DE1205320B

DE1205320B - Verfahren und Vorrichtung zum Modifizieren von in einem Speicher enthaltenen Bildinformationen

Info

Publication number: DE1205320B
Application number: DEP25793A
Authority: DE
Inventors: Marcel J E Golay; Robert M Landsman; Larkin B Scott
Original assignee: Perkin Elmer Corp
Current assignee: Applied Biosystems Inc
Priority date: 1959-10-08
Filing date: 1960-10-05
Publication date: 1965-11-18
Also published as: CH398141A; DE1248985B; FR1276695A; GB948498A; DE1248985C2

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

G 06k

Deutsche KL: 43 a-41/03

Nummer: 1205 320

Aktenzeichen: P 25793IX c/43 a

Anmeldetag: 5. Oktober 1960

Auslegetag: 18. November 1965

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Modifizieren von in einem Speicher enthaltenen Bildinformationen in der Weise, daß der Zustand jeder Speicherzelle in Abhängigkeit von den Zuständen der den benachbarten Bildelementen zugeordneten Speicherzellen bestimmt wird.

Man kann Bildinformationen, die z. B. durch Abtastung eines Bildes mittels eines Ikonoskops gewonnen werden, in einem Speicher aus einer Vielzahl von Speicherzellen mit je zwei stabilen Zuständen speichern. Wenn ein Flächenelement des Bildes eine mittlere Helligkeit oberhalb eines bestimmten Schwellwertes besitzt, wird z.B. die zugehörige Speicherzelle in den Zustand »1« gebracht, liegt die mittlere Helligkeit unterhalb dieses Schwellwertes, dann nimmt die Speicherzelle den Wert »0« an. Es kann nun erforderlich werden und ist an sich bekannt, bei einer so gespeicherten Bildinformation den Zustand jeder Speicherzelle in Abhängigkeit von den Zuständen der den benachbarten Bildelementen zugeordneten Speicherzellen zu modifizieren. Das kann zum Zwecke der Reinigung des Bildes von Störinformationen geschehen. Wenn sich etwa eine einzelne »Eins« inmitten eines Gebietes von »Nullen« oder eine »Null« allein in einem Gebiet von »Einsen« befindet, so kann man annehmen, daß es sich hierbei um eine Störung handelt, und durch geeignete Operationen bewirken, daß solche Einsen, die überwiegend von Nullen umgeben sind — oder umgekehrt—, verschwinden. Das Bild kann auf diese Weise klarer gemacht werden. Ebenfalls zum Zwecke der Reinigung von Störungen oder auch der Zeichenerkennung können Einsen am Rand eines von Einsen gebildeten Gebietes bevorzugt oder Nullen dort in Einsen umgewandelt und damit Konturen schärfer herausgebracht werden. Ebenfalls zum Zwecke der Erkennung von Zeichen und Gestalten können Ränder von Gebieten aus Einsen weggeschrumpft werden. Bei solchen Operationen muß jedes Flächenelement im Zusammenhang mit den angrenzenden Flächenelementen betrachtet und der Zustand der zugeordneten Speicherzelle in Abhängigkeit von den Zuständen der den benachbarten Flächenelementen zugeordneten Speicherzellen nach irgendwelchen Regeln entweder erhalten oder geändert werden. Der Schaltungsaufwand hierfür ist üblicherweise sehr hoch, da man ja nicht einfach die Speicherzellen nach dem Serienprinzip eine nach der anderen behandeln und modifizieren kann. Ob der Zustand jeder Speicherzelle erhalten bleibt oder geändert wird, hängt ja nicht allein von dieser Zelle, sondern auch von den Zuständen anderer Zellen ab,

Verfahren und Vorrichtung zum Modifizieren
von in einem Speicher enthaltenen
Bildinformationen

Anmelder:

The Perkin-Elmer Corporation, Norwalk, Conn. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr. F. Pommer, Rechtsanwalt,

Düsseldorf-Gerresheim, Heyestr. 52

Als Erfinder benannt:

Robert M. Landsman, Norwalk, Conn.;

Larkin B. Scott, Fort Worth, Tex.;

Marcel J. E. Golay, Rumson, N. J. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 8. Oktober 1959 (845254)

so daß man im Parallelbetrieb arbeiten müßte, um alle Informationen gleichzeitig zur Verfügung zu haben. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen mit einem reinen Parallelbetrieb verbundenen außerordentlich hohen Aufwand zu vermeiden.

Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß die Bildinformationen durch ein als Hauptspeicher dienendes Schieberegister auf einem von einem Eingang zu einem Ausgang jede Zelle des Schieberegisters erfassenden Weg (Fig. 1) durch dieses hindurchgeschoben werden, daß die am Ausgang erhaltenen Bildinformationen im Serienbetrieb in einen HilfsSpeicher eingespeist werden, welcher nacheinander jeweils gleichzeitig die Bildinformation einer betrachteten Zelle und aller den benachbarten BiIdelementen zugeordneten Zöllen (A bis H) enthält und von welchem diese Bildinformationen von einem Rechenwerk im Parallelbetrieb abgegriffen werden, und daß die so modifizierte Information wieder auf den Eingang des Speichers gegeben wird.

Auf diese Weise wird die gesamte gespeicherte Information im Serienbetrieb gereinigt oder sonstwie modifiziert. Nach einem vollen Zyklus steht in dem

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Speicher die gereinigte Information wieder zur Verfügung. Durch Verwendung eines Hilfsspeichers wird erreicht, daß im Augenblick der Betrachtung einer bestimmten Bildinformation die Nachbarinformationen, nach deren Maßgabe die betrachtete Bildinformation entweder umgekehrt oder in ihrem Zustand belassen wird, in dem Hilfsspeicher zur Verfügung steht und dort im Parallelbetrieb von dem Rechenwerk abgefragt werden kann. Es braucht also nicht die gesamte im Hauptspeicher enthaltene Bildinformation im Parallelbetrieb gleichzeitig abgefragt zu werden. Vielmehr genügt ein Parallelbetrieb für denjenigen Teil der Information, der sich jeweils gerade in dem Hilfsspeicher befindet. Es wird dadurch möglich, eine Bildinformation mit relativ geringem Aufwand zu reinigen. Eine Vorrichtung zur Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist gekennzeichnet durch ein als Hauptspeicher dienendes Schieberegister, bei welchem die gespeicherten Informationen auf einem von einem Eingang zu einem Ausgang jede Zelle des Schieberegisters erfassenden Weg durch dieses hindurchschiebbar sind, einen Bildwandler, welcher ein Bild rasterartig abtastet und die den verschiedenen Rasterelementen entsprechenden Helligkeitswerte als Bildinformation in den Hauptspeicher einspeist, einen Hilfsspeicher an dem besagten Ausgang, welchem die am Ausgang erscheinenden Informationen im Serienbetrieb zugeführt werden und dessen Speicherkapazität so groß ist, daß er gleichzeitig zu jeder betrachteten Bildinformation auch die Informationen aus den Zellen enthält, die den dazu benachbarten Rasterelementen entsprechen (Nachbarinformationen), und ein Rechenwerk, das diese Nachbarinformationen im Parallelbetrieb abgreift und den Zustand der betrachteten Bildinformation in Abhängigkeit von diesen Nachbarinformationen nach einer vorgegebenen Funktion modifiziert und die modifizerte Information wieder auf den Eingang des Hauptspeichers gibt. Dabei kann der Hilfsspeicher vorteilhaft ein erstes Schieberegister aufweisen, dem die am Ausgang des Hauptspeichers auftretenden Informationen im Serienbetrieb zugeführt werden. Diese werden dann parallel von dem Rechenwerk abgefragt und das Rechenwerk liefert während jeder Taktzeit eine modifizierte InformationX', welche.eine Funktion der »Nachbarinformationen« ist. Die Art dieser Funktion hängt von dem jeweils gewünschten Ergebnis ab.

