DD140504A1

DD140504A1 - Anordnung zur geschwindigkeitsmessung von bildpunkten eines videobildes

Info

Publication number: DD140504A1
Application number: DD78204120A
Authority: DD
Inventors: Juergen Altmann; Heidrun Sanke; Guenter Schoeppe; Wolfgang Schuett
Original assignee: Juergen Altmann; Heidrun Sanke; Guenter Schoeppe; Wolfgang Schuett
Priority date: 1978-03-10
Filing date: 1978-03-10
Publication date: 1980-03-05
Also published as: US4238767A; GB2018542B; IN152812B; SU1206708A1; GB2018542A; JPS54139328A; DE2905118A1

Abstract

Bei einer Anordnung zur Geschwindigkeitsmessung von Bildpunkten eines Videobildes, insbesondere zur Auswertung der

Description

Tit β I^ Anordnung zur Geschwindigkeitsmessung von Bildpunkten eines Videobildes

Anwendungsgebiet_der Erfindung: . .'

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Geschwindigkeitsmessung von Bildpunkten eines Videobildes, bei der eine Videokamera und ein Taktgeber mit einer Synchronisationsstufe verbunden sind, die ausgangsseitig mit zwei Zählern sowie über eine Filterkette für das Bildsignal des Videobildes mit einem Komparator in Verbindung steht, bei der die Ausgänge der Zähler und des !Comparators rait einem logischen Verknüpfungsnetzwerk verbunden sind und bei welcher der Ausgang des Verknüpfungsnetzwerkes mit einem Rechner gekoppelt ist,

Charakterist Jk₁ der _n bekannt en technIschen Lösungen: Es ist bereits eine Vorrichtung bekannt (Zeitschrift für physikalische Chemie, Bd₆ 356), bei der die Geschwindigkeit einer großen Zahl von Teilchen als Ensemble gemessen wird,, Dabei ist die Ermittlung der Geschwindigkeitsverteilung der Teilchen nur über statistische Methoden genähert möglich* Die Teilchen müssen sich unter schwer realisierbaren Bedingungen in einer geschlossenen Profit bewegen, so daß stark eingeschränkte An~ Wendungsbedingungen vorhanden sind* . , .. . Y/eiterhin sind Vorrichtungen bekannt, bei denen die Geschwindig-r keitsmessung unter Anwendung des Laserdopplerverfahrens erfolgt«, Der hierbei erforderliche elektronische und optische Aufwand ist erheblich, die gleichzeitige Messung der Geschwindigkeit

mehrerer Teilchen verliert an Eindeutigkeit (Wzglris'E.E. (1972) Optics Commun-6). Außerdem sind aus der Bildanalyse Verfahren- bekannt, bei denen die Bewegung von .'Objekten-im off-line-Betrieb gemessen wird (siehe z. ..B, Hall, Endlich, Wolf, Brain, "Objective Methodes forRegistering Landmarks and Determining Cloud Motions from Satellite Data", IEE Trans. Corp., Juli 1972). Diese Verfahren erfordern fotografische Aufnahmen in zeitlich konstanten Abständen und eine aufwendige Zwischenspeicherung der Einzelbilder und kann deshalb nicht auf Echt Zeitmessungen angewendet werden» Bekannt ist weiterhin ein Verfahren zur Messung der elektrophoretischen Beweglichkeit von Teilchen (WP G 01 N/200 932) durch Echtzeitverarbeitung eines bewegten Fernsehbildes, bei dem an einem subjektiv ausgewählten, in einer Elektrophoresekammer befindlichen, mikroskopisch betrachteten und videotechnisch abgebildeten Teilchen die Zeit gemessen wird, die es zum Durchlaufen einer durch zwei elektronisch realisierte Schranken begrenzten Meßstrecke benötigt« Nachteilig ist der der Einzelteilchenmessung anhaftende relativ hohe Zeitaufwand, wenn das Verfahren zur Mittelwertbildung aus einer Vielzahl von Messungen zur Erreichung einer für die untersuchte Probe repräsentativen Aussage herangezogen wird« Außerdem muß die Meßanordnung durch Einstellung der Meßstrecke auf einen ausgewählten Bildpunkt jeweils vorbereitet vierden, weshalb sowohl der Zeit- als auch der bedienungstechnische Aufwand um so höher ist.

Ebenfalls bekannt ist ein Verfahren zur Mustererkennung (rfe 25j 1976, Heft 2, S_e 63 - 66), bei dem das Fernsehbild gerastert, die Bild information digitalisiert, rasterzeilen~ weise zwischengespeichert, in den Rechner eingespeichert oder im Echtzeitbetrieb weiterverarbeitet wird« .Von Nachteil bei diesem Verfahren ist, daß eine sehr große Informationsmenge pro Bild bereitgestellt wird, die einen sehr hohen technischen Aufwand erfordern würde..

