DE2546070A1

DE2546070A1 - Differential-bildanalysator

Info

Publication number: DE2546070A1
Application number: DE19752546070
Authority: DE
Inventors: Raymond A Lloyd; Robert Martinez; Kenneth C Ryan
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1974-10-17
Filing date: 1975-10-15
Publication date: 1976-04-22
Also published as: GB1489678A; FR2288432A1; JPS5166857A; US3987241A

Description

DiPL-ING. KLAUS NEUBECKER

Patentanwalt 4 Düsseldorf 1 · Schadowplatz 9

Dr.-Ing. Ernst Sfratmann

Ptt

Düsseldorf, 13. Okt. 1975

Westinghouse Electric Corporation
Pittsburgh, Pa., V. St. A.

Pifferential-Bildanalysator

Die Erfindung betrifft einen Differential-Bildanalysator, das ist ein Testgerät insbesondere zur Erkennung von ähnlichen Gegenständen.

Bekannte Analysatoren zur Ermittlung ähnlicher Gegenstände durch Vergleich des zu erkennenden Gegenstandes oder dessen Bildes mit dem Bild eines Modellgegenstandes verwendeten entweder vorwiegend digitale Verfahren oder vorwiegend analoge Verfahren. Die digitalen Verfahren sind allgemein sehr weit entwickelt und gestatten detaillierte statistische Analysen, während die analogen Verfahren verhältnismäßig einfach sind und nur minimale Möglichkeiten zur statistischen Auswertung haben. Viele Anwendungen erfordern die Darstellung eines Bildes der zu untersuchenden Einrichtung, wobei die Gebiete dieser Einrichtung, die vorgeschriebenden Eigenschaften nicht genügen, leicht identifiziert werden können. Diese Art von Darstellung war gemäß bekannten Anordnungen schwer zu erhalten, weil bei der Erzeugung von zusammengesetzten Bildern viele Komplikationen auftraten.

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Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Differential-Bildanalysators, der eine einfache Lösung der bei den bekannten Systemen vorhandenen Probleme liefert. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Hauptanspruch genannten Merkmale gelöst.

Die erfindungsgemäße Anordnung ist verhältnismäßig einfach, jedoch können ausreichend komplizierte statistische Analysen aufgrund der Differenzen zwischen den Bildern der Modelleinrichtung und der untersuchten Einrichtung durchgeführt werden, um festzustellen, ob die Einrichtung akzeptierbar ist. Diese Fähigkeit wird dadurch ermöglicht, daß ein analoges Bildsignal einer Modelleinrichtung erzeugt und dieses Bildsignal in einem Speicher gespeichert wird. Ein analoges Bildsignal der zu
untersuchenden Einrichtung wird erzeugt, während gleichzeitig das gespeicherte Bildsignal der Modelleinrichtung gelesen
wird. Diese zwei analogen Bildsignale werden durch einen analogen Vergleichsschaltkreis miteinander kombiniert, um ein
VergleichsSignal zu erzeugen, das gleich dem absoluten Wert der Differenz zwischen den zwei Signalen ist. Dieses Vergleichssignal wird periodisch abgetastet, um ein Digitalsignal zu
erzeugen, das anzeigt, ob der gerade anliegende Wert dieses Signals oberhalb oder unterhalb eines vorbestimmten Wertes
liegt. Wenn das Vergleichssignal unterhalb des vorbestimmten Wertes liegt, wird eine logische "Null" erzeugt, während umgekehrt bei oberhalb des festgelegten Wertes liegendem Vergleichssignal eine logische "Eins" geliefert wird. Die aufgrund dieser Abtastungen sich ergebenden digitalen Bits werden kombiniert, um Digitalworte zu erzeugen. Diese Digitalworte bilden das Eingangssignal für eine digitale Verarbeitungseinrichtung. Die digitale Verarbeitungseinrichtung analysiert
diese Signale unter Anwendung vorbestimmter Kriterien, um
festzustellen, welche Bits der Digitalworte eine signifikante Differenz zwischen den Bildsignalen des Modells und der zu
untersuchenden Einrichtung anzeigen. Die Bits des Eingangssignals, die signifikanten Differenzen zwischen dem Bild
der Modelleinrichtung und der zu untersuchenden Einrichtung

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entsprechen, bilden logische Einer-Bits in dem Ausgangssignal des Verarbeitungsgeräts. Das Ausgangssignal des Verarbeitungsgeräts ist mit dem Eingang eines Digital-Analog-Umsetzers verbunden, um ein Analogsignal zu erzeugen. Dieses Analogsignal ist mit der roten Strahlerzeugungsanlage eines herkömmlichen Farbfernsehmonitors verbunden. Der Echtzeitausgang der Fernsehkamera wird verzögert und mit der grünen Elektronenstrahler Zeugungseinrichtung des Monitors verbunden, so daß das Bild der untersuchten Einrichtung und das Ausgangssignal des Digital-Analog-Umsetzers synchronisiert werden. Dies erzeugt ein zusammengesetztes Bild auf dem Fernsehmonitor, wobei die Gebiete der Einrichtung, die vorbestimmten Kriterien genügen, grün dargestellt werden. Gebiete, in denen die untersuchte Einrichtung vorbestimmten Kriterien nicht genügt, werden rot dargestellt.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der beiliegenden Darstellung eines Ausführungsbeispiels sowie aus der folgenden Beschreibung.

