DE2507174A1

DE2507174A1 - Verfahren und vorrichtung zur erzeugung digitaler repraesentationen eines objektes

Info

Publication number: DE2507174A1
Application number: DE19752507174
Authority: DE
Inventors: Sidney Auerbach; Jun Alfred Lovitz
Original assignee: Object Recognition Systems Inc
Current assignee: Object Recognition Systems Inc
Priority date: 1970-03-02
Filing date: 1975-02-20
Publication date: 1976-09-23
Also published as: US3877019A; FR2301880B1; FR2301880A1

Description

Object Recognition Systems, Inc. 90 Broad Street New York, N.I. 10004 USA

Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung digitaler Repräsentationen eines Objektes.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung digitaler Repräsentationen eines Objektes, das durch Vergleich seiner digitalen Repräsentationen mit digitalen Repräsentationen bekannter Objekte bestimmbar ist,

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, um auf einfache Weise Bestimmungen zu untersuchender Objekte durchführen zu können. Bas Verfahren soll dabei schnell und wirksam sein und die Vorrichtung einfach im Aufbau und der Handhabung sein, so daß die Vorrichtung leicht zur Verfügung gestellt werden kann.

609839/0813

Biese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Leuchtdichte einer flächigen Abbildung des Objektes spaltenweise abgetastet wird, daß die mittlere Leuchtdichte der einzelnen Spalten gemessen und der Meßwert für die einzelnen Spalten in digitale Repräsentationen umgesetzt wird.

Eine Torrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch Mittel zur Erzeugung einer flächigen Abbildung des Objektes, Mittel zua spaltenweisen Abtasten von länglichen schmalen flächenabschnitten der Abbildung, wobei sich die Länge des Flächenabschnittes in einer Dimension und die Spalten quer dazu erstrecken, eine fotoelektrische Meßanordnung, mit der nacheinander der mittleren Leuchtdichte der jeweiligen Spalten entsprechende Signale erzeugbar sind, und durch Mittel, mit denen die Signale der einzelnen Spalten in Digitalwerte umsetzbar sind, wobei die Digitalwerte aller Spalten eine digitale Repräsentation des zu bestimmenden Objektes sind.

Die Abtastmittel sind vorzugsweise mit einem Antrieb zum schrittweisen Torschub versehen, wobei die fotoelektrische Meßanordnung für jeden der Schritte ein Signal abgibt.

In einer bevorzugten Ausführungsform veisen die Abtastmittel eine Maske auf, in der ein länglicher, schmaler Schlitz ausgebildet ist und es sind Mittel vorgesehen, mit denen die Maske schrittweise relativ zur Abbildung bewegbar ist.

609839/0813

Zweckmäßig ist ein die Abbildung wiedergebender Bildschirm vorgesehen, wobei dann die Maske zwischen dem Bildschirm und der fotoelektrischen Meßanordnung angeordnet ist.

Es ist weiter zweckmäßig, Mittel zur Einstellung der Größe der Abbildung auf dem Bildschirm vorzusehen, wobei die eine Dimension der Abbildung des Objektes so einstellbar ist, daß sie der Länge des Schlitzes in der Maske entspricht.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der mittleren Leuchtdichte jeder der nacheinander abgetasteten Spalten ein Digitalwert zugeordnet und die gesamte Repräsentation durch die Folge der Digitalwerte für die einzelnen Spalten gegeben.

Diese, das Objekt repräsentierenden Digitalwerte können dann gegebenenfalls nach einer entsprechenden Kodierung in einen Rechner eingegeben werden und dort mit den entsprechenden Digitalwerten oder Repräsentationen bekannter Objekte verglichen werden, die in dem Rechner gespeichert sind oder gespeichert zur Verfügung stehen.

Die Objekte können dabei als Auf licht-oder Durchlicht-Abbildungen zur Verfügung stehen und zwar sowohl farbig als auch schwarz-weiß. Die Objekte können auch direkt untersucht werden, wobei beispielsweise auch Objekte untersucht werden, die von Mikroskopen projeziert werden.