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Z.ie 1 j er _Erf indung;

Ziel der Erfindung ist die Senkung des zeitlichen und bedienungstechnischen Aufwandes sowie die Erhöhung der Genauigkeit bei der Bildanalyse_e

des Wesens der Erfi

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit möglichst einfachen Mitteln sowie mit möglichst geringem bedienungstechnischen Aufwand eine Anordnung zur Geschwindigkeitsmessung von Bildpunkten eines Videobildes zu schaffen, bei dem der gesamte Bildinhalt ohne subjektive Vorauswahl einzelner Bildpunkte gleichzeitig für möglichst viele Bildpunkte in beiden horizontalen Richtungen geschwindigkeitsmäßigausgewertet wird« ... . . Diese Aufgabe wird in einer Anordnung zur.Geschwindigkeit^« messung von Bildpunkten eines Videobildes, bei der eine Videokamera und ein Taktgeber mit einer Synchronisationsstufe verbunden sind, die ausgangsseitig mit zwei Zählern sowie über eine Filterkette für das Bildsignal des Videobildes mit einem Komparator in Verbindung steht, bei der die Ausgänge der Zähler und des Kompsrators mit einem logischen Verknüpfungsnetzwerk verbunden sind, und bei welcher der Ausgang des Verknüpfungsnetzwerkes mit einem Rechner gekoppelt ist, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Verknüpfungsnetzwerk aus einer Matrix von UND-Gattern besteht, denen der Ausgang des !Comparators sowie je ein Ausgang jedes der beiden Zähler zugeführt sind, daß je ein Steuereingang zweier je zwei benachbarter UIiD-Gattern jede Zeile der Matrix nachgeschalteten Torschaltungen mit je einem Ausgang einer Richtungsauswahlstufe verbunden ist, deren Eingang über ein ODER-Glied mit den Ausgängen der beiden Torschaltungen gekoppelt ist und deren zwei Ausgangssignale jeweils logisch entgegengesetzt sind, und daß jeder Torschaltung ein Zeitspeicher nachgeschaltet ist dessen Ausgang mit dem Rechner verbunden ist* Vorteilhaft ist, wenn der Eingang der Richtungsauswahl-

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stufe mit einem Takt eingang eines über seine Setzeingänge gesetzten D-Flip-Flop verbunden ist, und daß jeder Ausgang und jeder Setzeingang des D~Flip~Flops über je ein UND-Gatter und je ein Zeitglied sowie über je ein weiteres MD-Gatter mit je einem ODER-Gatter verbunden sind, dessen Ausgang mit dem Steuereingang je eines der beiden den je zwei benachbarten UND-Gatter nachgeschalteten Torschaltungen in Verbindung steht«, .. Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird das Videobild elektronisch gerastert und die Signale der Rasterung werden mit dem Bildsignal des Videobildes unter geringem technisch-ökonomischen Aufwand logisch verknüpft. Die Ausgangssignale dieser Verknüpfungsschaltung v/erden über Zeitspeicher einem Rechner zugeführt« In die Verknüpfung werden Bildpunkte des digitalisierten Bildsignales während eines gesamten Bilddurchlaufes mit einbezogen_e Dadurch wird die gleichzeitige Auswertung aller Bildpunktbewegungen ermöglichte Über die Richtungsausv/ahlstufen werden die Bewegungsrichtungen der Bildpunkte für die Auswertung programmierte '

Au s fuhrun g s b e i s pie Ij..

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert werden: Es zeigen:

Fig_e 1: Erfindungsgemäße Anordnung zur Geschwindigkeitsmessung von Bildpunkten eines Videobildes, Fig«, 2: Schaltungsmäßiger Aufbau, einer Verknüpfungsstufe . der Anordnung nach Fig_e 1

In Fig_e 1 der Zeichnung ist eine blockschaltungsmäßige Anordnung zur Geschwindigkeitsmessung von.BiIdpunkten eines Videobildes in der Gesamtform dargestellt« Eine Videokamera 1 erzeugt_s z, B_e von einer elektrophoretisch auszuwertenden Probe ₉ ein Videobild, das einer mit einem Quarzoszillator 2. in Verbindung stehenden Synchronisationsstufe zugeführt ist· Ein Ausgang der Synchronisationsstufe 3

