DE2219221A1

DE2219221A1 - Korrektur des Videosignals für Bildanalysiersysteme, welche Zeilenabtastung verwenden

Info

Publication number: DE2219221A1
Application number: DE19722219221
Authority: DE
Inventors: Leon Andre Cambridge Pieters (Grossbritannien)
Original assignee: Image Analysing Computers Ltd., Melbourn, Royston, Hertfordshire (Grossbritannien)
Priority date: 1971-04-21
Filing date: 1972-04-20
Publication date: 1972-11-02
Also published as: GB1391452A; FR2134049A1; IT957646B; US3777056A

Description

Dr.-lng. E. BERKENFELD ■ Dipl.-lng. H. BERKENFELD, Patentanwälte, Köln Anlage Aktenzeichen

zur Eingabe vom 18. April 1972 vA// Name d. Anm. Image Analysing ■ . Computers amited

Korrektur des Videosignals für Bildanalysiersysteme, welche Zeilenabtastung verwenden

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verringern des Fehlers in einem Videosignal infolge der Spiegelung in oder von dem Bild, das abgetastet wird, um ein Videosignal zu erzeugen. Die Erfindung ist in gleicher Weise auf eine Fernsehkamera oder einen Lichtpunktabtaster anwendbar und das Feld kann entweder durch durchgelassenes Licht oder durch reflektiertes Licht beleuchtet werden. ·

Die Spiegelung ergibt sich aus unerwünschten und unechten Reflexionen von einem Feld, das durch auffallendes Licht beleuchtet wird, sowie aus unechten Ablenkungen und sehr kleinen Einschlüssen, welche Reflexionserscheinungen in Feldern verursachen, die durch durchgelassenes Licht beleuchtet werden. Außerdem können innere Reflexionen zwischen den Oberflächen der Linsen auftreten, welche das optische System der Abbildungsvorrichtung bilden, und dies kann zu der Gesamtspiegelung in dem endgültigen Bild beitragen, das auf der Fotokathode oder der Abtastungsoberfläche derselben erzeugt wird.

Infolge der unerwünschten Reflexion oder durch Strahlung wird ein lichtundurchlässiger Teil eines Feldes, das durch durchgelassenes Licht beleuchtet wird, oder ein vollkommen nichtreflektierender Teil eines Feldes, das durch auffallendes Licht beleuchtet wird, in dem endgültigen Bild nicht vollkommen schwarz, sondern vielmehr grau erscheinen.

Es wird angenommen, daß die Spiegelung im wesentlichen gleich-

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mäßig über das ganze Feld verteilt ist und daß daher alle Bereiche in einem helleren Grau erscheinen, als es der Fall sein sollte.

Eine .Aufgabe der Erfindung besteht in der Ausbildung eines Verfahrens, durch welches ein Videosignal, das durch Abtasten des Bildes eines der Spiegelung unterworfenen Feldes abgeleitet wird,· korrigiert werden kann, um die durch die Spiegelung verursachte Fehlerkomponente zu verringern.

Eine andere Aufgabe der Erfindung besteht in der Ausbildung einer Vorrichtung zur Ausführung dieses Verfahrens.

Ein Verfahren zum Analysieren der Bildpunkte in einem Feld, von welchem ein Bild abgetastet wird, um ein Videosignal zu erzeugen, ist gemäß der Erfindung gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: die Erzeugung einer Bezugsspannung, die dem Spannungsniveau der Amplitude des Videosignals gleich ist, welche einem besonderen Grauwert in dem Feld entspricht, das Vergleichen des Spannungsniveaus der tatsächlichen Amplitude des Videosignals, die durch Abtasten des besonderen Grauwerts in dem Bild erzeugt wird, mit der Bezugsspannung und die Erzeugung einer Spannungsdifferenz aus dem Vergleich, die Korrektur der Amplitude des Videosignals um einen Betrag, der zu der Größe der Spannungsdifferenz proportional ist, um dadurch die Spannungsdifferenz im wesentlichen auf Null zu verringern, und die Ausführung von Messungen an dem korrigierten Videosignial.

Der besondere Grauwert kann selbstverständlich echtes Schwarz sein.

Der bekannte Grauwert wird vorzugsweise künstlich in das Bild eingeführt.

Der bekannte Grauwert erscheint vorzugsweise an mehr als einer Stelle in dem Bild, im Idealfall an symmetrisch angeordneten

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Stellen in der Nähe der Randbereiche des Bildes. Von den an den getrennten Stellen erhaltenen Amplitudenwerten.' des Videosignals wird der Durchschnitt ermittelt.

Wenn die Amplitude des Videosignals wie gewöhnlich mit der Helligkeit zunimmt, ergibt die Korrektur der Amplitude eine gleichmäßige Verringerung des Spannungsniveaus des Videosignals. Weil dadurch die Amplitude des Videosignals, die sowohl den dunklen als auch den hellen Bereichen des Feldes entspricht, in gleichem Maße beeinflußt wird, so daß nach der Korrektur die Spitzenweißamplitude ebenfalls verringert· worden ist, ist dies äquivalent einer Gesamtverringerung der Empfindlichkeit der Quelle des Videosignals (zum Beispiel einer Fernsehkamera). Dies ist nachteilig, wenn die Differenz des Lichtniveaus zwischen erwünschten Bildpunkten in einem Feld und zum Beispiel einem unerwünschten Hintergrund klein ist.