Es zeigt:

Fig. 1 ein Blockdiagramm zur Erläuterung des Analysators;

Fig. 2 ein Diagramm zur Erläuterung eines Teils einer Abtastzeile des Bildsignals der Modelleinrichtung, des Signals der zu untersuchenden Einrichtung und des Signals des Ausganges des Vergleichers; und

Fig. 3 ein typisches Beispiel der digitalen Datenworte, die das Eingangssignal der Datenverarbeitungseinrichtung bilden, sowie das Ausgangswort der Datenverarbeitungseinrichtung .

Fig. 1 ist ein Funktionsblockdiagramm des Analysators. Die Bildsignale der Modelleinrichtung oder des Modellgegenstandes und die Bildsignale der zu untersuchenden Einrichtung oder

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des zu untersuchenden Gegenstandes werden von einer Fernsehkamera 10 erzeugt. Im normalen Betrieb wird das Bildsignal der Modelleinrichtung zuerst erzeugt, indem die Fernsehkamera auf die Modelleinrichtung gerichtet und das sich ergebende Videosignal in einem analogen Videospeicher 11 gespeichert wird. Nachdem das Bildsignal der Modelleinrichtung vollständig gespeichert wurde, wird die Fernsehkamera 16 auf die zu untersuchende Einrichtung gerichtet und der Videospeicher 11 schaltet von Aufnahme auf Wiedergabe. Synchronisationssignale werden von der Fernsehkamera 10 und von dem Videospeicher 11 geliefert, so daß die von dem Speicher 11 ausgelesenen Bildsignale der Modelleinrichtung mit den Bildsignalen der zu untersuchenden Einrichtung synchronisiert werden. Ein fortlaufender Vergleich der Bildsignale der Modelleinrichtung und der zu untersuchenden Einrichtung wird erreicht, indem das Ausgangssignal des Videospeichers 11 und das Ausgangssignal der Fernsehkamera 10 einem Vergleicher 12 zugeführt werden. Der Ausgang des Vergleichers ist ein Analogsignal, dessen Amplitude gleich dem absoluten Wert der Differenz zwischen diesen zwei Bildsignalen ist. Das Ausgangssignal des Vergleichers 12 wird mit einem Schwellwert-und Abtastschaltkreis 13 verbunden, um an einem Ausgang dieses Schaltkreises ein zweipegliges Signal zu erzeugen, dessen erster Pegel anzeigt, daß das Eingangssignal sich unterhalb eines gegebenen Schwellwertes während der Abtastperiode befindet, während der zweite Pegel anzeigt, das der Eingang sich oberhalb dieses Schwellwertes befindet. Die Abtastrate wird von einem digitalen Taktgeber 14 festgelegt. (Eine typische Abtastrate beträgt 5 MHz).

Während einer jeden Abtastperiode wird das Ausgangssignal des Schwellwert- und Abtastschaltkreises 13 in ein Schieberegister geschoben, um die Bits eines digitalen Wortes zu bilden. Jedes Bit dieser Datenworte entspricht einem bestimmten Teil des verglichenen Bildsignals. Diese Digitaldatenworte bilden das Eingangssignal für die Verarbeitungseinrichtung 15 und werden von dieser Verarbeitungseinrichtung analysiert, um festzustellen, ob das Bitmuster des der Verarbeitungsein-

