DE3620261A1 - Verfahren zur ueberlagerung unterschiedlicher bilder - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbe­ griff des Anspruchs 1.

Ein Verfahren dieser Art dient der Darstellung von Ver­ änderungen zwischen zwei oder mehreren Bildern, wobei stets ein Referenzbild vorliegt, mit dem ein Aktual­ bild hinsichtlich seiner Helligkeitsänderungen bezüg­ lich des Referenzbildes verglichen werden soll. Mit Re­ ferenzbild wird hier jedes Bild bezeichnet, das zu einem veränderten Aktualbild als Ausgangsbild oder Muster in Bezug gesetzt werden soll. Ein Aktualbild ist dann ein gegenüber diesem Referenzbild verändertes oder in Aus­ nahmefällen auch unverändertes Bild, das entweder einen zeitlich sich ändernden Vorgang in einem späteren Zeit­ punkt oder eine gegenüber einem Muster veränderte oder fehlerhafte Ausführungsform wiedergibt. In besonderen Fällen kann es auch erforderlich sein, gleichzeitig mehr als ein Aktualbild mit dem Referenzbild zu ver­ gleichen. In zahlreichen technischen, wissenschaftli­ chen und medizinischen Fragestellungen tritt das Erfor­ dernis auf, in dieser Weise Abweichungen zwischen zwei Bildern zu markieren. Beispiele hierfür sind die Quali­ tätskontrolle in der Fertigung von Werkstücken, die bildhafte Kontrastmitteldarstellung von Blutgefäßen in der Medizin, Überwachungs-Fernsehanlagen für den Objektschutz, Luftüberwachung und Fernerkundung, relative Sternbewegungen in der Astronomie.

Die mit beliebigen Aufnahmetechniken erzeugten und ggf. durch ebenfalls beliebige Übertragungstechniken an den Ort der beabsichtigten Überlagerung angeliefer­ ten Bilder liegen meist als Schwarz-Weiß-Bilder vor. Es ist bekannt, mit fotografischen, analogen oder digitalen elektronischen Verfahren eine lineare oder nichtlineare, insbesondere logarithmische Subtraktion der Bilder durchzuführen und sodann die Differenzbilder bildhaft darzustellen und ggf. zu speichern. Aus dem Artikel von R. Brennecke et al "Computerized Enhance­ ment Techniques for Echocardiographic Sector Scans", Proc. Computers in Cardiology 1981, IEEE Comp. Soc., Long Beach, S. 7-11, ist bereits ein Verfahren der ein­ gangs genannten Art bekannt, wobei das Differenzbild auf einen Farbkanal und das Referenzbild auf einen anderen Farbkanal eines Farbmonitors gegeben und auf dem Monitor überlagert werden. Damit wird eine simul­ tane, aber durch die Farbe bzw. Mischfarbe differen­ zierte Darstellung von Referenzbild und Differenzbild erreicht. Für manche Anwendungen kann diese unterschied­ lich farbige Darstellung zu brauchbaren Ergebnissen führen. In vielen Fällen sind jedoch sehr feine und schwer erkennbare Unterschiede vorhanden, von denen nicht leicht zu entscheiden ist, ob sie in dem beobach­ teten Zusammenhang als relevant oder irrelevant ange­ sehen werden müssen.

Durch die Erfindung soll ein Verfahren dieser Art so verbessert werden, daß auch geringfügige Helligkeits­ änderungen gut beobachtbar sind und ihre Relevanz besser festgestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Durch die Darstellung eines der Ausgangsbilder, nämlich des Referenzbildes oder auch des Aktualbildes in dem dem Beobachter vertrauten Schwarz-Weiß wird eine bessere Übersichtlichkeit und Zuordnungsmöglichkeit der Ab­ weichungen des Differenzbildes erreicht. Schwarz-Weiß- Bilder lassen allgemein eine bessere Intensitäts-Diffe­ renzierung zu als monochrome Farbbilder, wie sie bei dem bekannten Verfahren verwendet werden. Die Unter­ schiede des farbigen Differenzbildes heben sich auf diesem Schwarz-Weiß-Untergrund besonders deutlich ab. Im Einzelfall kann es, insbesondere bei größeren Ab­ weichungen zwischen Referenzbild und Aktualbild, auch zweckmäßig sein, das Differenzbild in Schwarz-Weiß und das damit überlagerte Referenzbild oder Aktualbild farbig darzustellen.

In besonderen Anwendungsfällen, insbesondere bei sich schnell verändernden Verhältnissen, kann es auch zweck­ mäßig sein, Aktualbilder in kurzen Zeitabständen auf­ zunehmen und jeweils das Aktualbild der vorangehenden Aufnahme als Referenzbild der nächsten Aufnahme zu ver­ wenden. Mit elektronischer Speicherung der Bilder ist dies ohne weiteres realisierbar.