Gemäß einem bevorzugten Merkmal der -Erfindung wird daher die . Größe der Korrektur zusätzlich von dem tatsächlichen Wert der augenblicklichen Amplitude des Videosignals abhängig gemacht. Für ein Videosignal, dessen Amplitude mit der Helligkeit zunimmt, wird daher die Korrektur bei zunehmenden Amplitudenwerten des Videosignals verringert und umgekehrt. Im Idealfall kommt eine Korrektur von hundert Prozent auf Amplitudenwerte zur Anwendung, die lichtundurchlässigen oder schwarzen Bereichen in dem Feld entsprechen, © und eine Korrektur von 0 % kommt auf Amplitudenwerte zur Anwendung, die dem Spitzenweiß entsprechen (das heißt vollständig lichtdurchlässigen Bereichen oder vollständig reflektierenden weißen Oberflächen in dem Feld).

Die Größe des Differenzsignals kann so verändert werden, daß sie der Veränderung der augenblicklichen Amplitude des Videosignals vor der Korrektur folgt. Das Differenzsignal kann beispiels weise durch einen Verstärker verstärkt werden, dessen Verstärkungsfaktor sich entgegengesetzt zur Amplitude des Videosignals

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verändert (wenn die Amplitude des letzteren mit der Helligkeit relativ zu seiner Ausgangsspannung zunimmt).

Wenn eine einfache gleichmäßige Korrektur (zum Beispiel eine' Spannungsverschiebung) in ein Videosignal eingeführt wird, dessen Amplitude mit der Helligkeit zunimmt, kann das Differenzsignal auch verwendet werden, um den Verstärkungsfaktor eines Verstärkers mit veränderlichem Verstärkungsfaktor zu steuern, welcher so eingestellt ist, daß das korrigierte Videosignal verstärkt wird, um eine zweite Korrektur des Videosignals zu erzeugen, so daß eine Zunahme des Differenzsignals den Verstärkungsfaktor des Verstärkers vergrößert.·Durch die erste Korrektur wird die Ausgangsspannung (das heißt die dem Schwarzwert entsprechende Amplitude des Videosignals) vorzugsweise auf Null verringert.

Zwei verschiedene Anordnungen sind möglich, wenn es bekannt ist, daß die Spitzenweißamplitude einige Zeit während der Abtastung vorhanden ist. Die Spitzenweißamplitude kann von dem Bildpunktgehalt des Videosignals abgeleitet werden oder kann ein Impuls der entsprechenden Amplitude sein, der während des Bild- oder Zeilenrücklaufs künstlich eingeführt wird.

Wenn eine gleichmäßige Korrektur auf ein Videosignal zur Anwendung kommt, dessen Amplitude mit der Helligkeit zunimmt, kann eine zweite Spannungsdifferenz verwendet werden, die zu irgendeiner Differenz zwischen der Spitzenweißamplitude vor und nach der Korrektur proportional ist, um den Verstärkungsfaktor eines Verstärkers mit veränderlichem Verstärkungsfaktor zu steuern, der zum Verstärken des korrigierten Signals zwecks Erzeugung eines endgültigen Videosignals dient, um den Verstärkungsfaktor des Verstärkers mit veränderlichem Verstärkungsfaktor bei Zunahme des zweiten Differenzsignals zu vergrößern.

Eine vollständige Korrektur wird auch erzielt, indem der Verstärkungsfaktor eines Verstärkers mit veränderlichem Verstär-M70/30 209845/0867

kungsfaktor verändert wird, dessen Eingang das unkorrigierte Videosignal durch das Differenzsignal zugeführt wird, so däß eine Zunahme des letzteren den Verstärkungsfaktor des Verstärkers ver größert, und indem der Spitzenweißamplitudenwert des korrigierten Videosignals, der am Ausgang des Verstärkers erscheint, elektrisch blockiert wird. ;

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

Fig. 1 eine grafische Darstellung der Amplitudenveränderung in einem Videosignal, die während einer einzigen Zeilenabtastung erfolgt,

Fig. 2 ein Blockdiagramm eines Stromkreises zur Verringerung des von der Spiegelung herrührenden Amplitudenfehlers in dem Videosignal gemäß Fig. 1,

Fig. 3 eine abgeänderte Ausführungsform des Stromkreises gemäß Fig. 2,

Fig. 4 eine Abänderung, welche dem Stromkreis gemäß Fig. 2 hinzugefügt werden kann,

Fig. 5 eine weitere Abänderung, welche dem Stromkreis gemäß Fig. , 2 hinzugefügt werden kann,

Fig. 6 eine abgeänderte Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 7 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Einführen einer bekannten Graukomponente in jeden der vier Eckbereiche eines Mikroskopfeldes und

Fig. 8 ein Blockdiagramm eines Stromkreises, durch den die Amplituden des Videosignals aus den vier Eckbereichen im . M 70/30 209845/0867

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Durchschnitt ermittelt werden.

Gemäß Fig. 1 entspricht das Videosignal V demjenigen, das durch eine einzige Zeilenabtastung eines Feldes erhalten wird, wel.ches einen vorherrschend mittelgrauen Hintergrund aufweist, und das durch die Amplitudenwerte 10, 12, 14, 16 und 18 bezeichnet wird, die eine Anzahl von Bildpunkten in hellerem Grau umgeben, welche durch die Abflachungen 20, 22, 24 und 26 in der Amplitude des Videosignals bezeichnet sind. Am linksseitigen Rand enthält das ' Feld einen Streifen aus lichtundurchlässigem oder dichtem schwär zen Material und dieser Streifen wird bei Beginn jeder Zeilenabtastung abgetastet. In Fig. 1 beginnt die Zeilenabtastung zur Zeit Tt und endet zur Zeit T3. Der Abtastende Lichtfleck tastet den schwarzen Streifen zwischen der Zeit T1 und der Zeit T2 ab.