Wenn man eine BildinformationZ in der beschriebenen Weise nach Maßgabe der Nachbarinformationen modifiziert, also ihren Zustand als Funktion dieser Nachbarinformationen umkehrt oder beläßt, dann kann man die »Nachbarinformationen« entweder in ihrer ursprünglichen Form zugrunde legen, wie sie aus dem Hauptspeicher in das besagte erste Schieberegister gelangt war, oder in einer modifizierten Form, wie sie sich aus einer vorangegangenen Rechenoperation ergeben hat. Einige der zu einer betrachteten Bildinformation gehörigen Nachbarinformationen werden nämlich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren noch vor dieser betrachteten Bildinformation der entsprechenden Rechenoperation unterworfen und modifiziert. Es ist häufig vorteilhaft, wenn ein zweites Schieberegister vorgesehen ist, welchem die modifizierte Information von dem Rechenwerk im Serienbetrieb zugeführt wird, und wenn das Rechenwerk zu jeder betrachteten Bildinformation von dem zweiten Schieberegister im Parallelbetrieb auch die modifizierten Nachbarinformationen abgreift und die betrachtete Bildinformation auch nach Maßgabe dieser modifizierten Nachbarinformation modifiziert.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und im folgenden beschrieben.

Fig. 1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Schaltung;

Fig. 2 zeigt die gegenseitige Anordnung der betrachteten Speicherzelle X und der Nachbarzelle A UsH;

Fig. 3 zeigt die Anordnung der Zellen von F i g. 2 in dem Hauptspeicher.

In Fig. 1 bezeichnet 22 einen als Schieberegister aufgebauten Hauptspeicher (Gesichtsfeldregister) mit N mal N Speicherzellen. Durch den Hauptspeicher werden die gespeicherten Informationen längs des gezeigten Mäanderweges hindurchgeschoben. Sie gelangen dann nacheinander von einem Ausgang 23 des Hauptspeichers 22 in einen Hilfsspeicher 24, der ebenfalls als Schieberegister aufgebaut ist. Von einem Rechenwerk 30 werden die Informationen aus dem Schieberegister 24 parallel abgefragt. Das Rechenwerk 30 entscheidet auf Grund der Zustände der Nachbarzellen A bis H, ob der Zustand von X geändert oder beibehalten wird. Die Funktion, nach welcher dies geschieht, kann beliebig sein und richtet sich nach dem jeweils vorliegenden Problem. Die so modifizierte Information X' wird in ein zweites Schieberegister 26 in Serie eingegeben. Diesem Schieberegister 26 können von dem Rechenwerk 30 die modifizierten Inhalte D', G', F', E' derjenigen Nachbarzellen im Parallelbetrieb entnommen werden, die schon vor der jeweiligen Zelle X geprüft und modifiziert worden sind.

An einem Ausgang 27 des Schieberegisters 26, das gegen den Eingang 28 desselben — wie dargestellt— eine Verzögerung imlV-2 Folgeperioden bewirkt, wird die modifizierte Information abgegriffen und wieder auf den Eingang 29 des Hauptspeichers 22 gegeben.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Schaltung ist folgende:

Die primäre Eingangsgröße der Anordnung ist ein optisches Bild. Dieses Bild ist ein Quadrat, das man sich ih N² auflösende Elemente unterteilt denken kann, wobei N Zeilen und N Spalten von solchen Elementen vorhanden sind. Die Information, die in dem im Gesichtsfeld liegenden Bild enthalten ist, wird mittels eines Ikonoskops oder ähnlicher Mittel abgetastet und die so erhaltenen Informationen in eine Anordnung von N² bistabilen Speicherelementen hineingegeben, in der Form von »Einsen« oder »Nullen«, je nachdem, ob jedes der Auflösungselemente hell oder dunkel in bezug auf irgendeinen vorgegebenen Vergleichswert ist. Wenn der Speicher mit Zahlen (»1« oder »0«) ausgefüllt ist, so enthält es eine SchwarzweißdarsteUung des optischen Bildes. Jedes Element in dem Gesichtsfeldregister 22 wird als »Zelle« bezeichnet, und die Wirkung der erfindungsgemäßen Schaltung ist die, die in jeder Zelle gespeicherten Zahlen nach verschiedenen Regeln in Abhängigkeit von den Zuständen der benachbarten Zellen einzustellen und dieses Verfahren so lange fortzusetzen, bis irgendein nützliches Resultat erzielt ist. Dieses Verfahren wird nach der Erfindung im

Serienbetrieb ausgeführt, d. h., daß jede Zelle einzeln nacheinander behandelt wird. Um eine gewünschte Operation zu vollenden, sind somit N² Zellenprüfungen erforderlich. Es können verschiedene solcher Zyklen erforderlich werden, ehe man das gewünschte Resultat erhält. Es wird der Anschaulichkeit halber angenommen, daß das betrachtete Bild getreu auf den zweidimensionalen Speicher übertragen wird.

