DE2128690B2

DE2128690B2 - Vorrichtung für die Texturanalyse eines nichthomogenen Objektes

Info

Publication number: DE2128690B2
Application number: DE2128690A
Authority: DE
Inventors: Jean Paris Serra
Original assignee: Armines Paris
Current assignee: Armines Paris
Priority date: 1970-06-10
Filing date: 1971-06-09
Publication date: 1973-10-04
Also published as: AT325689B; US3805035A; JPS5223537B1; CA980007A; FR2092711A1; GB1343480A; DE2128690A1; ATA501171A; DE2128690C3

Description

kannte Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art dahingehend zu verbessern, daß damit auch die Formen der Bestandteile de- nichthomogenen Objekts erkannt und statistisch ausgewertet werden können.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs. 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Als »Strukturelement« ist im folgenden ein Element bzw. eine Gestalt beliebiger vorgegebener geometrischer Form bezeichnet, mit der Eigenschaft, daß die Zusammenfassung der gleichzeitig, z. B. mittels eines optischen Geräts, durch dieses an einer beliebigen Stelle des zu untersuchenden Objekts wie ein schmales Fenster angeordnete Element beobachteten Verhältnisse durch den Wert »L« (logische 1) oder »fkgekennzeichnet wird, je nachdem, ob das Element an der betreffenden Sülle die gestellte Frage bejaht oder verneint. Die Definition des Begriffs »vorgegebenes Strukturelement« ist dem Buch »Introduction ä la Morphologie Mathematique« von J. Serra aus der Reihe »Les Cahiers du Centre de Morphologie Mathematique de Fontainebleau« (Fascicule 3), 1969, entnehmbar. Fr ist dort als »element structurant« bezeichnet.

Wird bei der erfindungsgemäßen Schaltung das erste elektrische Bild von einer Reihe von Binärsignalen gebildet, welche nur einen von zwei Werten e₀ und c, annehmen können, so wird das Strukturelement von einem Satz von ρ Werten gebildet, die alle den Wert e_t haben, und die Umkehrstufe erzeugt ein zweites elektrisches Signal mit dem Wert e₀, wenn die vorgenannten ρ Werte alle gleichzeitig gleich e, sind, und mit dem Wert e_v wenn das nicht der Fall ist, wobei die Reihenfolge der so gebildeten binären Signale das erste transformierte elektrische Bild bilden. Die durch die zweite logische Verarbeitungsschaltung, die genau wie die erste aufgebaut ist und das nach dem gleichen logischen Gesetz aufgebaute zweite transformierte elektrische Bild liefert, gewonnenen Binärsignale mit dem Wert e₀ bzw. e, des zweiten transformierten Bildes werden in der Zähleinrichtung gezählt.

Die bekannten Strukturanalysevorrichtungen umfassen mechanische oder elektronische Mittel zur Abtastung des Prüflings für den zeilenweisen Aufbau des Bildes.

Be; einer besonderen Ausiührungsform umfaßt die Vorrichtung ein optisches System, beispielsweise ein Mikroskop, weiches ein Bild des Prüflings auf den lichtempfindlichen Schirm einer Fernsehkamera projiziert. In einer de. artigen Fernsehkamera werden die Biider auf der ganzen Bildfläche zeilenweise abgetastet. Die Abtastaauer einer Zeile, die als i₀ bezeichnet wird, stellt die Zeit dar, welche zwischen der Abtastung eines Punktes einer Zeile und der Abtastung des angrenzenden Punktes auf der nächsten Zeile verstreicht; t₀ stellt also die Zeilenabtastperiode dar.

Es ist leicht verständlich, daß wenn man von dem Videosignal, das von der Fernsehkamera geliefert wird, oder von dem in eine Reihe von »L«-»0«-Signalen transformierten Videosignal Momentanwerte abgreift, die zeitlich um J₀ gegeneinander verschoben sind, und diese Werte speichert, es ohne weiteres möglich ist, über die Werte von zwei Bildpunkten zu verfugen, die auf zwei aufeinanderfolgenden Zeilen einander gegenüberstehen. Das gleiche Resultat kann dadurch erhalten werden, daß das Videosignal (oder das transformierte Videosignal) durch eine Verzögerungsleitung mit einer Verzögerungsdauer /₀ geleitet wird. Man verfügt dann gleichzeitig am Eingang und am Ausgang der Verzögerungsleitung über die Werte von zwei Bildpunkten, die auf zwei aufeinanderfolgenden Zeilen einander gegenüberstehen. Allgemein kann man in entsprechender Weise gleichzeitig über η Werte verfugen, welche η Punkten entsprechen, die auf η aufeinanderfolgenden Zeilen neben- bzw. übereinanderliegen. Wenn man weiter verallgemeinern will und nicht mehr nur einzelne Momentanwerte,

