Verfahren zum Abschätzen der Grösse eines Objektes durch Betrachten desselben mittels einer Fernsehkamera
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, welches bei normalen Fernsehkameras und Fernseheinrichtungen zur Bestimmung der Massgrösse eines beliebigen stationären oder bewegten Gegenstandes, der in das Lichtfeld einer Fernsehkamera genommen wird, Verwendung finden kann.
Die Erfindung ermöglicht die schätzungsweise und fortlaufende Bestimmung einer Dimension eines Gegenstandes, der durch eine Fernsehkamera betrachtet wird, und die Aufzeichnung des so bestimmten Wertes.
Das Verfahren nach dieser Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass aus der einem Bild entsprechenden Signalfolge ein Zeilensignal herausgegriffen wird, welches herausgezogene Signal einen Impulszählkreis anspeist, in dem die Anzahl der hochfrequenten Impulse gezählt werden, die in jenem Zeitraum auftreten, den der Abtaststrahl zur Abtastung des Objektbildes beansprucht, und wobei die Anzahl Impulse ein Mass für die Dimension des betrachteten Objektes in der Richtung der Zeilenabtastung ergibt.
Eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens umfasst einen Impulszählkreis, welcher vorzugsweise mit ziffernmässiger Anzeige des Zählergebnisses ausgerüstet ist. Gewünschtenfalls kann die Anzeige in üblichen Masseinheiten erfolgen.
In einer Ausführungsform der Erfindung werden die zu zählenden Impulse direkt von der hochfrequenten Trägerwelle abgenommen.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Impulszählkreis so eingerichtet, dass die gezählten Impulse durch einen separaten Impulsgenerator erzeugt und diese über denselben Zeitraum, wie er für die Abtastung eines Zeilenausschnittes des Objektbildes benötigt wird, erfasst werden.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung soll nunmehr mit Bezug auf die beiliegende Zeichnung beispielsweise beschrieben werden. In der Zeichnung veranschaulichen:
Fig. 1 und 2 schematische Schaltungen der Anordnungen für die Durchführung des Verfahrens auf drei verschiedenen Wegen gemäss der Erfindung und
Fig. 3, 4, 5 und 6 verschiedene Signalfolgen, wie sie in den Anordnungen nach Fig. 1 auftreten.
In jeder der Anordnungen nach den Fig. 1 und 2 ist eine Fernsehkamera 1 so gerichtet, dass sie einen Gegenstand 2 erfasst, der nach Annahme zylindrisch sein mag. In jedem dieser Beispiele ist ein Gegenstand gezeigt, der sich in Richtung seiner Längsachse über das Sichtfeld der Fernsehkamera 1 hinauserstreckt, obwohl dies nicht in allen Fällen so sein muss. Das Ausgangssignal der Fernsehkamera 1 wird einem normalen Fernsehempfänger 3 zugeführt, in dem ein Bild der von der Fernsehkamera betrachteten Szene dargestellt wird.
Wenn der Gegenstand 2 vor die Kamera 1 ge langt, tastet die Fernsehkamera sowohl den Hintergrund wie den Gegenstand innerhalb ihres Sichtfeldes ab. Wenn der Hintergrund praktisch schwarz und der Gegenstand 2 einheitlich beleuchtet ist, wird zumindest angenähert ein Ausgangssignal aus der Fernsehkamera erhalten, wie es in Fig. 3 veranschaulicht ist, wobei die Signalfolge, wenn man die Synchronisierimpulse 10 ausser acht lässt, nur zwei Pegel besitzt, von denen sich der eine Pegel 11 des Signals aus dem Abtasten des beleuchteten Gegenstandes und der andere Pegel 12 aus dem Abtasten des Hintergrundes ergibt. Der Stromkreis der Fernsehkamera ist so eingestellt, dass der Pegel 12 bei normal Dunkel liegt, d. h. bei einem Pegel von 30%, und der Pegel 11 bei normal Weiss liegt, d. h. bei einem Pegel von 100 %.
Nach Fig. 1 liegt der Gegenstand 2 so, dass die Richtung, in der die Dimension des Gegenstandes erfasst werden soll, parallel liegt zur Richtung der Abtastzeile der Fernsehkamera 1. Das Ausgangssignal der Fernsehkamera 1 wird zu einem Torkreis 4 geführt, der einen Impulsformverstärker umfasst. Der Torkreis 4 wird von der Kamera 1 über einen variablen Verzögerungskreis 8 mit Horizontal- und Vertikal-Synchronisierimpulsen gespeist. Der veränderliche Verzögerungskreis 8 im Kreise für den Zeilen-Synchronisierimpuls ermöglicht die Auswahl einer beliebigen Abtastzeile eines ganzen Abtastfeldes. Der Vertikal-Synchronisierimpuls bewirkt die Rückführung des Torkreises 4 (und damit das ganze System), so dass der ausgewählte Zeilen-Synchronisierimpuls, der dann empfangen wird, das Tor öffnet, und der nächste es schliesst.
In diesem Zustand bleibt es, bis es durch den nächsten Vertikalsynchronisierimpuls wieder rückgeführt wird.
Die dem Fernsehempfänger 3 zugeführte Signalfolge kann die in Fig. 4 gezeigte Form besitzen, wobei das Signal eine Abtastzeile enthält, die unterdrückt wird, so dass auf dem Bildschirm eine schwarze Linie 9 erscheint, die die wirkliche Lage der Linie am Gegenstand angibt, bei der die Dimension bestimmt wurde. Das Tor ist für einen Zeitintervall offen, der der Zeitdauer der Abtastung einer Zeile entspricht, und das Eingangssignal von der Fernsehkamera 1 (Fig. 5) zum Torkreis 4 wird durch den Torkreis 4 zu einem zweiten Torkreis 5 hindurchgelassen. Das Eingangssignal bewirkt am Torkreis 5, dass er nur öffnet, wenn das Signal sich auf dem Pegel von Weiss befindet, d. h. bei einem Pegel von 100%. Eine dauernde Impulsfolge wird von dem Impulsgenerator 6 dem Torkreis 5 zugeführt, und der Ausgang von diesem Torkreis (Fig. 6) wird einer Zähleinheit 7 zugeleitet.
Für den Zeitintervall der Abtastung einer einzigen Zeile, während welcher Zeit das Zeilensignal einen Pegel von 100% besitzt, und nur für diesen Zeitintervall, liefert der Torkreis 5 den Ausgang des Impulsgenerators 6 zum Zählkreis.
Bei Erzeugung von 10 Megahertz pro Sekunde durch den Impulsgenerator 6 und einer Abtastzeit für eine einzige Zeile von 100 Mikrosekunden, d. h. mit 405 Zeilen und 25 Teilbildern pro Sekunde, werden 1000 Impulse erzeugt, um die volle Breite des Sichtfeldes der Kamera darzustellen. Der Abstand zwischen dem Gegenstand und der Fernsehkamera ist so eingestellt, dass das Zeitintervall zwischen den einzelnen Impulsen vom Impulsgenerator die Abtastung von 0,1 mm darstellt. Das ergibt für 1000 Impulse eine volle Breite des Sichtfeldes der Kamera von 100 mm, so dass Gegenstände bis zu dieser Grösse gemessen werden können. Natürlich kann die Zahl der Frequenz und die Zeit für die Abtastung einer Zeile geändert werden, um einen beliebigen Grad von Genauigkeit zu erreichen.
