DE2208430A1

DE2208430A1 - Erkennungsvorrichtungen für Bild analysiersysteme

Info

Publication number: DE2208430A1
Application number: DE19722208430
Authority: DE
Inventors: Michael John Sawston Cam bndgeshire Wadlow David Edward Royston Hertfordshire Cowham, (Großbritannien)
Original assignee: Image Analysing Computers Ltd
Current assignee: Image Analysing Computers Ltd
Priority date: 1971-02-25
Filing date: 1972-02-23
Publication date: 1972-09-07
Also published as: US3813487A; GB1383740A

Description

Dr.-lng. E. BERKENFELD ■ Dlpl.-lt.g. !1. BEJiKCMFELD, Patentanwälte, Köln Anlage Aktenzeichen

zur Eingab, vom 14. Februar 1972 vA// Named.Anm. Image Analysing

Computers Limited

Erkennungsvorrichtungen für Bildanalysiersysteme

Die Erfindung betrifft Erkennungsvorrichtungen für Bildanalysiersysteme«, Insbesondere sieht die Erfindung eine Abänderung · vor, welche auf bestimmte Erkennungsvorrichtungen anwendbar ist, die in den gleichartigen britischen Patentanmeldungen 53405/69 und 10560/70 beschrieben sind»

Die Hauptaufgabe der Erfindung besteht darin, die Fehler zu verringern, die sich während der Erkennung der Amplitudenschewankungen eines amplitudenmodulierten Videosignals ergeben können, wenn die Quelle de's Videosignals einer sogenannten Schattierungsverzerrung unterworfen ist» ^

Unter der Bezeichnung "Erkennung" ist die Umwandlung von Amplitude ns chwankungen des Videosignals, welche eine Bezugsspannung überschreiten, in elektrische Impulse zu verstehen, deren Dauer gleich der Dauer der oberhalb des Bezugsspannung liegenden Amplitudenschwankung ist. Die resultierenden elektrischen Impulse bilden ein sogenanntes erfaßtes Videosignal und können verwendet werden, um Parameter von Bildpunkten in einem zu analysierenden Feld zu berechnen.

Wenn eine Schattierungsverzerrung vorhanden ist, erzeugt der gleiche Bildpunkt eine verschiedene Amplitudenschwankung des Videosignals, wenn derselbe in verschiedenen Teilen des Blickfeldes der Quelle des Videosignals liegt» Wenn die Quelle aus einer Fernsehkamera besteht, welche auf die Betrachtung eines weißen und gleichmäßig beleuchteten Feldes eingestellt ist, erscheint die Schattierungsverzerrung als eine Veränderung der Amplitude des Videosignals, wenn der Elektronenstrahl quer zur

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Fotokathode abtastet. Wenn keine Schattierungsverzerrung vorhanden ist, bleibt die Amplitude/Öes Videosignals sowohl in der Zeilen- als auch in der Bildabtastrichtung konstant.

Wenn in dem oben angeführten Beispiel das Videosignal auf einen Fernsehmonitor zur Einwirkung kommt und das weiße Feld auf dem Monitorschirm reproduziert wird, erscheinen die Schattierungsverzerrungen als graue Bereiche in der sonst weißen Monitordarstellung. Eine verstärkte Schattierungsverzerrung erzeugt in dunklerem Grau schattierte Bereiche und der durch die Schattierungsverzerrung erzeugte Bereich mit dem dunkelsten Grau wird als das maximale Schattierungsniveau bezeichnet.

Da die Helligkeit, das heißt das Weiß des grauen Bereiches, an irgendeiner Stelle in dem dargestellten Bild zu der Amplitude des Videosignals in diesem Augenblick der Abtastung proportional ist, kann das maximale Schattierungsniveau durch eine gegebene Spannung bezeichnet werden, die irgendwo zwischen jenen Amplitudenwerten des Videosignals liegen, die dem Weiß bzw. dem Schwarz entsprechen«

Die Veränderung der Empfindlichkeit, welche die üchattierungsverzerrung erzeugt, verändert sich im allgemeinen nur langsam quer zu dem Feld, Die grauen Bereiche werden daher nicht gut abgegrenzt sein, sondern in die weißen Bereiche übergehen. Bei Fernsehkameraröhren ist ferner die Verzerrung rund um den Mittelpunkt der Fläche der Fotokathode (das heißt des Blickfeldes) symmetrisch und erzeugt eine Verdunklung gegen die Ränder des Feldes hin. Wenn das Videosignal durch Zeilenabtastung erhalten wird, wird gewöhnlich angenommen, daß sich der Elektronenstrahl mit konstanter Geschwindigkeit längs jeder Zeilenabtastung bewegt, und wenn der Strahl von einem weißen auf einen schattierten Bereich übergeht, nimmt die Amplitude des Videosignals ab· Die maximale Schattierungsgeschwindigkeit ist die maximale Geschwindigkeit der Änderung der Spannung, die der Zeit nach durch die Schattierungsverzerrung bewirkt wird, welche während jeder

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der Zeilenabtastungen erfolgt, die zusammen das vollständige Raster bilden«,