ίο sondern Informationssätze, welche in auf einer Zeile nebeneinanderliegenden Punkten entsprechen, verarbeiten will, wobei zwei aufeinanderfolgende Sätze um t₀ zeitlich verschoben sind, so verfügt man gleichzeitig über einen Informationskomplex, welcher η ■ m Punkten entspricht, die gemäß einem Rechteck mit Seitenlängen von η mal dem Zeilenabstand und m mal dem Analysenschritt auf einer Zeile angeordnet sind. Dieses Rechteck erfährt auf dem Bild eine Verschiebung im Takte der Abtastung des Bildes. Wenn man Information^sätze unterschiedlicher Länge bzw. Informationssätze, die zeit.,ch um einen von i₀ verschiedenen Wert verschoben sLd, betrachtet, so können, wie leicht ersichtlich, die Informationen über Punktgruppen zusammengefaßt werder. welche geometrische Figuren bilden, die von einem Rechteck abweichen, wie z. B. Rhomben, Parallelogramme, Sechsecke, usw. Der Fall eines von sieben Punkten gebildeten Sechsecks ist besonders aufschlußreich und wird weiter unten in den Ausführungsbeispielen eingehender betrachtet.

Der Zweck der erfindungsgemäßen Schaltung besteht also darin, daß sie ausgehend von einem primären elektrischen Bild des Prüflings, welches von einer Fernsehkamera geliefert wird, ein bzw. mehrere neue transformierte elektrische Bilder liefert, indem sie die Informationsgruppe, welche einer vorgegebenen geometrischen Anordnung einer Punktgruppe auf dem Prüfling entspricht, gemäß vorgegebenen Booleschen Verknüpfungen verarbeitet. Es soll als konkretes Beispiel eine Punktgruppe betrachtet werden, die gemäß einer geometrischen Gestalt angeordnet ist, z. B. vier Punkte, welche ein Quadrat bilden, und welche den Prüfling zeilenweise abtastet, wobei das Quadrat bei jeder Abtastbewegung um eine Zeile verschoben wird. Man prüft stetig diese Punktgruppe in jeder von ihr während der Abtastung auf dem Prüfling eingenommenen Lage auf die Übereinstimmung bzw. Nicht-Übereinstimmung mit einer Bezugsfigur bzw. einer Bezugsform. Die »Ja«- bzw.

»Nein«-Amwort auf diese Prüfung liefert eine neue Folge logischer Informationen, welche -zm neues transformiertes elektrisches Bild darstellt. Man kann z. B. für jede Lage des Vierecks nachprüfen, ob drei Punkte einer vorgegebenen Eigenschaft des Mediums entsprechen, während der vierte Punkt dieser Eigenschaft nicht entspricht. Weiter unten wird gezeigt, wie dieser Test dazu verwendet werden kann, um Partikeln zu zahlen bzw. allgemeiner um Formen zu erkennen. Aus der Sicht des untersuchten Mediums entspricht diese Folge von Operationen der Ermittlung des Auftretens eines Zustandes bzw. Ereignisses auf einem Teil der Fläche bzw. des Volumens dieses Mediums, das in diesem Teil der Fläche bzw. des Volumens aus einer gewissen Anordnung der Eigenschaf-

^Ö5 ten der Teilbereiche (bzw. Punkte) besteht, wobei das Medium durch eine Reihe von Verschiebungen des Teils der Fläche bzw. des Volumens abgetastet wird. Im großen und ganzen kommt das gleich einem Vor-

gang, der darin besteht, daß man das Ereignis mit dem Schwerpunkt des Teils der Fläche bzw. des Volumens, der als Definitionsbereich dient, in Verbindung bringt und dann punktweise ein neues »Ja-Nein«-Bild aufbaut, indem man ein neues Signal erzeugt, welches zwei diskrete Werte annimmt, je nachdem, ob die Antsvort »Ja« oder »Nein« lautet.

Je nach dem Zweck der statistischen Analyse werden derartige mehr oder weniger komplizierte Bildtransformationen entweder der Reihe nach in Kaskade ausgeführt, wobei jedes transformierte Bild seinerseits gemäß derselben oder gemäß einer anderen Booleschen Gesetzmäßigkeit transformiert wird, oder gleichzeitig und parallel auf mehreren Vcrarbeitungskanälen, gemäß unterschiedlichen Booleschen Gesetzmäßigkeiten oder schließlich gemäß einer Kombination dieser beiden Verfahren. Weiter unten werden hierfür Beispiele angegeben.

Das letzte transformierte Bild wird dann einem bereits bekannten Verarbeitungsverfahren für die Strukturanalyse unterzogen, z. B. dem Verfahren, welches in der USA.-Patentschrift 3 449 586 beschrieben ist.

Dic erfindungsgemäße Vorrichtung findet zahlreiche Anwendungen auf dem Gebiet der mathematischen Morphologie und der Strukturanalyse nichthomogener Medien. Als Beispiele für die Rechenoperationen und Datenverarbeitungen, die mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung automatisch ausgeführt werden können, seien diejenigen genannt, die in den Büchern von G. Matheron (Elements pour une thcoric des milieux poreux, Massen, Paris 1967) und J. Serra (Introduction ä Ia mo-phologie mathematique, Ecole des Mines de Paris, 1969) erläutert sind.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Gerätes für die Texturanalyse,

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen logischen Schaltung,

Fig. 3 die Anordnung der Informationen, welche von der Schaltung der F i g. 2 verarbeitet werden,

Fig. 4 ein anderes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßcn logischen Schaltung,

Fi g. 5 die Anordnung der Informationen, welche von der Schaltung der F i g. 4 verarbeitet werden,

F i g. 6 und 7 Beispiele der Anordnung der Informationswerte in einem Informationsbereich gemäß F i g. 5.

Die F i g. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Anlage zur automatischen statistischen Strukturanalyse, welche ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltung enthalt, in der Skizze stellt 1 eine Fernsehkamera mit einem Objektiv 2 und einem empfindlichen Schirm 3 dar. Diese Kamera empfängt über ein Mikroskop 4 ein reelles Bild des Prüflings, der beispielsweise als dünne Schliffplatte bzw. als Fotoplatte ausgebildet sein kann. In der Ebene des vom Mikroskop 4 gebildeten reellen BiI-des befindet sich eine Blende 6, mit deren Hilfe man den nützlichen Bildausschnitt begrenzen kann. Die Objektivebene des Objektivs 2 der Kamera fällt mit der Ebene des reellen Bildes und der Blende zusammen. Das Objektiv 2 projiziert schließlich ein reelles vergrößertes Bild der betrachteten Fläche des Prüflings 5 auf den lichtempfindlichen Schirm 3 der Kamera. Das Kästchen 7 stellt einen Kontrollfernseher dar, welcher die Videosignale, die vom Ausgang 8 der Kamera geliefert werden, zur Kontrolle wieder in ein optisches Bild umwandelt. Dieser Ausgang 8 der Kamera ist zusätzlich an den Eingang eines elektronischen Analog-Digitalwandlers 9 angeschlossen, der aus Schmittschen Triggerstufen gebildet wird. Diese Schaltung tastet das von der Leitung8 gelieferte Videosignal mit der Frequenz 10 MHz ab, um so diskrete Werte entsprechend den einzelnen aufeinanderfolgendcn Punkten bzw. Bereichen auf einer Abtastzeile zu erhalten.

Sie liefert über die Leitung 10 Impulse mit einer Frequenz 10 MHz, die zwei diskrete Werte annehmen können, die in der Folge symbolisch durch »0« und »L« dargestellt werden, je nachdem, ob der Wert des abgetasteten Signals kleiner oder größer als der eingestellte Schwellwert ist. Diese beiden Werte cntsprechen der Anwesenheit bzw. der Abwesenheit einer bestimmten Eigenschaft oder einer bestimmten Komponente auf dem Prüfling an dieser Stelle. Das an die Leitung 10 abgegebene elektrische Digitalsignal stellt das Bild dar, welches weiter oben als primäres elektrisches Bild bezeichnet wurde. Jeder Impuls der 10-MHz-lmpuIsfolge stellt einen Elementarbereich bzw. einen Punkt des Bildes des Prüflings dar.

Dieses primäre elektrische Bild wird dann durch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltung verarbeitet, die hier durch das gestrichelte RechtecK 11 angedeutet ist, um ein neues elektrisches Bild zu liefern. Die Arbeitsweise dieser Schaltung, die den oben gegebenen Erläuterungen entspricht, wird weiter unten ausführlicher untersucht. Das transformierte elektrische Bild wird an eine logische Analyse- und Zählerschaltung 12 weitergeleitet, die bereits bekannt ist und die benötigten statistischen Rechnungen ausführt. Diese Schaltung kann beispielsweise der Vorrichtung entsprechen, welche in der französischen Patentschrift 1 449 059 beschrieben ist.

Das Kästchen 13 stellt ein Programmsteuergerät dar, welches die Koordination der Abtastung der Fernsehkamera und der Abwicklung der von der Schaltung 12 ausgeführten statistischen Rechnungen besorgt. Dieses Gerät steuert mit Hilfe der Synchronimpulse, welche es über die Zeilen- und Rasierabtastkreise 14 der Fernsehkamera erhält, die Öffnung und Sperrung der Torkreise der Schaltung 12, um die Digitalinformationen einzuspeichern, die Schieberregister zu steuern und die Zähler zu betätigen, usw. Diese letztgenannten Kreise, die zur Schaltun" 12 gehören, sind bereits bekannt und werden deshalb wc· der dargestellt noch beschrieben.

Die F i g. 2 zeigt einen Ausschnitt der Schaltung, die durch das Rechteck 11 angedeutet ist, für eine Anwendung zur zweidimensionalen Korngrößenmessung in einer Ebene, z. B. an einem Dünnschliff. Dei Prüfling kann z. B. von einem Mineral, insbesondere von einem Erz, gebildet sein. Es soll z. B. die Vertei lung der Korngrößen eines der Bestandteile diese« Minerals bestimmt werden. Das von der Fernsehkamera an die Leitung 8 abgegebene Videosigna!

_wi_rd in der Schaltung 9 durch Vergleich mit einerr Schwellwert in diskrete »L« bzw. »0«-Signale verwandelt.

Das so an die Leitung 10 gelieferte, das elektrische Bild darstellende Signal kann zwei Werte annehmen:

»0« außerhalb des geprüften Bestandteiles (Ursprungliches Videosignal unter dem Schwellwert) und »L« innerhalb des geprüften Bestandteiles (Videosigna über dem Schwellwert). Die Flächenelemente mil

(ο

dem Wert »L« werden als »Körner« und die mit dem Wert »0« als »Poren« bezeichnet. Das elektrische Bild in 10 entspricht einer Schwarzweißzeichnung ohne Grautöne.

Die Abtastung des Prüflings erfolgt mit Hilfe einer Punktgruppe, bestehend aus 7 Punkten, in 3 Reihen, wobei die mittlere Reihe um einen halben Punktabstend versetzt ist, um ein Sechseck zu bilden (F i g. 3), wie in den bereits erwähnten Büchern von G. M a t h e r ο η und S. S e r r a vorgeschlagen wird.

Die Zusammenfassung dieser 7 Punkte, A_x, A, bis A₇ in F i g. 3, wird in der Hauptschaltung 11 von der logischen Schaltung IS (F i g. 2) durchgeführt, deren Arbeitsweise nachstehend beschrieben wird. Das von der Leitung 10 übertragene Bild wird an eine Reihe von drei Verzögerungsleitungen 16, 17 und 18 angelegt, deren Verzögerungsdauern t₀ + tjl, I₀ — tjl und /„ betragen, wobei t₀ die Abiastdauer einer Zeile und /„ die Impulsfolgeperiode, d. h. die Dauer zwischen der Abfrage des Videosignalwertes der Kamera 1 durch zwei Impulse bzw. die Dauer für die Abtastung des Abstandes α zwischen zwei Meßbereichen (Meßpunkten), beispielsweise/1, und A₂, auf dem Prüfling, darstellen. Diese Verzögerungsleitungen können entweder von elektromechanischen Analogleitungen oder von geeigneten verzögerten Kippstufen gebildet werden. Die erste Verzögerungsleitung 16 bewirkt eine räumliche Umgruppierung der Informationen gemäß einem .Sechseckraster und e "möglicht die gleichzeitige Ausgabe der Informationen über zwei Bereiche (Punkte), die um eine Zeile nach unten und urn a/2 Seitlich gegeneinander verschoben sind, z. B. über A_i und A. oder A_x und A₁ oder A, und A₆ usw., wobei diese beiden Informationen mit Hilfe eines »UND«-Gatters 19 miteinander verglichen werden, welches ein Signal »L« abgibt, wenn die beiden verglichenen Bereiche den Wert »I.« haben. Die Verzögerungsleitung 17 ermöglicht auf ähnliche Weise die gleichzeitige Ausgabe und den Vergleich zweier Bereiche, die um eine Zeile minus dem Abstand a/2 gegeneinander verschoben sind, wie z. B. A₅ und A., A₂ und Λ₄ usw., dies mit Hilfe des »UND« Gatters 20, während die Verzögerungsleitung 18 dem Vergleich zweier Bereiche wie A_x und A₂ bzw. A₃ und A_x ermöglicht, die auf derselben Zeile im Abstand α voneinander entfernt liegen.

