DE2805754A1

DE2805754A1 - Einrichtung zur pruefung von abstaenden in einem bildmuster

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Publication number: DE2805754A1
Application number: DE19782805754
Authority: DE
Inventors: Per-Erik Prof Danielsson
Original assignee: DANIELSSON PER ERIK PROF
Current assignee: DANIELSSON PER ERIK PROF
Priority date: 1977-02-11
Filing date: 1978-02-10
Publication date: 1978-08-17
Also published as: CH631854A5; US4170003A; IT1093286B; DE2805754C2; GB1564181A; FR2380597A1; JPS53121651A; FR2380597B1; NL7801071A; IT7820161A0

Description

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SW-PA-Nr.7701565-9 AT: 11. Februar 1977 SW-PA-Nr.771371 6-4 AT: 2. Dezember 1977

Per-Erik Danielsson, Linköping/Schweden Carl Axel Björn Kruse, Rimforsa/Schweden Michael Albin Xavier Pääbo, Linköping/Schweden

Einrichtung zur Prüfung von Abständen in einem Bildmuster

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Einrichtung zur Prüfung oder Kontrolle von Abständen zwischen Objekten in einem zweidimensionalen, quantisierten Bild(im folgenden "Bildmuster"), dessen einzelnen Bildelementen oder Bildpunkten die Werte O oder 1 zugeordnet werden können und dessen Objekte aus zusammenhängenden Elementen gleichen Wertes bestehen.

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Einrichtungen der hier interessierenden Art können zum Beispiel in der Elektronikindustrie zur Prüfung von gedruckten oder geätzten Schaltungsplatten dienen. Die derzeitigen Verfahren zur Ermittlung von Defekten in den Leitermustern solcher Schaltungsplatten sind extrem arbeitsintensiv. Bei den Defekten kann es sich um eine ungenügende Leiterbreite und einen ungenügenden Leiterabstand handeln.

Einrichtungen der vorliegenden Art können auch bei anderen Anwendungen verwendet werden, bei denen Abstände zwischen Objekten in einem zweidimensionalen Bild geprüft oder untersucht werden sollen, das in der oben erwähnten Weise quantisiert oder digitalisiert worden ist. Die Digitalisierung kann zum Beispiel bei der Abtastung eines abzubildenden Objekts mit einem Abstastgerät, zum Beispiel einem Lichtpunktabtaster, erfolgen, das eine serielle digitalisierte Information liefert, welche in langen Schieberegistern gespeichert und bei der Prüfung parallel gelesen wird. Ein Verfahren dieser Art ist zum Beispiel aus der US-PS 3 832 687 bekannt. Bei einem solchen Verfahren ist es erforderlich, zuerst eine digitale Darstellung des gesamten zweidimensionalen Bildes zu erzeugen und in Registern zu speichern, von denen die Information dann beim Prüfungsprozeß abgefragt werden kann. Bei einem anderen bekannten Verfahren wird eine der menschlichen Retina ähnliche Anordnung von Sensoren verwenden, um die für die einzelnen Schritte des Prüfungsvorganges erforderliche Information parallel zu lesen und zu digitalisieren.

Es gibt ferner auf dem Gebiet der Datenverarbeit\mgsanlagen, zu dem auch der Erfindungsgegenstand zu rechnen ist, zahlreiche Veröffentlichungen, die sich mit einer Bildverarbeitung durch einen Computer befassen.Errechnung der Eulerschen Zahl, Verkleinern und Vergrößern usw. sowie eine Markierung'von Objekten sind hier allgemein bekannte Standardverfahren zum gegenseitigen Unterscheiden von Objekten.

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In der Veröffentlichung "The Illinois Pattern Recognition Computer - ILLIAC III," IEEE Trans. Electron .Compu^EC-i 2, No. 5,1963, S. 791-813 ist ein für die Bildverarbeitung bestimmter Computer beschrieben. Bei diesem Computer handelt es sich um eine Mehrzweckmaschine für die Bildverarbeitung, die für eine vollständige Durchführung der durch die vorliegende Erfindung angestrebten Punktionen ein Programm und die verschiedensten zusätzlichen Daten, wie Masken und zwischengespeicherte Resultate erfordert.

Die Prüfung von Abständen in einem Bildmuster kann im Prinzip durch jede größere programmgesteuerte elektronische Datenverarbeitungsanlage (Computer) durchgeführt werden. Die Prüfung erfolgt hier jedoch nicht aufgrund einer speziellen apparativen Konstruktion des Computers, sondern erfordert immer irgendeine Art von Programm. Als Folge davon ergeben sich bei der Verwendung von Computern zur Prüfung von Leiterplatten und dergleichen untragbare lange Vorbereitungs- und Prüfungszeiten.

Der vorliegenden Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtungzur Untersuchung und Prüfung von Abständen zwischen Objekten in einem zweidimensionalen, digitalisierten Bildmuster anzugeben, die kein besonderes Programm erfordert und mit den in der Datenverarbeitungstechnik üblichen logischen Grundbausteinen auskommt.

Diese Aufgabe wird bei einer Einrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil dieses Anspruchs angegebenen Maßnahmen gelöst.

Bei der Einrichtung gemäß der Erfindung ist also mindestens ein logisches Schaltwerk (Logikeinheit) vorgesehen, das für jedes einzelne Bildelement die Werte von Punkten an der Peripherie eines dem speziellen Bildelement zugeordneten Teilbildes wahrnimmt, das eine bestimmte geometrische Form und eine vom

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kleinsten zulässigen Abstand zwischen zwei Objekten abhängige Größe hat. Die Einrichtung enthält ferner ein Schaltwerk (Logikeinheit) einer Vorrichtung, die aufgrund der wahrgenommenen Werte feststellt, ob die durch die Umfangsbildelemente des Teilbildes gebildete geschlossene Schleife oder Kurve mindestens zwei übergänge von einem Bildelement mit dem Wert 0 auf ein Bildelement mit dem Wert 1 enthält; in diesem Falle liefert die Logikeinheit dann eine Anzeige oder ein Warnsignal .

Mit der Einrichtung gemäß der Erfindung können sowohl unzulässig kleine Leiterbreiten als auch unzulässig kleine Leiterabstände in einer gedruckten oder geätzten Schaltungsplatte festgestellt werden.

Die Geschwindigkeit, mit der die Prüfung durch die Einrichtung

gemäß der Erfindung durchgeführt werden kann, ist mehrere

Größenordnungen größer als die mit einem Mehrzweck-Computer erzielbare Geschwindigkeit.

Im folgenden werden einige Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Prinzipes der folgenden Erfindung;

Fig. 2 ein Beispiel für die Form eines Teilbildes;

Fig. 3 ein Schaltbild einer Einrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform derErfindung;

Fig. 4 ein Schaltbild einer Ausführungsform für ein Teil der Einrichtung gemäß Fig. 3;

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Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Volladdierers; Fig. 6 eine Wahrheitstabelle für den Volladdierer gemäß Fig. 5; Fig. 7 ein Objekt mit einer Einbuchtung;

Fig. 8 ein Schaltbild einer zweiten Ausführungsform der Einrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 9 eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Arbeitsweise der Einrichtung gemäß Fig. 8;

Fig. 10 ein Objekt mit einer spitzwinkligen Ecke;

Fig. 11 ein Schaltbild einer dritten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 12 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Arbeitsweise derErinrichtung gemäß Fig. 11;

Fig. 13 ein weiteres Objekt mit einer spitzwinkligen Ecke;

Fig. 14 ein Schaltbild einer vierten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 15 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Arbeitsweise der Einrichtung gemäß Fig. 14;

Fig. 16 ein keilförmiges Objekt;

Fig. 17 ein Schaltbildeiner fünften Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 18 eine stark vereinfachte Darstellung einer sechsten Ausführungsform der Erfindung und

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Fig. 19 eine stark vereinfachte Darstellung einer siebten Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 1 anhand der das Prinzip der Erfindung erläutert werden soll, zeigt zwei Objekte A und B, die durch ein Hintergrundsobjekt C getrennt sind. Die Objekte A und B nehmen jeweils eine Fläche ein, die als aus einer Anzahl von zusammenhängenden Bildelementen bestehend angesehen werden kann, wobei diesen Bildelementen sämtlich einer der vorgegebenen Werte 0 oder 1 zugeordnet werden kann.Das Hintergrundsobjekt C kann jedenfalls als aus einer Anzahl von zusammenhängenden Bildelementen bestehend angesehen werden, die dann einen Wert haben, der dem der Elementen der Objekte A und B entgegengesetzt ist. Wenn man also den Bildelementen oder den Punkten in den Objekten A und B den Wert 1 zuordnet, so haben die Bildelemente des Hintergrundobjekts C den Wert 0. Um festzustellen, ob der Abstand zwischen den Objekten A und B kleiner als ein vorgegebener Abstand d ist, wird ein Prüfkreis angelegt, wie es in Fig. 1 dargestellt ist. Dieser Prüfkreis stellt das erwähnte Teilbild dar. Die Werte der Bildelemente längs der Peripherie des Prüfkreises werden festgestellt und aufgrund dieser Werte wird ermittelt, ob mindestens zwei Übergänge von einem Bildelement des Werts 0 auf ein Bildelement des Werts 1 auftreten, wenn der Kreisumfang in Uhrzeigerrichtung (oder alternativ in Gegenuhrzeigerrichtung) durchlaufen wird. Selbstverständlich kann man stattdessen auch feststellen, ob mindestens zwei übergänge von einem Bildelement des Wertes auf ein Bildelement des Wertes 0 vorhanden sind, wenn die Kreislinie in Uhrzeigerrichtung (oder Gegenuhrzeigerrichtung) durchlaufen wird. Diese alternativen Prüfmethoden sind selbstverständlich einander in jeder Hinsicht äquivalent. Wenn die beschriebene Prüfung zeigt, daß zwei solcher Übergänge vorhanden sind, die in Fig. 1 mit P₁ und P- bezeichnet sind, bedeutet dies, daß sich zwischen P₁ und P₂ ein Punkt P₃ und zwi-

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sehen P₂ und P. ein Punkt P. befinden muß, an dem ein übergang in der entgegengesetzten Richtung stattfindet.Bei der in Fig. 1 dargestellten Situation gibt die Einrichtung gemäß der Erfindung dementsprechend eine Anzeige oder ein Warnsignal ab.

Dadurch, daß jedes Bildelement im Bildmuster als Mittelpunkt des Teilbildes verwendet wird, zum Beispiel durch Verschiebung in x- und y-Richtung, können die Abstände zwischen den Objekten des ganzen Bildes überprüft werden. Aus der obigen Erläuterung ist auch ersichtlich, daß eine Anzeige sowohl dann erfolgt, wenn der Abstand zwischen zwei Objekten des Wertes 1 kleiner als der vorgegebene Mindestabstand d ist als auch wenn der Abstand zwischen zwei Untergrundsobjekten (Objekten des Wertes 0) einen geringeren Abstand als d voneinander haben. Letzteres entspricht einer Prüfung der Breite eines Objekts des Wertes 1.