Wie in den Erkennungsvorrichtungen vorgesehen ist, die unter Bezugnahme auf die Figuren 14, 15 und 17 der gleichartigen britischen Patentanmeldungen 53405/69 und 10560/70 beschrieben sind, wird eine Spannung erzeugt, welche im Idealfall in irgendeinem Augenblick der Abtastung dem örtlichen Spitzenweißamplitudenwert des Videosignals entspricht,, Dies wird erreicht, indem eine Gleichrichterdiode zum Aufladen eines Kondensators verwendet wird, der sich relativ zu der Ladezeitchrarakteristik nur langsam entladen darf_o Während der Elektronenstrahl einen weißen Bereich abtastet, wird daher der Kondensator auf den Amplitudenwert des Videosignals aufgeladen, v/elcher diesem x^eißen Bereich entspricht. Aber beim Übergang von einem weißen zu einem grauen Bereich folgt die Spannung parallel zum Kondensator nicht sofort der plötzlichen Verringerung des augenblicklichen Amplitudenwertes des Videosignals. Unter der Voraussetzung, daß die Amplitudenschwankung des Videosignals aus dem weißen Bereich von verhältnismäßig kurzer Dauer ist, wird der Wert dieser Spannung beim darauffolgenden Übergang von einem grauen zu einem weißen Bereich noch immer im wesentlichen der gleiche sein, wie jener beim früheren Übergang von einem weißen zu einem grauen Bereich. Diese Spannung oder eine von derselben abgeleitete Spannung kann als eine Steuerspannung dienen, um entweder den Wert der Bezugsspannung zu bestimmen, mit welcher die augenblickliche fi Amplitude des Videosignals in der Erkennungsvorrichtung verglichen wird, um das erfaßte Videosignal zu erzeugen, oder um den Verstärkungsfaktor eines Verstärkers mit veränderlichem Verstärkungsfaktor im Signalweg des Videosignals zu einem Detektor zu steuern, so daß die Amplitude des Videosignals in den schattierten Bereichen verstärkt wird. Eine solche Vorrichtung wird nachstehend als eine Erkennungsvorrichtung der beschriebenen Art bezeichnet.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung enthält eine lürken-H 70/25 209837/0831

nungsvorrichtung der beschriebenen Art zusätzlich einen Halteentladestromkreis, welcher gewöhnlich verhindert, daß die Kondensatorspannung (oder eine von derselben abgeleitete Spannung) abnimmt, sowie einen zweiten Spitzengleichrichterstromkreis, der eine einstellbare Entladegeschwindigkeit aufweist, und eine Vergleichseinrichtung zum Vergleichen der augenblicklichen Amplitude des Videosignals mit der Spannung des zweiten Spifeengleichrichterstromkreises, um einen Schaltimpuls zu erzeugen, sobald die Spannung des zweiten Spitzengleichrichterstromkreises unter die augenblickliche Amplitude des Videosignals absinkt, Wobei der Halteentladestromkreis auf einen Schaltimpuls anspricht, um die Entladung des Kondensators zu bewirken.

Die Spannung parallel zum Kondensator kann als Bezugsspannung in einer Vergleichseinrichtung oder als Steuerspannung des Verstärkungsfaktors für einen Verstärker mit veränderlichem Verstärkungsfaktor dienen.

Vorzugsweise ist die Entladegeschwindigkeit des zweiten Spitzengleichrichterstromkreises auf die maximale Schattierungsgeschwin digkeit eingestellt.

Bei kleinen Bildpunkten sind die Ergebnisse, die von einer Erkennungsvorrichtung erhältlich sind, welche gemäß dieser ersten Ausführungsform der Erfindung ausgebildet ist, ähnlich jenen, die durch die in Fig. 14 der früher erwähnten britischen Patentanmeldungen dargestellte Erkennungsvorrichtung erhalten werden. Für große Bildpunkte können Jedoch bessere Ergebnisse erhalten v/erden.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung enthält eine Erkennungsvorrichtung der beschriebenen Art ferner einen Spannungsblockierstromkreis, um zu verhindern, daß diese Spannung oder eine von derselben abgeleitete Spannung unter einen Wert absinkt, welcher einer Spannung parallel zum Kondensator ent- . spricht, die β dem Amplitudenwert des Videosignals auf dem ma-

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ximalen Schattierungsniveau gleich ist.

Zweckmäßig besteht der Blockierungsstromkreis aus einer Quelle ■ der Spannung, die der Spannung auf dem maximalen Schattierungsniveau gleich ist, und aus einer Gleichrichterdiode, welche die Quelle mit dem Kondensator verbindete Falls die Spannung parallel zum Kondensator unter die Spannung des maximalen Schattierungsniveaus absinkt, führt die Quelle Strom über die Gleichrichterdiode zu, um den Kondensator aufzuladen und die Spannung auf jener des maximalen Schattierungsniveaus zu halten.

Diese Ausführungsform ist von besonderem Vorteil, wenn die Amplitudenschwankung des Videosignals, die durch eine Zeilenabtastung bewirkt wird, welche einen von einem weißen Hintergrund umgebenen grauen Bildpunkt kreuzt, von genügend langer Dauer ist, welche die Abnahme der Spannung parallel zum Kondensator auf einen solchen Wert ermöglicht, daß die von derselben abgeleitete Steuerspannung (zur Steuerung entweder der Bezugsspannung oder der automatischen Steuerung des Verstärkungsfaktors) nicht mehr ausreicht, um die frühere Beziehung zwischen der augenblicklichen Amplitude des Videosignals und der Bezugsspannung aufrecht zu erhalten." Sobald die augenblickliche Amplitude des Videosignals ersichtlich größer ist als die Bezugsspannung, wird der Impuls des erfaßten Videosignals g beendet, ob die Amplitude des Videosignals den Weißwert wieder erreicht hat oder nicht, Infolgedessen kann die Schattierungsverzerrung eine Verkürzung der Dauer von Impulsen des erfaßten Videosignals von Bildpunkten erzeugen, welche Amplitudenschwankungen des Videosignals bewirken, die größer sind als eine gegebene kritische Dauer.