Aus dem Schaltschema der F i g. 2 ist es ohne weiteres ersichtlich, daß im Augenblick, in dem das Signal A₁ am Eingang der logischen Schaltung 15 angelegt wird, das Signal am Ausgang 22 nur dann den Wert »L« annehmen kann, wenn alle 7 Bereiche A₁, A₂ bis A₁ den Wert»L« aufweisen. Es sei nebenbei bemerkt, daß die drei Vezögerungsleitungen 16, 17 und 18 in beliebiger Reihenfolge nacheinander geschaltet werden können, ohne daß das Resultat dadurch geändert wird. Man kann vernüftigerweise die 7 Bereiche A₁ bis A₁ mit ihrer konvexen sechseckigen Hüllkurve B, die in F i g. 3 strichpunktiert gezeichnet ist, gleichstsllen und behaupten, daß das am Ausgang 22 abgegriffene Signal den Wert »L« aufweist, wenn das gesamte Sechseck innerhalb des Bestandteils »L« liegt, d. h. innerhalb eines Korns. Wenn die Informationen des primären elektrischen Bildes, welches im folgenden mit A bezeichnet wird, im Laufe der Zeit durch die Schaltung 15 laufen, so verhält sich das Signal am Ausgang 22, wie wenn die Hüllkurve B schrittweise mit der Teilung α längs der Abtastzeile im untersuchten Medium verschoben würde. Bei jeder neuen Lage von B im Prüfling nimmt das am Ausgang 22 erscheinende neue transformierte elektrische Bild A' den Wert»L« an, wenn das SechseckB sich ganz innerhalb eines Korns befindet und sonst den Wert »0«. Wenn man die Symbolsprache und die Ausdrücke verwendet, welche in den oben angeführten Buchveröffentlichungen definiert sind, so kann man sagen, daß eine Erosion der Körper durch B vorgenommen wird und schreibt dafür symbolisch:

ίο A' = AQB. Kurz zusammengefaßt bedeutet das vom physikalischen Standpunkt aus, daß das neue elektrische Bild A' ein fiktives Objekt darstellt, in welchem die Körner des ursprünglichen Prüflings an ihrem gesamten Umfang eine Erosion um einen Betrag erfahren haben, welcher dem Durchmesser D des das Sechseck umschreibenden Kreises entspricht.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird das transformierte elektrische Bild A' einer weiteren ähnlichen Transformation unterzogen. Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß das Signal A' an eine Umkehrstufe 23 angelegt wird, welche dieses Signal in sein Komplement A' umwandelt, d. h. in ein neues Signal, welches den Wert »L« annimmt, wenn A' gleich »0« ist, und umgekehrt, und das am Ausgang 24 abgegriffen werden kann; A' gibt ein Bild der Poren, wenn A' ein Bild der Körner darstellt, und entspricht sozusagen einem negativen Bild. A' wird an eine Schaltung 25 angelegt, die genau so aufgebaut ist wie die Schaltung 15, die also eine »Erosion« des BiI-des A', d. h. eine Erosion der Poren, vornimmt, entsprechend einer Aufblähung der Körner, und liefert an 26 ein neues transformiertes Bild A".
Man schreibt:

A" = A' Q B oder A" = (AQ

Eine zweite Umkehrstufe 27, die wie 23 aufgebaut ist, liefert an 18 das komplementäre Signal A" zu A", welches von neuem ein positives Bild der Körner liefert. Man schreibt:

A" = (AQB)QB

und man sagt, daß auf die Erosion um B eine Aufblähung um B gefolgt ist. Nach dieser Transformation sind im elektrischen Bild alle Signale mit dem Wert »L« verloren gegangen, welche Körnern entsprechen, deren Maximaldurchmesser kleiner ist als der Durchmesser D des das Sechseck umschreibenden Kreises sowie auch diejenigen Signale »L«, welche »Isthmen« bzw. Einschnürungen der Körner schmaler als D unc »Kaps« bzw. Vorsprüngen mit einer Breite kleiner al; D entsprechen.