Die Darstellung in Fig. 1 ist nicht vollständig, indem dieselbe keine Synchronisierungsimpulse usw. anzeigt, welche gewöhnlich am Ende (oder am Beginn) jeder Zeilenabtastung vorhanden sind. Da diese Impulse unerwünscht sind, was die Amplitudenveränderungen des Videosignals betrifft, werden dieselben ausgeblendet, indem das Videosignal zu den Zeiten T1 und T3 gesperrt wird und indem das Videosignal nur zwischen diesen beiden Zeiten durchgelassen wird.

Da der schwarze oder lichtundurchlässige Streifen am linksseitigen Ende des Feldes liegt, wird die Amplitude des Videosignals am Beginn jeder Zeilenabtastung dem "optischen Schwarz" entsprechen. Da sowohl die Abtastgeschwindigkeit als auch die Breite des Streifens bekannt sind, kann die Zeit der Abtastung des Streifens am Beginn jeder Zeilenabtastung berechnet werden. In Fig. 1 ist die Zeit, zu welcher der abtastende Lichtfleck den Streifen verläßt, mit T2 bezeichnet. Ein Signal, dessen Amplitude dem Grauwert des Streifens entspricht (im endgültigen Bild gesehen), wird erhalten, indem das Videosignal während des Intervalls T1 bis T2 gesperrt wird.

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In Fig. 1 ist auch das Spannungsniveau VT dargestellt, welches dem Minimum der theoretischen Amplitudenmodulation des Videosignals entspricht, und dies entspricht dem theoretischen Schwarz, sowie auch das Spannungsniveau V3, welches der maximalen Amplitude des Videosignals und daher dem Spitzenweiß entspricht. In einem durchlässigen Feld wird das Spitzenweiß in einem Bereich des Feldes auftreten, der vollständig lichtdurchlässig ist.

In dem Blockdiagramm der Figur 2 wird das von einer (nicht dargestellten) Abtastungsquelle herkommende Videosignal dem Knotenpunkt 28 zugeführt und das Videosignal wird durch das Tor 30 blockiert, außer während des Intervalls T1 bis T3 in jeder Zeilenabtastung.

Das am Knotenpunkt 32 erscheinende Signal wird daher jenem entsprechen, das in Fig. 1 zwischen den Zeiten T1 und T3 dargestellt ist.

Dieses Signal wird einem Eingang einer Subtraktionsstufe 34 und auch einem Eingang eines DifferentialVerstärkers 38 zugeführt.

Dem anderen Eingang des Verstärkers 38 wird eine Bezugsspannung V1 zugeführt, die von einer einstellbaren Spannungsquelle 40 erhalten wird, welche beispielsweise aus einem Potentiometer besteht. Die Spannung V1 ist so eingestellt, daß sie der theoreti schen maximalen Schwarzmodulation (das heißt der Mindestamplitude) des Videosignals V gleich ist. Infolge der Spiegelung wird V2 gewöhnlich größer sein als V1. Der Differential verstärker 38 liefert daher ein Ausgangssignal, welches dieser Differenz während der Zeit T1 bis T2 für jede Zeilenabtastung entspricht.

Zu diesem Zweck wird der Ausgang des Verstärkers 38 durch einen Schalter 42 gesperrt, der nur während der Periode T1 bis T2 jeder Zeilenabtastung geschlossen ist. Während dieser Periode wird das Ausgangssignal einem Kondensator 44 zugeführt, welcher

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so angeordnet ist, daß derselbe die gespeicherte Ladung während des übrigen Teils der Zeilenabtastung festhält und eine Bezugsspannung für die Subtraktionsstufe 34 liefert.

Die Subtraktionsstufe 34 verringert die Amplitude des vom Knotenpunkt 32 zugeführten Videosignals um einen Betrag, der durch die Größe des vom Kondensator 44 erhaltenen Differenzsignals bestimmt wird. Das reduzierte Ausgangssignal erscheint am Knotenpunkt 46.

Obwohl dies eine echte Korrektur für die schwarzen oder lichtundurchlässigen Bereiche eines Feldes ergibt, wird auch eine wirksame Verringerung der Empfindlichkeit der Quelle erzeugt. Die Ausführungsform der Fig. 3 enthält eine Abänderung, welche diesen Mangel mindestens teilweise überwindet. Soweit Fig. 3 mit Fig. 2 identisch ist, sind die gleichen Bezugsziffern verwendet worden, um ähnliche Stromkreiselemente zu bezeichnen.

Fig. 3 unterscheidet sich von Fig. 2 durch die Anordnung eines Verstärkers 48 mit veränderlichem Verstärkungsfaktor zwischen dem Kondensator 44 und der Subtraktionsstufe 34. Das Steuersignal für den Verstärkungsfaktor des Verstärkers 48 wird von der augenblicklichen Amplitude des Videosignals am Knotenpunkt 32 abgeleitet, welches einem Eingang eines zweiten Differentialverstärkers 50 zugeführt wird, dessen Ausgang die Steuerspannung für den Verstärkungsfaktor des Verstärkers 48 mit veränderlichem Verstärkungsfaktor liefert. Dem zweiten Eingang des Verstärkers 50 wird eine einstellbare Spannung V3 von einer Quelle 51 zugeführt, welche ebenso wie die Quelle 40 aus einem Potentiometer bestehen kann. Es kann aber auch ein echter Wert eines Impulses VW (Fig. 1) der Spitzenweißamplitude in das Videosignal während der Rücklauf periode zwischen den Zeiten T4 und T5 eingeführt werden. Die Quelle 51 wird durch einen Kondensator und einen (nicht dargestellten) Schalter ersetzt, wobei der Kondensator während der Periode T4 bis T5 auf den Wert VW aufgeladen wird.