Für jede Zellenprüfung werden die Werte betrachtet, die in den acht Zellen gespeichert sind, welche die gerade in Prüfung befindliche umgeben. Diese neun Zellen werden als »Gruppe« bezeichnet. Die Zelle in der Mitte nennt man X-Zelle und die benachbarten Zellen werden im folgenden als Nachbarzellen bezeichnet. Das ist in Fig. 2 dargestellt, wo die Lagen der Nachbarzellen mit A bis H bezeichnet sind. Ob eine X-Zelle, die eine gespeicherte »Eins« (X — 1) oder eine gespeicherte »Null« (X = 0) enthält, in ihrem ursprünglichen Zustand belassen wird, das wird abhängig gemacht von den Eigenschaften ao der binären Zahl, die von dem Inhalt der Nachbarzellen, in der Reihenfolge A bis H geschrieben, gebildet wird.

Im Serienbetrieb wird jede Zelle nacheinander als X-Zelle behandelt. Das wird dadurch erreicht, daß der Inhalt der Zelle an die gewissermaßen untere rechte Ecke des Gesichtsfeldregisters 22 verschoben und dem Einfluß gewisser logischer Operationen unterworfen wird und der modifizierte Inhalt in die obere rechte Ecke des Gesichtsfeldregisters zurückgebracht wird. In der Zwischenzeit sind die Inhalte aller anderen Zellen einen Schritt nach rechts verschoben, wobei der Inhalt am rechten Ende einer Zeile zum linken Ende der darunterliegenden Zeile versetzt worden ist.

Um alle Nachbarzellen für eine X-ZeIIe zur Betrachtung sofort verfügbar zu haben, ist einige zusätzliche Speicherung erforderlich, um eine Serien-Parallel-Umschaltung zu ermöglichen. Dies macht eine gewisse Verzögerung zwischen Ausgabe aus dem Hauptspeicher und erneuter Eingabe in denselben erforderlich, und es hat sich als günstig erwiesen, wenn diese zu 2 N Folgeperioden gewählt wird, wobei jede Folgeperiode eine Umsetzung im Gesichtsfeldregister bewirkt. Die Gesamtzeit, die somit erforderlich ist, um die Daten einmal vollständig umzuwälzen, sind N² + 2 N Folgeperioden.

Es ist zu beachten, daß die X-ZeIIe einer gegebenen Gruppe eine Nachbarzelle in irgendeiner späteren Gruppe wird. Die Entscheidung hinsichtlich einer Z-Zelle kann entweder auf dem behandelten oder dem unbehandelten Zustand einer vorher untersuchten Nachbarzelle basieren. Ein Vergleich von F i g. 1 und 2 zeigt, daß die Zellenlagen D, E, F und G die einzigen sind, die vor der X-Zelle in einer vorgegebenen Gruppe untersucht worden sind. Um die Benutzung von Zellenwerten zu charakterisieren, die das Resultat einer schon durchgeführten Prüfung während enies vorgegebenen Zyklus sind, wird das Symbol, das die Zellenlage darstellt, mit einem Strich (') gekennzeichnet.

Der zeitliche Abstand zwischen einer X-Zelle und ihren benachbarten Zellen A bis H hängt von den Abmessungen des Bildrasters ab. Aus F i g. 3 ist erkennbar, daß etwa die Zelle F aus dem Speicher 22 um N Folgeperioden früher herausgeschoben wird als die Zelle X. Man kann die Verzögerung für alle Nachbarzellen einer Gruppe in bezug auf eine betrachtete X-Zelle tabellieren. Das ist in der nachstehenden Tabelle geschehen.

