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.
Method of estimating the size of an object by viewing it with a television camera
The present invention relates to a method which can be used in normal television cameras and television equipment for determining the size of any stationary or moving object that is placed in the light field of a television camera.
The invention enables one dimension of an object viewed by a television camera to be estimated and continuously determined and the value so determined to be recorded.
The method according to this invention is characterized in that a line signal is picked from the signal sequence corresponding to an image, which extracted signal feeds a pulse counting circuit in which the number of high-frequency pulses are counted that occur in the period that the scanning beam is used to scan the Object image claimed, and wherein the number of pulses gives a measure of the dimension of the object viewed in the direction of the line scan.
A device for carrying out the method comprises a pulse counting circuit, which is preferably equipped with a numerical display of the counting result. If desired, the display can be in customary units of measurement.
In one embodiment of the invention, the pulses to be counted are taken directly from the high-frequency carrier wave.
In a further embodiment of the invention, the pulse counting circuit is set up in such a way that the counted pulses are generated by a separate pulse generator and are recorded over the same period of time as is required for scanning a line section of the object image.
The method of the present invention will now be described with reference to the accompanying drawing, for example. In the drawing illustrate:
1 and 2 are schematic circuits of the arrangements for carrying out the method in three different ways according to the invention and
3, 4, 5 and 6 different signal sequences as they occur in the arrangements according to FIG.
In each of the arrangements of FIGS. 1 and 2, a television camera 1 is directed to capture an object 2 which, upon assumption, may be cylindrical. In each of these examples, an object is shown which extends in the direction of its longitudinal axis beyond the field of view of the television camera 1, although this need not be the case in all cases. The output signal of the television camera 1 is fed to a normal television receiver 3, in which an image of the scene viewed by the television camera is displayed.
When the object 2 reaches in front of the camera 1, the television camera scans both the background and the object within its field of view. If the background is practically black and the object 2 is uniformly illuminated, at least approximately an output signal is obtained from the television camera, as is illustrated in FIG. 3, the signal sequence, if one disregards the synchronization pulses 10, has only two levels, of which one level 11 of the signal results from the scanning of the illuminated object and the other level 12 from the scanning of the background. The television camera's circuit is set so that level 12 is normal dark; H. at a level of 30%, and the level 11 is normal white, i.e. H. at a level of 100%.
According to FIG. 1, the object 2 lies in such a way that the direction in which the dimension of the object is to be detected is parallel to the direction of the scanning line of the television camera 1. The output signal of the television camera 1 is fed to a gate circuit 4 which comprises a pulse shape amplifier . The gate circuit 4 is fed by the camera 1 via a variable delay circuit 8 with horizontal and vertical synchronization pulses. The variable delay circuit 8 in the circle for the line synchronization pulse enables the selection of any scan line of an entire scan field. The vertical synchronizing pulse causes the gate circuit 4 (and thus the whole system) to be fed back, so that the selected line synchronizing pulse, which is then received, opens the gate and the next one closes it.
It remains in this state until it is returned by the next vertical synchronization pulse.
The signal sequence fed to the television receiver 3 can have the form shown in FIG. 4, the signal containing a scanning line which is suppressed so that a black line 9 appears on the screen which indicates the real position of the line on the object at which the dimension was determined. The gate is open for a time interval which corresponds to the time duration of the scanning of a line, and the input signal from the television camera 1 (FIG. 5) to the gate circuit 4 is allowed through the gate circuit 4 to a second gate circuit 5. The input signal causes gate circuit 5 to open only when the signal is at the level of white, i.e. H. at a level of 100%. A continuous pulse train is fed from the pulse generator 6 to the gate circuit 5, and the output from this gate circuit (FIG. 6) is fed to a counting unit 7.
For the time interval of the scanning of a single line, during which time the line signal has a level of 100%, and only for this time interval, the gate circuit 5 supplies the output of the pulse generator 6 to the counting circuit.
With the generation of 10 megahertz per second by the pulse generator 6 and a sampling time for a single line of 100 microseconds, i.e. H. with 405 lines and 25 frames per second, 1000 pulses are generated to display the full width of the camera's field of view. The distance between the object and the television camera is set so that the time interval between each pulse from the pulse generator represents the scan of 0.1 mm. For 1000 pulses this results in a full width of the camera's field of view of 100 mm, so that objects up to this size can be measured. Of course, the number of frequencies and the time a line is scanned can be changed to achieve any degree of accuracy.
In the second arrangement according to FIG. 2, the scanning of a single line is carried out in the manner described by means of the first gate circuit 4 from the television camera 1, but is now fed directly to a counting circuit 7 which counts the high-frequency pulses which form the signal. With a high-frequency signal of 50 megahertz per second and a scanning frequency corresponding to 405 lines and 25 fields, 5000 high-frequency pulses are generated in the 100 microseconds of each line of a full-line scan. In practice, certain pulses are used for line synchronization, but this has been ignored in this general explanation.
5000 high-frequency pulses thus represent a scan of a full line or the entire width of the field of view of the television camera. If the object is in the field of view of the television camera, then pulses for the time period of the scanning of a line are transmitted to the counting circuit when the object itself is scanned; however, no pulses are transmitted when the background is scanned. If the object fills the entire field of view of the television camera, 5000 pulses are counted in each scanning line, and if there is no object in the field of view of the television camera, no pulses are transmitted. The number of pulses which are counted in a single scanning line clearly indicates the dimension of the object viewed in the scanning direction of the line.
In practice, the distance between the object 2 and the television camera 1 is adjusted so that each radio frequency pulse represents a known dimension. In the present case, a pulse corresponds to a dimension of 0.02 mm.
The entire field of view of the television camera is
100 mm, so that objects up to this size can be measured in steps of 0.02 mm. The distance between television camera 1 and viewed object 2 can be changed within certain limits so that a field of view of any size is achieved and an object of any size can be measured.
According to the present invention, the rapid and continuous determination of the size of stationary and moving objects is possible. The speed and accuracy with which these measurements can be carried out depend on the image of the television camera and the frequency of the pulses which are fed to the counting circuit 7 and the optical distance of the television camera from the object.
The inventive method can be used where the circumstances make the use of other measurement methods difficult, e.g. B. in places that are extremely hot or cold or in zones that pose a high risk due to strong radiation.
The method according to the invention is not limited to a television system with a closed circuit and the output variables of the television camera 1 can also be transmitted at a distance to a receiver 3 with the associated circuits.
The measurement can be made at more than one point on the object by arranging gate circles which feed more than one counting circle. A comparison can therefore be drawn between two or more dimensions of the object. Any measurement can be compared with a set value, and the resulting deviation signal (error signal) can be used for the purpose of control or regulation measures.
Previously, it was assumed that visible light would be used. However, infrared and ultraviolet rays can also be used in the system if the mosaic electrode is sensitive to these rays.