Fig. 2 zeigt ein Beispiel wie ein Kreis mit einem Durchmesser von acht Bildelementen an eine vorgegebene Bildmusterquantisierung angepaßt werden kann. Bei diesem Beispiel sind auf der Peripherie eines angenäherten, das Prüf-Teilbild definierenden Kreises vierundzwanzig Bildelemente x. bis x_?4 angeordnet. Bei der Prüfung werden die Werte der dem "Testkreis" gemäß Fig. entsprechenden Bildelemente durch ein logisches Schaltwerk festgestellt, das unten noch genauer erläutert werden wird, und die ermittelten Daten werden auf Übergänge zwischen benachbarten Bildelementen längs des beschriebenen Kreises geprüft. Nachdem diese Prüfung durchgeführt worden ist, werden entweder das Teilbild oder das ganze zu prüfende zweidimensionale Bildmuster verschoben, so daß ein neues Teilbild geprüft werden kann. Dieses neue Teilbild hat die gleiche geometrische Form wie das ursprüngliche, es hat jedoch eine andere Lage in dem großen zweidimensionalen Bildmuster. Die bei der Prüfung eines Bildmusters durchgeführte Anzahl von Prüfungen ist also gleich der Anzahl der Bildelemente oder,in anderen Worten, ist jedem Bildelement ein zugehöriges Teilbild zugeordnet.

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Der in Fig. 2 dargestellte angenäherte Kreis stellte lediglich ein Beispiel für die geometrische Form des Teilbildes dar. Bei dem Teilbild gemäß Fig. 2 erfolgt die Abstandsprüfung im wesentlichen unabhängig von dor Orientierung. Tn manchen Fällen kann es jedoch wünschenswert sein, in verschiedenen Richtungen unterschiedliche zulässige Mindestabstände vorzugeben. Man kann also zumBeispiel räumlich oder geometrisch unterschiedliche Bildelemente elliptischer, quadratischer, rechteckiger, rombischer, hexagonaler und anderer Form, also praktisch in der Form irgendeiner geeigneten geschlossenen Kurve verwenden.

Bei der folgenden Erläuterung wird angenommen, daß das Teilbild die in Fig. 2 dargestellte, im wesentlichen kreisförmige Form mit einem Umfang von vierundzwanzig Bildelementen hat. Die im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele der Einrichtung und logischen Schaltwerke gemäß der Erfindung können selbstverständlich aber auch mit den oben erwähnten alternativen Teilbildformen verwendet werden. Auch die erwähnte Anzahl (24) der Bildelemente auf der Kreisperipherie ist für das Arbeitsprinzip der verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung nicht wesentlich und man kann für eine andere Quantisierung eine andere Anzahl von Bildelementen verwenden. Für die folgende Erläuterung wird ferner angenommen, daß die Bildelemente in einem quadratischen Gitter angeordnet sind. Auch dies ist nur eine von vielen möglichen Quantisierungen, man kann zum Beispiel- auch ein hexagonales Gitter verwenden.

Eine erste Ausführungsform 1 einer Einrichtung gemäß der Erfindung ist in Fig. 3 dargestellt. Diese Einrichtung 1 enthält vierundzwanzig UND-Glieder, d.h. ebensoviel wie das abgefühlte Teilbild (Fig. 2) Bildelemente auf seinem Umfang enthält. Jedem UND-Glied 2 werden bei jeder Prüfung sowohl der Wert vom zugeordneten Bildelament (z.B. x_) als auch der invertierte Wert des vorangehenden Bildelements (in diesem Falle also x¹^) zugeführt. Alternativ kann man auch den invertierten Wert

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des nächsten Bildelements anstelle desjenigen des vorangehenden Bildelements verwenden. Die UND-Glieder 2 liefern jeweils nur dann ein Ausgangssignal des Wertes 1, wenn beide Eingangssignale (z.B. χ-,, χ¹,) den Wert 1 haben, d.h. wenn zwischen den zugeordneten Bildelementen ein übergang vom Wert 1 auf den Wert vorliegt. Die Ausgangssignale der UND-Glieder 2 werden einer Anordnung 3 zugeführt, die prüft, ob mindestens zwei Signale des Wertes 1 vorliegen. In diesem Falle erzeugt die Anordnung 3 dann eine Anzeige oder ein Warnsignal.

Die Anordnung 3 läßt sich auf die verschiedenste Weise realisieren. Ein Ausführungsbeispiel ist in Fig. 4 dargestellt. Die Ausgangssignale Y-, Y~, Y_., ... von den UND-Gliedern 2 werden in der dargestellten Weise verschiedenen Volladdierern zugeführt. Ein Symbol für einen solchen Volladdierer ist in Fig. 5 dargestellt und Fig. 6 zeigt eine Wahrheitstabelle für die Funktion dieses Volladdierers. Die Ausgangssignale C von den Volladdierern werden einem ODER-Glied parallel zugeführt, dessen Ausgangssignal das Anzeige- oder Warnsignal u der Einrichtung gemäß Fig. 3 darstellt.

Die Einrichtung 1 gemäß Fig. 3 arbeitet in den meisten Fällen zufriedenstellend. Unter bestimmten Verhältnissen können sich jedoch Schwierigkeiten ergeben. Zum Beispiel zeigt Fig. 7 ein Objekt A mit einem konkaven Bereich und einer Einbuchtung K. Hier wird die erwähnte Prüfbedingung durch die Punkte P₁ und P„ erfüllt und die Einrichtung gemäß Fig. 3 liefert daher eine Anzeige, obwohl ein zu geringer Abstand zwischen zwei Objekten nicht vorliegt, sondern ein Objekt mit einer Einbuchtung.

Eine Identifizierung des Objektes A in Fig. 7 als zwei getrennte Objekte kann durch die in Fig. 8 dargestellte Abwandlung der Einrichtung gemäß Fig. 3 verhindert werden.

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Die in Fig. 8 dargestellte zweite Ausführungsform der Erfindung enthält wieder eine Anzahl von UND-Gliedern 2, denen die Bildelementsignale in der angegebenen Weise zugeführt werden. Die Ausgangssignale dieser UND-Glieder 2 werden jedoch nicht wie bei einer Ausführungsform gemäß Fig. 3 einer Prüfanordnung 3, sondern paarweise weiteren UND-Gliedern 4 zugeführt, wobei diejenigen zwei UND-Glieder 2, die diametral gegenüberliegenden Bildelementen zugeordnet sind, ein Paar bilden. Die Ausgangssignale der UND-Glieder 4 werden einem ODER-Glied 5 parallel zugeführt. Die Einrichtung gemäß Fig. 8 liefert eine Anzeige im Falle von Übergängen zwischen 0 und 1 zwischen benachbarten Bildelementen (ein Durchlaufen des Prüfkreises in Uhrzeigerrichtung vorausgesetzt) sowohl beim Bildelement x. als auch beim Bildelement x. _1?, d.h. bei übergängen an zwei diametral gegenüberliegenden Stellen. Bei der in Fig. 7 dargestellten Situation wird also keine Anzeige erzeugt, während bei der in Fig. 9 dargestellten Anordnung der Objekte bei mehreren verschiedenen Lagen des Prüfkreises eine Anzeige oder ein Warnsignal entsteht.

Auch die Ausführungsform gemäß Fig. 8 kann unter bestimmten Umständen eine falscheAnzeige liefern.Ein solcher Fall ist in Fig. 10 dargestellt.Fig. 10 zeigt ein zusammenhängendes Objekt, das einen spitzen Winkel, also einen Winkel, der kleiner ist als 90°) bildet. Wie die Figur zeigt, gibt es tatsächlich zwei diametral gegenüberliegende Punkte P- und P-, an denen Übergänge der erwähnten Art eintreten. Bei der dargestellten PrüfStellung wird die Einrichtung gemäß Fig. 8 daher ein Anzeige oder ein Warnsignal abgeben.

Eine unrichtige Auswertung der oben beschriebenen Art kann bis zu einem gewissen Grade durch diejin Fig. 11 dargestellte Ausführungsform vermieden werden. Die Einrichtung 1 gemäß Fig.11 enthält eine erste Gruppe von UND-Gliedern 6, denen Signale entsprechend den Werten der Bildelemente auf dem Umfang des Teilbildes zugeführt sind. In diesem Falle ist die Anzahl

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der UND-Glieder 6 gleich der Hälfte der Anzahl der Bildelemente auf dem Umfang des Teilbildes, die im vorliegenden Falle eine gerade Zahl sein muß. Dem einen Eingang jedes UND-Glieds 6 ist das Signal von einem zugeordneten Bildelement zugeführt, wobei alle diese Bildelemente sich auf einer Hälfte des Umfanges des Teilbildes befinden. Dem anderen Eingang der UND-Glieder 6 ist jeweils das Signal von demjenigen Bildelement zugeführt, das dem Bildelement diametral gegenüberliegt, das das Signal für den ersten Eingang des UND-Gliedes liefert. Die Ausgangssignale der UND-Glieder 6 sind mit den Eingängen eines ODER-Gliedes 7 verbunden, dessen Ausgangssignal einem Eingang eines UND-Gliedes 11 zugeführt ist. Die Einrichtung 1 gemäß Fig. 11 enthält ferner eine zweite Gruppe von UND-Gliedern 6¹. Diese Gruppe von UND-Gliedern ist in der gleichen Weise wie die erste Gruppe geschaltet mit der Ausnahme, daß alle Eingangssignale für die UND-Glieder der zweiten Gruppe invertiert sind. Die Ausgangssignale der UND-Glieder 6¹ der zweiten Gruppe werden den Eingängen eines zweiten ODER-Gliedes 7¹ zugeführt, dessen Ausgang mit dem anderen Eingang des UND-Gliedes 11 verbunden ist. Eine Einrichtung mit diesem Aufbau liefert ein Anzeige- oder Warnsignal nur im Falle von mindestens einem diametral gegenüberliegenden Paar von sowohl Elementen mit jeweils dem Wert 1 (P₁ und P₂ in Fig. 12) als auch Elementen mit jeweils dem Wert 0 (P₃ und P₄).

Selbst bei der Ausführungsform gemäß Fig. 11 ist noch in gewissen Fällen eine falsche Auswertung möglich. So lifert zum Beispiel die scharfe Ecks in Fig. 13 eine Anzeige, da die Bildelementpaare P₁ und P„ bzw. P-, und P. die angegebenen Bedingungen erfüllen. In manchen Fällen ist jedoch eine solche, im Prinzip unrichtige Anzeige wünschenswert, z.B. wenn Objekte mit zu scharfen Ecken ermittelt werden sollen.

Die in Fig. 14 dargestellte Ausführungsform stellt eine Verallgemeinerung der Ausführungsform gemäß Fig. 11 dar. Diese Ein-

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richtung 1,die eine vierte Ausführungsform der Erfindung darstellt, enthält wie die Ausführungsform gemäß Fig. 11 zwei Gruppen von UND-Gliedern 6 und 6¹ sowie zwei ODER-Glieder 7 und 7'. Die Ausgänge der ODER-Glieder sind hier jedoch nicht wie imFalle derFig. 11 mit einem gemeinsamen UND-Glied verbunden, sondern mit ^weils einem Eingang von UND-Gliedern 11 bzw. 11". Den anderen Eingängen dieser UND-Glieder sind die Ausgangssignale von zwei logischen Schaltnetzen 8, 9, 10 bzw. 8',9',10' zugeführt. Das Schaltnetz 8,9,10 enthält eine Gruppe von ODER-Gliedern 8, die jeweils einem Bildelement entlang der Peripherie des Teilbildes zugeordnet sind. Jedem ODER-Glied 8 ist das invertierte Signal vom zugehörigen Bildelement sowie das invertierte Signal von k benachbarten Bildelementen längs der Peripherie des Teilbildes zugeführt. Das Schaltnetz 8, 9,10 enthält ferner eine Gruppe von UND-Gliedern 9, Jedem UND-Glied 9 sind die Ausgangssignale von einem zugeordneten Paar von ODER-Gliedern