	Verzögerung in Folgeperioden,
Lage der Nachbarzelle	bezogen auf die betrachtete
	X-Zelle
A	-(N+l)
B	-N
C	*-(N-I)*
D	*+ 1*
E	+ (N+l)
F	+N
G	+ (N-I)
H	-1

Um die so verzögert am Ausgang 23 des Hauptspeichers 22 erscheinenden Informationen parallel abzufragen, kann man — wie dargestellt — ein Schieberegister 24 vorsehen, jedoch ist auch die Verwendung äquivalenter Mittel, z. B. von Verzögerungsgliedern, denkbar.

Da es unmöglich ist, eine Entscheidung über X zu fällen, ehe nicht A am Ausgang 23 erschienen ist, muß eine Verzögerung von wenigstens N+l Folgeperioden im Durchgang der Daten aus dem Hauptspeicher 22, durch das Rechenwerk und zurück in den Hauptspeicher vorhanden sein. Damit ein voller Zyklus einem ganzzahligen Vielfachen von N Folgeperioden entspricht, wird die gesamte Verzögerung außerhalb des Hauptspeichers zu 2 N Folgeperioden gemacht. Um das zu erreichen, wird die Af-Lage des Schieberegisters 24 in das Rechenwerk 30 eingespeist, in X' umgewandelt und in das Schieberegister 26 gegeben. Das Signal für den Eingang 29 des Hauptspeichers 22 wird von der Stufe abgeleitet, die gerade der G'-Stufe im Schieberegister 26 vorausgeht.

In dem Diagramm von Fig. 1 bezieht sich der Index bei den Symbolen X jeweils auf die Verzögerung dieses Zellenwertes in bezug auf X im Register 24, dessen Verzögerung als Null angenommen wird. So ist am Ausgang 23 des Hauptspeichers 22 das SignalZ__(JV+2), d.h., daß dieser Zellenwert N+ 2 Folgeperioden später geprüft wird als X im Register 24, während am Eingang 29 das Signal X_n _₂ ist, d. h., daß dieser Zellenwert von N — 2 Folgeperioden seiner Prüfung unterworfen wurde.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Modifizieren von in einem Speicher enthaltenen Bildinformationen, in der Weise, daß der Zustand jeder Speicherzelle in Abhängigkeit von den Zuständen der den benachbarten Bildelementen zugeordneten Speicherzellen bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildinformationen durch ein als Hauptspeicher dienendes Schieberegister auf einem von einem Eingang zu einem Ausgang jede Zelle des Schieberegisters erfassenden Weg durch dieses hindurchgeschoben werden, daß die am Ausgang erhaltenen Bildinformationen im Serienbetrieb in einen HilfsSpeicher eingespeist werden, welcher nacheinander jeweils gleichzeitig die Bildinformation einer betrachteten Zelle (X) und aller den benachbarten Bildelementen zugeordneten Zellen (A bis H) enthält und von

welchem diese Bildinformationen von einem Rechenwerk im Parallelbetrieb abgegriffen werden, und daß die so modifizierte Information (X') wieder auf den Eingang des Hauptspeichers gegeben wird.

2. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsspeicher ein erstes Schieberegister (24) aufweist, dem die am Ausgang des Hauptspeichers (22) auftretenden Informationen (E, FG...DXH...CBA) im Serienbetrieb zugeführt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von dem Rechenwerk modifizierte Information (IC) im Serienbetrieb zugeführt wird und daß das Rechenwerk zu jeder betrachteten Bildinformation (X) von dem zweiten Schieberegister im Parallelbetrieb auch die modifizierten Nachbarinformationen (D', E', F', C) abgreift und die betrachtete Bildinformation

auch nach Maßgabe dieser modifizierten Nachbarinformation modifiziert.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrenz nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang (29) des als Hauptspeicher dienenden Schieberegisters (22) mit der Stufe des Schieberegisters (26) verbunden ist, in der das seinem Eingang (28) zugeführte Signal nach N — 2 Schiebeschritten erscheint, wobei N die Zahl der Speicherzellen einer Zeile des als Hauptspeicher dienenden Schieberegisters (22) ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Unterlagen des österreichischen Patents
Nr. 206 023;

SEL-Nachrichten, 1958, Heft 3, S. 127 bis 143;
Western Joint Computer Conference, 1955, S. 94 bis 100;

Journal of the Britisch Institution of Radio Engiao neers, 1955, Heft 8, S. 419 bis 427.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen