DE2905120A1

DE2905120A1 - Verfahren zur analyse bewegter bilder

Info

Publication number: DE2905120A1
Application number: DE19792905120
Authority: DE
Inventors: Klaus Dipl Ing Friedel; Klaus Dipl Ing Moehr; Klaus Dr Voss
Original assignee: Jenoptik Jena GmbH
Current assignee: Jenoptik AG
Priority date: 1978-03-10
Filing date: 1979-02-10
Publication date: 1979-10-25
Also published as: SE7902146L; JPS54158117A; IN150501B; IT7967505A0; FR2419628A1; DD135648A1; IT1118412B; GB2018543B; GB2018543A

Description

2-90.512Q •I·

Titel; Verfahren zur Analyse bewegter Bilder

Anwendungsgebiet der Erfindung:

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Analyse bewegter Bilder, die videotechnisch aufgenommen und auf einem Monitor reproduziert werden, bei dem das Bildsignal des Videobildes nach Abtrennung des Zeilensynchronimpulses und des. Bild— synchronimpulses sowie nach Durchlaufen einer Eimerkette durch einen Schwellwertvergleich digitalisiert wird. Aus' dem digitalisierten Bildsignal werden bestimmte Bildpunkte nach Bewegungsrichtung und -geschwindigkeit ausgewertet.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen;

Ss sind bereits Verfahren bekannt.

Aus der Bildanalyse sind Verfahren bekannt, bei denen die Bewegung von Objekten im Off-line-Betrieb gemessen wird (siehe z. B. Hall, Endlich, Wolf, Brain, "Objective Methods for Registering landmarks and Determining Cloud Motions from Satellite Data", IEEE Trans. Comp., July 1972, p. 768 - 776). Dieses Verfahren erfordert fotografische Aufnahmen in zeitlich konstanten Abständen und eine' aufwendige Zwischenspeicherung der Einzelbilder und kann deshalb nicht auf Echtzeitmessungen angewendet werden.

Bekannt ist ein Verfahren zur Messung der elektrophoretischen Beweglichkeit von Teilchen (WP G 01 N/200 932) durch Echtzeitverarbeitung eines bewegten Fernsehbildes, bei dem an einem subjektiv ausgewählten, in einer Elektro-

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phoresekammer befindlichen, mikroskopisch betrachteten und videotechnisch abgebildeten Teilchen die Zeit gemessen wird, die es zum Durchlaufen einer durch zwei elektronisch realisierte Schranken begrenzten Meßstrecke benötigt. ITa chc teilig ist der der Einzelteilchenmessung anhaftende relativ hohe Zeitaufwand, wenn das Verfahren zur Mittelwertbildung aus einer Vielzahl von Messungen zur Erreichung einer für die untersuchte Probe repräsentativen Aussage herangezogen wird. Außerdem muß die Meßanordnung durch

^]Q Einstellung der Meßstrecke auf einen ausgewählten Bildpunkt jeweils vorbereitet werden, weshalb sowohl der Zeit- als auch der bedienungstechnische Aufwand um so höher ist.

Bekannt ist weiterhin ein Verfahren zur Mustererkennung (Schlimpert, "uhlmann, "Bildeiiigabe in den Elein-

xjc steuerrechner ESR 4200", radio fernsehen elektronik 25

(1976) H. 2, S. 63 - 66), bei dem das Fernsehbild gerastert, die Bildinformation digitalisiert, rasterzeilenweise zwischengespeichert, in den Rechner eingespeichert oder im Echtzeitbetrieb weiterverarbeitet wird. Von Nachteil bei diesem Verfahren ist, daß eine sehr große Informationsmenge (32 χ 32 Meßwerte) pro Bild bereitgestellt wird, die für die vorliegende Aufgabenstellung auf 256 χ 200 Meßwerte steigen und einen enormen technischen Aufwand erfordern würde.

P" Ziel der Erfindung;

Ziel der Erfindung ist die Senkung des zeitlichen und bedienungstechnischen Aufwandes bei der Bildanalyse.

Darlegung des Wesens der Erfindung;

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit möglichst

OQ einfachen Mitteln sowie mit möglichst geringen bedienungstechnischem Aufwand ein Verfahren zur Analyse bewegter Bilder zu schaffen, bei dem der gesamte Bildinhalt im Echtzeitbetrieb ohne subjektive Vorauswahl einzelner Bildpunkte ausgewertet wird.

or: Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Analyse

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bewegter Bilder, die videotechnisch aufgenommen und auf einem Monitor reproduziert werden, bei dem das Bildsignal •des Videobildes nach Abtrennung des Zeilensynchronimpulses und des Bildsynchronimpulses sowie nach Durchlaufen einer leiterkette durch einen Schwellwertvergleich digitalisiert wird, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Zähler, der zur Kennzeichnung der Position in x-Richtung des Videobildes verwendet wird, durch einen Taktgenerator fortgeschaltet und jeweils durch den Zeilensynchronimpuls rückgesetzt wird, daß ein Zähler, der zur Kennzeichnung der Position in y-Richtung des Videobildes verwendet wird, durch den in der Frequenz untersetzten periodischen Zeilensynchronimpuls fortgeschaltet und jeweils durch den Bildsynchronimpuls rückgesetzt wird und daß während eines Bilddurchlaufes des Videobildes in der Zeitdauer der Aufeinanderfolge zweier Bildsynchronimpulse und während mindestens eines der folgenden Bilddurchlaufe das digitalisierte Bildsignal mit den Ausgangs impulsen der beiden Zähler logisch verknüpft und einem Rechner zugeführt wird.

Es ist vorteilhaft, wenn die durch die Verknüpfung des digitalen Bildsignals und der Ausgangsimpulse der beiden Zähler jeweils entstehenden Signale in einen Pufferspeicher übernommen werden.

Weiterhin ist vorteilhaft, wenn nach jedem durch die Verknüpfung charakterisierten Bilddurchlauf des Videobildes am Ende der Meßwerterfassung eine Kennung an den Rechner gegeben wird.

Gleichermaßen ist vorteilhaft, wenn die Ausgabedaten des Rechners auf dem Monitor markiert werden.

Von Vorteil ist ebenfalls, wenn der Schwellwert manuell eingestellt werden kann und wenn die bei dem jeweiligen Schwellwert jeweils erfaßte Information des digitalisierten Bildsignals auf dem Monitor markiert wird. Darüberhinaus ist es vorteilhaft, wenn zur Klassifizierung des Bildsignals der Schwellwertvergleich gleichzeitig bei unterschiedlichen

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Schleuderten durchgeführt wird und wenn die logische Verknüpfung sowie die Übertragung an den Rechner seitgestaffelt erfolgt.

Die Positionen von Bildpunkten, die nach ihren Helligkeitswerten mittels Schwellwertvergleich ausgewählt worden sind, werden in wählbaren konstanten Zeitabständen ermittelt. Aus den Positionsangaben werden die Bahnen der Bildpunkte rechentechnisch durch Korrelationsanalysen bestimmt und im Zusammenhang mit dem Zeitmaßstab die Mobi-

^O lität dieser Bildpunkte ausgewertet» Bei einem Bildablauf, d.h. in der Zeitspanne der Aufeinanderfolge zweier Bildsynchronimpulse werden jeweils alle Positionen der durch den Schwellwertvergleich ausgewählten Bildpunkte erfaßt, so daß gleichzeitig alle ausgewählten Bildpunkte in ihrer

-je Geschwindigkeit ausgewertet werden. Durch die Einstellung des Schwellwertes kann die Auswahl der Bildpunkte zur Auswertung gesteuert werden. Die Auswertung des Bildsignals für eine Klassifizierung kann gleichzeitig bei unterschiedlichen "Schwellwerten erfolgen. Die Abspeicherung und Datenübertragung an den Rechner erfolgt für die einzelnen

Scbwellwerte zeitgestaffelt in aufeinanderfolgenden BiId-, durchlaufen.

Ausführungsbeispiel:

Das erfindungsgemäße Verfahren soll anhand einer in der

2<z Zeichnung dargestellten Anordnung zur Analyse bewegter Bilder näher erläutert werden.

Sine Videokamera 1 ist über einen Trennverstärker und über einen Modulator 3 roi"k einem Monitor 4 verbunden. Gleichermaßen steht die Videokamera 1 über den Trennver-

OQ stärker 2, eine Filterkette 5 und über einen mit einer Referenzspannung U _f versehenen Komparator 6 mit einem ersten Eingang eines Ü1TD-Gliedes 7 in Verbindung, dessen zweiter Eingang mit dem Ausgang eines Quarzgenerators 12, dessen dritter Eingang mit dem Q-Ausgang eines Flip-Flops

oc; und dessen vierter Eingang über einen monostabilen Multi-

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vibrator 10 und ein nachgeschaltetes Verzögerungsglied 11 mit dem Ausgang des UND-Gliedes 7 verbunden ist. Der Ausgang des UND-Gliedes 7 ist außerdem mit dem Setzeingang eines UND-Gliedes 8 gekoppelt, dessen Ausgang dem Setz-Eingang des Flip-Flops 9 zugeführt ist. Der Q-Ausgang und der Rücksetz-Eingang des Flip-Flops 9 sind mit einem Rechner 27 gekoppelt. Der Ausgang des UND-Gliedes 7 ist mit einem Ladeeingang eines Pufferspeichers 17 verbunden. Ein weiterer Ausgang des Trennverstärkers 2 führt auf den Eingang eines Impulsverteilers 14 mit den Ausgängen BSI und .'ZSl, die wiederum einer Teilerstufe 15 zugeführt sind» Der am Ausgang BSI des Impulsverteilers 14 erscheinende Bildsynchronimpuls liegt gleichzeitig am Rücksetzeingang eines Binärzählers 16 und an je einem Eingang zweier UM)-Glieder 20, 24 an, dessen Ausgänge mit den Eingängen eines Flip-Flops 21 in Verbindung stehen. Der am Ausgang ZSI des Impulsteilers 14 erscheinende Zeilensynchronimpuls liegt außerdem am Rücksetzeingang eines BinärZählers 13 aⁿj dessen Zähleingang an einen zweiten Ausgang eines Quarzgenerators 12 angeschlossen ist. Der Zähleingang des BinärZählers 16 ist mit dem Ausgang der Teilerstufe 15 gekoppelt. Die Ausgänge der beiden Binärzähler 13, 16 sind auf die Dateneingänge eines Pufferspeichers 17 geführt, dessen Datenausgänge (in der Zeichnung einkanalig dargestellt) über ein Treibersystem 18 mit einem Rechner 27 in Verbindung stehen. Die Ausgabedaten des Rechners sind über einen Markierer 28 auf den Modulator 3 für den Monitor 4 geführt. Der Ausgang des UND-Gliedes 8 ist mit dem Setzeingang des Flip-Flops 9 verbunden, dessen Ausgang und Rücksetzeingang mit weiteren Eingangen des Rechners 27 verbunden sind. Der Ausgang des Multivibrators 10 steht nicht nur über das Verzögerungsglied 11 mit dem vierten Eingang des UHD-Gliedes 7 in Verbindung, sondern auch mit einem dritten Eingang des Modulalators 3. Vom Flip-Flop 21 sind der Q-Ausgang über zwei Rückführungsstufen 22, 25 mit je einem zweiten Eingang

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des UND-Gliedes 8 verbundene O-Ausgang über zwei Rückführungsstufen 23, 26 mit je einem dritten Eingang der UND-Glieder 20,24 gekoppelt.

Die Videokamera 1, die z. B. das Videobild einer zu analysierenden flüssige Teilchen enthaltenden Probe, die aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht in der Zeichnung dargestellt ist, für die Abbildung auf dem Bildschirm des Monitors 4 aufnimmt, liefert ein BAS-Signal,. dessen Signal/ Rausch-Verhältnis in der Filterkette 5 verbessert wird.

Dieses BAS-Signal wird im Komparator 6 digitalisiert, indem es mit der Referenzspannung TJ - verglichen wird, so daß die digitalen MS-Impulse am UND-Glied 7 erscheinen.