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Der Kondensator wird daher einmal während jeder Abtastung auf ein Spannungsniveau aufgeladen, das jenem der echten Spitzenweißamplitude des Videosignals gleich ist.

Die Ausgangsspannung des Verstärkers 50 kann sich von Null bis zu einem Maximalwert verändern, welcher der Differenz zwischen V3 und V2 gleich ist. Im Idealfall wird dadurch bewirkt, daß sich das dem zweiten Eingang der Subtraktiqnsstufe 34 zugeführte Signal von Null bis zu einem Maximalwert verändert, welcher der Differenz zwischen V2 und V1 gleich ist. Es kann gezeigt werden, daß der Verstärkungsfaktor A des Verstärkers 48 der Gleichung A = V3 - V/V3 - V2 folgen soll, worin V die augenblickliche Amplitude des Videosignals ist. Wenn jedoch V2 - V1 klein ist, kann V3 - V2 als im wesentlichen konstant angesehen werden, in welchem Fall A als eine lineare Funktion von V betrachtet werden kann, zwischen den beiden Grenzwerten 0 (wenn V = V3) und 1 (wenn V = V2).

Die Charakteristik des Verstärkungsfaktors des Verstärkers 48 kann weiter abgeändert werden, um die Ausgangsspannung der Quelle des Videosignals zu berücksichtigen.

Eine abgeänderte Ausführungsform der Fig. 2 ist in Fig. 4 dargestellt, bei welcher die Wirkung der Korrektur durch Subtraktion von V2 - V1 von V mit zunehmenden Werten von V2 - V1 verringert wird. Das Signal am Knotenpunkt 46 (Fig. 2) bildet einen Eingang für einen Verstärker 52 (Fig. 4) mit veränderlichem Verstärkungsfaktor, dessen Verstärkungsfaktor durch die Spannung V2 - V1 am Knotenpunkt 47 (Fig. 2) gesteuert und durch eine Zunahme des Wertes von V2 - V1 vergrößert wird. Am Knotenpunkt 54 ist daher ein kompensiertes Signal erhältlich.

Die Abänderung der Fig. 4 erfordert, daß die Spitzenweißamplitude des Videosignals stabilisiert wird (zum Beispiel durch einen entsprechenden Blockierstromkreis), bevor dieselbe auf die Klemme 28 zur Einwirkung kommt. Zu diesem Zweck wird eine söge-

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nannte selbsttätige Empfindlichkeit auf das Ausgangssignal der Quelle zur Einwirkung gebracht. Diese Abänderung weist die Nachteile der Abwanderung und der !Instabilität auf, die gewöhnlich mit einem offenen Regelkreis verbunden sind, aber sie erfordert nicht die Ableitung der Spitzenweißamplitude V3.

Fig. 5 veranschaulicht eine abgeänderte Anordnung zur Erzielung des Steuersignals für den Verstärkungsfaktor des Verstärkers 52 der Figur 4. Einem Differentialverstärker 56 wird eine Spannung von einer einstellbaren Quelle 58 zugeführt, welche so eingestellt ist, daß sie eine Spannung V3 liefert, die dem echten
Spitzenweißamplitudenwert des Videosignals und dem Ausgang des Verstärkers- 56 gleich ist, wenn demselben für irgendeine Abtastung V3 - (V2 - V1) zugeführt wird. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß sie aus einem System in Form einer geschlossenen Schleife besteht, so daß Veränderungen des Verstärkungsfaktors usw. des Verstärkers 52 wenig oder keine Wirkung auf seine Leistung haben.

Wenn es bekannt ist, dass Spitzenweiß einige Zeit während jeder Zeilenabtastung auftritt, kann ein Spitzengleichrichterstromkreis 60, 62 verwendet werden, in welchem Fall das Tor 64 während der Zeit geöffnet ist, in der eine Zeile in dem Feld abgetastet wird (zum Beispiel in dem Intervall ^ T1 bis T3).

Anderenfalls kann ein Impuls VW (Fig. 1) mit dem Niveau V3 während der Rücklaufperiode zwischen den bekannten Zeiten T4 und
T5 künstlich eingeführt und das Tor 64 nur während dieses Zeitintervalls geöffnet werden.

Fig. 6 veranschaulicht eine abgeänderte Ausführungsform der Erfindung, bei welcher das Videosignal am Knotenpunkt 28 durch
einen Verstärker 66 verstärkt wird, um ein Ausgangssignal am
Knotenpunkt 68 zu erzeugen. Der Spitzenweißwert V3 des Ausgangssignals wird durch den Blockierstromkreis 6Θ 69 elektrisch blokkiert und das Ausgangssignal am Knotenpunkt 68 wird als ein Ein-

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gang einem Differentialverstärker 38' zugeführt, dessen anderen Eingang die Spannung V1 von einer Quelle 40' bildet, wie unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben wurde.

Das Differenzsignal am Ausgang des Verstärkers 38' wird während des Intervalls T1 bis T2 jeder Abtastung dem Kondensator 44 zugeführt und die auf demselben gespeicherte Spannung V2 - V1 dient als die Steuerspannung für den Verstärkungsfaktor des Verstärkers. 66, um den Verstärkungsfaktor desselben bei einer Zunahme des Wertes von V2 - V1 zu vergrößern.

Wie in Fig. 5 muß V3 dem Eingang des Verstärkers 66 während jeder Abtastung zugeführt werden und eine auf V3 eingestellte Quelle 70 der Bezugsspannung ist dargestellt, welche durch das Tor 72 zwischen den Seiten T4 und T5 gesperrt wird, um den Impuls VW zu erzeugen. Wie in Fig. 2 wird das Videosignal am Knotenpunkt 28 durch Leerbildimpulse gesperrt, die auf das Tor 30 zur Einwirkung komrofcen und unterdrückt werden, außer im Intervall zwischen den Zeiten T1 und T2.

Selbstverständlich kann die Einführung eines Bezugsspannungsimpulses V3 in Fig. 5 oder 6 am Ende jeder Zeilenabtastung oder jeder η-ten Zeil^e oder am Ende jeder Bildabtastung erfolgen. Es ist nur notwendig, sicherzustellen, daß die Spannung am Kondensator 44 zwischen den Zeiten nicht abnimmt, wenn V3 verfügbar ist.

In den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen gemäß den Figuren 2 bis 6 ist die Bezugsspannung auf die dem echten Schwarz entsprechende Amplitude eingestellt und der Bereich, aus dem das Videosignal für den Vergleich mit der Bezugsspannung erhalten wird, muß daher selbst echt schwarz sein.

Dies ist nicht immer leicht zu erzielen und in jeder der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen kann daher ein grauer Be-^Λ reich als die Probefläche in dem Feld verwendet werden, in wel-

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chem Fall die Bezugsspannung V1 auf die Videosignalamplitude für den ausgewählten grauen Bereich, statt auf echtes Schwarz eingestellt wird.

Außerdem ist die Verwendung eines schwarzen (oder grauen) Streifens längs eines Randes des Feldes, um die Spannung V2 des Videosignals zu erzeugen, nur ein Beispiel für die vielen Arten, wie ein schwarzer oder grauer Bereich in das Feld eingeführt werden kann.

Ebenso ist es nicht notwendig, daß nur ein solcher Bereich eingeführt wird. Fig. 7 veranschaulicht eine bevorzugte Anordnung, durch welche vier graue Bereiche 78, 80, 82 und 84 in dem endgültigen Bild eines Systems erhalten werden können, das ein Lichtmikroskop verwendet, welches auf die Betrachtung einer Probe eingestellt ist, die durch durchgelassenes Licht beleuchtet wird. In einem solchen System wird das auf die Unterseite der Probe fallende Licht gewöhnlich durch eine (nicht dargestellte) Irisblende gesteuert, die als ein Beleuchtungsanschlag für das Feld wirkt, der sich im Brennpunkt auf der Probe und daher in dem endgültigen Bild befindet, das abgetastet wird. Die Irisblende ist gewöhnlich so eingestellt, daß sie die Fläche 74 der Probe begrenzt, welche in dem endgültigen Bild abgetastet wird.

Wenn jedoch die Irisblende so eingestellt ist, daß dieselbe eine öffnung verringerten Durchmessers begrenzt, wird der Rand der Blende nicht mehr die rechteckige abgetastete Fläche 74 begrenzen und die Irisblende wird in jedem der vier Eckbereiche 78, 80, 82 und 84 der abgetasteten Fläche deutlich sichtbar sein.

Durch Erzeugung entsprechender Steuersignale für die Schalter 42 anstelle der einfachen Sperrimpulse zwischen den Zeiten T1 und T2 kann das Videosignal am Beginn und am Ende jeder Zeilenabtastung am oberen und unteren Ende der abgetasteten Fläche

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gesperrt werden, um vier Inspektionsbereiche 86, 88, 90 und 92 innerhalb jedes der grauen Bereiche 78, 80, 82 und 84 zu. begrenzen.

Während die Bereiche 78, 80, 82 und 84 in dem endgültigen Bild schwarz erscheinen sollten, erscheinen sie in der Praxis infolge der Spiegelung grau. In der oben beschriebenen Mikroskopanordnung sind die Bereiche einer ersten Spiegelungskomponente von der Optik zwischen der Lichtquelle und der Probe unterworfen, sowie einer zweiten Spiegeluhgskomponente von der Optik zwischen der Probe und dem endgültigen Bild, das abgetastet wird.

Der Bildpunktgehalt des endgültigen Bildes wird jedoch nur der zweiten Spiegelungskomponente von der Optik zwischen der Probe und dem endgültigen Bild unterworfen. Es wäre daher falsch, die Amplituden des gesperrten Videosignals aus den Bereichen Qk 86, 88, 90 und 92 mit einer Bezugsspannung V1 (das heißt dem echten Schwarz) zu vergleichen. Es wird vielmehr der Wert der Bezugsspannung V1 ausgewählt, welcher dem Grauwert d?r Bereiche 86, 88, 90 und 92 gleich ist, wie sie auf der Probe erscheinen.

Fig. 8 veranschaulicht die Abänderungen, die in Fig. 6 notwendig sind, um den Vergleich der Signale aus den vier Bereichen 86, 88, 90 und 92 mit einer Bezugsspannung V1 zu ermöglichen. Außerdem ermöglicht der Stromkreis der Figur 8, daß der Durchschnitt der ausgewählten Werte der Videosignalamplitüde ermittelt und der Durchschnittswert zur Erzeugung des Steuersignals für den Verstärkungsfaktor des Verstärkers 66 verwendet wird. Zu diesem Zweck wird der Durchgang des Ausgangssignals des Differentialverstärkers 38^f durch die Tore 94, 96, 98 und 100 zu dem einen oder anderen der vier Kondensatoren C1, C2, C3 bzw. C4 gesperrt. Die vier Tore werden durch Schaltimpulse S1, S2, S3 bzw. S4 von einem Haupttaktgeber 37 gesteuert, welcher mit der Abtastung synchronisiert ist, indem demselben Synchronisierungsimpulse von den Zeilenabtastungen zugeführt werden. Die To-

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re 94 und 96 werden nacheinander während der ersten Zeilenabtastungen des Feldes geöffnet, um das Videosignal aufzufangen, das sich während der Abtastung der Bereiche 86 bzw. 88 ergibt. Die Tore 98 und 100 werden ebenfalls während der letzten Zeilenabtastungen des Feldes geöffnet, um das Videosignal aufzufangen, das sich während der Abtastung der Bereiche 90 bzw. 92 ergibt.

Die auf den Kondensatoren C1, C2, C3 und C4 gespeicherten Spannungen werden mittels Summierwiderständen R1, R2, R3 bzw. R4 additiv kombiniert und die kombinierte Spannung dient zum Aufladen eines Kondensators 102, wenn ein Schalter 104 geschlossen ist. Ein Impuls zum Schließen des Schalters 104 wird am Ende jeder Feldabtastung erzeugt, zum Beispiel aus dem Bildsynchronisierungsimpüls.

Entsprechende Trennverstärker können selbstverständlich zwischen den Kondensatoren C1, C2, C3, C4 und den Widerständen R1, R2, R3, R4 angeordnet werden, um einen nennenwerten Spannungsabfall während der Feldabtastung zu verhindern.

Die Widerstände R1, R2, R3, R4 können auch durch (nicht dargestellte) gewöhnlich offene Schalter ersetzt werden, welche nacheinander geschlossen und geöffnet werden, während der Schalter 104 am Ende einer Feldabtastung geschlossen wird, so daß nicht zwei der Schalter gleichzeitig geschlossen sind.Auf \iiese Weise werden Trennverstärker entbehrlich und die Ladungen auf den Kondensatoren C1, C2, C3 und C4 werden im Kondensator 102 gespeichert, um die Steuerspannung des Verstärkungsfaktors für die nächste. Feldabtastung zu erzeugen.

Für den Fall, daß die Subtraktionsstufe 34 oder der Verstärker 66 mit einem veränderlichen Verstärkungsfaktor dem Kondensator 44 oder 102 eine nennenswerte Strombelastung auferlegen, ist ein entsprechender (nicht dargestellter) Trennverstärker vorgesehen, um den Kondensator von dem Belastungsstromkreis zu isolieren.

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Ein Verfahren zum Erzielen der korrekten Spannung an der Anzapfung des.Potentiometers 40 oder 40' umfaßt die folgenden Schritte: .

a) die Abtastung eines Bildes mit einem bekannten Grau- oder Schwarzwert,

b) die Messung der Ausgangsspannung am Knotenpunkt 46 oder 68 und

c) die Einstellung des Potentiometers 40 oder 40', bis die gemessene Ausgangsspannung dem Spannungsniveau des Videosignals gleich ist, welches dem bekannten grauen oder schwarzen Bildpunkt in dem Bereich der Spannungen entspricht, welche die Schattierungen von Weiß oder Grau bis Schwarz definieren.

Patentansprüche :

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Claims

Dr.-lng. E. BERKENFELD · Dipl.-lng. H. BERKENFELD, Patentanwälte, Köln Anlage Aktenzeichen zur Eingabe vom 18. April 1972 vA// Name d. Anm. Image Analysing Computers Limited PATENTANSPR Ü C H E

1. Verfahren zum Analysieren der Bildpunkte in einem Feld, von welchem ein Bild abgetastet wird, um ein Videosignal zu erzeugen,

dadurch gekennzeichnet,

daß eine Bezugsspannung (V1) erzeugt wird, die dem Spannungsniveau des Videosignals gleich ist, welches einem besonderen Grauwert ^;entspricht,

daß das Spannungsniveau (V2) der tatsächlichen Videosignalamplitude, welche durch Abtasten des Bildes eines Bereiches des Feldes mit dem besonderen Grauwert erzeugt wird, mit der Bezugsspannung verglichen wird,

daß aus der durch den Vergleich erzeugten Spannungsdifferenz eine Korrekturspannung erzeugt wird, die zu der Größe der Spannungsdifferenz proportional ist,

daß die Korrekturspannung zu dem Videosignal (V) addiert wird, um ein korrigiertes Signal zu erzeugen, dessen Amplitude, die dem besonderen Grauwert entspricht, gleich der Bezugsspannung ist, und

daß an dem korrigierten Videosignal Messungen ausgeführt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrekturspannung gleich dem reziproken Wert der Spannungsdifferenz ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der besondere Grauwert schwarz ist.

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4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Amplitudenschwankungen des Videosignals mit einer zweiten Bezugsspannung (V3) verglichen werden, welche dem Spitzenweißamplitudenwert des Videosignals gleich ist, und daß eine zweite Spannungsdifferenz erzeugt wird, .

daß der Verstärkungsfaktor des Verstärkers (48) mit veränderlichem Verstärkungsfaktor durch die zweite Spannungsdifferenz (V3) gesteuert wird, um den Verstärkungsfaktor zu vergrößern, wenn . die Videosignalamplitude abnimmt und umgekehrt, und

daß die erste Spannungsdifferenz durch den Verstärker mit veränderlichem Verstärkungsfaktor verstärkt wird, um die Korrektürspannung zu erzeugen.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Schwarzwert entsprechende Amplitude des korrigierten Videosignals 0 Volt beträgt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,

daß das korrigierte Videosignal durch einen Verstärker (52) mit veränderlichem Verstärkungsfaktor verstärkt wird, um ein zweites korrigiertes Signal zu erzeugen, an welchem Messungen ausgeführt werden, und

daß der Verstärkungsfaktor des Verstärkers mit veränderlichem Verstärkungsfaktor durch die Größe der Spannungsdifferenz oder ein von derselben abgeleitetes Signal gesteuert wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,

daß das korrigierte Videosignal durch einen Verstärker (52) mit veränderlichem Verstärkungsfaktor verstärkt wird, um ein zweites korrigiertes Signal zu erzeugen, an welchem Messungen ausgeführt werden,

daß der Spitzenweißamplitudenwert des zweiten korrigierten Signals erfaßt wird,

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daß ,der erfaßte Spitzenweißamplitudenwert mit einer Bezugsspannung verglichen wird, welche der theoretischen Spitzenweißamplitude des Videosignals gleich ist,

daß aus der durch den Vergleich erzeugten Spannungsdifferenz'eine Steuerspannung erzeugt wird,.

daß die Steuerspannung gespeichert wird und

daß der Verstärkungsfaktor des Verstärkers mit veränderlichem Verstärkungsfaktor durch die gespeicherte Steuerspannaung gesteuert wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß , die Addition der Korrekturspannung zu dem Videosignal erzielt wird, indem das Videosignal durch einen Verstärker mit veränderlichem Verstärkungsfaktor verstärkt wird, dessen Verstärkungsfaktor durch das Differenzsignal oder ein von demselben abgeleitetes Signal gesteuert wird.

9. Verfahren zum Analysieren der Bildpunkte in einem Feld, von welchem ein Bild abgetastet wird, um ein Videosignal zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet,

daß das Videosignal durch einen Verstärker (66) mit veränderlichem Verstärkungsfaktor verstärkt wird, um ein korrigiertes Signal zu erzeugen, ^ _v

daß die dem Weißwert entsprechende Amplitude des korrigierten Signals elektrisch blockiert wird,

daß eine Bezugsspannung (V1) erzeugt wird, welche dem echten Spannungsniveau des Videosignals für einen besonderen Grauwert gleich ist,

daß die korrigierte Amplitude (V2) des Videosignals, welche durch Abtasten des Bildes eines Bereichs des Feldes mit dem besonderen Grauwert erzeugt wird, mit der Bezugsspannung verglichen und aus dem Vergleich eine Spannungsdifferenz erzeugt wird,

daß der Verstärkungsfaktor des Verstärkers (66) mit veränderli-

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chem Verstärkungsfaktor durch eine von der Spannungsdifferenz abgeleitete Spannung gesteuert wird, wobei die Steuercharakteristiken des Verstärkungsfaktors des Verstärkers so eingestellt werden, daß die Spannungsdifferenz infolge der durch die Spannungsdifferenz bewirkten Veränderung des Verstärkungsfaktors im wesentlichen auf Null verringert wird, und

daß an dem korrigierten Videosignal Messungen ausgeführt werden.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der besondere Grauwert schwarz ist.

11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsspannung (V1) von einem Potentiometer (40^f) erhalten wird.

12. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsdifferenz auf einen kapazitiven Speicherstromkreis (44) zur Einwirkung gebracht wird, um denselben in einem Ausmaß aufzuladen bzw. zu entladen, das durch die Größe der Spannungsdifferenz bestimmt wird, und daß die in dem Stromkreis am Ende des Vergleichs gespeicherte endgültige Spannung aus der Steuerspannung für den Verstärkungsfaktor des Verstärkers (66) mit veränderlichem Verstärkungsfaktor besteht.

13. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich mit dem besonderen Grauwert künstlich in das Feld eingeführt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß · eine Vielzahl von Bereichen, welche alle den besonderen Grauwert aufweisen, künstlich in das Feld eingeführt wird.

15. Verftehren nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß das Feld im allgemeinen rechteckig « ist und,daß.ein. Bereich mit dem besonderen Grauwert künstlich in jede Ecke des Feldes ₍

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eingeführt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet,

daß synchron mit der Abtastung des Feldes vier getrennte Reinen von Sperrimpulsen erzeugt werden, von denen jede die Abtastung eines der vier Eckbereiche (86, 88, 90, 92) des Bildes (74) des Feldes begrenzt,

daß durch die vier Reihen der Sperrimpulse die Spannungsdifferenz für jeden der vier getrennten Kondensatoren (C1, C2, C3, C4) gesperrt wird, um dadurch für jeden der vier Eckbereiche eine getrennte Spannungsdifferenz zu erhalten, und

daß am Ende einer vollständigen Feldabtastung der Durchschnitt der gespeicherten Spannungsdifferenzen ermittelt wird und die Durchschnittsspannung als eine Steuerspannung für den Verstärkungsfaktor des Verstärkers (66) mit veränderlichem Verstärkungsfaktor für nachfolgende Abtastungen des Feldes gespeichert wird.

