DE1248985C2 - E Golay, Rumson N J (V St A) I Verfahren zum Ab zahlen zusammenhangender Flachenbereiche - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

PATENTSCHRIFT

Int. Cl.:

G 06 m

G06k
Deutsche Kl.: 42 m7-11/04

Nummer:

Aktenzeichen:

Anmeldetag:

Auslegetag:

Ausgabetag:

P31595IXc/42m7
5. Oktober 1960
31. August 1967

21. März 1968 .

Patentschrift stimmt mit der Auslegeschrift überein

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abzählen zusammenhängender Flächenbereiche einer Flächenstruktur, bei welchem die Flächenstruktur auf ein Raster abgebildet, als L-Zustände in einer Anordnung von den Rasterelementen zugeordneten bistabilen Speicherlementen gespeichert und ausgewertet wird.

Zur Zeichenerklärung, z. B. zum Erkennen von Buchstaben, verwendet man meistens Koinzidenzschaltungen. Das Bild des Zeichens wird mittels eines Bildwandlers in ein Raster aufgelöst und in die den Rasterpunkten entsprechenden Helligkeitswerte (»hell« oder »dunkel«) in einem Speicher als Bits gespeichert. Der Speicher enthält bistabile Speicherelemente, und ein Zustand der Speicherelemente bedeutet »hell« (0), der anderee Zustand der Speicherelemente bedeutet »dunkel« (L). Die so gespeicherte Information wird nun mit Informationen verglichen, die den verschiedenen Buchstaben oder Zeichen »A«, »B« usw. entsprechen und ebenfalls gespeichert sind. Es wird festgestellt, mit welchem der gespeicherten Zeichen das zu erkennende Zeichen das größte Maß an Übereinstimmung besitzt, und als dieses Zeichen wird es dann registriert und zur Weiterverarbeitung einer Datenverarbeitungsmaschine zugeführt. Um Lageabweichungen des zu erkennenden Zeichens gegenüber dem gespeicherten Vergleichszeichen erkennen zu können, wird der Speicher bei bekannten Einrichtungen dieser Art als Schieberegister ausgebildet und die gespeicherte Information in dem Schieberegister in einem gewissen Bereich bewegt und in jeder der dabei eingenommenen Stellungen mit den gespeicherten Vergleichszeichen-Informationen verglichen.

Es ist häufig erforderlich, Strukturen, die keine von vornherein definierte Form haben, darauf zu untersuchen, ob sie aus zusammenhängenden Flächen oder aus mehreren nichtzusammenhängenden Flächenteilen bestehen. Dieses Problem tritt vor allem auf bei der Abzählung von unregelmäßig geformten Partikeln und insbesondere bei biologischen Untersuchungen. Ein Beispiel ist die Untersuchung von Zellkernen bei Lymphozyten, wo es zwischen ein- und zweikernigen Lymphozyten zu unterscheiden gilt.

Die bekannte Koinzidenztechnik versagt hier, da die untersuchten Flächen eine vollkommen unregelmäßige Struktur haben können, so daß man sie nicht mit gespeicherten Bildern vergleichen kann. Zum Beispiel hat ein Doppelkern bei Lymphozyten, der aus zwei nur durch eine schmale Brücke miteinander verbundenen Teilen besteht, aber dennoch als ein

Verfahren zum Abzählen
zusammenhängender Flächenbereiche

Patentiert für:

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, Forth Worth, Tex.;
Marcel J. E. Golay, Rumson, N. J. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. ν. Amerika-vom 8. Oktober 1959 (845 254)

einziger Kern angesehen werden muß, im Sinn der Koinzidenztechnik eher Ähnlichkeit mit zwei getrennten nahe beieinanderliegenden Kernen als mit einem Kern, der eine einzige geschlossene Struktur bildet. Er sollte aber als Doppelkern erkannt und gezählt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, welches es gestattet, die aus einem Bildraster erhaltene und gespeicherte BiIdinformation automatisch so zu verarbeiten, daß zusammenhängende und nichtzusammenhängende unregelmäßige Flächenbereiche unterschieden und die jeweils zusammenhängenden Flächenbereiche gezählt werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zu jedem Speicherelement der Reihe nach die benachbarten Rasterelementen zugeordneten Speicherelemente (A bis H) geprüft und der L-Zustand gelöscht wird, wenn von diesen letzteren Speicherelementen wenigstens eine vorgegebene Anzahl, vorzugsweise drei, im Zustand »0« sind (Schrumpfzyklus), daß dieser Vorgang zyklisch wiederholt wird, daß ein Speicherelement jedoch nicht gelöscht wird, wenn von den benachbarten Speicherelementen (A bis H) sowohl die während des betreffenden Zyklus bereits abgeänderten (D', E', F', G') als auch die noch nicht abgeänderten (A, B, C, H) sich im

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Zustand »0« befinden, so daß jeder zusammenhän gende Flächenbereich (12, 20, 21) durch wiederholtes Löschen der den Rändern des Bereiches zugeordneten L-Zustände bis auf einen einzigen (14, 22) geschrumpft und die verbleibenden L-Zustände, die der Anzahl der zusammenhängenden Flächenbereiche entsprechen, gezählt werden.

Auf diese Weise wird durch wiederholtes Abnehmen der äußeren Schicht von L-Zuständen aus jedem zusammenhängenden Bereich ein einziger L-Bit, und diese können dann einfach gezählt werden, jeder zusammenhängende Bereich, mag er noch so unregelmäßig geformt sein, wird auf ein einziges Speicherelement reduziert, und zwei nicht miteinander verbundene Flächenbereiche liefern L-Bits an zwei Speicherelementen, auch wenn sie sehr dicht nebeneinanderliegen.

Ähnliche Verfahren sind an sich bekannt, allerdings nicht zum Zweck der Abzählung und Schrumpfung, sondern zum Zweck der Reinigung der Bildinformation. Dabei werden auch die Speicherelemente umgeschaltet oder in ihrem Zustand belassen in Abhängigkeit von den Zuständen der »benachbarten« Speicherelemente, d. h. derjenigen Speicherelemente, die benachbarten Rasterelementen zugeordnet sind. Jedoch wird ein L-Zustand nicht gelöscht, wenn sich ergibt, daß das Speicherelement einem Rasterelement am Rand des zu erkennenden Zeichens zugeordnet ist, sondern im Gegensteil wird ein solches »Randelement« auf L umgeschaltet, wenn die Mehrheit der benachbarten Elemente sich im Zustand L befindet. Auf diese Weise werden Fransen und Flecken in der Bildinformation gelöscht und die Konturen des zu erkennenden Zeichens stärker herausgebracht, so daß anschließend eine leichtere Erkennbarkeit, etwa mittels der schon erwähnten Koinzidenztechnik, gegeben ist.

Es kann nun vorkommen, daß zwei größere Flächenbereiche nur noch durch eine schmale Brücke zusammengehalten werden, die schließlich nur noch aus einem einzigen Speicherelement im Zustand L besteht. Es muß dann dafür gesorgt werden, daß durch den Schrumpfungsvorgang nicht eine solche »Verbindung eins« gelöscht wird, die allein zwei größere Gruppen von L-Zuständen zusammenhalt. Dann hätte man sofort zwei getrennte Flächen, die fälschlicherweise im weiteren Fortgang des Verfahrens jede auf ein Bit geschrumpft wurden. In weiterer Ausbildung der Erfindung ist daher vorgesehen, daß der L-Zustand eines Speicherelementes beibehalten wird, wenn unter den benachbarten Rasterelementen zugeordneten Speicherelementen (A bis H) mehr als Paare von Speicherelementen sind, die nebeneinanderliegenden Rasterelementen zugeordnet sind und sich in voneinander abweichenden Zuständen befinden. Es ist weiterhin vorteilhaft, daß zur Elimination von Löchern in den Flächenbereichen vor dem Schrumpfvorgang eine Inversion des Speicherinhalts erfolgt und dann mehrfach zyklisch wiederholt ohne Einschränkungen diejenigen L-Zustände gelöscht werden, für welche wenigstens eine vorgegebene Anzahl, vorzugsweise drei benachbarten Rasterelementen zugeordnete Speicherelemente sich im Zustand »0« befinden, wonach eine erneute Inversion des Speicherinhalts stattfindet.

Da bei dem Schrumpfprozeß konvexe Strukturen schneller schrumpfen als konkave, kann man auf diese Weise Flecken und Fransen zum Verschwinden bringen. Das ist wichtig, da eine Fläche mit einem Loch mit dem erfindungsmäßigen Verfahren nicht auf ein Speicherelement geschrumpft werden kann.

Damit bei der Inversion und Schrumpfung nicht eine unerwünschte Ausweitung des betrachteten Flächenbereiches und eine Berührung mit anderen Flächenbereichen erfolgen kann, ist es vorteilhaft, wenn der Inversion mehrere Schrumpfzyklen vorangehen.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Abbildungen dargestellt und im folgenden beschrieben.

Fig. 1 a bis Ii veranschaulichen einen Schrumpfzyklus;

Fig. Ik zeigt die verbleibende Struktur nach diesem Schrumpfzyklus;

Fig. U zeigt die Struktur nach dem nächsten Schrumpfzyklus;

F i g. 2 a bis 2 f veranschaulichen die Wirkungsweise der Informationsreinigung durch Inversion und Schrumpfung;

F i g. 3 a bis 3 f veranschaulichen die Erhaltung der »Verbindungseinsen«;

Fig. 4a bis 4d zeigen die Schrumpfung der gleichen Struktur ohne Vorkehrungen zur Erhaltung der »Verbindungseins«;

F i g. 5 zeigt die Anordnung eines beobachteten Speicherelementes und der benachbarten Speicherelemente, von denen Löschen und Beibehalten eines beobachteten Speicherelements abhängen.

In F i g. 1 a ist ein Gesichtsfeldregister 10 mit 14 X 14 bistabilen Speicherelementen gezeigt, von denen jedes Speicherelement einem Bildrasterelement entspricht und sich in einem von zwei Schaltzuständen »0« oder L befindet, je nachdem, ob der zugeordnete Rasterpunkt hell oder dunkel ist. Bei jedem Zyklus werden die einzelnen Speicherelemente nacheinander in der Reihenfolge betrachtet, wie sie durch die Schlangenlinie 11 in F i g. 1 a angedeutet ist. Zu jedem Speicherelement werden die den benachbarten Rasterelemente zugeordneten acht Speicherelemente geprüft und ein L-Zustand des betrachteten Speicherelementes χ in Abhängigkeit von den Zuständen der benachbarten Speicherelemente A bis H (F i g. 5) entweder beibehalten oder in »0« geändert. Das geschieht nach folgenden Regeln:

1. Abgesehen von den Bedingungen zur Erhaltung von »Verbindungseinsen« und von den alleinstehenden Einsen (nach Wegschrumpfen der übrigen Flächenteile) wird ein Speicherelement vom Zustand L in den Zustand »0« übergeführt, wenn wenigstens drei der Speicherelemente A bis H sich im Zustand »0« befinden.

2. Zur Erhaltung von »Verbindungseinsen« ist vorgesehen, daß eine Löschung des L-Zustandes nicht erfolgt, sofern unter den Speicherelementen A bis H wenigstens zwei Paare von benachbarten Elementen mit unterschiedlichen Schaltzuständen sind.

3. Von den Speicherelementen A bis //,die einen bestimmten betrachteten Speicherlement χ benachbart sind, sind ein Teil, nämlich die Speicherelemente E, F, G und D, schon vor dem Speicherlement χ betrachtet worden. Je nach den Zuständen in ihren eigenen Nachbarele-

menten sind sie in ihrem Zustand belassen oder geändert worden. Die Zustände der so betrachteten Speicherelemente sollen durch E', F', G und D' symbolisiert werden. Abweichend von Regel 1 wird ein L-Zustand in einem betrachteten Speicherelemente χ beibehalten, wenn alle zugehörigen Speicherelemente A, B, C und H sowie D', E', F' und G im Zustand »0« sind. Auf diese Weise werden alleinstehende Einsen erhalten und können für die Zählung verwendet werden.

Fig. la bis 11 zeigen die verschiedenen interessierenden Phasen eines einzelnen »Schrumpfzyklus« für eine unregelmäßige Flächenstruktur 12, und zwar gestrichelt umrahmt jeweils das betrachtete Speicherelement und die es umgebenden »Nachbarelemente«. Durch ein Kreuz ist jeweils angedeutet, ob das betrachtete Speicherelement χ bei diesem Zyklus im Zustand L belassen wird oder ob dieser Zustand gelöscht wird. In F i g. 1 a wird das betrachtete Speicherelement umgeschaltet, da mehr als zwei Nachbarelemente, nämlich die zugehörigen Elemente A, B und E, F, G, H sich im Zustand »0« befinden . In F i g. 1 b sind zwar auch mehr als zwei Nachbarelemente der betrachteten Zelle im Zustand »0«. Das betrachtete Speicherelement bleibt jedoch nach Regel 2 im Zustand L, weil unter den Nachbarelementen mehr als zwei Paare, nämlich D, E; G, H und A, B von einander benachbarten Speicherelementen vorhanden sind, die sich in unterschiedlichen Zuständen befinden. In F i g. 1 d und 1 e bleiben die L-Zustände erhalten, weil nur zwei bzw. nur eines der Nachbarelemente im Zustand »0« ist.

Fig. Ik zeigt die Flächenstruktur 13 nach dem ersten Schrumpfzyklus, Fig. 11 das am L-Zustand verbleibende Speicherelement 14 nach dem zweiten Schrumpfzyklus. Dieses Element bleibt in seinem Zustand infolge der Regel 3 und wird gezählt.

F i g. 2 zeigt die Wirkungsweise der Informationsreinigung durch Schrumpfung, Inversion und nochmalige Schrumpfung sowie nochmalige Inversion. In F i g. 2 a ist eine Flächenstruktur 15 mit einer Franse 16 und einem Loch 17 dargestellt. Fig. 2b und 2c zeigen diese Flächenstruktur nach einem ersten und einem zweiten Schrumpfzyklus unter Beachtung der Regeln 1 bis 3. Fig. 3d zeigt das Ergebnis der anschließenden Inversion. Die schraffierten Teile des Gesichtsfeldregisters sind im Zustand L, die anderen im Zustand »0«. Das Loch 17, das bei den vorangehenden Schrumpfzyklen unverändert geblieben war, ist nach der Inversion ein Fleck 18. Dieser Fleck 18 wird bei einem anschließenden Schrumpfzyklus gemäß F i g. 2 e auf eine Zelle reduziert, wenn man bei dem Schrumpfzyklus die Regeln 1 und 2 gelten läßt. Sonst verschwindet er bereits bei dem ersten Schrumpfzyklus nach der Inversion. Regel 3 gilt hier nicht, denn die Flecken 18 sollen ja vollständig verschwinden. In ähnlicher Weise verschwinden auch Fransen, wie die Franse 16, sofern diese nicht schon bei den vorangegangenen Zyklen zum Verschwinden gebracht wurden.

Fig. 2f zeigt den Zustand nach nochmaliger Schrumpfung und anschließender Inversion. Es ergibt sich eine fransen- und löcherfreie Flächenstruktur 19.

Der vor der Inversion stattfindende Schrumpfprozeß (Fig. 2b und 2c) stellt sicher, daß die Flächenstruiktur 19 nicht über die Konturen der ursprünglichen Struktur 15 hinausgehen kann. Es kann also nicht durch die Schrumpfung nach Fig. 2e eine Berührung mit anderen Flächenstrukturen stattfinden, die fälschlich einen Zusammenhang vortäuschen.

F i g. 3 a bis 3 f veranschaulichen die Wirkung der Regel 2. Zwei Flächenteile 20 und 21 sind durch eine »Verbindungseins« 22 miteinander verbunden.

ίο Durch das gestrichelte Quadrat sind die hierzu gehörigen Nachbarelemente umrahmt. Man sieht, daß zwar mehr als zwei, nämlich vier Nachbarelemente zu der »Verbindungseins« sich im Zustand »0« befinden. Die Verbindungseins bleibt jedoch gemäß Regel 2 erhalten, da unter den Nachbarelementen mehr als zwei Paare zueinander benachbarter Speicherelemente, nämlich D, E; G, H; A, B und B, C vorhanden sind, die sich in unterschiedlichen Zuständen befinden. Die Verbindungseins bleibt also bei

ao den aufeinanderfolgenden Schrumpfzyklen, deren Resultate in Fig. 3b bis 3f dargestellt sind, erhalten, bis sie dann in F i g. 3 f auf Grund der Regel 3 aufrechterhalten wird.
Fig. 4a bis 4d veranschaulicht das Schicksal der gleichen Flächenstruktur 20, 21, 22, wenn die Verbindungseins 22 nicht durch die Regel 2 konserviert wird. Hier würde die Verbindungseins 22 schon bei dem ersten Schrumpfzyklus gelöscht. Die Flächenstruktur zerfiele in zwei Teile 24, 25 (Fig. 4b), die jeder auf ein Bit 26, 27 geschrumpft würde. Die Zählung wäre also fälschlich zwei statt eins.

Die Feststellung, ob die Regel 2 angewandt werden muß, kann beispielsweise dadurch getroffen werden, daß man die von den acht »Nachbarelementen« A bis H gebildete achtstellige Binärzahl in ihr Gray-Kode-Äquivalent umsetzt und die Anzahl der vorhandenen »Einsen« aufsummiert.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Abzählen zusammenhängender Flächenbereiche einer Flächenstruktur, bei welchem die Flächenstruktur auf ein Raster abgebildet, als L-Zustände in einer Anordnung von den Rasterelementen zugeordneten bistabilen Speicherelementen gespeichert und ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, daß zu jedem Speicherelement (x) der Reihe nach die benachbarten Rasterelementen zugeordneten Speicherelemente (A bis H) geprüft und der L-Zustand gelöscht wird, wenn von diesen letzteren Speicherelementen wenigstens eine vorgegebene Anzahl, vorzugsweise drei im Zustand »0« sind (Schrumpfzyklus); daß dieser Vorgang zyklisch wiederholt wird; daß ein Speicherelement jedoch nicht gelöscht wird, wenn von den benachbarten Rasterelementen zugeordneten Speicherelementen (A bis H) sowohl die während des betreffenden Zyklus bereits abgeänderten (D', E', F', G') als auch die noch nicht abgeänderten (A, B, C, H) sich im Zustand »0« befinden, so daß jeder zusammenhängende Flächenbereich (12, 20, 21) durch wiederholtes Löschen der den Rändern des Bereiches zugeordneten L-Zustände bis auf einen einzigen (14,22) geschrumpft und die verbleibenden L-Zustände, die der Anzahl der zusammenhängenden Flächenbereiche entsprechen, gezählt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der L-Zustand eines Speicherelementes beibehalten wird, wenn unter den benachbarten Rasterelementen zugeordneten Speicherelementen (A bis H) mehr als zwei Paare von Speicherelementen sind, die nebeneinanderliegenden Rasterelementen zugeordnet sind und sich in voneinander abweichenden Zuständen befinden (Fig. 3).

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Elimination von Löchern (17) in den Flächenbereich vor dem

Schrumpfvorgang eine Inversion des Speicherinhalts erfolgt (F i g. 2 d) und dann mehrfach zyklisch wiederholt ohne Einschränkungen diejenigen L-Zustände gelöscht werden, für welche wenigstens eine vorgegebene Anzahl, vorzugsweise drei, benachbarten Rasterelementen zugeordneten Speicherelemente sich im Zustand »0« befinden (Fig. 2e), wonach eine erneute Inversion des Speicherinhalts stattfindet (Fig. 2f).

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Inversion mehrere Schrumpfzyklen vorangehen (Fig. 2b und 2c).

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

709 639/260 8.67

ι Bundesdruckerei Berlin