Im Impulsverteiler 14 werden aus dem BAS-Signal die Synchronimpulse gewonnen und in Bildsynchronimpuls BSI und Zeilensynchronimpuls ZSI getrennt. Die Folgefrequenz des Zeilensynchronimpulses wird in der Teilerstufe 15 im Verhältnis n:1 heruntergeteilt und steuert den Binärzähler 16, der nach η Zeilen die y-Position um 1 erhöht. Die Teilerstufe 15 und der Binärzähler 16 werden durch den Bildsynchron- impuls zurückgestellt. Der Binärzähler I3, der die x-Positionen angibt, wird von dem Quarzgenerator 12 angesteuert und durch den Zeilensynchronimpuls rückgestellt. Die Frequenz fp des Quarzgenerators ergibt sich aus der Zeilendauer T₇ und öler gewünschten Anzahl von Positionen Z in x-Richtung zu f~ =

Im UND-Glied 7 werden vier Eingangssignale logisch miteinander verknüpft⁵: das digitalisierte Bildsignal, die Frequenz des Quarzgenerators 12, das Ausgangssignal des Flip-Flops 9» das nach Übernahme der vorherigen Daten an den Rechner rückgesetzt wird, und das zeitverzögerte Ausgangssignal des Multivibrators 10, der zur Kennzeichnung der erkannten Teilchen auf dem Monitor 4 dient. Wenn der Pegel des im Trennverstärker 2 aus dem BAS-Signal des Videobildes gewonnen und in der Filterkette 5 aufbereiteten Bildsignals die Referenzspannung Uf des Komparators 6 überschrei-

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tet, gelangt in der positiven Taktphase des Quarzgenerators 12, während der die Binärzähler 13 und 16 eine bestimmte Ausgangsbelegung nicht ändern, bei Vorhandensein der beiden anderen genannten Eingangssignale des UND-Gliedes 7 von ς dessen Ausgang ein Setzimpuls auf den Ladeeingang des Pufferspeichers 17» wodurch die Zählerstände der Binärzähler 13 und 16 in den Pufferspeicher 17 übernommen und über das Treibersystem 18 auf die Dateneingänge des Rechners 27 gegeben werden. Falls durch das Flip-Flop 21 angezeigt wird, -Ί0 daß momentan ein Videobild verarbeitet wird, dessen Daten an den Rechner 27 übermittelt werden sollen, wird gleichzeitig über das UND-Glied 8 das Flip-Flop 9 gesetzt, der dadurch ein entsprechendes Meldesignal an den Rechner 27 abgibt. Die Auswahl der durch den Rechner 27 zu analysiere; rendeη Videobilder erfolgt durch den Quarzgenerator 12, die Teilerkette 19, die UND-Glieder 20, 24 das Flip-Flop 21 sowie durch die Rückführungsstufen 22, 23, 25, 26. Aus dem Quarzgenerator 12 werden über eine .Teilerkette 19 mit wählbarem Teilerverhältnis Zeitimpulse gewonnen, die clen Abstand von einer bis mehreren Bilddauern haben und die das dem Zeitimpuls folgende Bild als zu verarbeitendes Bild auswählen, indem sie den Flip-Flop 21 setzen, während der danach folgende Bildimpuls den Flip-Flop-21 wieder zurücksetzt. Die Rückführungsstufen 22 und 23 verhindern, daß der 2^ als Rücksetzimpuls benötigte Bildsynchronimpuls auf den Setzeingang gelangt, die Rückführung 25 verhindert, daß der Bildsynchronimpuls, der den Flip-Flop 22 gesetzt hat, anschließend noch am Rücksetzeingang wirksam wird, die Rückführung 26 bewirkt, daß der Flip-Flop 21, der vom Bildsynchronimpuls m gesetzt wurde, vom Bildsynchronimpuls m+1 rückgesetzt wird.

Mit einer der Übersicht wegen in der Zeichnung nicht dargestellten Rückführung vom Ausgang des UND-Gliedes 24-zum Treibersystem 18 wird das Treibersystem 18 am Ende eines analysierten Bildes so angesteuert, daß eine Kennung zur

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Beendigung der Meßdatenübertragung angezeigt wird.