Unter der Voraussetzung, daß die Bezugsspannung nicht zwischen Spannungen liegen muß, welche dem maximalen Schattierungsniveau und dem Spitzenweißaraplitudenwert des Videosignals entsprechen, wird daher die durch diese zweite Ausführungsform der Erfindung vorgeschlagene Abänderung ermöglichen, daß eine korrekte Dauer

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der Impulse des Videosignals für irgendeinen Bildpunkt in einem Blickfeld erhalten wird, dessen Grauwert beträchtlich größer ist als das durch die Schattierungsverzerrung erzeugte dunkelste Grau. In der Praxis ist es gewöhnlich möglich, diese letztere Bedingung durch entsprechende Beleuchtung des durch die Kamera betrachteten Feldes zu erfüllen.

Eine besonders vorteilhafte Erkennungsvorrichtung wird durch Kombination der ersten und zweiten Ausführungsformen der Erfindung in einer einzigen Erkennungsvorrichtung erhalten.

Nachstehend werden beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, in welchen zeigt:

Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramm einer Erkennungsvorrichtung, die in den gleichartigen britischen Patentanmeldungen 53405/69 und 10560/70 dargestellt und beschrieben ist,

Fig. 2 eine graphische Darstellung der Amplitudenveränderung in einem Videosignale, das von einer Zeilenabtastung abgeleitet ist, welche einen großen dunklen Bildpunkt auf einem hellen Hintergrund kreuzt,

Fig. 3 graphisch die verschiedenen Spannungen, welche an verschiedenen Stellen in dem System der Figur 1 erhalten werden,

Fig. 4 das zweiwertige erfaßte Ausgangssignal des Systems der Figur 1,

Fig. 5 ein Blockdiagramm einer Erkennungsvorrichtung, welche gemäß der es»rsten Ausführungsform der Erfindung ausgebildet ist,

Fig. 6 eina Pig. 3 ähnliche graphische Darstellung und veran-

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scliaulicht die verschiedenen Spannungen, welche an verschiedenen stellen in dem Stromkreis der Figur 5 erhältlich sind und welche der Amplitudenveränderung in einem Videosignal überlagert sind, das sich- aus einer einzigen Zeilenabtastung ergibt, welche einen großen dunklen Bildpunkt auf einem hellen Hintergrund kreuzt,

Fig. 7 das zweiwertige erfaßte Ausgangssignal des Systems der Figur 5,

Fig. 6 ein Blockdiagramm einer Srkennungsvorrichtung zum Erzeugen eines zweiwertigen erfaßten Videosignals aus den Amplitudenschwankungen eines amplitudenmodulierten Videosignals und veranschaulicht eine gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung ausgebildete Abänderung,

Fig. 9 V/ellenformen von elektrischen Signalen, die an verschiedenen Stellen in der Erkennungsvorrichtung der Figur 8 erhältlich sind, und

Figo 10 ein Blockdiagramm einer abgeänderten Srkennungsvorrichtung, in welcher die Amplitude des Videosignals durch einen Verstärker mit veränderlichem Verstärkungsfaktor gesteuert wird und in v/elcher der Stromkreis, der die Steuerspannung des Verstärkungsfaktors für den Verstärker mit veränderlichem Verstärkungsfaktor erzeugt, gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung ausgebildet ist.

Fig. 1 veranschaulicht das System, das in Figo 14 der gleichartigen britischen Patentanmeldungen 53405/69 und 10560/70 dargestellt ist. Das System enthält eine Quelle 10 des abgetasteten Videosignals. Das Ausgangssignal der uuelle 10 wird einer Vergloi'chseinrichtuxig 12 über eine Verzögerungsvorrichtung 14 zugeführt (welche eine Verzögerungsleitung oder ein entsprechendes Cchieo-ber■■:_;■).; -<^!r sein kann). Zu öcr gleichen Zeit virc d.-",,^c- Videosignal durch einen Gpitzen.'jpamxun^rintegrator hindurch.-jei\ihrt,

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der aus einer Gleichrichterdiode 16 und einem Spitzenspannungskondensator 18 besteht, dessen Kapazität mit C bezeichnet ist. Der Vorwärtsladewiderstand des Stromkreises wird durch einen Reihenwiderstand 20 bestimmt, dessen Ohm¹scher Widerstand mit r bezeichnet ist. Der Ohm'sche Widerstand ft r ist durch die Steuerung 22 veränderlich, um die Ladegeschwindigkeit des Kondensators 18 zu verändern. Die Spitzenspannung wird parallel zu einem Potentiometer 24 erzeugt, das zum Kondensator 18 parallel geschaltet ist. Die Anzapfung des Potentiometers speist den zweiten Eingang der Vergleichseinrichtung 12. Die Vergleichseinrichtung bildet einen Teil eines Detektors, dessen Ausgangssignal aus einem binären Signal besteht, welches einen ersten Wert aufweist, wenn das augenblickliche Videosignal unterhalb der Spannung am Potentiometer 24 liegt, und einen zweiten Wert, wenn das augenblickliche Videosignal der Potentiometerspannung gleich ist oder dieselbe überschreitet. Die Spannung an der Anzapfung des Potentiometers 24 dient daher als eine Bezugsspannung, mit welcher der augenblickliche Wert des Videosignals verglichen werden kann.

Der Widestand des Potentiometers 24 ist im Vergleich zum Widerstand r des Widerstandes 20 groß gemacht, so daß die Vorwärtsladezeitkonstante des Spitzenwertstromkreises angenähert durch das Produkt von r und C gegeben ist. Die durch die Verzögerungsvorrichtung 14 eingeführte Zeitverzögerung ist daher annähernd gleich der Zeitkonstante rC.

