möglich ist.

Dieser Nachteil wird mit einer in der deutschen Offenlegungsschrift 18 08 448 beschriebenen Anordnung dadurch zu vermeiden versucht, daß die beiden Teilbilder nicht in rascher Folge auf dem Sichtgerät dargestellt werden, sondern abwechselnd mit einer

solchen Frequenz, daß das menschliche Auge zwischen aufeinanderfolgenden Bildern unterscheiden kann. Es erscheint daher auf dem Bildschirm abwechselnd einmal das vollständige Fernsehbild in allen Grauwertstufen und dann nur die auszuwertenden Bildbestandteile in einem einheitlichen Grau ohne Abstufungen. Der stete Bildwechsel kann beim Betrieb störend sein, insbesondere dann, wenn die Anlage selbsttätig auf andere Gruppen auszuwertender Bildbestandteile umschaltet. Außerdem kann das Bild der ausgewerteten Bildbestandteile gegenüber dem vollständigen Bild in Abtastrichtung verschoben sein, was zu Fehlinterpretationen über die ausgewerteten Bildbestandteile in den Randbereichen führen kann.
Ferner ist aus dem Buch »Fernsehtechnik«, 1963, Seite 147 und 148 von Schröter zum Zwecke der Trickmischung von zwei Fernsehbildern bekannt, aus dem einen Bild ein Teil auszublenden und durch einen Teil des zweiten Bildes zu ersetzen. Hierzu wird das Videosignal des zweiten Bildes verstärkt und begrenzt.

Mit dem so gebildeten Signal wird ein Schalter betätigt, der bei Anliegen des Signals das Videosignal des zweiten Bildes und bei Abwesenheit des Signals das Videosignal des ersten Bildes auf eine gemeinsame Leitung durchschaltet. Mit einer solchen Anordnung kann z. B. eine Person vor einem beliebigen Hintergrund auf einem Sichtgerät gezeigt werden.

Aus dem Buch »Industrielles Fernsehen« von Chr Rose, 1959, S. 122, 123, ist bekannt, in einerr Fernsehbild hell oder dunkel erscheinende Teilcher gesondert zu zählen, wobei sich die Einstellungen se verfeinern lassen, daß einzelne Graustufen unterschie den und Teilchen, deren Grauwerte in eine eingestellt! Graustufe fallen, gezählt werden können. Die gezählte! Teilchen werden nicht hervorgehoben auf dem Bild schirm eines Sichtgerätes dargestellt.

Mit der vorliegenden Erfindung sollen nur dl Bildbestandteile bestimmten Grauwertes auf der Bildschirm erscheinen und die übrigen Bildbestandteil unterdrückt werden. Darüber hinaus soll die Unter scheidbarkeit von Bildbestandteilen, die bei de Auswertung erfaßt werden, gegenüber anderen Bc standteilen verbessert werden.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe ausgehend vo

der im Gattungsbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Anordnung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 beschriebenen Maßnahmen gelöst.

Bei dieser Anordnung wird also auf eine Darstellung über zwei Kanäle verzichtet, und es werden die auszuwertenden Bildbestandteile mit ihrem ursprünglichen Grauwert dargestellt. Andere Bildbestandteile sind ausgetastet und durch das konstante Signal ersetzt, so daß das Umfeld der interessierenden Dildbestandteile einheitlich grau ist. Während also bei den bekannten Anordnungen die auszuwertenden Bildbestandteile innerhalb des Gesamtbildes durch Verändern von deren Helligkeit gekennzeichnet sind, werden bei der neuen Anordnung nur die auszuwertenden Bildbestandteile dargestellt.

Mit dem Umschalter wird das Sichtgerät bei der Wiedergabe der bestimmten Bildanteile trägheitslos an das unverfälschte Videosignal angeschlossen, ansonsten an eine konstante Spannung.

Häufig ist es erwünscht zu wissen, welchen Grauwert die vom Amplitudendiskriminator ausgewählten Bildanteile haben. Es ist zwar möglich, die Einstellung des Amplitudendiskriminators zu eichen. Dies ist aber schwierig, da die Beleuchtung des aufzunehmenden Bildes und die Empfindlichkeit der Kamera schwanken können. Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird daher vorgeschlagen, in dem Aufnahmefeld der Kamera einen Graukeil vorzusehen, mittels dessen der Grauwert der ausgewählten Bildteile meßbar ist.