609839/0813

Sie Erfindung ist in der Zeichnung beispielsveise veranschaulicht und im nachstehenden im einzelnen anhand der Zeichnung beschrieben·

Fig, 1 zeigt eine Draufsicht auf eine Ausführungeform einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht der Vorrichtung nach Pig. 1.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung gemäß der Erfindung weist 4 Baugruppen auf _t nämlich einmal eine Baugruppe 12 zur Bilderzeugung, weiter eine Baugruppe 14 zur Bildweiterleitung, eine Baugruppe 16 zur Lichtmessung und eine Baugruppe 18 zum Aufzeichnen der Daten*

Hit der Baugruppe 12 kann eine Abbildung oder ein Küster des Objektes erzeugt werden, das durch, die Vorrichtung 10 bestimmt oder analysiert werden soll· Das in der Baugruppe 12 erzeugte Bild wird über die Baugruppe 14 der Baugruppe 16 zugeleitet, in der eine Xdchtmeesung durchgeführt wird. Das Bild wird dab·! durch eine lichtempfindliche Anordnung analysiert, die «in· leihe von elektrischen Signalen in Abhängigkeit von der Lichtdichte oder Helligkeitsverteilung des Bildes vermittelt. Diese Signale werden in eine für die Speicherung in einem Speichersystem eines Rechners geeignete Form übergeführt, so daß auf sie Bezug genommen werden kann, wie im nachstehenden beschrieben.

609839/081 3

Die Baugruppe 12 weist eine Anordnung 20 zur Erzeugung eines Bildes auf. Dies kann ein Durchlicht- oder Auf licht- oder auch Mikroskopprojektor sein, abhängig von dem Jeweiligen Typ und der Größe des zu untersuchenden Objektes. Das Objekt selbst kann ein tatsächliches Objekt sein oder ein Mikrofilm, eine Fotomikrograf ie, ein Dia, ein Positivbild oder ein Vegativbild oder ähnliches. Die Anordnung 20 ist vorzugsweise in Projektionsrichtung, beispielsweise mittels eines Wagens 22, auf einer tragenden Fläche 24 beweglich, so daß die Größe des Bildes oder des Masters, das durch die Anordnung 20 erzeugt wird, einstellbar ist, wie weiter unten zu beschreiben. Die Abbildung, die durch die Anordnung 20 erzeugt wird, gelangt in die Übertragungs-Baugruppe 14, die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel einen Umlenkspiegel 26 aufweist, der unter eines Winkel von 45° in der Projektionslinie angeordnet ist. Die Baugruppe 14 weist weiter einen senkrecht zu dem durch den Spiegel 26 umgelenkten Lichtstrahl angeordneten Bildschirm 28 auf, der vorzugsweise als Mattscheibe ausgebildet ist. Gegenüber dem Bildschirm 28 ist die Baugruppe 26 angeordnet, die eine lichtempfindliche Anordnung 30 aufweist, mit der ein elektrisches Signal in Abhängigkeit von der Lichtdichte der Darstellung auf dem Bildschirm 28 abgibt und damit ein elektrisches Signal in Abhängigkeit von der Helligkeit des Bildes auf dem Bildschirm 28· Dieses Signal wird in die Baugruppe 18 zur weiteren Behandlung überführt, wie weiter unten zu beschreiben.