In der Praxis ist die Kenntnis von A" von großen Interesse. Die Differenz zwischen dem Anteil der Signale mit dem Wert »L« im ursprünglichen Bild A und im transformierten Bild A" gibt ein Maß für di< Korngrößenverteilung im ursprünglichen Bild, dem

sie entspricht dem Anteil der Bildfläche, die bei de: Aufblähung um B verschwunden ist.

Es ist leicht ersichtlich, daß durch ähnliche Trans formationen mit verschiedenen Größen des Sechs ecks B eine zweidimensionale »Siebkurve« der Körne

⁶S im Prüfling aufgestellt werden kann. Die mathema tische Ableitung der Resultate wird in dem oben an geführten Buch von G. Matheron gegeben.

Das nachstehende Ausführungsbeispiel, welches ii

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Verbindung mit den F i g. 4 bis 7 erläutert wird, dient zur weiteren Auswertung der Resultate, die im obigen Ausführungsbeispiel erhalten worden sind, indem das transformierte Bild einer weiteren Transformation unterzogen wird. Dieses System ermöglicht die Zählung von Körpern bzw. von Kornballungen in Abhängigkeit ihrer Abmessungen. Die F i g. 4 zeigt ein Schaltscherrh'. der zu diesem Zweck verwendeten logischen Schaltung. Innerhalb der Transl'ormationsschaltung, die wie in Fig. 1 durch das Rechteck 11 angedeutet ist, findet man wieder die logischen Schaltungen 15 und 25 zur »Erosion« des ursprünglichen Bildes sowie die Umkehrstufen 23 und 27 der F i g. 2.

Das transformierte Bild nach »Erosion« und »Aufblähung« um B, welches an 28 abgegriffen wird, wird dann in der logischen Schaltung 29 verarbeitet, welche eine Verzögerungsleitung 30 mit einer Verzögerung um die Zeilenabtastdaucr t₀ enthält, sowie zwei weitere Verzögerungsleitungen 31, 32 mit einer Verzögerungsdauer gleich der Abgriff period e /„ für die Abtastung zweier Punkte auf einer Zeile.

Man ersieht ohne weiteres, daß die Werte der Signale, die gleichzeitig an den 4 Punkten 33, 34, 35,

36 abgegriffen werden können, jeweils 4 Bereiche (Punkte) 64, 63, 62, 61 darstellen, die gemäß einem as Quadrat angeordnet sind (F i g. 5), welches auf zwei aufeinanderfolgenden Abtastzeilen des transformierten Bildes liegt. Wenn die »L«-»0«-Informationen im Laufe der Zeit durch die Schaltung laufen, verschiebt sich dieses Quadrat in Abtastrichtung schrittweise mit einer Teilung α oder einem Vielfachen von a.

Die vier Iiiiufffiätioncn, entsprechend 61, 62, £3, b4 werden an die Spalten einer Programmierungs-Diodcnmatrix 37 angelegt, deren Zeilen an zwei Zähler 38, 39 angeschlossen werden, die zu der allgemcinen Zählerschaltung 12 (F i g. 1) gehören. Die Matrix

37 ist derart programmiert, daß sie dem Zähler 38 ein Signal »L« liefert, wenn ein Gebilde ermittelt wird, welches durch die folgende Wertegruppe dargestellt ist:

61 = L

62 = L

63 = 0

64 = L

und das in F i g. 6 schematisch dargestellt ist, und »0« in allen anderen Fällen.

Sie liefert desgleichen an den Zähler 39 ein Signal gleich »L«, wenn ein Gebilde ermittelt wird, welches folgender Wertreihe entspricht:

6I = L
62= L
63 = 0
64= L

und das in F i g. 7 schematisch dargestellt ist, und »0« in allen anderen Fällen. Man sieht aus den Fig. 6 und 7, daß diesen Gebilden Vorsprünge (F i g. 6) bzw. Einbuchtungen (F i g. 7) in den Körnern entsprechen.

In dem oben angegebenen Buch von J. Serra wird gezeigt, daß die Differenz zwischen der Anzahl der Vorsprünge und der Anzahl der Einbuchtungen gleich der Anzahl der Körner im transformierten Bild ist, das an die Schaltung 29 angelegt wird. Durch derartige Zählungen für verschiedene Größen des Sechseckes B kann man eine Kurve zeichnen, welche die Anzahl der Körner in Abhängigkeil ihrer Größe wiedergibt.

Für derartige Zählungen gibt es zahlreiche Anwendungen. Als Beispiele kann man anführen: die Zählung der roten bzw. weißen Blutkörperchen im Blut, die Zählung der Korngrößen im Staub bzw. in pulverförmigen Stoffen, Zählung der Poren bzw. Einschlüsse in Mineralien bzw. Metallen oder Legierungen. Allgemeiner ermöglicht diese logische Schaltung die Ermittlung der kennzeichnenden Daten der Prüflinge, wie z. B. die Verteilungsfunktion ihrer Krümmungsradien längs der Korngrenzen und der Porengrenzen. Die mathematische bzw. morphologische Deutung dieser einzelnen Größen ist in den oben angpgphpnen Riichveröffentlichunacn ansegcben.

Ein weiteres Anwendungsbeispiel kann durch eine andere Kombination der logischen Schaltungen der Fig. 4 erhalten werden. Wenn man das Signal aus der Umkehrstufe 23, d. h. das Bild A' direkt an den Eingang der Schaltung 29 legt, so kann man die Anzahl der Poren im ursprünglichen Bild /1 zählen. Wenn man dagegen an dieselbe Schaltung 29 da5 Signal aus dem Kreis 25. d.h. das Bild/4'' anlegt, so zählt man die Anzahl der Poren nach Erosion und Blähung der Körner. In dem Buch vor J. Serra wird gezeigt, daß die Differenz zwischer diesen beiden Zählungsergebnissen den Gruppierungen benachbarter Poren, also dem Nachbarschafts faktor der Poren entspricht. Dieses Verfahren kam unter anderem in der Metallographie verwende werden, um den Verschmelzungsgrad von nicht metallischen Einschlüssen bzw. Seigerungen zu defi nieren und zu messen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

ι :

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Textur-Patentanspruch: analyse eines nichthomogenen Objektes mit einer