Zweckmäßigerweise können gemäß Anspruch 2 die Bilder auf einem Farbmonitor oder auf einer Farbfotografie, ggf. durch Mehrfachbelichtung, überlagert werden. Die auf dem Farbmonitor überlagerten Bilder können natür­ lich ihrerseits wieder elektronisch gespeichert oder ebenfalls durch Farbfotografie dokumentiert und einer weiteren Verwendung zugeführt werden. Die Darstellung von Schwarz-Weiß-Bildern kann auf dem Farbmonitor durch Zuführung zu allen drei Farbkanälen (RGB) bzw. bei einer Farbfotografie durch Mehrfachbelichtung mit sich zu einer Schwarz-Weiß-Fotografie ergänzenden Farben erzeugt werden.

Insbesondere wird darauf hingewiesen, daß in der vor­ liegenden Beschreibung mit der Bezeichnung "Bild" alles erfaßt werden soll, was als vollständiges oder als Teil-Bild in Form von Licht bzw. optischen oder analogen oder digitalen elektronischen Bildsignalen vorliegt. Mit "Bild" wird aber auch die optische Fixierung der Licht- oder Bildsignalinformation bezeichnet. Es handelt sich bei dieser Bezeichnung also stets um einen Informations­ gehalt, der jeweils in unterschiedlicher Weise technisch verwirklicht ist.

Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung kann gemäß Anspruch 3 zunächst das Differenzbild aus Refe­ renzbild und Aktualbild erzeugt und dann dieses mit dem Referenzbild oder Aktualbild überlagert werden. Dabei ergibt sich die Möglichkeit, gemäß Anspruch 4 das erzeugte Differenzbild vor der Überlagerung noch besonders zu verstärken, damit der Kontrast zu dem überlagerten Referenzbild oder Aktualbild verstärkt wird. Sowohl die Erzeugung des Differenzbildes als auch die Verstärkung lassen sich zweckmäßigerweise auf elektronischem Wege durchführen, wobei die Bilder zu­ nächst in die Form von elektronischen Bildsignalen um­ gewandelt und zur Erzeugung des Differenzbildes auf eine Subtraktionsschaltung gegeben und anschließend verstärkt werden. Wenn sodann Referenzbild oder Aktual­ bild und Differenzbild in geeigneter Weise auf die ver­ schiedenen Farbkanäle RGB eines Farbmonitors gegeben werden, kann man erreichen, daß entweder das Referenz­ bild bzw. Aktualbild schwarz-weiß in einer Farbe bzw. Mischfarbe erscheint oder umgekehrt.

Ohne vorherige Erzeugung eines Differenzbildes kann bei einer vorteilhaften Ausführungsform gemäß An­ spruch 5 so vorgegangen werden, daß Referenzbild oder Aktualbild jeweils auf zwei der drei Farbkanäle eines Farbmonitors und das Aktualbild bzw. Referenzbild auf den dritten Farbkanal gegeben wird oder umgekehrt. Da­ durch erscheinen die Bilder auf besonders einfache Weise im Kontrast zwischen Schwarz-Weiß und der einem Farbkanal entsprechenden Farbe.

Bei vorheriger Differenzbilderzeugung kann auch das Referenzbild zusammen mit dem verstärkten oder nicht verstärkten Differenzbild zusammen auf den dritten Farbkanal gegeben werden. Dadurch erscheinen die Ab­ weichungen des Differenzbildes in der Farbe des drit­ ten Farbkanals verstärkt.

Bei einer weiteren zweckmäßigen Ausführungsform gemäß Anspruch 6 kann auch mit einem einfachen Schwarz-Weiß- Monitor statt eines Farbmonitors gearbeitet werden. Hier­ bei ist es lediglich erforderlich, daß die einzelnen Bilder mehrfach auf dem Schwarz-Weiß-Monitor erzeugt und jeweils mittels eines unterschiedlichen Farbfilters und Mehrfachbelichtung auf einer Farbfotografie darge­ stellt werden. Die verwendeten Farbfilter müssen zu­ sammen wiederum ein Schwarz-Weiß-Bild ergeben, während die Abweichungen farbig erscheinen. Das ganze kann natürlich auch hier umgekehrt werden, so daß die Ab­ weichungen in Schwarz-Weiß und das Grundbild in Farbe erscheint.