Bei der bisher beschriebenen Anordnung wurde zum Darstellen und Auswerten der bestimmten Bildanteile nur deren Helligkeit mittels des Amplitudendiskriminators berücksichtigt. Häufig wird aber auch verlangt, daß nur Teilchen bestimmter Ausdehnung ausgewertet werden sollen. Um dies zu ermöglichen, wird vorgeschlagen, an den Amplitudendiskriminator eine Verzögerungsstufe für die Vorder- und/oder Rückflanken des Ausgangssignals des Amplitudendiskriminators anzuschließen. Mit dem Ausgangssignal der Verzögerungsstufe wird das Ausgangssignal des Amplitudendiskriminators zur Weiterverarbeitung durchgeschaltet.

Einzelheiten der Erfindung sowie weitere Vorteile und Ergänzungen werden im folgenden anhand der Zeichnung, in der Ausführungsbeispiele dargestellt sind, näher beschrieben und erläutert

F i g. 1 zeigt das Prinzipschaltbild eines Ausführungsbeispiels; in

Fig.2 ist die Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 1 verdeutlicht; in

F i g. 3 ist das Prinzipschaltbild einer Anordnung zum Auswählen von Bildanteilen bestimmter Größe dargestellt;

F i g. 4 zeigt ein Impulsdiagramm der Schaltung nach Fig. 3.

In der Anordnung nach F i g. 1 wird das Ausgangssignal einer Kamera 1 in einem Verstärker 2 verstärkt und gegebenenfalls mit den Austast- und Synchronimpulsen versehen, einem Schalter 6 sowie einem Amplitudendiskriminator, bestehend aus den Schwellwertstufen 3 und 4 sowie einem die Ausgänge dieser Stufen verknüpfenden Gatter 5, welches den Schalter 6 betätigt, zugeführt. Der Umschalter 6 schließt ein Sichtgerät 8 an den Verstärker 2 an, wenn die Amplitude des Ausgangssignals des Verstärkers 2 zwischen den mit den Stufen 3 und 4 eingestellten Grenzwerten liegt. In der übrigen Zeit wird dem Sichtgerät 8 eine konstante Spannung zugeführt, die an einem Potentiometer 7 abeeeriffen wird und die gleich dem Schwarzwert, dem Weißwert oder einem dazwischenliegenden Wert sein kann. Dementsprechend ist in dieser Zeit das Bild des Sichtgerätes 8 schwarz, weiß oder grau.
An Hand der F i g. 2 wird im folgenden die Funktion der Anordnung nach F i g. 1 näher erläutert. In F i g. 2a ist das von der Kamera 1 aufzunehmende Gesamtbild dargestellt. In das Aufnahmefeld nach F i g. 2a sind sechs verschiedene Objekte eingezeichnet. Vier Objekte mit der einfachen Schraffur sollen einen mittleren Grauton angeben, und die beiden übrigen mit der Kreuzschraffur sollen einen dunklen Grauton als die genannten vier Objekte aufweisen. Das Umfeld sei hell. Der horizontale Pfeil bedeutet die Lage einer Abtastzeile in der Fernsehkamera. Das Videosignal dieser Fernsehzeile

is hat in dem Beispiel unter Vernachlässigung des Rauschens den in Fig.2b angedeuteten zeitlichen Verlauf der Spannung. Zu Beginn der Zeile erscheint der Zeilensynchronimpuls. Da das Umfeld hell ist, ist nach dem Austastimpuls der Pegel des Videosignals auf dem Weißwert. Wird das erste Objekt mit dem mittleren Grauton abgetastet, dann steigt der Signalwert wieder etwas an. Bei den dunkleren Objekten mit Kreuzschraffur wird der Signalpegel stärker verändert. Interessieren bei einer Untersuchung z. B. nur die dunklen kreuzschraffierten Objekte, so werden die Schwellwerte der Grenzwertstufen 3 und 4 so eingestellt, daß nur diejenigen Spannungspegel des Videosignals zwischen den beiden Schweliwerten liegen, welche den interessierenden Bildbestandteilen entsprechen, im gewählten Beispiel also den dunklen Objekten, zu deren Diskriminierung die Schwell werte S3 und 54 eingestellt sind. Die Lage dieser beiden Schwellwerte ist durch die gestrichelten Geraden, die parallel zu den Schwarzbzw. Weißwerten des Videosignals verlaufen, angedeutet. Die Schwellwerte können in an sich bekannter Weise, z. B. mit vorgespannten Dioden, eingestellt werden. Für die Schwellwertstufen 3 und 4 werden vorteilhaft sogenannte Schmitt-Trigger verwendet. Eine solche Schaltung gibt am Ausgang so lange eine Signalspannung ab, wie die Eingangsspannung einen bestimmten Schwellwert überschreitet. Um den Schwellwert zu ändern, kann man die Eingangsspannung über einen Spannungsteiler zuführen, an dessen Fußpunkt eine Gleichspannung angelegt ist.