Es soll nunmehr auf die Figuren 2 und 3 Bezug genommen werden. Die in Fig. 2 dargestellte Wellenform veranschaulicht eine typische Amplitudenveränderung eines Videosignals, die an der Stelle «ti a in Fig. 1 erscheint, wenn eine einzige Zeilenabtastung einen großen dunklen Bildpunkt auf einem weißen Hintergrund kreuzt. In Fig. 3 sind andere, an den Stellen c und d erhältliche Spannungen dargestellt, welche der verzögerten Wellenform der Figur 2 überlagert sind, wie bei b in Fig. 3 gezeigt, ist. Die Wellenform c entspricht der abnehmenden Spannung paral-

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lel zum Potentiometer 24 infolge der Leckens der Ladung aus dem Kondensator 18 durch das Potentiometer 24„ Die Geschwindigkeit der Entladung ist so eingestellt, daß sie der wahrscheinlichen maximalen Geschwindigkeit der Veränderung der Empfindlichkeit auf der Fotokathode der Kamera entspricht,und wird daher als die maximale Schattierungsgeschwindigkeit MSR bezeichnet. Die Anzapfung des Potentiometers ist auf eine 50 % Marke eingestellt und die von der Anzapfung während der ganzen Zeilenabtastung erhältliche Spannung ist bei d in Fig. 3 dargestellt.

Das durch die Vergleichseinrichtung 12 erzeugte Ausgangssignal des Detektors ist in Fig. 4 bei e dargestellt. Da das Potentiometer 24 auf die 50 % Marke eingestellt worden ist, liefert die Vergleichseinrichtung 12 ein binäres Ausgangssignal, welches das Vorhandensein eines Bildpunktes auf jenem Teil der Zeilenabtastung anzeigt, während welchem die augenblickliche Amplitude des Videosignals unterhalb des 50 % Anzeigeniveaus d liegt. Fig. 3 veranschaulicht ziemlich deutlich den Fehler, der durch die A abnehmende Spannung parallel zum Potentiometer 24 eingeführt wird, wenn dasselbe so eingestellt ist, daß es eine 50-prozentige Anzeige liefert. Offenbar wird bei einer höheren Anzeigeniveaueinstellung dieser Fehler verringert. Es ist ersichtlich, daß die Dauer des erfaßten binären Ausgangssignals e ungefähr die Hälfte der tatsächlichen Dauer der Amplitudenänderung in dem Videosignal beträgt, welche der Kreuzung der Zeilenabtastung mit dem Bildpunkt entspricht.

Fig. 5 zeigt ein Blockdiagramm, welches die erste Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht. Die Wellenformen in den Figuren 6 und 7 sind von einer Amplitudenveränderung des Videosignals abgeleitet worden, welche jener ähnlich ist, die zur Veranschaulichung der Wirkungsweise des Stromkreises der Figur 1 verwendet wurde. Infolgedessen können die Figuren 6 und 3 verglichen werden, ebenso wie die Figuren 7 und 4, wonach die durch die erste Ausführungsform der Erfindung erzielte Verbesserung leicht ersichtlich ist.

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In Fig. 5 wird das Videosignal von einer Quelle 10 auf eine erste Vergleichseinrichtung 26 über eine Verzögerungsvorrichtung 28 zur Einwirkung gebracht, sowie auch auf einen Spitzenweißfolgestromkreis 30. Der SpitzenweißfοIgeStromkreis kann zweckmäßig aus den in Fig. 1 gezeigten Bestandteilen 16, 18, 20 und 24 des Systems bestehen. Die Anzapfung des Potentiometers befindet sich dauernd am oberen Ende, so daß der Eingang vom Potentiometer zu der Vergleichseinrichtung 12 stets dem 100 % Spitzenweißwert gleich ist. Die Abnahme der Spannung parallel zum Potentiometer infolge eines Absinkens der Amplitude des Videosignals ist bei b in Fig. 6 dargestellt. Diese abnehmende Spannung entspricht der MSR-Linie c der Figur 3. Die Vergleichseinrichtung 26 liefert ein erfaßtes Ausgangssignal, welches mit der vorderen Kante der Änderung in der Amplitude infolge des Bildpunktes beginnt und endet, wenn die abnehmende Spannung parallel zum Potentiometer dem augenblicklichen Amplitudenwert des Videosignals gleich ist» Diese Stelle ist in Fig. 6 mit χ bezeichnet.

Die hintere Kante des erfaßten binären Ausgangsimpulses der Vergleichseinrichtung 26 zeigt an, daß jenseits dieser Stellender Zeit nach) der Spitzenweißwert des Videosignals (infolge der Schattierung) unter den zuletzt bekannten Spitzenweißwert absinken kann (unmittelbar vor dem Beginn des Bildpunktes). *

Bis zu dieser Stelle (die in Fig. 6 mit χ bezeichnet ist) ist es jedoch vernünftig, anzunehmen, daß sich der Spitzenweißwert nicht wesentlich verändert hat. Gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung enthält die Vorrichtung der Figur 5 einen zweiten Spitzenweißdetektor 32, dem das Videosignal von der Quelle 10 ebenfalls zugeführt wird, der aber keinen Leckweg für die Ladung im Kondensator 18 enthält, so daß diese Ladung aufrecht erhalten wird, ohne Rücksicht darauf, welche Ladung der Kondensator am Beginn eines Bildpunktes enthält. Eine getrennte Entladevorrichtung für den Kondensator 18 ist in einem Haltestromkreis 34 vorgesehen, welcher die Entladung des Kondensators verhindert, bis im Spitzenweißdetektor 32 eine hintere Kante des

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erfaßten binären Ausgangssignals der Vergleichseinrichtung 26 empfangen wird. Dies zeigt an, daß die Stelle χ der Zeit nach erreicht wurde,und an dieser Stelle wird ein Entladestromkreis eingeführt, um zu bewirken, daß die Spannung-parallel zum Kondensator im Spitzenweißdetektor 32 abnimmt bis zu dem Zeitpunkt, in dem diese Spannung der augenblicklichen Amplitude des Videosignals gleich ist. An dieser Stelle ist der Haltestromkreis angeordnet, um den Entladestromkreis aus dem Kondensator auszuschalten, so daß der Kondensator wieder dem Spitzenweißwert des Videosignals folgen kann und seine Ladung während der folgenden Bildpunkte auf dem neuen Spitzenweißwert hält.

Das Ausgangssignal des Spitzenweißdetektors 32 wird über den Haltestromkreis 34 auf ein Potentiometer 36 zur Einwirkung gebracht und die auf dasselbe zur Einwirkung kommende Spannung ist bei c in Figo 6 dargestellt. Es ist ersichtlich, daß diese Spannung für die Dauer des Bildpunktes konstant bleibt, bis die Stelle χ der Zeit nach erreicht ist, worauf die Spannung c gegen das Videosignal abnimmt. Die Spannung an der Anzapfung des Potentiometers 36 ist bei d in Fig. 6 dargestellt. Es ist ersichtlich, daß diese Spannung für die Dauer des in diesem besonderen Beispiel gewählten Bildpunktes im wesentlichen konstant bleibt.

Das Videosignal von der Quelle 10 wird über eine Verzögerungsvorrichtung 38 auch auf eine Vergleichseinrichtung 40 zur Einwirkung gebracht, welche einen Detektor bildet, dessen Ausgang ein binäres Signal ist, das bei e in Fig. 7 dargestellt ist. Durch Vergleich der Figur 7 mit Figur 4 ist ersichtlich, daß die Dauer des binären Ausgangssignals des Detektors 40 viel genauer ist als das entsprechende binäre Ausgangssignal der einen Detektor bildenden Vergleichseinrichtung 12 der Figur 1.

In Fig. 8 wird ein amplitudenmoduliertes Videosignal auf einen Verbindungspunkt 110 zur Einwirkung gebracht und nach der Verzögerung durch die Verzögerungsvorrichtung 112 wird dasselbe dem

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einen Eingang einer Vergleichseinrichtung 114 zugeführt, welche dazu dient, die augenblickliche Amplitude des V verzögerten Videosignals mit einer Bezugsspannung zu vergleichen, die auf den anderen Eingang zur Einwirkung kommt» Der Ausgang der Vergleichs einrichtung besteht aus einer Reihe elektrischer Impulse, welche gewöhnlich als ein erfaßtes Videosignal bezeichnet wird, wobei jeder Impuls einer Amplitudenschwankung des Videosignals entspricht, welche die Bezugsspannung überschreitet und deren Dauer jener gleich ist, während welcher die Amplitude des Videosignals die Bezugsspannung überschreitet·

Die Bezugsspannung wird von der Anzapfung eines Potentiometers 116 erhalten, das von einem Verstärker 118 mit Strom gespeist wird. Der Ausgangsstrom wird durch die Spannung parallel zu einem Kondensator 120 gesteuert, der zwischen einem Verbindungspunkt 122 und Erde eingeschaltet ist· Der Kondensator 120 wird über eine Gleichrichterdiode 124 aufgeladen und durch einen einstellbaren Widerstand 126 entladen. Das Vorhandensein eines Tores 128 wird vorläufig nicht beachtet und es wird angenommen, daß dieses Tor dauernd offen ist, so daß der Widerstand 126 zum Kondensator 120 parallel geschaltet ist*

Außerdem wird das Vorhandensein einer Gleichrichterdiode 130 und der Verzögerungsvorrichtung 112 vorläufig nicht beachtet·

Gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung ist eine weitere Gleichrichterdiode 132 zwischen den Verbindungspunkt 122 und die Anzapfung eines Potentiometers 134 eingeschaltet. Letzteres ist so eingestellt, daß die an der Anzapfung erscheinende Spannung gleich der Spannung des maximalen Schattierungsniveaus ist. Wenn die Spannung am Verbindungspunkt 110 die Spannung des maximalen Schattierungsniveaus MSL überschreitet, wird der Kondensator 120 über die Diode 124 aufgeladen. Falls die Spannung am Verbindungspunkt 110 unter die Spannung des maximalen Schattierungsniveaus MSL absinkt, wird der Kondensator 120 auf dieser

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Spannung gehalten, indem Strom durch die Diode 132 vom Potentiometer 134 zugeführt wird«, Das Potentiometer 134 wird demgemäß von einer entsprechenden Quelle der elektromotorischen Kraft gespeist, welche den Ladestrom zuführen kann, um die Spannung parallel zum Kondensator 120 auf der Spannung des maximalen Schattierungsniveaus MSL zu halten.