Statt dessen können die Bilder auch ohne jede Verwen­ dung eines Monitors auf rein optischem Wege gemäß An­ spruch 7 nacheinander über unterschiedliche Farbfilter oder unter Verwendung jeweils unterschiedlicher farbi­ ger Lichtquellen und ebenfalls mittels Mehrfachbelich­ tung auf einer Farbfotografie dargestellt werden, wobei die verwendeten Farbfilter bzw. Lichtquellen zusammen wieder ein Schwarz-Weiß-Bild ergeben müssen.

Falls zwei oder mehrere Aktualbilder mit einem gemein­ samen Referenzbild verglichen werden sollen, kann gemäß Anspruch 8 in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung so vorge­ gangen werden, daß die jeweiligen Differenzbilder in zwei unterschiedlichen Farben oder aber, wenn das Re­ ferenzbild selbst in einer Farbe dargestellt wird, in Schwarz-Weiß und einer von der Farbe des Referenzbildes unterschiedlichen Farbe dargestellt werden.

Ebenso können in Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 9 positive und negative Helligkeitsabweichun­ gen des Aktualbildes gegenüber dem Referenzbild in unterschiedlichen Farben bzw. in Schwarz-Weiß und einer von der Farbe des Referenzbildes unterschiedlichen Farbe dargestellt werden. Alle diese Ausführungsformen lassen sich mit elektronischen Geräten und unter Ver­ wendung eines Farbmonitors besonders gut verwirklichen.

Aus den obigen Ausführungen geht hervor, daß es zahl­ reiche Verwirklichungsmöglichkeiten für die Lehre der vorliegenden Erfindung gibt. Anhand der Figuren sollen nur drei dieser Ausführungsmöglichkeiten als Ausfüh­ rungsbeispiele näher geschildert werden. Sämtliche Figuren zeigen schematische Darstellungen der wichtig­ sten Verfahrensschritte gemäß der Erfindung. Es zeigt

Fig. 1 ein einfaches Verfahren unter Verwendung eines Farbmonitors ohne Erzeugung eines Differenz­ bildes vor der Überlagerung,

Fig. 2 ein ebenfalls mit Farbmonitor arbeitendes Verfahren, bei welchem vor der Überlagerung ein Differenzbild erzeugt und verstärkt wird, und

Fig. 3 ein rein digital arbeitendes Überlagerungs­ verfahren, ebenfalls unter Verwendung eines Farbmonitors.

Gemäß Fig. 1 wird das in beliebiger Weise aufgenommene Referenzbild in einer Schaltung 10 und das Aktualbild in einer gleichartigen Schaltung 12 in elektronische Bildsignale umgewandelt. Das Referenzsignal wird über eine Leitung 14 auf den Rot-Kanal R und den Grün-Kanal G eines Farbmonitors 16 gegeben. Gleichzeitig wird das Aktualbild über eine Leitung 18 auf den Blau-Kanal B des Farbmonitors 16 gegeben, so daß auf dessen Bild­ schirm alle unveränderten Teile des Referenzbildes durch Überlagerung der drei Farbkanäle schwarz-weiß erscheinen, während die abweichenden Teile des Aktual­ bildes, sofern es sich um Aufhellungen handelt, in blauer Tönung, und sofern es sich um Abdunklungen han­ delt, in der dazu komplementären Mischfarbe erscheinen. Bei vielen Anwendungen handelt es sich um Aufhellungen an Stellen, an denen das Referenzbild dunkel ist, so daß hier blaue Veränderungen mit sehr guter Kontrast­ wirkung zu dem schwarz-weißen Grundbild auftreten. Na­ türlich können die Abweichungen ebenso gut in Rot oder Grün dargestellt werden, indem das Aktualbild auf den Rot-Kanal oder Grün-Kanal gegeben wird.

Bei dem Verfahren gemäß Fig. 2 wird wiederum in einer Schaltung 10 das Referenzbild und in einer Schaltung 12 das Aktualbild in elektronische Bildsignale umge­ wandelt. Das Aktualbild wird über eine Leitung 14 auf den Rot-Kanal R des Farbmonitors 16 gegeben. Hier wird jedoch nun in einer Differenzschaltung 20 die Differenz der aus den Schaltungen 10 und 12 kommenden Signale ge­ bildet und auf einen Verstärker 22 gegeben. Das so er­ zeugte und linear oder nichtlinear verstärkte Differenz­ bild wird zusammen mit dem über eine Leitung 24 ankom­ menden Referenzbild auf eine invertierende Substraktions­ schaltung 26 gegeben, deren Ausgang über eine Leitung 28 mit dem Blau-Kanal B und dem Grünkanal G des Farbmoni­ tors 16 verbunden ist. Dies hat zur Folge, daß auf dem Bildschirm des Farbmonitors das Referenzbild in Schwarz- Weiß und die Abweichungen des verstärkten Differenzbil­ des in roter Tönung erscheinen.