Wie am besten aus Fig. 1 ersichtlich, weist die Baugruppe 16 ein· Abdeckmaske 32 auf, die im Abstand von dem BiId-

609839/0813

schirm 28 liegt und zwar im wesentlichen parallel zu diesem. Die Maske 32 liegt weiter zwischen dem Bildschirm 28 und der lichtempfindlichen Anordnung 30. Die Maske 32 ist mit einem schmalen, länglichen Schlitz 34 versehen, der vorzugsweise so lang ist, wie die eine Abmessung der auf dem Bildschirm 28 durch die Anordnung 20 erzeugten Abbildung. Der Schlitz 34- ist in der Maske 32 in einer Stellung angeordnet, die mit der lichtempfindlichen Anordnung 30 fluchtet, wie in Fig. 2 dargestellt. Die Breite des Schlitzes 34 ist in Fig. 2 übertrieben dargestellt. Sie ist in der Praxis sehr klein, wie in dem weiter unten gegebenen speziellen Beispiel angegeben. Die Maske 32 und die Lichtmeßanordnung 30 sind über einen Zwischenträger 36 zu einer Einheit zusammengefaßt, die in kleinen Schritten quer zur Längserstreckung des Schlitzes 34 über den Bildschirm 28 hinwegbewegbar ist. Die Bewegungsrichtung ist in Fig. 2 durch den Pfeil 35 angedeutet. Die Vorschubmittel können entweder elektrisch oder durch Feder antreibbar sein. Die Größe der Torschubschritte kann einstellbar sein.

Für die Untersuchung bestimmter Arten von Mustern oder Abbildungen, die auf dem Bildschirm 28 erzeugt werden, kann eine geeignete Lichtkondensationsvorrichtung 37 zwischen dem Lichtmesser 30 und dem Schlitz 34 der Maske 32 vorgesehen werden. In der Baugruppe 18 werden die von dem Lichtmesser 30 abgegebenen elektrischen Signale in ein Aufzeichnungssystem 38 eingegeben, das als Streifenrekorder oder eine sonstige, geeignete Aufzeichnungsvorrichtung ausgebildet sein kann. Das Aufzeichnungs-

609839/0813

system 33 ist mit einem System 40 verbunden, in dem den von des System 38 aufgenommenen Signalen skalare, numerische oder sonstige Werte zugeordnet werden. Da die Signale, die von dem Lichtmesser 30 abgegeben werden, in Inalogform vorliegen, können bekannte Analog/ Digital-Wandler verwendet werden, um die Analogsignale in entsprechende Digitalwerte umzuwandeln. Die in dem System 40 so erzeugten Daten werden einem Kodierer zugeführt, der sie so kodiert, daß sie für die Speicherung und Analyse in einem Rechner geeignet sind· Diese Daten können wiederum einer Datenaufzeichnungsstation zugeführt werden, in der sie auf Lochkarten, Loch- oder Magnetband oder ein sonstiges Aufzeichnungsmittel übertragen werden, mit dem sie in einen Rechner eingegeben werden können. IM das Zusammenwirken der einzelnen Komponenten der beschriebenen Anordnung verständlich zu machen, soll im nachstehenden eine kurze Wirkungsbeschreibung gegeben werden.

Das zu untersuchende bzw. zu bestimmende Objekt wird in den Bilderzeuger 20 eingegeben, der beispieleweise ein Durchsichtprojektor oder ein Projektionsmikroskop oder dergleichen sein kann· Der Bilderzeuger 20 wird dann auf seiner Lauffläche 24 so eingestellt, daß die Größe der Abbildung auf dem Bildschirm eine vorbestimmte Größe hat, die beispielsweise einer Bezugsfläche entspricht. Die Einstellung erfolgt hierbei zweckmäßig so, daß zwei parallele Bänder mit parallelen Begrenzungerändern der Bezugsfläche auf dem Bildschirm 28 übereinstimmen. Äachdem die Abbildung so auf dem Bildschirm eingestellt worden ist, werden die Maske 32 und der Licht-