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steht über eine leiterkette 7 mit einem eine Referenzspannung U_re£ aufweisenden Komparator 4 in Verbindung. Von der Synchronisationsstufe 3 ist ein zweiter Ausgang sowohl . mit einem Zähle r 5 als auch mit einem Zähler G verbunden^ ein dritter Ausgang ist nur mit dem Zähler 5 gekoppelt, und der mit dem Quarzoszillator 2 in Verbindung stehende Ausgang ist lediglich auf den Zähler 6 geführt» Dem Zähler ist eine Kodierstufe 8 nachgeschaltet, deren sechs Ausgänge h, i_? jj k, 1, m ebenso wie.drei Ausgänge des Zählers 5 u_s v, w und der Ausgang des !Comparators 4 an die Zeilen und/oder Spalten einer Verknüpfungsmatrix 9 angeschlossen sind ο Die Verknüpfungsmatrix 9 besteht .aus neun gleichartig aufgebauten sowie in drei Zeilen Z., Z₂₉ Z-, und drei Spalten S.j S?'' So angeordneten Verknüpfungsstufen 10, deren Aufbau in Pig_e 2 dargestellt ist« Jeder Eingang a der drei in der Zeile Z₁ angeordneten Verknüpfungsstufen 10 ist mit dem Ausgang w des Zählers 5 -verbunden» während die Eingänge a der Verknüpfungsstufen 10 in der zweiten Zeile Z₂ mit dem Ausgang ν und die Eingänge a in der Zeile Zo mit dem Ausgang u des Zählers 5 in Verbindung stehen«, Der Ausgang 1 jeder Verknüpfungsstufe 10 ist mit dem Ausgang des Komparator s 4 gekoppelte Von den Verknüpfungsstufen 10 ist weiterhin der Eingang c in der Spalte S₁ mit dem Ausgang h, in der Spalte S₂ mit dem Ausgang j und in der Spalte S-> mit dem Ausgang 1 der Kodierstufe 8 verbunden. In gleicher Weise besteht eine Kopplung zwischen den Eingängen d der Verknüpfungsstufen 10 und der Kodierstufe 8, indem die Spalte S₁ mit dem Ausgang i, die Spalte S₂ mit dem Ausgang k und die Spalte S^ mit dem Ausgang m verknüpft ist. Die Ausgänge e und f jeder Verknüpfungsstufe 10 sind auf einen Rechner 11 geführt«, Aus Pig« 2 ist ersichtlich, daß sowohl der Eingang a als auch der Eingang b der Verknüpfungsstufe 10 auf je einen Eingang eines UETD-Gliedes 12 und eines UND-Gliedes 13 geführt sind,, Den dritten Eingang des UND-Gliedes 12 bildet der Eingang c, während der Ein-

gang d an den dritten Eingang des MD-Gliedes 13 angeschlossen ist. Der· Ausgang des UND-Gliedes 12 .Ist mit einem ersten Eingang eines MD-Gliedes 14 verbunden, dessen Ausgang über einen Zeitspeicher 16 mit dem Ausgang e in Verbindung steht«, In gleicher Weise ist dem UUD-Glied 13 ein UND-Glied 15 nachgeschaltet_s dessen Ausgang über einen Zeitspeicher 17 mit dem Ausgang f in Verbindung steht» Außerdem sind die beiden Ausgänge der UND-Glieder 14; 15 mit zwei Eingängen eines ODER-Gliedes 18 gekoppelt, dessen Ausgang, an den Takteingang eines D-Flip-Flops 19 angeschlossen ist* Ein Ausgang des D-Flip-Flops 19 ist auf je einen Eingang zweier UND-Glieder 20, 21 geführt,, der andere Ausgang des D~Flip-Flops 19 ist in gleicher Weise an zwei UM)-Glieder 22_} 23 angeschlossen* Jeweils der zweite Eingang der UND-Glieder 20_s 22 sowie der Setzeingang des D-Flip-Flopa sind mit dem Steuereingang E . verbunden« Ein zweiter Steuereingang ^E _r"_Cv_Be+_z ^⁵* sowohl auf den Rücksetzeingang des D-Flip-Flops 19 als auch auf die zweiten Eingänge der UND-Glieder 21, 23 geführt* Der Ausgang des UND-Gliedes ist mit einem Eingang eines ODER-Gliedes 24, der Ausgang des UND-Gliedes 23 mit einem Eingang eines ODER-Gliedes verbunden» Über ein. Zeitglied 26 besteht eine Verbindung vom Ausgang des MD-Gliedes 21 zum zweiten Eingang des ODER-Gliedes 24? dessen Ausgang wiederum auf den zweiten Eingang des UND-Gliedes 14 geführt ist. Ein weiteres Zeitglied 27 verbindet den Ausgang des-UND-Gliedes 22 mit dem zweiten Eingang des ODER-Gliedes 25_S dessen Ausgang mit dem zweiten Eingang des UND.-Gliedes 15 gekoppelt ist. Die Steuereingänge ^Ε _ΒΘ^_Ζ ^a^ler Verknüpfungsstufen 10 sind ebenso wie die Steuereingänge ^ ·. k_Setz ^un^^erei^nan<^^{er ver}~ bunden (in der Zeichnung aus Übersichtsgründen nicht dargestellt)»