Die Spannungswellenformen in Figo 9a veranschaulichen jene, die in der Vergleichseinrichtung 114 und am Bezugsspannungs-Potentiometer 116 erhältlich sind, ohne die durch die zweite Ausführungsform der Erfindung vorgeschlagene Abänderung, wobei die Verzögerungsvorrichtung 112 und die Gleichrichterdiode 130 fehlen. Die Spannung parallel zum Potentiometer 116 ist in Fig· 9a durch die mit Vp bezeichnete strichpunktierte Linie dargestellt. Die mit V bezeichnete volle Linie stellt die Spannung an der Anzapfung des Potentiometers 116 dar und die mit VIDEO bezeichnete volle Linie stellt das Signal dar, das auf den anderen Eingang der Vergleichseinrichtung 114 zur Einwirkung kommt. In Fig. 9b ist der Impuls des erfaßten Videosignals dargestellt, der ohne die durch die zweite Ausführungsform der Erfindung vorgeschlagene Abänderung erhalten wird*

Fig. 9c veranschaulicht die Spannung Vp, welche parallel zum Potentiometer 116 für die gleiche Amplitudenschwankung des Videosignals erhalten wird,die in Fig.9a gezeigt ist, wenn die Diode 132 und das Potentiometer 134 vorgesehen sind. Die tatsächliche Schwellenspannung ist bei V in Fig, 9c gezeigt und der resultierende Impuls des erfaßten Videosignals ist in Fig_e 9d dargestellt.

Die Wirkung der Verzögerungsvorrichtung 112 besteht darin, da-ös auf den zweiten Eingang der Vergleichseinrichtung 114 zur Einwirkung kommende Signal relativ zu dem Signal zu verzögern, das über die Diode 124 auf den Verbindungspunkt 122 zur Einwirkung kommt. Durch das Vorhandensein der Diode 130 wird sichergestellt, daß die Spannung am Verbindungspunkt 122 stets von der höheren

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der Amplituden des ursprünglichen und des verzögerten Videosignals abgeleitet wird. Im Hinblick darauf hat der durch die Verzögerungsvorrichtung 112 und die Gleichrichterdiode 130 gebildete Stromkreis keine Wirkung auf die vordere Kante einer abwärts gerichteten Spannungsschwankung im Videosignal, macht aber die ansteigende hintere Kante der Schwankung für den die Bezugsspannung erzeugenden Stromkreis zeitlich früher verfügbar als für den zweiten Eingang der Vergleichseinrichtung 114. Diese Wirkung ist in Fig. 9c dargestellt, in welcher die mit VIDEO bezeichnete volle Linie das dem Verbindungspunkt 110 zugeführte Videosignal ist und die mit VIDEO¹ bezeichnete unterbrochene Linie das verzögerte Videosignal, das auf den zweiten Eingang der Vergleichseinrichtung 114 zur Einwirkung kommt. Die Spannung Vp parallel zum Potentiometer 116 wird auf dem Spitzenwert gehalten, bis die Amplitude des verzögerten Videosignals an der vorderen Kante der Schwankung abzunehmen beginnt, was durch die mit Vp* bezeichnete doppelte strichpunktierte Linie angegeben ist. Infolgedessen wird die Spannung V an der Anzapfung des Potentiometers ebenfalls während einer längeren Zeitperiode auf dem höheren Wert gehalten, als durch die unterbrochene Linie V¹ angegeben ist.

An der hinteren Kante der SpannungsSchwankung steigt die Spitzen spannung Vp parallel zum Potentiometer 116 mit der ansteigenden hinteren Kante der Schwankung wie vorher an, das bewirkt, daß die Spannung V an der Anzapfung zeitlich an der gleichen Stelle ansteigt (was etwas früher ist, als der entsprechende Anstieg der hinteren Kante der SpannungsSchwankung in dem verzögerten Videosignal, das auf die Vergleichseinrichtung 114 zur Einwirkung kommt). Auf diese Weise wird die Spannung V an der Anzapfung des Potentiometers 116 fünfzig Prozent des örtlichen Spitzenweißwertes erreicht haben, bevor die hintere Kante des verzögerten Videosignals an der Vergleichseinrichtung 114 erscheint, wie durch den restlichen Teil der unterbrochenen Linie V* im Bereich der hinteren Kante der Spannungsschwankung in Fig. 9c gezeigt ist.

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Ein weiterer Vorteil wird erzielt, indem die in den früheren Figuren beschriebene Abänderung des Stromkreises verwendet wird. Gemäß dieser Abänderung dienen die zusätzliche Gleichrichterdiode 136, der Spitzenspeicherkondensator 138 und der einstellbare Widerstand 140 zur Steuerung der Entladegeschwindigkeit des Kondensators 138 und der zusätzlichen Vergleichseinrichtung 142, deren Ausgangssignal das öffnen und Schließen des (früher erwähnten) Tores 128 steuert«

Wie oben beschrieben wurde, besteht die Wirkung dieser Abänderung des Stromkreises darin, die zuletzt bekannte Spitzenweißspannung Vp zu halten, bis die Spannung parallel zum Kondensator 138 auf einen Wert abgenommen hat, der dem augenblicklichen Amplitudenwert des Videosignals innerhalb eines Bildpunktes gleich istο Zu diesem Zweck wird die Abnahmegeschwindigkeit der Spannung parallel zum Kondensator 138 gleich oder etwas größer gemacht als die Geschwindigkeit der Änderung der Spannung des Videosignals infolge der maximalen Schattierungsgeschwindigkeit der Quelle. Die Wirkung der Vergleichseinrichtung 142 ermöglicht, daß das Tor 128 gewöhnlich geschlossen ist, wodurch die Entladung des Kondensators 120 verhindert und bewirkt wird, daß die im Kondensator 120 gespeicherte Spitzenspannung auf einem im wesentlichen konstanten Wert gehalten wird, der in Fig. 9e mit Vp angegeben ist. Wenn zu irgendeiner Zeit die Spannung parallel zum Kondensator 138 auf den Wert der Spannung von der Verzögerungsvorrichtung 112 absinkt, bewirkt die Vergleichseinrichtung 142 die Öffnung des Tores 128 und veranlaßt die Entladung des Kondensators 120. Die Entladecharakteristik ist bei 144 in Figo 9e dargestellt» Wie ersichtlich ist, ist jedoch der Stromkreis derart ausgebildet, daß die Abnahme der Spannung parallel zum Kondensator 120 auf das maximale Schattierungsniveautegrenzt ist.