609839/0813

messer 30 so angeordnet, daß der Schlitz, 34 in der Maske 32 an einem Sand der auf dem Bildschirm 28 erzeugten Abbildung liegt. Über den Lichtmesser 30 wird dann die Helligkeit oder Lichtdichte des Teiles der Abbildung gemessen, die unter dem Schlitz liegt· Nachdem das dabei abgegebene Signal registriert ist, wird die Anordnung um einen Schritt quer zur Abbildung weiter bewegt und eine neue Messung durchgeführt. Sie Größe der Torschub·* schritte entspricht etwa der Breite des Schlitzes, die etwa annähernd einen mm betragen kann, wenn das Objekt ein 6x9 Dia-Positiv ist. Haeh jedem Vorschubschritt wird die Lichtdichte des jeweils unter dem Schlitz liegenden Bildstreifens gemessen. Es wird also für eine Ti el zahl von Bildstreifen jeweils ein von der Lichtdichte oder Helligkeit abhängiges Signal erzeugt. Diese Signale werden jeweils in dem Aufzeichnungssystem 28 aufgezeichnet. Den Signalen wird dann ein geeigneter numerischer oder sonstiger Wert in dem System 40 zugeordnet. Diese Werte werden daraufhin in den Kodierer 42 eingegeben und die kodierten Werte werden dann in den Auf seichner 34 gegeben, wo sie auf geeignete Aufzeichnungsträger gegeben werden, mit denen sie zur Verarbeitung in einen Rechner eingebbar sind.

Auf die beschriebene Weise können zunächst Abbildungen von Referenz-Objekten gefertigt und in Form von Daten aufgezeichnet werden. Hit den Daten der Referenz-Objekte können dann die Daten verglichen werden, die von. zu bestimmenden Objekten angefertigt werden. Dieser Datenvergleich kann schnell und einfach in dem Rechner durchge-

609839/081 3

führt werden. Sie Analyse wird dabei besonders einfach dadurch, daS durch die spaltenweise Messung der Helligkeit die Abbildung nur durch eine relativ kleine Zahl ▼on Daten repräsentiert wird. In der Frauds hat sich gleichwohl herausgestellt, daß diese geringe Anzahl von Baten genügt, die Bestimmung eines Objektes durch Vergleich mit ent isprechenden Daten bekannter Objekte durchzuführen. Die Bezugsobjekte können dabei Bücher, Bilder oder dergleichen sein. Die Objekte können aber auch Gewebe menschlichen, tierischen oder pflanzlichen Ursprungs sein, wobei gesundes Bezugsgewebe mit Gewebe verglichen werden kann, das auf das Vorliegen von Erkrankungen zu untersuchen ist. Kranke Gewebe unterscheiden soda vielfach charakteristisch von dem gesunden Gewebe. Andererseits treten auch zwischen gleichartigen gesunden Geweben gewisse Abweichungen auf. Diese können statistisch erfaßt und durch Vorgabe entsprechender Soleran zen für die Eepräaentationen der Bezugsgewebe berücksichtigt werden«

Bei Reihenuntersuchungen auf das Vorliegen bestimmter Krankheiten ist es Bit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der Vorrichtung in einfacher Weise möglich, dem jeweils zu untersuchenden Gewebe durch die beschriebene Zuordnung von Daten* eine Kennung zu geben und diese Kennung dann mit der Kennung eines Vergleichsgewebes zu bestimmen. Sofern die Kennung des zu untersuchenden Gewebes nicht mit den vorgegebenen Toleranzen mit der Kennung des Bezugsgewebes übereinstimmt, wird das zu untersuchende Gewebe als solches bestimmt und kann dann einer näheren, pathologischen Untersuchung zugeleitet

609839/0813

werden. Auf diese Weise kann die labormäßige Untersuchung von Gewebeproben durch den Pathologen auf solche Proben beschränkt werden, hinsichtlich deren im Hechner durch Vergleich der Repräsentationen der zu bestimmenden Probe mit denen der gespeicherten Probe festgestellt worden ist, daß die Möglichkeit einer Erkrankung gegeben ist·

Als Abweichung von der vorbeschriebenen Ausführung kann sich auch die Abbildung auf den Bildschirm 28 unter der dann feststehenden Maske; 34 schrittweise hinwegbewegen· Es können beispielsweise auch zwei oder mehrere Lichtmesser vorgesehen werden, um eine größere Helligkeiteauflösung über die Länge des Schlitzes zu erzielen, wenn sich die Abbildung relativ zu diesem Schlitz bewegt*