Einrichtung zur Erzeugung eines elektrischen Bildes

Vorrichtung für die Texturanalyse eines nicht- des Objekts, die eine vorzugsweise elektronische homogenen Objekts mit einer Einrichtung zur 5 Abtastvorrichtung zur Verschiebung eines vorErzeugung eines elektrischen Bildes des Objekts, bestimmten Meßbereichs über die Fläche des Objekts die eine vorzugsweise elektronische Abtastvor- sowie Mittel zur Bestimmung einer gewissen von der richtung zur Verschiebung eines vorbestimmten Struktur des Objekts abhängigen Eigenschaft des Meßbereichs über die Fläche des Objekts sowie Objekts in dem jeweiligen Meßbereich und zu- UmMittel zur Bestimmung einer gewissen von. der io Wandlung dieser Eigenschaft in ein das primäre Struktur des Objekts abhängigen Eigenschaft des elektrische Bild darstellendes elektrisches Signal Objekts in dem jeweiligen Meßbereich und zur enthält, mit einem Analog-Digital-Wandler, der die Umwandlung dieser Eigenschaft in ein das aus den Meßsignalen gewonnenen elektrischen Siprimäre elektrische Bild darstellendes elektrisches gnale aufnimmt, mit mindestens einer Speicher-Signal enthält, mit einem Analog-Digital-Wand- 15 vor-ichtung für die Speicherung von digitalen ler, der die aus den Meßsignalen gewonnenen Signalen, mit einer logischen Auswahl- und Verelektrischen Signale aufnimmt, mit mindestens gleichs-Einrichtung zur Festlegung der auf dem einer Speichervorrichtung für die Speicherung nichthomogenen Objekt zu untersuchenden Konfivon digitalen Signalen, mit einer logischen Aus- gurationen und zum Vergleich von je k gespeicherten wahl- und Verg eichs-Einrichtung zur Festlegung 20 Werten mit je k anderen Speicherwerten, mit einer der auf dem nichthomogenen Objekt zu unter- Zählerschaltung zur Zählung der sich bei dem Versuchenden Konfigurationen und zum Vergleich gleich ergebenden Übereinstimmungen und Nichtvon je k gespeicherten Werten mit je k anderen Übereinstimmungen sowie mit einer Synchronisa-Speicherwerten, mit einer Zählerschaltung zur tiopsvorrichtung, durch welche jeweils gleichzeitig Zählung der sich bei dem Vergleich ergebenden 35 mit der Abtastung eines Meßbereichs des nicht-Übereinstimmungen und Nicht-übereinstimmun- homogenen Objekts die logische Auswahl- und gen sowie mit einer Synchronisationsvorrichtung, Vergleichs-Einrichtung in Tätigkeit gesetzt wird,
durch welche jeweils gleichzeitig mit der Ab- Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art tastung eines Meßbereichs des nichthomogenen (USA.-Patentschrift 3 449 586) werden die von dem Objekts die logische Auswahl- und Vergleichs- 30 Analog-Digital-Wandler erhaltenen digitalen Signale Einrichtung in Tätigkeit gesetzt wird, g e k e η η - unmittelbar in die als Schieberegister ausgebildete zeichnet durch die Kombi .ation der Merk- Speichervorrichtung eingegeben, in der die Wene der male, daß zwischen dem Analog-Digital-Wand- digitalen Signale der η letzten Messungen (n = vorler (9) und der logischen Ausw .hl- und Ver- bestimmte ganze Zahl) eingespeichert sind. Bei der gleichs-Einrichtung (37) eine erste logische Ver- 35 Einspeicherung des zu jeder neuen Messung gearbeitungsschaltung (15) zur Bildung eines ersten hörenden Wertes wird die in dem Speicher enthaltene transformierten elektrischen Bildes angeordnet Information um je eine Speicherzelle weitergeschoben ist. die besondere Speichermittel (16, 17, 18) zur und der jeweils zur ältesten Messung gehörende Wert jeweiligen Speicherung von vom Analog-Digital- aus dem Schieberegister herausgeschoben. Mit dieser Wandler (9) kommenden elektrischen Signalen, 40 Vorrichtung wird also lediglich das primäre elekwelche zeitlich um einen von der Abtastdauer trische Bild des zu untersuchenden Objekts statistisch einer Zeile des Meßbereichs abhängigen Wert mittels der Auswahl- und Vergleichs-Einrichtung verschobenen Informationssätzen entsprechen, ausgewertet. Damit lassen sich zwar eine ganze Reihe von denen jeder Informationssatz m auf einer von Struktureigenschaften des Objekts, wie beispiels-Abtastzeile nebeneinanderliegende Punkte um- 45 weise die spezifische Oberfläche und die Korngrößenfaßt, sowie logische Verknüpfungsschaltungen verteilung seiner Bestandteile, quantitativ ermitteln. (19, 20, 21) zur Abfrage von ρ vorbestimmten, Es ist jedoch damit nicht möglich, bestimmte Formen einem typischen Strukturelement (B) des Objekts der Bestandteile zu erkennen,
entsprechenden Adressen im Speicher, zum Ver- Ferner ist es bei einer Vorrichtung zur Texturgleich der ρ gespeicherten Werte einzeln mit 50 analyse bekannt (Journal of Research of the National einem Satz von ρ vorgegebenen Werten, und zur Bureau of Standards — A. Physics and Chemistr\, Erzeugung eines zweiten, das transformierte Bild Band 67 A, No.
2, März/April 1963, S. 127 bis 131), darstellenden elektrischen Signals mit unter- daß bei der zur Auswertung der gemessenen und schiedlichen Werten, je nachdem, ob eine Über- in Digital-Signale umgewandelten Bildparameter ein einstimmung mit den vorgegebenen Werten vor- ₅₅ Computer verwendet wird. Dazu ist ein Rechenliegt oder nicht, umfaßt, daß der logischen Ver- programm vorgesehen, das eine Reihe von Unterarbeitungsschaltung (15) eine Umkehrstufe (23) Programmen zur Steuerung des Hauptprogramms, zur Bildung eines zum ersten transformierten Bild zur Umspeicherung der in dem Datenspeicher des komplementären Bildes nachgeschaltet ist, daß Computers gespeicherten Bildparameter zwecks eine zweite oder mehrere logische Verarbeitungs- 60 Drehung und Duplizierung dieser Bilder und zur schaltung(en) (25) und Umkehrstufe(n) (27) vor- Modifikation und Auswertung des Primärbildes entgesehen sind, welche als Eingangssignal minde- hält. Aus Genauigkeitsgründen ist meist eine sehr stens eines der elektrischen Bilder erhalten, und große Zahl von Meßpunkten statistisch auszuwerten, daß eine Zählerschaltung (29) mit Speichermitteln Bei dieser bekannten Vorrichtung werden dazu eine (30, 31, 32) für die aufeinanderfolgenden Werte 65 entsprechend große Zahl an Datenspeicherplätzen des das letzte transformierte elektrische Bild dar- benötigt. Außerdem wird zur Auswertung derart stellenden Signals vorgesehen ist. großer Datenmengen relativ viel Rechenzeit benötigt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die be-