Der Deutlichkeit haleber sind die zusätzlichen Spannungswellenformen und die durch die Verwendung der Verzögerungsvorrichtung 112 und der Gleichrichterdiode I30 erzielten Vorteile in Fig. 9e

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nicht dargestellt. Selbstverständlich kann aber der gleiche Vorteil erzielt werden, wenn die Verzögerungsvorrichtung 112 und die Gleichrichterdiode 130 zusätzlich zu der in der unterbrochenen Umrißlinie 146 enthaltenen Stromkreisergänzung verwendet wird, wie unter Bezugnahme auf die Figuren 8 und 9c beschrieben wird.

Der Impuls des erfaßten Videosignals von der Vergleichseinrichtung 114 ist wieder in Fig. 9f dargestellt. Es ist ersichtlich, daß die Größe des Impulses des erfaßten Videosignals für die besondere Größe des gewählten Bildpunktes unverändert bleibt, ob die in der unterbrochenen Umrißlinie 146 enthaltene Stromkreisergänzung verwendet wird oder nicht. Die Spannung Vp bleibt jedoch während eines längeren Zeitraumes auf dem höheren Wert, wenn die Ergänzung 146 verwendet wird. Dies kann ein deutlicher Vorteil sein, wenn der Bildpunkt hellgraue Bereiche enthält, welche ausreichen, das Anzeigekriterium zu erfüllen, das heißt, daß die Spannungshöhe weniger als 50 % der örtlichen Spitzenweißspannung zu Beginn der Schwankung beträgt, welche aber die Schwellenspannung V kreuzen können, die von einer Spannung Vp erzeugt wird, welche dem maximalen Schattierungsniveau entspricht. Es ist auch ersichtlich, daß die Kombination der Verzögerungsvorrichtung 112 und der Gleichrichterdiode 130 zusammen mit der Ergänzung 146 die Spannung Vp während irgendeiner Schwan kung des Videosignals im wesentlichen konstant hält, welche durch die Kreuzung einer Zeilenabtastung mit einem Bildpunkt bewirkt wird, vorausgesetzt, daß die Dauer der Kreuzung der Zeilenabtastung jenseits der Stelle, an welcher die abnehmende Spannung parallel zum Kondensator 138 der Videosignalamplitude des Bildpunktes gleich ist, nicht größer ist als die durch die Verzögerungsvorrichtung 112 eingeführte Verzögerung.

In Fig. 10 kommt die Erfindung auf einen Stromkreis zum Erzeugen einer Stauerspannung des Verstärkungsfaktors für einen Verstärker 148 mit veränderlichem Verstärkungsfaktor zur Anwendung, der die augenblickliche ..üb» -.^ude des Videosignals steuert, die

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dem einen Eingang einer Vergleichseinrichtung 150 zugeführt wird (welche der Vergleichseinrichtung 114 der Figur 8 entspricht). Eine Bezugsspannung wird dem anderen Eingang der Vergleichseinrichtung 150 von der Anzapfung eines Potentiometers 152 zugeführt, das mit einer konstanten Spannung gespeist wird. Die Vergleichseinrichtung 150 führt einen Ausgangsimpuls zu, solange die Amplitude des Videosignals die Bezugsspannung überschreitet, und liefert daher ein erfaßtes Videosignal als Ausgang.

Der restliche Teil des Stromkreises ist dem Stromkreis der Figur 8 ähnlich, und es sind daher die gleichen Bezugsziffern verwendet worden. Die an der Anzapfung des Potentiometers 116 erhaltene Spannung wird jedoch nicht als die Bezugsspannung verwendet (zum Vergleich mit den Amplituden des Videosignals), sondern wird im Verstärker 154 verstärkt, um eine entsprechende Spannung zur Steuerung des Verstärkungsfaktors des Verstärkers 148 in

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solcher Weise vozusehen, daß der Verstärkungsfaktor verstärkt wird, wenn das Signal vom Potentiometer 116 niedrig ist, während der Verstärkungsfaktor verringert wird, wenn dieses Signal hoch ist.

Es ist zu bemerken, daß der grundlegende Stromkreis demjenigen der Figur 17 der gleichartigen britischen Patentanmeldungen 53405/69 und 10560/70 ähnlich ist. Die Funktion dieses grundlegenden Stromkreises ist so, wie unter Bezugnahme auf diese Figur beschrieben ist, und die Funktion der Abänderungen ist so wie jene des in der unterbrochenen Umrißlinie 146 enthaltenen Stromkreises. Die Gleichrichterdiode 130, die Gleichrichterdiode 132 und das Potentiometer 134 sind so, wie unter Bezugnahme auf Fig. 8 beschrieben wurde, wenn anstelle von Bezugsspannung die Steuerspannung des Verstärkungsfaktors gesetzt wird.

Obwohl die Erfindung so angewendet worden ist, daß die tatsächliche Spannung parallel zum Kondensator 120 auf einer gegebenen Spannung (= MSL) oder auf einer höheren Spannung gehalten wird, kann die Gleichrichterdiode 132 auch mit dem oberen Ende des Po-

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tentiometers 116 (in Fig. 8 oder Fig. 10) verbunden werden, um die Spannung parallel zum Potentiometer auf der Spannung MSL oder auf einer höheren Spannung zu halten.