Bei der zweiten Anordnung nach Fig. 2 wird die Abtastung einer einzigen Zeile in der beschriebenen Weise mittels des ersten Torkreises 4 aus der Fernsehkamera 1 herausgeführt, wird aber jetzt direkt einer Zählschaltung 7 zugeführt, die die Hochfrequenzimpulse, die das Signal bilden, zählt. Mit einem Hochfrequenzsignal von 50 Megahertz pro Sekunde und einer Abtastfrequenz entsprechend 405 Zeilen und 25 Teilbildern werden 5000 Hochfrequenzimpulse in den 100 Mikrosekunden jeder Zeile einer ganzzeiligen Abtastung erzeugt. In der Praxis werden gewisse Impulse für die Zeilensyn chronisation verwendet, doch wurde das bei dieser allgemeinen Erklärung ausser acht gelassen.
5000 Hochfrequenzimpulse stellen also eine Abtastung einer vollen Zeile oder der ganzen Breite des Sichtfeldes der Fernsehkamera dar. Wenn der Gegenstand im Sichtfeld der Fernsehkamera liegt, dann werden Impulse für die Zeitperiode der Abtastung einer Zeile auf den Zählkreis übertragen, wenn der Gegenstand selber abgetastet wird; doch werden keine Impulse übertragen, wenn der Hintergrund abgetastet wird. Wenn der Gegenstand das ganze Sichtfeld der Fernsehkamera ausfüllt, werden in jeder Abtastzeile 5000 Impulse gezählt, und wenn kein Gegenstand im Sichtfeld der Fernsehkamera liegt, werden keine Impulse übertragen. Die Anzahl der Impulse, die in einer einzigen Abtastzeile gezählt wird, gibt in klarer Weise die Dimension des betrachteten Gegenstandes in der Abtastrichtung der Zeile an.
In der Praxis wird der Abstand zwischen dem Gegenstand 2 und der Fernsehkamera 1 so eingestellt, dass jeder radiofrequente Impuls eine bekannte Dimension darstellt. Im vorliegenden Falle entspricht einem Impuls ein Mass von 0,02 mm.
Das ganze Sichtfeld der Fernsehkamera beträgt
100 mm, so dass Gegenstände bis zu diesem Ausmass in Stufen von 0,02 mm gemessen werden können. Der Abstand zwischen Fernsehkamera 1 und betrachtetem Gegenstand 2 kann innerhalb gewisser Grenzen so geändert werden, dass ein Sichtfeld beliebiger Grösse erreicht und ein Gegenstand beliebiger Grösse gemessen werden kann.
Nach der vorliegenden Erfindung wird die rasehe und fortlaufende Bestimmung der Grösse von stationären und bewegten Gegenständen möglich. Die Schnelligkeit und Genauigkeit, mit der diese Messungen durchgeführt werden können, hängen von dem Bild der Fernsehkamera ab und die Frequenz der Impulse, die dem Zählkreis 7 zugeführt werden, und der optische Abstand der Fernsehkamera von dem Gegenstand ab.
Das erfindungsgemässe Verfahren kann dort verwendet werden, wo die Umstände die Anwendung anderer Messverfahren schwierig machen, z. B. an Stellen, die ausserordentlich heiss oder kalt sind oder in Zonen, die eine hohe Gefahr wegen starker Strahlung bieten.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist nicht auf eine Fernsehanlage mit geschlossenem Stromkreis beschränkt und die Ausgangsgrössen der Fernsehkamera 1 können auf einen Empfänger 3 mit den zugehörigen Schaltkreisen auch auf Distanz übertragen werden.
Die Messung kann an mehr als einem Punkt des Gegenstandes gemacht werden, indem Torkreise angeordnet werden, die mehr als einen Zählkreis speisen. Es kann demnach zwischen zwei und mehr Dimensionen des Gegenstandes ein Vergleich gezogen werden. Eine beliebige Messung kann mit einem eingestellten Wert verglichen werden, und das sich ergebende Abweichungssignal (Fehlersignal) zum Zwecke von Steuerungs- oder Regelungsmassnahmen benutzt werden.
Bisher war vorausgesetzt worden, dass sichtbares Licht verwendet wird. Doch können auch infrarote und ultraviolette Strahlen in der Anlage verwendet werden, wenn die Mosaikelektrode für diese Strahlen empfindlich ist.