Bei dem in Fig. 3 veranschaulichten rein digital arbei­ tenden Überlagerungsverfahren werden die ankommenden Bilder zunächst in einem Analog-Digital-Converter 30 digitalisiert und nacheinander auf unterschiedliche Ver­ zögerungs- bzw. Speicherschaltungen gegeben, wobei das Referenzbild in der Speicherschaltung 32 und das Aktual­ bild in der Speicherschaltung 34 auftritt. Über Lei­ tungen 36 bzw. 38 werden die Signale sodann auf eine digitale Tabelle (LOOK-UP TABLE) 40 gegeben. Die beiden Leitungen 36 und 38 können beispielsweise 6-Bit-Leitun­ gen sein, während die digitale Tabelle 40 einen 12-Bit- Eingang und einen 3x6-Bit-Ausgang aufweist. Über 6-Bit- Leitungen 42, 44, 46 werden sodann je nach Farbwunsch für das fertig überlagerte Bild auf dem Bildschirm des Farbmonitors 16 geeignete digitale Signale auf jeweils einen Digital-Analog-Converter 48, 50, 52 und über Lei­ tungen 54, 56, 58 in analoger Form auf die Farbkanäle R, G, B des Farbmonitors 16 gegeben. Mit dieser Ver­ fahrensweise lassen sich alle gewünschten Verstärkungen und Farbstellungen zwischen Referenzbild und Differenz­ bild jederzeit erzeugen. Selbstverständlich ist auch eine Verstärkung des Differenzbildes in beliebigem Aus­ maß möglich.

Es ist bei allen beschriebenen Überlagerungsakten ins­ besondere auch eine kontinuierliche Überwachung von Vorgängen möglich, und es kann jederzeit das Aktual­ bild einer vorhergehenden Aufnahme als Referenzbild der nachfolgenden Aufnahme verwendet werden.

Anstelle der hier stets angenommenen Codierung des Farbbildes in drei getrennte Signale (RGB) kann natür­ lich auch jede andere Codierung, z. B. GBAS-Codierung verwendet werden.

Natürlich können Referenz- und/oder Aktualbild zuvor zum Beispiel zur Rauschunterdrückung analog oder digi­ tal gefiltert werden.

Claims (9)

1. Verfahren zur Überlagerung eines Referenzbildes mit einem Aktualbild oder mit dem Differenzbild von Re­ ferenzbild und Aktualbild, wobei alle Bilder oder Teile derselben in Form von Licht- oder Bildsignalen vorliegen und optisch dargestellt werden, dadurch ge­ kennzeichnet, daß bei der Überlagerung unveränderte Bildbereiche schwarz-weiß, Bilddifferenzen dagegen farbig dargestellt werden oder umgekehrt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bilder auf einem Farbmonitor oder auf einer Farbfotografie überlagert werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Differenzbild vor der Überlage­ rung erzeugt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das erzeugte Differenzbild vor der Überlagerung verstärkt wird.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Referenzbild oder das Aktualbild auf zwei Farbkanäle eines Farbmoni­ tors und das Aktualbild bzw. Referenzbild und/oder ggf. das Differenzbild auf den dritten Farbkanal gegeben wird oder umgekehrt.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß nacheinander mindestens zweimal das Referenzbild und einmal das Aktualbild oder umge­ kehrt auf einem Schwarz-Weiß-Monitor erzeugt und durch je ein unterschiedliches Farbfilter mittels Mehrfachbelichtung auf einer Farbfotografie darge­ stellt werden, wobei alle verwendeten Farbfilter zusammen in identischen Bereichen von Referenzbild und Aktualbild ein Schwarz-Weiß-Bild ergeben.

7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß nacheinander mindestens zweimal das Referenzbild und einmal das Aktualbild oder umge­ kehrt jeweils schwarz-weiß optisch erzeugt und durch je ein unterschiedliches Farbfilter oder unter Verwendung jeweils unterschiedlicher farbiger Lichtquellen mittels Mehrfachbelichtung auf einer Farbfotografie dargestellt werden, wobei alle ver­ wendeten Farbfilter bzw. Lichtquellen zusammen ein Schwarz-Weiß-Bild ergeben.

8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenzbilder von mindestens zwei Aktualbildern mit einem gemein­ samen Referenzbild in unterschiedlichen Farben oder in Schwarz-Weiß und einer von der Farbe des Refe­ renzbildes unterschiedlichen Farbe dargestellt werden.

9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß positive und negative Helligkeitsabweichungen des Aktualbildes gegenüber dem Referenzbild in unterschiedlichen Farben bzw. in Schwarz-Weiß und einer von der Farbe des Referenz­ bildes unterschiedlichen Farbe dargestellt werden.