Ein spezielles Merkmal der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht noch darin, daß ein gegebener Satz von Daten, der repräsentativ für ein bestimmtes Objekt ist, la wesentlichen linear über die Helligkeitsbereiche ist, unter denen es arbeitet, wodurch eine genaue Interpretation und Analyse erleichtert wird· Jedem speziellen Objekt wird ein bestimmter Code oder eine bestimmte Reihe von Digitalwerten zugeordnet, so daß die Datensätze leicht statistisch gehandhabt werden können«

Das erfindungsgemäße Verfahren stellt damit einen wesentlichen Fort sehritt gegenüber bekannten Matrix-Verfahren dar, bei denen die Daten von Sausenden bis Millionen zur Identifizierung eines bestimmten Objektes als Schnittpunkt_daten aufgezeichnet tjaiden müssen, ohne daß damit

609839/08 1 3

die Sicherheit der Bestimmung, wie sie mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielbar ist, erreichbar wäre.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können die !Repräsentationen Ton Objekten in Klassen gruppiert werden und mit anderen Objekten oder Klassen verglichen werden.

Bereits erwähnt ist die relativ kurze Zeitdauer, die erforderlich ist, um einen zu bestimmenden Objekt seine Repräsentationen zuzuordnen,diese zu vergleichen und die Bestimmung durchzuführen. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht noch darin, daß Objekte oder Proben praktisch jeder Größe und Struktur geprüft und bewertet werden können und zwar von Einzeilenstrukturen bis zu komplexen Objekten, wie Bildern, Büchern oder dergleichen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens kann aus bekannten und zuverlässigen Komponenten zusammengestellt werden. Sie ist daher wirtschaftlich herstellbar. Eine Vorrichtung gemäß der Erfindung kann darüber hinaus relativ klein ausgeführt werden und von Hand transportabel sein.

609839/ 0 8 13

Claims

Patentansprüche

Verfahren zur Erzeugung digitaler Eepräsentationen eines Objektes, das durch Vergleich seiner digitalen Eepräsentationen mit digitalen Eepräsentationen bekannter Objekte bestimmbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtdichte einer flächigen Abbildung des Objektes spaltenweise abgetastet wird, daß die mittlere Leuchtdichte der einzelnen. Spalten gemessen und der Meßwert für die einzelnen Spalten in digitale Repräsentationen umgesetzt wird.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch

1, gekennzeichnet durch Mittel zur Erzeugung einer flächigen Abbildung des Objektes, Mittel zum spaltenweisen Abtasten von länglichen schmalen Flächenabschnitten der Abbildung, wobei sich die Länge des Flächenabschnittes in einer Dimension und die Spalten quer dazu erstrecken, eine fotoelektrische Meßanordnung, mit der nacheinander der mittleren Leuchtdichte der jeweiligen Spalten entsprechende Signale erzeugbar sind und durch Mittel, mit denen die Signale der einzelnen Spalten in Digitalwerte umsetzbar sind, wobei die Digitalwerte aller Spalten eine digitale Repräsentation des zu bestimmenden Objektes sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastmittel mit einem Antrieb zum «ichrittweisen Vorschub versehen sind und daß die fotoelektrische Meßanordnung für jeden der Schritte ein Signal abgibt.

609839/0813
4·. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastmittel eine Maske aufweisen, in der ein länglicher schmaler Schlitz ausgebildet ist und daß Mittel vorgesehen sind, mit denen die Maske schrittweise relativ zur Abbildung bewegbar ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Abbildung wiedergebender Bildschirm vorgesehen ist und daß die Maske zwischen dem Bildschirm und der fotoelektrischen Meßanordnung angeordnet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Einstellung der Größe der Abbildung auf dem Bildschirm vorgesehen sind, wobei die eine Dimension der Abbildung des Objektes so einstellbar ist, daß sie der Länge des Schlitzes in der Maske entspricht.

609839/0813

Leerseite