17. Stromkreisanordnung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine einstellbare Spannungsquelle (40), welche eine Bezugsspannung liefert, die dem echten Amplitudenniveau des Videosignals für einen besonderen Grauwert gleich ist, durch einen Differentialverstärker (38) zum Erzeugen einer Spannung, welche irgendeiner Differenz zwischen der Amplitude (V2) des Videosignals und der Bezugsspannung (V1) gleich ist, durch einen Schalter (42), welcher den Ausgang des Verstärkers (38) mit einem Kondensator (44) verbindet, wenn ein Bereich des Feldes, der den besonderen Grauwert aufweist, abgetastet werden soll, und durch eine Stromkreiseinrichtung (34), welche den reziproken Wert der Kondensatorspannung zu dem Videosignal addiart, um das korrigierte Signal zu erzeugen.

18. Stromkreisanordnung nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch einen Verstärker (48) mit veränderlichem Verstärkungsfaktor zum Verstärken der Kondensatorspannung, durch eine zweite

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einstellbare Spannungsquelle (51), welche eine zweite Bezugsspannung (V3) liefert, die dem echten Amplitudenniveau für Weiß des Videosignals gleich ist, und durch einen zweiten Differentialverstärker (50) zum Erzeugen einer Spannung, welche irgendeiner Differenz zwischen der Amplitude (V2) des Videosignals und der zweiten Bezugsspannung (V3) gleich ist, wobei die Ausgangsspannung des Differentialverstärkers als Steuerspannung für den Verstärkungsfaktor des Verstärkers (48) mit veränderlichem Verstärkungsfaktor dient.

19. Stromkreisanordnung nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch einen Verstärker (52) mit veränderlichem Verstärkungsfaktor zum Verstärken des korrigierten Videosignals, um ein endgültiges korrigiertes Videosignal zu erzeugen, wobei die Kondensatorspannung als Steuespannung für den Verstärkungsfaktor des Verstärkers mit veränderlichem Verstärkungsfaktor dient.

20. Stromkreisanordnung nach Anspruch 17ι gekennzeichnet durch einen SpitzengleicheTiGhterstromekreis (60, 62) zum Erzeugen einer dem Spannungsniveau des Videosignals gleichen Spannung, welche dem Weißwert in dem Bild äquivalent ist, durch eine zweite einstellbare Spannungsquelle (58), welche eine zweite Bezugsspannung (V3) liefert, die dem theoretischen Amplitudenniveau für Weiß des Videosignals gleich ist, durch einen zweiten Differentialverstärker (56) zum Erzeugen einer Spannung, welche irgendeiner Differenz zwischen der Amplitude des Videosignals beim Abtasten eines weißen Bereichs und der zweiten Bezugsspannung gleich ist, durch einen Haltestromkreis zum Speichern der sich aus dem Vergleich ergebenden Ausgangsspannung des Verstärkers und durch einen Verstärker (52) mit veränderlichem Verstärkungsfaktor zum Verstärken des korrigierten Video- · signals, um ein endgültiges korrigiertes Videosignal- zu erzeugen, wobei die gespeicherte Spannung als Steuerspannung für den Verstärkungsfaktor des Verstärkers (52) mit veränderlichem Verstärkungsfaktor dient.

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21. Stromkreisanordnung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch einen Verstärker (66) mit veränderlichem Verstärkungsfaktor zum Verstärken des Videosignals und zum Erzeugen eines korrigierten Videosignals, durch eine Stromrkreiseinrichtung (69), welche die dem Weißwert entsprechende Amplitude des korrigierten Signals auf einem fixierten Niveau blockiert, durch eine einstellbare Spannungsquelle (40¹), welche eine Bezugsspannung (V1) liefert, die dem theoretischen Amplitudenniveau des Videosignals für einen besonderen Grauwert gleich ist, durch einen Differentialverstärker (38·) zum Erzeugen einer Spannung, welche irgendeiner Differenz zwischen der Bezugsspannung und dem Videosignal gleich ist, und durch einen Schalter (42), welcher den Ausgang des Verstärkers (38¹) mit einem Kondensator (44) verbindet, wenn ein Bereich des Feldes, der den besonderen Grauwert aufweist, abgetastet werden soll, wobei die Kondensatorspannung als Steuerspannung für den Verstärkungsfaktor des Verstärkers (66) mit veränderlichem Verstärkungsfaktor dient.

22. Stromkreisanordnung nach Anspruch 21, gekennzeichnet durch einen Sperrimpulsgenerator (37), der synchron mit der Abtastung des Feldes vier getrennte Reihen von Sperrimpulsen erzeugt, von denen jede die Abtastung eines der vier getrennten Bereiche (86, 88, 90, 92) des Bildes (74) des Feldes begrenzt, durch vier Tore (94, 96, 98, 100), welche durch die Sperrimpulse betätigt werden, um die Ausgangsspannungen des Differentialverstärkers auszuwählen, die sich aus dem Abtasten der vier getrennten Bereiche ergeben, und durch Widerstände (R1, R2, R3, R4) zum Summieren der vier ausgewählten Spannungen und zum Ermitteln eines Durchschnitts derselben, wobei der Durchschnittswert der so erzeugten Spannung als Steuerspannung für den Verstärkungsfaktor des Verstärkers (66) mit veränderlichem Verstärkungsfaktor dient.

23. Stromkreisanordnung nach Anspruch 22, gekennzeichnet

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durch getrennte Kondensatoren (C1, C2, C3, C4) zum Speichern
jeder der vier ausgewählten Ausgangsspannungen des Differentialverstärkers und durch einen Schalter (104) zum Übertragen der
Ladung der vier Kondensatoren auf einen fünften Kondensator
(102), wenn alle vier Bereiche (86, 88, 90, 92) abgetastet sind, wobei die Spannung auf dem fünften Kondensator (1.02) als Steüerspannung für den Verstärkungsfaktor dient.

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