Patentansprüche

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Claims

Dr.-lng. E. BERKENFELD · Dipl.-Ing. H. BERKENFELD, Patentanwälte, Köln

Anlage Aktenzeichen

zur Eingab· vom 14. Februar 1972 vA// NamedAnm. Image Analysing

Computers Limited

PATENTANSPR Ü C H E

1y Erkennungsvorrichtung zum Umwandeln der Amplitudenschwan-"kungen des Videosignals in ein zweiwertiges Signal durch Vergleichen des Videosignals mit einer Bezugsspannung, die von den Spitzenwerten des Videosignals abgeleitet ist, mittels eines Spitzengleichrichterstromkreises, der aus einer Gleichrichterdiode und einem Kondensator besteht, gekennzeichnet durch einen Halteentladestromkreis (34), der gewöhnlich die Abnahme der Kondensatorspannung des Spitzengleichrichterstromkreises (32) verhindert, durch einen zweiten Spitzengleicherichterstromkreis (30), der eine einstellbare Entladegeschwindigkeit und eine Spannungsvergleichseinrichtung (26) zum Vergleichen der Amplitudenschwankungen des Videosignals mit der Spannung des zweiten Spitzengleichrichterstromkreises (30) aufweist, um einen Schaltimpuls zu erzeugen, sobald die Spannung des zweiten Spitzengleichrichterstromkreises (30) unter die augenblickliche Amplitude des Videosignals absinkt, wobei der Halteentladestromkreis (34) durch einen Schaltimpuls betätigbar ist, um einen Entladeweg für den Kondensator des ersten Spitzengleichrichterstromkreises (32) vor zusehen.
2. Erkennungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einstellbare Entladegeschwindigkeit des zweiten Spitzengleicherichterstromkreises (30) auf die maximale Schattierungsgeschwindigkeit eingestellt ist·
3 β ' Erkennungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Vergleichseinrichtung (40) zum Vergleichen der augenblicklichen Amplitude des Videosignals mit der Kondansatorspannung (oder einer von derselben abgeleiteten Spannung)

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des ersten Spitzengleichrichterstromkreises (32).
4. Erkennungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen (nicht dargestellten) Verstärker mit veränderlichem Verstärkungsfaktor zum Verstärken des Videosignals, bevor dasselbe mit einer festgesetzten Bezugsspannung verglichen wird, wobei die Kondensatorspannung (oder eine von derselben abgeleitete Spannung) des ersten Spitzengleichrichterstromkreises (32) eine Steuerspannung des Verstärkungsfaktors darstellt, um dadurch die Amplitude des Videosignals in schattierten Bereichen zu verstärken.
5. Erkennungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Verzögerungsvorrichtungen (28, 38) zum Verzögern des Videosignals, bevor dasselbe auf eine Vergleichseinrichtung (26, 40) zur Einwirkung gebracht wird.
6. Erkennungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Spannungsblockierstromkreis (132, 134 - Figuren 8 und 10), der verhindert, daß die Kondensatorspannung (oder eine von derselben abgeleitete Spannung) des Spitzengleichrichterstromkereises (120, 124) unter einen der Spannung des maximalen Schattierungsniveaus äquivalenten Wert absinkt.
7. Erkennungsvorrichtung zum Umwandeln der Amplitudenschwankungen des Videosignals in ein zweiwertiges Signal i» durch Vergleichen des Videosignals mit einer Bezugsspannung, die von den Spitzenwerten des Videosignals abgeleitet ist mittels eines Spitzengleichrichterstromkreises, der aus einer Gleichrichterdiode und einem Kondensator besteht, gekennzeichnet durch einen Spannungsblockierstromkreis (132, 134), der verhindert, daß die Kondensatorspannung (oder eine von derselben abgeleitete Spannung) des Spitzengleichrichterstromkreises (120, 124) unter ei- :, der Spannung des maxim !en Schattierungsniveaus äquivalenten Wert absir/

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8. Erkennungsvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsblockierstromkreis (132, 134) verhindert, daß die Spannung parallel zum Kondensator (120) des Spitzengleichrichterstromkreises (120, 124) unter die Spannung des maximalen Schattierungsniveaus absinkt.
9. Erkennungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsquelle (134) und die Diode (132), die den Spannungsblockierstromkreis bilden, mit dem Kondensator (120) des Spitzengleichrichterstromkreises (120, 124) verbunden sind.
10. Erkennungsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsquelle (134) einstellbar ist.
11. Erkennungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, gekennzeichnet durch eine Vergleichseinrichtung (114, 150) zum Vergleichen der augenblicklichen Amplitude des Videosignals mit einer Bezugsspannung.
12. Erkennungsvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsspannung für die Vergleichseinrichtung (114) von der Spannung parallel zum Kondensator (120) abgeleitet ist.
13· Erkennungsvorrichtung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch einen Verstärker (148) mit veränderlichem Verstärkungsfaktor, für welchen eine von der Spannung parallel zum Kondensator (120) abgeleitete Spannung als Steuerspannung des Verstärkungsfaktors dient, wobei der Verstärker (148) die Amplitude des Videosignals verstärkt, bevor dieselbe auf die Vergleichseinrichtung (150) zur Einwirkung gebracht wird.
14. Erkennungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 13» gekennzeichnet durch eine Verzögerungsvorrichtung (112) zum Verzögern des Videosignals, bevor dasselbe auf die Vergleichseinrichtung (114, 150) zur Einwirkung gebracht wird.

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