Durch die in konstanten Zeitabständen angegebenen Positionen von mittels einer einstellbaren !Comparatorspannung ausgewählten und auf dem Monitor durch Markierung für Kontroll--und Überwachungszwecke gekennzeichneten Teilchen ist es rechentechnisch z. B. möglich, die einzelnen Positionen bestimmten, in größerer Anzahl im Bild vorhandenen Teilchen zuzuordnen und die Bewegung der einzelnen Teilchen zu verfolgen, aus den zyklischen Einzelmessungen Mittelwerte für jedes Teilchen zu bilden und dabei Fehler systematisch zu reduzieren, aus den Mittelwerten für die Teilchen den Mittelwert und andere statistische Angaben für die Gesamtmessung zu gewinnen und dabei einzelne Teilchen nach bestimmten Kriterien auszusortieren.

I^ Eine in der Zeichnung ebenfalls nicht dargestellte günstige Ausführungsform der Erfindung ist die gleichzeitige Durchführung des Schwellwertvergleiches bei der Digitalisierung des Bildsignals bei unterschiedlieber» Referenzspannung U „ Diese Ausführungsform kann durch mehrere rei ·

Komparatoren mit'unterschiedlichen Referenzspannungen realisiert werden. Auf diese Art und Weise der Digitalisierung bestehen unterschiedliche untere und obere Helligkeitsgrenzen bei der Bildpunkterfassung des Videobildes, so daß das Bildsignal klassifiziert, d.h. nach seinem Amplitudenwert bestimmt und eingeordnet werden kann. Sowohl die logische Verknüpfung mit den anderen Signalen als auch die Übertragung der durch die Verknüpfung entstandenen Signale an den Rechner muß zeitgestaffelt erfolgen.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht nur auf die

^o Anwendung auf videotechnisch aufgenommene Bilder und eine Rasterung im x-y-Koordinatensystem beschränkt, sondern kann sinngemäß auch auf Radarbilder und eine Rasterung im Polarkoordinatensystem übertragen werden.

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Leerseite

Claims

2S05120 Erfindungsanspruch

1. Verfahren zur Analyse bewegter 3ilder, die videotechnisch auf genommen und auf einem Monitor reproduziert werd.en, bei dem das Bildsignal des Videobildes nach Abtrennung des Zeilensynchronimpulses und des Bildsynchronimpulses sowie nach Durchlaufen einer leiterkette durch einen Schwellwertvergleich digitalisiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zähler, der zur Kennzeichnung der Position in x-Richtung des Videobildes verwendet wird, durch einen Taktgenerator fortgeschaltet und jeweils durch den Zeilensynchronimpuls rückgesetzt wird, daß ein Zähler, der zur Kennzeichnung der Position in y-Richtung d.es Videobildes verwendet wird, durch d.en in der Frequenz untersetzten periodischen Zeilensynchronimpuls fortgeschaltet und jeweils durch den Bildsynchronimpuls rückgesetzt wird und daß während eines BiMdurchlaufes des Videobildes in der Zeitdauer der Aufeinanderfolge zweier Bildsynchronimpulse und während mindestens· eines der folgenden Bilddurchläufe das digitalisierte Bildsignal mit den Ausgangsimpulsen der beiden Zähler logisch verknüpft und einem Rechner zugeführt wird.

2. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach jedem durch die Verknüpfung charakterisierten Bilddurchlauf des Videobildes am Ende der Meßwerterfassung eine Kennung an den Rechner gegeben wird.

3· Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgabedaten des Rechners auf dem Monitor markiert werden.

4. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellwert manuell eingestellt werden kann und daß die bei dem jeweiligen Schwellwert jeweils erfaßte Information des digitalisierten Bildsignals auf dem Monitor markiert wird.

5. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Klassifizierung des Bildsignals der Schwellwertvergleich gleichzeitig bei unterschiedlichen Schwellwerten durchgeführt wird und daß die logische Verknüpfung sowie die Übertragung an den Rechner zeitgestaffelt erfolgte

Rbg/Thi

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ORIGINAL INSPECTED