Arbeiten die beiden Schmitt-Trigger rückwirkungsfrei, so sind keine Trennstufen erforderlich. Die beiden Schwellwerte können dann unabhängig voneinander verschieden eingestellt werden. Die Schaltung kann auch so ausgelegt werden, daß die Signalspannung an zwei Ausgängen gegenphasig erscheint. In der Anordnung nach F i g. 1 spricht bei dunklen Objekten zunächst keine der beiden Grenzwertstufen an. An den Eingängen des Gatters 5 liegt demgemäß »0«-Signal, und der Schalter 6 ist in der eingezeichneten Stellung.

Bei zunehmender Helligkeit der Objekte spricht zunächst die Grenzwertstufe 3 an, so daß an ihrem Ausgang »1 «-Signal erscheint, ebenso am Ausgang des Gatters 5, und der Schalter 6 wird umgeschaltet. Übersteigt die Amplitude des Videosignals der hellen Objekte auch den Schwellwert der Stufe 4, dann liegt an beiden Eingängen des Gatters 5 »1 «-Signal, so daß es »0«-Signal abgibt und der Schalter wieder in die eingezeichnete Stellung gebracht wird.

in der Zeit, in welcher der Schalter 6 das Videosigna!

des Verstärkers 2 zum Sichtgerät 8 durchschaltet, wird das von der Kamera 1 aufgenommene Fernsehbild grautonwertrichtig wiedergegeben. Je nach Stellung des Potentiometers 7 wird das Umfeld der grautonwertrich-

tig wiedergegebenen Bildanteile schwarz-, weiß- oder hellgetastet. Die F i g. 2c zeigt das Ausgangssignal des · Schalters 6 für den Fall, daß das Umfeld schwarzgetastet ist. Man erhält dann auf dem Schirm des Sichtgerätes 8 etwa das in Fig.2e gezeigte Bild. Ist das Umfeld weißgetastet, dann hat das Ausgangssignal des Schalters 6 den in F i g. 2d dargestellten zeitlichen Verlauf, und auf dem Bildschirm erscheint das in Fig.2f gezeichnete Bild.

Mit dem Amplitudendiskriminator werden also Objekte nach ihrer Helligkeit aussortiert Es ist zwar denkbar, den Amplitudendiskriminator zu eichen und danach von vornherein bestimmte Objekte auszuwählen und darzustellen. Dies ist aber nur dann möglich, wenn die Anlage konstante Empfindlichkeit hat. Eine solche Konstanz der Empfindlichkeit ist nur schwierig zu erreichen, da die Beleuchtungsstärke, die Empfindlichkeit der Kamera und zahlreiche andere Größen schwanken. Es ist daher vorteilhafter, in dem Aufnahmebereich der Kamera 1 einen Graukeil 9 anzubringen. Im Ausführungsbeispiel ist dieser Graukeil verschiebbar und wird so lange verschoben, bis der der Einstellung des Diskriminators entsprechende Grauwert im Aufnahmebereich der Kamera erscheint und auf dem Sichtgerät wiedergegeben wird. Wird der Graukeil so verschoben, daß der wiedergegebene Graubereich auf eine bestimmte Stelle der Zeile, z. B. die Zeilenmittel, fällt, so kann an der Stellung einer auf dem Graukeil angebrachten Teilung 10 gegenüber einer ortsfesten Marke die Stellung des Graukeils und damit der wiedergegebene Grauwert abgelesen werden. Die Breite des wiedergegebenen Teils des Graukeils entspricht dem Abstand der Schwellwerte der Grenzwertstufen 3 und 4 bzw. der Breite des Diskriminatorfensters. Ist das Aufnahmefeld der Kamera so groß, daß der gesamte Graukeil in ihm liegt, dann braucht der Graukeil nicht verschiebbar zu sein, und es können unmittelbar auf dem Fernsehschirm der wiedergegebene Grauwert und die Größe des Diskriminatorfensters abgelesen werden. Ein solcher Graukeil kann auch elektronisch eingeblendet werden.