8 derart zugeführt, daß die beiden ODER-Glieder des Paares zwei diametral gegenüberliegenden Abschnitten des Teilbildumfanges entsprechen. Die Anzahl der UND-Glieder 9 ist daher gleich der halben Anzahl der ODER-Glieder 8, so daß der Umfang des Teilbildes in diesem Falle eine gerade Anzahl von Bildelementen enthalten muß. Das Schaltnetz 8, 9 und 10 enthält ein ODER-Glied 10, dessen Eingängen die Ausgangssignale von allen UND-Gliedern

9 zugeführt sind. Das Schaltnetz 8',9',1O¹ hat genau den gleichen Aufbau wie das Schaltnetz 8,9 und 10, der einzige Unterschied besteht darin, daß die Eingangssignale des Schaltnetzes 8¹, 9¹, 10' nicht invertiert sind. Die Ausgänge der UND-Glieder 11 und 1V sind schließlich mit den beiden Eingängen eines ODER-Gliedes 12 verbunden, das das Signal υ erzeugt.

Die Arbeitsweise der Einrichtung gemäß Fig. 14 läßt sich aus Fig. 15 ersehen. Eine Anzeige oder ein Warnsignal wird erzeugt, wenn ein gegenüberliegendes Paar von Bildelementen P., P_ den Wert 1 haben und die Bildelemente in zwei gegenüberliegenden Abschnitten S. bzw. S.₊₁₂ nicht alle den Wert 1 haben, d.h. wenn sowohl S. als auch S. ..» jeweils mindestens ein Bildelement des Wertes 0 enthalten, oder im Falle,daß ein Paar gegenüberliegen-

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der Bildelemente P.. undP_ der Wert O haben und zwei gegenüberliegende Abschnitte oder Sektoren S. und S. -_ nicht ausschließlich Bildelemente des Wertes 0 enthalten, d.h. daß sowohl S. als auch S.₊₁₂ jeweils mindestens ein Bildelement des Wertes 1 enthalten. Die Einrichtung gemäß Fig. 14 ermöglicht eine Ausdehnung des Bereiches der Winkel, für die eine scharfe Ecke angezeigt wird. Bei dem in Fig.15 dargestellten Objekt wird also bei einem solchen Winkel iP eine Anzeige erzeugt, bei dem das schraffierte Objekt des Wertes 1 die beiden rechten Endpunkte der Abschnitte S^ und S_i+12 bedeckt. Die Ausdehnung des Bereiches, in dem scharfe Ecken wahrgenommen werden, rührt also daher, daß S. und S.₊₁₂ ^nur gegenüberliegende Abschnitte der Kreisperipherie anstatt gegenüberliegende Punkte sein müssen.

Man erhält eine duale Variante der Ausführungsform gemäß Fig. 14, wenn man die ODER-Glieder 8 und die ODER-Glieder 8' durch UND-Glieder ersetzt. In Fig. 17 ist dementsprechend eine fünfte Ausführungsform der Einrichtung gemäß der Erfindung dargestellt, bei der dieser Ersatz durchgeführt wurde. Diese Einrichtung liefert dementsprechend eine Anzeige nur, wenn ein Paar gegenüberliegender Bildelemente P₁ und P„ den Wert 1 haben und die Bildelemente in zwei gegenüberliegenden Sektoren S. und S.₊₁₂ den Wert 0 haben oder wenn zwei gegenüberliegende Bildelemente P₁, P₂ den Wert 0 haben und die Bildelemente in zwei entgegengesetzten Sektoren S. und S. _1? den Wert 1 haben. Eine solche Einrichtung spricht nur auf spitze, keilförmige Objekte des in Fig. 16 dargestellten Typs an. Der kleinste zulässige Keilwinkel ψ kann dadurch verringert werden, daß man die Sektoren S., S. * 2 langer, also k größer macht. Der entsprechende Effekt für die Einrichtunggemäß Fig. 14 besteht darin, daß der kleinste zulässige Winkel (Fig. 15) durch Verlängerung der Sektoren S. erhöht werden kann.

Aus der obigen Erläuterung geht hervor, daß bei Objekten, deren Begrenzung überall einen Krümmungsradius hat, der größer ist als der Radius des Prüfkreises, keine Anzeige erfolgt, wenn der Abstand zwischen zwei Objekten nicht kleiner ist als der Durchmesser

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d des Prüfkreises.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung können auch mehrere Einrichtungen der beschriebenen Art logisch miteinander verknüpft werden. Durch solche Verbindungen oder Verknüpfungen ist es zum Beispiel möglich, verschiedene Fälle von unrichtiger Auswertung auszuschalten.