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richtung zugeführten Eingangswortes eine signifikante Abweichung zwischen den Bildsignalen der Modelleinrichtung und denen der zu untersuchenden Einrichtung anzeigen. Jedes einzelne Bit eines derartigen Datenwortes, das statistisch signifikante Unterschiede zwischen den Bildsignalen der Modelleinrichtung und den Bildsignalen der zu untersuchenden Einrichtung anzeigt, wird von der Datenverarbeitungseinrichtung 15 in das Format von digitalen Ausgangsworten gebracht. Diese Ausgangsworte werden von einem DigitalAnalog-Umsetzer 16 verarbeitet, um ein Signal zu erzeugen, das anzeigt, welcher Teil des Bildsignals der zu untersuchenden Einrichtung signifikant von den entsprechenden Teilen des Bildsignals der Modelleinrichtung abweicht. Dieses Signal wird der Strahlerzeugungseinrichtung für rot einer herkömmlichen Farbfernseh-Monitoranlage 22 zugeführt, und zwar über einen Signalformer 23. Die Funktion des Signalformers ist die, Spitzen herauszufiltern und das Signal auf eine Amplitude umzusetzen, die mit dem Farbfernsehmonitor kompatibel ist. Die Kriterien, die verwendet werden, um festzulegen, wann das Bildsignal der zu untersuchenden Einrichtung signifikant unterschiedlich gegenüber dem Bildsignal der Modelleinrichtung ist, wird noch in größeren Einzelheiten erläutert werden.

Das Bildsignal der zu untersuchenden Einrichtung wird auch mit der Strahlerzeugung der Fernsehmonitoranlage 22 für die Farbe Grün über eine Videoverzögerung 24 zugeführt. Die Videoverzögerung und die Verarbeitungsraten der Datenverarbeitungseinrichtung 15 werden so eingestellt, daß die an den Eingängen des Fernsehmonitors 22 für die Farben Rot und Grün eingehenden Signale synchronisiert sind. Diese Synchronisation führt zu einem auf dem Farbmonitor 22 zusammengesetzten Bild, bei dem die Teile des Bildes, die Gebieten entsprechen, wo das Bild der Modelleinrichtung und der zu untersuchenden Einrichtung keine signifikanten Unterschiede zeigen, in grüner Farbe dargestellt wird, während die Gebiete des Bildes, bei denen signifikante Unterschiede auftreten, als ein Gebiet mit gleichförmig roter Farbe dargestellt wird. Diese Art der Darstellung ermög-

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licht eine leichte Erkennung signifikanter Abweichungen des Untersuchungsobjektes mit dem bloßen Auge.

Fig. 2 illustriert einen Teil des Bildsignals 29 der Modelleinrichtung und des Bildsignals 25 der zu untersuchenden Einrichtung, zusammen mit dem entsprechende Ausgang des Vergleicherschaltkreises 12. Objektbildsignal 25 und Modellbildsignal bilden die Eingänge für den Vergleicher 12. Das entsprechende Ausgangssignal des Vergleichers 12 wurde mit der Bezugszahl versehen. Dies letzte Signal wird von dem Schwellwert- und Abtastschaltkreis 13 abgetastet, um ein Digitalsignal zu erzeugen, das anzeigt, welche Teile des Objektbildsignals signifikant sich von dem entsprechenden Teil des Modellbildsignals unterscheiden.

Fig. 3 illustriert die von der Schwellwert- und Abtasteinrichtung 13 erzeugten Digitalsignale, wenn das Ausgangssignal des Vergleichers 12 periodisch zu den Zeiten abgetastet wird, die auf der Zeitskala durch die Ziffern Eins bis Acht bezeichnet sind. Wie in Fig. 3 dargestellt ist, enthält das sich ergebende Digitalwort acht Bits, wobei eine logische "Eins" einer Abtastzeit entspricht, zu der das Ausgangssignal des Komparators einen hohen Wert besitzt, was anzeigt, das ein signifikanter Unterschied zwischen dem Modellbildsignal und dem Objektbildsignal vorhanden war, während eine logische "Eins" auftritt, wenn das Ausgangssignal des Vergleichers einen niedrigen Wert besitzt. Diese Digitalsignale, die in Fig. 3 als "Eingangsdaten" bezeichnet wurden, werden durch die Verarbeitungseinrichtung 15 weiter verarbeitet, um. ein Datenwort zu erzeugen, das in Fig. 3 mit "Ausgangsdaten" bezeichnet ist. Jedes Bit des Ausgangsdatenwortes entspricht einer bestimmten Abtastzeit des Ausgangssignals der Schwellwert-und Abtasteinrichtung 13. Ein Bit 0 in diesem Datenwort veranlaßt, daß die Strahlerzeugungseinrichtung des Farbmonitors 22 für das rote Signal während der diesem Bit entsprechenden Zeitperiode abgeschaltet wird. Daher wird der entsprechende Teil des auf dem Farbmonitor 22 erscheinenden zusammengesetzten

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Bildes grün sein und damit anzeigen, daß dieser Teil der Objekteinrichtung mit der Ausnahme von zulässigen Abweichungen mit der Modelleinrichtung identisch ist. Andererseits zeigt eine 1 in einer Bitstelle dieses Wortes, das die Erzeugungseinrichtung für rote Farbe in dem Farbmonitor 22 eingeschaltet wird, wodurch wiederum angezeigt wird, daß der entsprechende Teil des Bildes der zu untersuchenden Einrichtung signifikante Unterschiede gegenüber dem Bild der Modelleinrichtung aufweist. Das besondere Kriterium, das zur Umsetzung der Eingangsdatensignale für die Ausgangsdatensignale verwendet wurde, bestand darin, jedes logische Einer-Bit als unbedeutend anzusehen, das nicht mit einer Gruppe von zumindest drei angrenzenden logischen Einer-Bits in Zusammenhang steht. Da jedes Bit des Eingangssignals einer Abtastperiode entspricht, die wiederum zu einem eindeutig festgelegten Teil 12 des Bildes in Beziehung steht, ermöglicht die Verwendung dieses Kriteriums, in den Differenzen zwischen den Bildsignalen Dimensionstoleranzen einzusetzen, die als Fehler interpretiert werden. Diese Fähigkeit zur bequemen Festsetzung dieser Toleranzen durch entsprechende Programmierung der Verarbeitungseinrichtung 15 ermöglicht es, den Toleranzpegel zwischen dem Bild der Modelleinrichtung und dem Bild der zu untersuchenden Einrichtung in einfacher Weise einzustellen. Diese Fähigkeit ermöglicht ein flexibles, genaues Erkennungssystem, das für einen weiten Bereich von Problemen einsetzbar ist.

Das oben beschriebene System kann unter Verwendung von im Handel erhältlichen Bauteilen aufgebaut werden. Derartige Bauteile sind dem Fachmann bekannt. Daher wird es als für überflüssig erachtet, besondere Beispiele derartiger Bauteile näher zu erläutern. Statt der Fernseh-Videosignale könnten auch andere Signale ebenso gut verwendet werden.

Patentansprüche;

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Claims

- 8 Patentansprüche ;

vL· Differential-Bildanalysator, gekennzeichnet durch ein Gerät zur Erzeugung (10) und Speicherung (11) eines ersten Bildsignals (29) einer Modelleinrichtung; durch ein Gerät zur Erzeugung (10) eines zweiten Bildsignals (25), das zu einer zu untersuchenden Einrichtung in Beziehung steht, um das erste und das zweite Signal (29 bzw. 25) miteinander zu vergleichen (12) und ein Digitaldifferenzsignal (26 bzw. Fig. 3) zu erzeugen; und durch ein Gerät zur Erzeugung eines zusammengesetzten Bildes durch selektive Kombination des zweiten Bildsignals mit dem Digitaldifferenzsignal, um ein zusammengesetztes Bild zu erzeugen und so die Erkennung von signifikanten Unterschieden zwischen der Modelleinrichtung und der zu untersuchenden Einrichtung zu ermöglichen.
2. Differential-Bildanalysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (10, 11) zur Erzeugung und Speicherung des ersten Bildsignals (29), eine Fernsehkamera (10) umfaßt.
3. Differential-Bildanalysator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät (10, 11) zur Erzeugung und Speicherung des ersten Bildsignals (29), das zu der Modelleinrichtung in Beziehung steht, einen Analogvideospeicher (11) umfaßt.
4. Differential-Bildanalysator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät zur Erzeugung eines zusammengesetzten Bildes Einrichtungen (12) zum Vergleich des Ausgangssignals des Speichers (11) mit dem Ausgangssignal der Fernsehkamera (10) umfaßt, um ein Differenzsignal zu erzeugen, das gleich dem absoluten Wert der dazwischen bestehenden Differenz ist.

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5. Differential-Bildanalysator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Bildgerät einen periodischen Abtaster (13) umfaßt, um das Differenzsignal abzutasten und Bits eines digitalen Wortes zu erzeugen.
6. Differential-Bildanalysator nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Verarbeitungseinrichtung (15) zur Analyse des Digitalwortes zur Feststellung signifikanter Unterschiede zwischen dem ersten und dem zweiten Bildsignal.
7. Differential-Bildanalysator nach Anspruch 6, dadurch

gekennzeichnet, daß die Verarbeitungseinrichtung (15) einen Digitalwortanalysator enthält.
8. Differential-Bildanalysator nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch Schalteinrichtungen zur Verbindung irgendwelcher Bits des Digitaldatenwortes, die signifikanten Unterschieden zwischen dem ersten und dem zweiten Bildsignal entsprechen, mit einem Digitalanalogumsetzer (23).
9. Differential-Bildanalysator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal der Fernsehkamera (10) mit der Strahlerzeugungseinrichtung eines Farbfernsehmonitors (10) für grüne Farbe verbunden ist, während das Ausgangssignal des digitalen Analogumsetzers (16) mit der Strahlerzeugungseinrichtung des Monitors (22) für rote Farbe verbunden ist, um ein zusammengesetztes Bild zu erzeugen.

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