In diesem Falle können Änderungen der Empfindlichkeit der Anlage Fehler der Anzeige des wiedergegebenen Grauwertes und der Größe des Diskriminatorfensters zur Folge haben.

Mit der bisher beschriebenen Anordnung können die Objekte lediglich nach ihrer Helligkeit ausgewählt werden. Häufig soll aber bei der Auswertung auch ihre Größe und ihre Verteilung berücksichtigt werden können. Hierzu kann die Anordnung nach Fig.3 verwendet werden. Mit 3 und 4 sind wieder die beiden Grenzwertstufen bezeichnet, denen das Kamerasignal zugeführt wird. An die beiden Grenzwertstufen sind zwei Gatter 5 und 5' angeschlossen, die gegenphasige Signale erzeugen und zwei Verzögerungsstufen 11 und 12 ansteuern, von denen die eine, 11, die Vordcrflanke des Ausgangsimpulses der Diskriminatorstufe und die andere, 12, die Rückflanke verzögert. Die beiden Verzögerungsstufen 11 und 12 steuern einen Schalter für das Ausgangssignal des Amplitudendiskriminators an. Im vorliegenden Fall ist der Schalter eine bistabile Kippstufe BK, die von dem Ausgangssignal des Amplitudendiskriminators vorbereitet wird und deren dynamische Eingänge an die Verzögerungsstufen 11 und 12 angeschlossen sind. Zweckmäßig ist die Verzögerungszeit der Verzögerungsglieder veränderbar. Mit einer solchen Schaltung können zur Darstellung und Auswertung Objekte ausgewählt werden, die in Zeilenrichtung eine Mindestgröße aufweisen. Auch ist es möglich, mit Hilfe dieser Anordnung sogenannte Ballungszählungen durchzuführen.

An Hand der in F i g. 4 dargestellten Impulsdiagramme werden im folgenden drei verschiedene Betriebszustände näher beschrieben. Die mit kleinen Buchstaben bezeichneten Impulsdiagramme sind an den Stellen der Anordnung nach Fig.3 abgenommen, die mit den umkreisten kleinen Buchstaben bezeichnet sind. Somit ίο ist mit a eine Impulsfolge des Amplitudendiskriminators bezeichnet In dem ersten Betriebszustand sei lediglich die Vorderflanke der im Diagramm a dargestellten Impulse verzögert, die Rückflanke dagegen nicht. Die Verzögerungszeit ist mit VZi bezeichnet und ist im Diagramm b 1 eingetragen. Sie ist größer als die Länge des ersten Impulses des Diagramms a, d. h., da die Rückflankc nicht verzögert wird, trifft der erste Ausgangsimpuls der Verzögerungsstufe 11 erst dann bei der bistabilen Kippstufe BK ein, wenn der erste Vorbereitungsimpuls des Diagramms a bereits abgeklungen ist Die Kippstufe BK kann daher nicht umgeschaltet werden. Der erste Impuls des Diagramms a wird unterdrückt. Anders ist es dagegen beim zweiten und dritten Impuls, deren Länge größer als die Verzögerungszeit VZ 1 ist Dort ist beim Eintreffen des verzögerten Impulses die Kippstufe BK noch vorbereitet und schaltet daher um. Beim Eintreffen des unverzögerten Ausgangsimpulses der Stufe 12 wird sie wieder zurückgeschaltet Im Diagramm dt ist das Ausgangsimpulsdiagramm in der Kippstufe BK gezeigt. In diesem Betriebszustand werden also Impulse, deren Dauer kürzer als die Verzögerungszeit ist, unterdrückt. Die anderen Impulse werden mit veränderter Größe wiedergegeben.