Der Quarzoszillator 2 steuert den Zähler 6 und die Synchronisationsstufe 3 an, in der die Vertikal- und Horizontal-Synchronisationsimpulse erzeugt werden« Die

Synchonisationsimpulse steuern in bekannter Weise die Videokamera 1, die ein Videobild eines bewegten Objektes.,. ζ» B, einer elektrophoretisch auszuwertenden Probe, liefert. Das Bildsigna-1 des Videobildes wird durch die Filterkette 7 geleitet, die vorwiegend das Frequenzspektrum der bewegten Objekte passieren läßt (Bandpaß)«, Das gefilterte Bildsignal wird dem Komparator 4 zugeleitet, dessen Referenzschwelle mit der Referenzspannung L* .p auf Werte eingestellt ist, die bestimmten Helligkeitsstufen der bewegten Objekte entsprechen« Überschreitet der Signalpegel am,invertierenden Eingang des Komparators 4 den Viert der Refe renzspannung Uf, so gibt der Komparator 4 ein Signal ab_s das an allen.Verknüpfungsstufen 10 der Verknüpfungsmatrix 9 anliegt» Durch den Zähler β mit der nachgeschalteten Kodierstufe 8 werden in Abhängigkeit des Quarzoszillators 2 und der Synchronisationsstufe 3 in. jeder Zeile des. Videobildes sechs Inipulse an den Ausgängen h, i, j, k, 1, m. abgeleitet, von denen in der Aufeinanderfolge die ungeradzahligen die Zeile des Videobildes ungefähr vierteln» Der Abstand der geradzahligen von den ungeradzahligen Impulsen kann durch an sich bekannte in der Zeichnung nicht dargestellte Mittel in Schritten verändert werden, die etwa ~γ? der Zeilenlänge entsprechen« De^r Zähler 5, der durch den Vertikal-Synchronimpuls rückgesetzt wird, zählt die Zeilen der sogenannten Halbbilder, die durch das Schreiben jeder zweiten Zeile des Videobildes bei einem Strahldurchlauf entstehen* Bei den Zeilen 20 - 100 erscheint am Ausgang w ein Signal« bei den Zeilen 120 am Ausgang ν und bei den Zeilen 220 - 300 des Videobildes am Ausgang u. Die Ausgangsimpulse der Zähler 5? 6 und des Komparators 4 werden UED-mäßig in den Verknüpfungsstufen der Verknüpfungsmatrix. 9. verknüpft. Die Ausgangssignale dieser U£JD-Glieder 12_? 13 gelangen über die durch die MD-Glieder -14, 15 gebildeten Torschaltungen in. die Zeitspeicher 16, 17» in denen jeweils die Zeitpunkte der UIiD-Verknüpfung der Signale an äen Eingängen a„ b, c bzw_e a, b, d

der Verknüpfungsstufe 10 festgehalten 'werden. Die Ausgänge der Zeitspeicher 16_S 17 v/erden über die Ausgänge e, f jeder Verknüpfungsstufe 10 dem Rechner 11 -zur Differenzbildung zugeführt, wodurch die Zeitänderung bzw«, in Verbindung mit der V/eggröße eine Geschwindigkeit der B lld punkte ermittelt werden»

Das D-Plip-Flop- 19, die UND-Glieder 20, 2±₉ 22, 23, die Zeitglieder 26, 27 und die ODER-Glieder 18, 24, 25 bilden im Zusammenhang mit den UID-Gliedern 14, 15 eine Richtungsauswahletufe für die Zeit- bzw_e Geschwindigkeitsmessung der Bildpunkte, so daß die rechnerische Erfassung der Bildpunkte nicht nur in einer bestimmten horizontalen Bewegungsrichtung erfolgen muß«, Die Ausgangs impulse des Zählers 6 können durch an sich bekannte, in der Zeichnung nicht dargestellte. Mittel auf einem Monitor als Schranken für die Messung sichtbar gemacht werden* Pur die Erklärung der-Wirkungsweise der Richtungsauswahlstufe sei angenommen, der Zeitspeicher 16 der Fig* 2 sei für die Zeitmessung an einer Schranke 1 (Impuls am Eingang c der Verknüpfungsstufe 10) und der Zeitspeicher 17 sei für die Zeitmessung an einer Schranke 2 (Impuls am Eingang d der Verknüpfungsstufe 10) vorgesehen. Ist durch die Richtungsauswahlstufe z. B. das MD-Glied 14 vorbereitet, so können Bewegungsvorgänge der Bildpunkte von der ersten zur zweiten Schranke verfolgt werden« Bei der UHD-Verknüpfung der drei Signale an den Eingängen ä, b, c, d, h, ein Bildpunkt passiert in dem.zu betrachtenden Zeilenbereich des Videobildes die Schranken · 1₉ so wird dieser Zeitpunkt im Ze itspeicher_ 16 festgehalten» Gleichzeitig wird über das ODER-Glied 18 das D-Flip-Flop 19 umgestellt, so daß das UND-Glied 14 versiegelt und das UHI)-Glied 15 entriegelt wird» Das.Öffnen des UND-Gliedes 15 kann mit Hilfe des Zeitgliedes 27, dessen Zeitkonstante einstellbar ist, zeitlich verzögert werden. Die UND-Glieder 20, 21, 22, 23 sowie die ODER-Glieder 24, 25 sorgen durch eine geeignete logische Verknüpfung dafür, daß jeweils die

in Bewegungsrichtung zweite Schranke verzögert "scharf" wird» Bewegen sich die Bildpunkte von Schranke 1 nach Schranke 2, so wird der Bildpunkt, der die Schranke T zum Ansprechen brachte j als nächster die Schranke 2 erreichen«, Durch die Tottastzeit der Schranke 2 mit Hilfe des Zeitgliedes 2? werden Bildpunkte, die an der Schranke 1 nicht registriert wurden, weitestgehend ausgeschaltet«, Alle Objekte, deren Laufzeit übe r der vorgegebenen Zeitgrenze liegt, lösen die Schranke 2 aus_e Gleichzeitig stellt der Ausgangsimpuls des TOTD-Gliedes 15, der zeitlich im Zeitspeicher 17 registriert wird j das D~Flip~Flop 19 in seine Ausgangslage zurück, so daß das UID-Glied 14 für die nächste Messung vorbereitet wird«, Die Richtungsauswahl wird über ein entsprechendes Signal am Steuereingang E„_n+„ bzw, am Steuereingang

sei/ ζ

E .. v_se.{. programmiert .und erfolgt gleichzeitig für alle Verknüpfungsstufen 10.

Claims

Erf indungsan spruch.t_ . . .

1» Anordnung zur Geschwindigkeitsmessung von Bild™, punkten eines Videobildes, bei der eine Videokamera und ein Taktgeber mit einer Synchronisationsstufe verbunden sind, die ausgangsseitig ciit zwei Zählern sowie über eine Filterkette für das Bildsignal des Videobildes mit einem Komparator in Verbindung steht, bei der die Ausgänge der Zähler und des Komparators mit einem logischen Verknüpfungsnetzwerk verbunden sind und bei welcher der Ausgang des Verknüpfungsnetzwerkes mit einem Rechner gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Verknüpfungsnetzwerk aus einer Matrix von UND-Gattern besteht, denen der Ausgang des !Comparators sowie je ein Ausgang jedes der beiden Zähler zugeführt sind, daß je ein Steuereingang- zweier je zwei benachbarten UND-Gattern jeder Zeile der Matrix nachgeschalteten Torschaltimgen mit je einem Ausgang einer Richtungsauswahlstufe verbunden ist, deren Eingang über ein ODER-Glied mit den Ausgängen der beiden Torschaltungen gekoppelt ist und deren zwei Ausgangssignale jeweils logisch entgegengesetzt sind, und daß jeder Torschaltung ein Zeitspeicher nachgeschaltet ist, dessen Ausgang mit dem Rechner verbunden ist,,

2«, Anordnung nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang der Richtungsauswahlstufe mit einem Takteingang eines über seine Setzeingänge gesetzten D-Flip-Flopaverbunden ist, und. daß jeder Ausgang und jeder Setzeingang des D-Flip-Flops über je ein UND-Gatter und je. ein Zeitglied sowie über je ein weiteres UND-Gatter mit je einem ODER-Gatter verbunden sind, dessen Ausgang mit dem Steuereingang je eines der beiden den je zwei benachbarten UHD-Gattern nachgeschalteten Torschaltungen in Verbindung steht.

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