Fig. 18 zeigt zur Erläuterung einer solchen Weiterbildung einen Teil eines großen zweidimensionalen Bildmusters, der zwei Objekte enthält. Eines der Objekte hat die Form eines Keiles und man sieht, daß der geschlossene Kurvenzug oder Prüfkreis 1 scheinbar zwei Objekte des gleichen Typs enthält. Der Kries 1 soll eine Einrichtung der oben beschriebenen Art darstellen. Wenn nur die Einrichtung 1 zur Abstandsprüfung verwendet würde, würde in diesem Falle also ein Warnsignal erzeugt, das anzeigt, daß zwischen zwei

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Objekten ein,geringer Abstand besteht. Aus Fig. 18 ist jedoch offensichtlich, daß die von der Einrichtung 1 wahrgenommenen beiden Objekte in Wirklichkeit zu ein und demselben Objekt gehören. Wenn die Einrichtung 1 einen größeren Prüfkreisdurchmesser hätte, zum Beispiel einen Durchmesser entsprechend einem Prüfkreis einer Einrichtung 1', so würde das Warnsignal, dasjim vorliegenden Falle eine falsche Anzeige darstellt, vermieden werden. Gemäß einerJAusführungsform der Erfindung werden die beiden Einrichtungen 1 und 1' mit unterschiedlichen Prüfkreisdurchmessern ineinander angeordnet und die Ausgänge dieser Einrichtungen werden mit den beiden Eingängen eines UND-Gliedes A verbunden. Die kombinierte Einrichtung liefert ein Warnsignal u also nur dann, wenn die beiden Einrichtungen 1 und 1' zur gleichen Zeit Warnsignale abgeben. Die Abmessungen des Prüfkreises oder Prüfkurve der Einrichtung entsprechen also dem kleinsten zulässigen Abstand zwischen zwei Objekten während der Durchmesser des Prüfkreises oder der Prüfkurve der Einrichtung 1' größer als dieser Abstand ist, um festzustellen, ob die getrennten Objekte im Prüfkiäs der Einrichtung 1 in Wirklichkeit außerhalb des Prüfkreises der

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Einrichtung 1 miteinander in Verbindung stehen. Auf diese Weise kann eine falsche Auswertung einer Situation der in Fig. 18 dargestellten Art vermieden werden.

Fig. 19 zeigt eine andere Verknüpfung der Ausgangssignale von Einrichtungen 1 und 1', die durch ihre ineinanderliegenden Prüfkreise dargestellt sind. In diesem Falle werden die Ausgangssignale der Einrichtungen 1 und 1' einem ODER-Glied O zugeführt. Eine solche Schaltung ist zweckmäßig, wenn man auch kurze Vorsprünge von einem Objekt erfassen will. In diesem Falle wird der kritische Abstand durch den Durchmesser des größeren Prüfkreises bestimmt. Der innere Prüfkreis wird also in allen normalen Situationen keinen Einfluß auf das Ausgangssignal u des ODER-Gliedes haben, da zu kurze Abstände zwischen zwei Objekten bereits durch den größeren Prüfkreis der Einrichtung 1 festgestellt werden. Wenn man an der Feststellung von kurzen Vorsprüngen von Objekten interessiert ist, genügt jedoch die Einrichtung 1 mit dem großen Prüfkreis nicht,da sich in diesem Prüfkreis nur zwei verschiedene Objekte befinden. Indem man zusätzlich eine Einrichtung 1' mit einem kleineren Prüfkreisdurchmesser verwendet, lassen sich jedoch solche Vorsprünge ebenfalls feststellen, da der kleinere Prüfkreis der Einrichtung 1¹ im Falle des Vorsprungs gemäß Fig.19 zwei Objekte des gleichen Typs feststellt, die einen zu kleinen Abstand voneinander haben.

Die Begrenzungen der Teilbilder, also zum Beispiel in Fig. 18 und 19 die Prüfkreise der Einrichtungen 1 und 1' brauchen nicht gleiche Abstände voneinander zu haben oder konzentrisch zu sein, sie können auch gegeneinander versetzt sein und sie können auch unterschiedliche geometrische Formen aufweisen. Die Erfindung ist auch nicht auf die Verbindung zweier Schleifen oder Einrichtungen mit unterschiedlichen Teilbildabmessungen oder -formen beschränkt, sondern man kann auch eine größere Anzahl solcher Einrichtungen zusammenschalten. Die Verbindungen zwischen solchen Einrichtungen sind auch nicht auf die ausschließliche Verwendung von UND-Gliedern oder ODER-Gliedern beschränkt, man kann vielmehr Kombinationen dieser Verknüpfungsglieder oder

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andere Verknüpfungsglieder oder Kombinationen von Verknüpfungsgliedern verwenden. Man kann auf diese Weise eine Anzeige für einejoder mehrere Kombinationen von Schleifen- oder Prüfkreisausgangssignalen erhalten. Der Begriff "Anzeige-" oder "Warnsignal" bedeutet auch nicht notwendigerweise die Anzeige eines Fehlers, die Erzeugung einer Anzeige kann vielmehr auch
bei bestimmten Prüfaufgaben bedeuten, daß die Abstandsprüfung ein annehmbares Resultat ergeben hat.

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Claims

pat· λ -·α:· ν J ιύ ; I)R. Ι>Ι^~Κ». V. B^/A<.-..w DIPL. INO. PETEIt SCHÜTZ DIPL. ING. WOLFOANU IIEUSLEU 2805754

MABIA-THKRESIA-BTRASBK Ϊ3

POBTFACB ββΟβββ D-8OOO MUBNClIEPf 80

TKLKKOM Οββ/47ββΟβ

10263 Dr.v.B/Schä *^ϊ68Ιβ

TKLBX

SW-PA-Nr.7701 565-9 tkleohamm bomb**

AT: 11. Februar 1977
SW-PA-Nr. 7713716-4
AT: 2. Dezember 1977

Per-Erik Danielsson, Linköping/Schweden Carl Axel Björn Kruse, Rimforsa/Schweden Michael Albin Xavier Pääbo, Linköping/Schweden

Einrichtung zur Prüfung von Abständen in einem Bildmuster

Patentansprüche .

ΓΟ Einrichtung zur Prüfung des Abstandes zwischen Objekten in einem zweidimensionalen quantisierten Bild, deren einzelnen Bildelementen die Werte 0 oder 1 zugeordnet sind und die aus zusammenhängenden Bildelementen des gleichen Wertes bestehen, gekennzeichnet durch mindestens eine logische Einheit (1), welche für jedes individuelle Bildelement die Werte von peripheren Bildelementen (x.) eines Teilbildes definierter geometrischer Form feststellt, das dem individuellen Bildelement zugeordnet ist und eine Größe hat, die einem Mindestabstand zwischen zwei Objekten zugeordnet ist, und welche logische Schaltwerke (2 bis 12) enthält, durch die aufgrund der festgestellten Werte ermittelt wird, ob sich auf einem geschlossenen Weg, der durch die peripheren Elemente (x^) des Teilbildes gebildet wird, mindescens zwei übergänge von einem Bildelement mit dem Wert 0 zu einem Bildelement mit

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ORIGINAL INSPECTED

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dem Wert 1 befinden und welche eine Anzeige (u) nur dann liefert, wenn mindestens zwei solcher Übergänqe vorhanden sind.
2. Einrichtung nach Anspruch 1,dadurch geken nzeichnet, daß die Peripherie des Teilbildes aus einem an die Quantisierung der Bildelemente angepaßten Kreis besteht.
3. Einrichtung nach Anspruch 1,dadurch geken nzeichnet, daß die Peripherie des Teilbildes aus einer an die Quantisierung der Bildelemente angepaßten Ellipse besteht.
4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet., daß die Peripherie des Teilbildesaus einem an die Quantisierung der Bildelemente angepaßten Rechteck oder Quadrat besteht.
5. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1,2,3 oder 4, geke nnzeichnet durch eine der Anzahl der Bildelemente (x.) des Teilbildumfanges entsprechende Anzahl von UND-Gliedern (2), deren einem Eingang ein Signal von einem zugehörigen Bildelement (x.) des Teilbildumfanges und dessen anderem Eingang ein invertiertes Signal von einemdem zugehörigen Bildelement unmittelbar benachbarten Bildelement zugeführt sind und dessen Ausgang mit einer Schaltungsanordnung (3) verbunden ist, welche eine Anzeige (u) nur dann erzeugt, wenn mindestens zwei UND-Glieder (2 ) ein Ausgangssignal des Wertes 1 abgeben (Fig.3).
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch ge'kennze ichnet, daß die Schaltungsanordnung eine Reihenschaltung von Volladdierern (FA) enthält, deren drei Eingangssignale

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aus den Ausgangssignalen (Y₁, Y₂r Y^/···) zweier zugeordneter UND-Glieder (2) und einem Summenausgangnsignal (S) des vorgeschalteten Addierers bestehen mit der Ausnahme des ersten Volladdierers, dessen drittem Eingang das Ausgangssignal (Y₁) von einem dritten zugehörigen UND-Glied (2) zugeführt ist, und daß die Übertragsausgangssignale (C) aller Volladdierer entsprechenden Eingängen eines gemeinsamen ODER-Gliedes zugeführt sind (Fig. 4).
7. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch UND-Glieder (2), deren Anzahl der Anzahl der Bildelemente des Teilbildumfanges, die gerade ist, entspricht und deren einem Eingang jeweils ein Signal entsprechend einem zugeordneten Bildelement (x.) des Teilbildumfanges und dessen anderem Eingang jeweils ein invertiertes Signal von einem dem zugeordneten Bildelement (x.) unmittelbar vorangehenden oder nachfolgenden Bildelement zugeführt ist, und durch weitere UND-Glieder (4) mit zwei Eingängen, die jeweils mit den Ausgängen (2) der ersten UND-Glieder, die den größtmöglichen Abstand voneinander haben, verbunden sind und deren Ausgänge mit den Eingängen eines ODER-Gliedes (5) verbunden sind (Fig. 8).
8. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale von den Bildelementen (x.)/ die sich in einer ersten Hälfte des eine gerade Anzahl von Bildelementen enthaltenden Teilbildumfanges befinden, jeweils einem ersten Eingang von ersten UND-Gliedern (6) zugeführt ist, deren Anzahl gleich der Hälfte der Anzahl der Bildelemente des Teilbildumfanges ist; daß den anderen Eingängen dieser UND-Glieder (6) jeweils das Signal von demjenigen Bildelement (x-₊₁₂) zugeführt ist, das bezogen auf die Anzahl der Bildelemente des Teilbildumfanges am weitesten von dem zugeordneten Bildelement (x^) ent-

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ferrit ist; daß die Ausgänge dieser UND-Glieder (6) mit den Eingängen eines ersten ODER-Gliedes (7) verbunden sind; daß die Signale von de,. Bildelementen (x.) ferner invertiert einem zugehörigen zweiten UND-Glied (G') zugeführt sind, wobei die Anzahl dieser zweiten UND-Glieder (6¹) der oben erwähnten Anzahl von Bildelementen entspricht; daß dem zweiten Eingang jedes zweiten UND-Gliedes (6') das invertierte Signal von dem entsprechenden, bezogen auf die Anzahl der Bildelemente des Teilbildumfanges am weitest entfernten Bildelement (x.₊₁₂) zugeführt sind; daß die Ausgänge der zweiten UND-Glieder (6') mit einem zweiten ODER-Glied (7¹) verbunden sind und daß die Ausgänge der beiden ODER-Glieder (7,7") mit den beiden Eingängen eines weiteren UND-Gliedes (11) verbunden sind (Fig. 11).
9. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeic h net, daß die Signale von Bildelementen (x.), die sich in einer ersten Hälfte des eine gerade Anzahl von Bildelementen enthaltenden Teilbildumfanges befinden, jweils einem ersten Eingang eines zugehörigen UND-Gliedes von ersten UND-Gliedern (6) zugeführt sind, deren Anzahl gleich der Hälfte der Anzahl der Bildelemente des Teilbildumfangs ist; daß dem anderen Eingang dieser ersten UND-Glieder (6) jeweils das Signal von dem dem zugehörigen Bildelement bezogen auf die Anzahl der Bildelemente längs des Teilbildumfanges am weitesten entfernten Bildelement (x._+1?) zugeführt sind; daß die Ausgänge der ersten UND-Glieder (b) mit den Eingängen eines ersten ODER-Gliedes (7) gekoppelt sind; daß dem ersten Eingang von zweiten UND-Gliedern (6¹), deren Anzahl gleich der Hälfte der Anzahl der Bildelemente des Teilbildumfanges ist, das invertierte Signal von einem Bildelement aus einer Hälfte des Teilbildumfanges zugeführt ist; daß dem anderen Eingang der zweiten UND-Glieder (6¹) jeweils das Signal von dem entsprechenden, bezogen auf die Anzahl der Bildelemente des Teilbildumfanges am weitesten entfernten Bildelement zugeführt ist; daß die Ausgänge

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der zweiten UND-Glieder (6¹) mit den Eingängen eines zweiten ODER-Gliedes (7¹) gekoppelt sind; daß eine erste Gruppe von Verknüpfungsgliedern (8) vorgesehen ist, deren Anzahl der Anzahl der Bildelemente auf dem Teilbildumfang entspricht; daß einem Eingang jedes dieser Verknüpfungsglieder (8) das invertierte Signal von einem zugehörigen Bildelement längs des Teilbildumfanges zugeführt ist und den übrigen Eingängen die invertierten Signale von einer vorgegebenen Anzahl (k) benachbarter Bildelemente zugeführt sind; daß die Ausgangssignale der Verknüpfungsglieder (8) paarweise mit UND-Gliedern (9) einer dritten Gruppe derart zugeführt sind, daß jedes Paar aus Verknüpfungsgliedern (8) entsprechend zwei BiIdclementen besteht, welche bezogen auf die Anzahl der Bildelemente längs des Teilbildumfanges am weitesten voneinander entfernt sind; daß die Ausgänge der UND-Glieder (9) der dritten Gruppe mit einem dritten ODER-Glied (K)) gekoppelt sind; daß einem Eingang eines ersten einzelnen UND-Gliedes (11) das Ausgangssignal des ersten ODER-Gliedes (7) und dem anderen Eingang dieses UND-Gliedes das Ausgangssignal des dritten ODER-Gliedes (10) zugeführt sind; daß eine zweite Gruppe von Verknüpfungsgliedern (8¹) vorgesehen ist, deren Anzahl der Anzahl der Bildelemente des Teilbildumfanges entspricht; daß einem Eingang jedes dieser Verknüpfungsglieder (8¹) der zweiten Gruppe das Signal von einem zugehörigen Bildelement längs des Teilbildumfanges zugeführt ist, währenddesn verbleibenden Eingängen die Signale von einer vorgegebenen Anzahl (k) benachbarter Bildelemente zugeführt sind; daß die Ausgänge der Verknüpfungsglieder (8¹) der zweiten Gruppe derart paarweise mit UND-Gliedern (9¹) einer vierten Gruppe verbunden sind, daß jedes Paar von Verknüpfungsgliedern (8¹) der zweiten Gruppe zwei Bildelementen entspricht, die bezogen auf dieAnzahl der Bildelemente längs des Teilbildumfanges am weitesten voneinander entfernt sind; daß die Ausgänge der UND-Glieder (9¹) der vierten Gruppe mit den Eingängen eines vierten ODER-Glieds (10') gekoppelt sind, daß das Ausgangssignal des zweiten ODER-Gliedes (7¹) und das Ausgangssignal des vierten ODER-Gliedes (10') den beiden Eingängen eines zweiten

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individuellen UND-Gliedes (TI¹) zugeführt sind, und daß die Ausgänge der beiden individuellen UND-Glieder (11,11') mit den beiden Eingängen eines fünften ODER-Gliedes (12) gekoppelt sind (Fig. 14 und 17).
10.Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Verknüpfungsglieder (8,8") ODER-Glieder sind (Fig. 14).
11. Einrichtung nach Anspruch 9,dadurch geken nzeichnet, daß die Verknüpfungsglieder (8,8') UND-Glieder sind (Fig. 17).
12. Einrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dad urch gekennzeichnet, daß mehrere logische Schaltwerke (1,1') vorgesehen sind, welchen jeweils eine eigene geschlossene Kurve zugeordnet ist, die durch die Bildelemente auf dem Umfang eines durch die Kurve begrenzten Teilbildes gebildet wird, welche ferner prüfen, ob sich auf der zugehörigen geschlossenen Kurve mindestens zwei übergänge von einem Bildelement des Wertes 0 auf ein Bildelement des Wertes 1 befinden, und welche ein eine Anzeige oder eine Warnung darstellendes Ausgangssignal nur dann liefern, wenn mindestens zwei solcher übergänge festgestellt werden; daß die Ausgangssignale von den Schaltwerken (1,1') einem Verknüpfungsglied (A,O) zugeführt sind, das ein endgültiges Anzeige- oder Warnsignal nur dann liefert, wenn an seinen Eingängen eine oder mehrere vorgegebene Kombinationen von Ausgangssignalen von den Schaltwerken (1,1') auftreten (Fig. 18 und 19).

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13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurc h gekennze ich net, daß das Verknüpfungsglied ein UND-Glied (A) enthält.
14. Einrichtungnach Anspruch 12, dadurch geken nzeichnet, daß das Verknüpfungsglied ein ODER-Glied (O) enthält (Fig. 19).

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