Im zweiten Betriebszustand wird die Vorderflanke des Ausgangssignals des Diskriminators nicht verzögert, dagegen die Rückflanke um die im Diagramm el veranschaulichte Verzögerungszeit VZ2. Mit der Vorderflanke des ersten Impulses des Diagramms a wird die Kippstufe BK umgeschaltet, wie im Diagramm d2 dargestellt ist Nach dem Ende des Impulses und nach Ablauf der Verzögerungszeit VZ 2 wird die Kippstufe BK wieder zurückgesetzt Mit Beginn des zweiten Impulses wird sie wieder umgeschaltet Sie wird aber von dem zweiten Impuls nicht zurückgesetzt, da die Verzögerungszeit VZ 2 größer ist als der Abstand zwischen dem zweiten und dritten Impuls des Diagramms a. Es werden also viele kleine Teilchen, die nahe beieinanderliegen, als ein großes Teilchen dargestellt; man spricht in diesem Falle von Ballungszählung. Auch in diesem Falle entspricht die dargestellte Fläche nicht der tatsächlich ausgewerteten.

Verzögert man aber, wie es in den Diagrammen b 3 c 3 und dZ dargestellt ist, beide Flanken det Ausgangsimpulse des Diskriminators um den gleicher Betrag VZ3, so werden kleinere Teilchen unterdrück) und die größeren mit etwa ihrem Flächeninhal wiedergegeben. Denn die von den kleineren Teilcher herrührenden Impulse, die eine Dauer haben, die kleinei als die Verzögerungszeit ist, bringen, wie obei beschrieben, die bistabile Kippstufe nicht zum Anspre chen. Von den Impulsen der größeren Teilchen, derei Dauer größer als die Verzögerungszeit ist, wird sowoh die Vorder- als auch die Rückflanke um die gleiche Zei verzögert Die so gebildeten Impulse haben dieselb Dauer wie die Ausgangsimpulse des Diskriminators, si sind jedoch um die Verzögerungszeit phasenverschc ben.

Die bistabile Kippstufe BK kann unmittelbar das Sichtgerät 8 ansteuern, es ist aber auch möglich, daß sie den Schalter 6 betätigt, über den zur grautonwertrichtigen Wiedergabe der ausgewählten Bildteile das Videosignal geleitet wird. Auch kann die bistabile Kippstufe BK durch andere bekannte Schalter, die eine ähnliche Funktion haben, ersetzt werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Anordnung zum Auswerten eines \on einer Fernsehkamera aufgenommenen Bildes hinsichtlich der Grauwerte der Bildbestandteile und zum Darstellen der ausgewerteten Bildbestandteile auf dem Schirm eines Fernsehsichtgerätes mit einem zwei einstellbare Spannungspegel aufweisenden Amplitudendiskriminator, dem das Ausgangsvideosignal der Fernsehkamera zugeführt ist und der das dem Sichtgerät zugeführte Videosignal beeinflußt, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektronischer Umschalter (6) vorgesehen ist, dem einerseits das Ausgangsvideosignal der Kamera und andererseits eine konstante Spannung einstellbarer Höhe zugeführt und an den das Sichtgerät (8) angeschlossen ist, und daß dieser Umschalter vom Ausgangssignal des Amplitudendiskriminators so betätigt ist, daß die den außerhalb der auszuwertenden Bildbestandteile liegenden Anteilen des Gesamtbildes entsprechenden Videosignale durch die konstante Spannung ersetzt sind und auf dem Bildschirm nur die auszuwertenden Bildbestandteile wiedergegeben werden, deren Videosignalamplituden innerhalb des Amplitudenbereiches liegen, auf den der Amplitudendiskriminator (3,4,5) eingestellt ist

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die konstante Spanung zwischen dem Schwarz- und dem Weißwert des Videosignals liegt.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Aufnahmefeld der Kamera (t) ein Graukeil (9) vorgesehen ist, mittels dessen der Grauweri der ausgewerteten Bildanteile meßbar ist.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in das von der Kamera erzeugte Videosignal das Videosignal eines Graukeils eingetastet ist, mittels dessen der Grauwert der ausgewerteten Bildanteile meßbar ist.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Amplitudendiskriminator (3,4,5,5') Verzögerungsstufen (11,12) für die Vorder- und/oder Rückflanken des Ausgangssignals des Amplitudendiskriminators angeschlossen sind, die das Ausgangssignal des Diskriminators zur Weiterverarbeitung durchschalten.