DE2907993A1

DE2907993A1 - Verfahren und vorrichtung zum umsetzen von videosignalen

Info

Publication number: DE2907993A1
Application number: DE19792907993
Authority: DE
Inventors: Allen A Harano
Original assignee: Hughes Aircraft Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1978-03-07
Filing date: 1979-03-01
Publication date: 1979-09-13
Also published as: GB2015848A; AT379043B; AU521198B2; JPS54135561A; FR2419633A1; GB2015848B; US4184206A; ATA167179A; NL7901825A; AU4468479A; FR2419633B1

Description

γ-κλητ ]

Anmelderin; Stuttgart, d. 28. Febr. 1979

Hughes Aircraft Company P 3680 S/Bn Centinela Avenue and

Teale Street

Culver City, Calif·, V.St.A.

Vertreter:

Kohler-Schwindling-Späth
Patentanwalt e
Hohentwielstr. ij-1
7000 Stuttgart-1

Verfahren und Vorrichtung zum Umsetzen von Videosignalen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Unisetzen von Videosignalen, die für die Intensitätswerte von längs eines Vektors beliebiger Richtung gelegenen ^Bildpunkt charakteristisch sind, in digitale Videosignale für die Intensitätswerte von Bildpunkten eines rechtwinkligen Rasters,

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welche die längs des Vektors gelegenen Bildpunkte wiedergeben.

Bei vielen zur Bilderzeugung dienenden Abtastsystemen, wie beispielsweise bei einem ultraschall-Abtastsystem, wie es aus den US-PSen 38 Sk 660 und 38 Gk 661 bekannt ist, kann der Abtastvektor praktisch jeden beliebigen Winkel mit den X- und Y-Achsen eines rechtwinkligen Rasters bilden, das zur Bildwiedergabe benutzt wird. Ein Abtastschema-Umsetzer speichert die den einzelnen Bildpunkten des Rasters zugeordneten Intensitätswerte (Pixelwerte) in einer Speicherebene, aus der sie unter Verwendung der Χ,Υ-Koordinaten des Darstellungssystems als Adressen ausgelesen werden.

Es ist häufig erwünscht, einen Digitalspeicher zur Aufnahme der Pixelwerte zu benutzen« Dies erfordert die Abtastung des Signals für jeden Bildpunkt des Vektors und Umsetzung des abgetasteten Wertes in digitale Form sowie das Speichern dieses Wertes in einem Digitalspeicher an einem Platz, der durch die X- und Y-KooicLinaten des Bildpunktes bestimmt ist.

Bisher wurden binäre Geschwindigkeits-Multiplizierer oder ähnliche Einrichtungen dazu benutzt, die Abtastgeschwindigkeit proportional zum Sinus oder Kosinus des Vektorwinkels zu ändern. Bei einem solchen System ist die Zuordnung zwischen den Χ,Υ-Koordinaten des Darstellungssystems und der längs des Vektors abgetasteten Videosignale erheblich geringer als 100 % und führt zu einem typischen Fehler von - 0,5 Bildelementen· Wenn beispielsweise ein Vektor gerade noch den Eckbereich eines Bildelementes oder Pixels und den Kernbereich eines anderen Pixels durchläuft, werden gleiche Pixelwerte sowohl für das an der Ecke und das in der Mitte durchlaufene Pixel sowie auch alles dazwischen Liegende erzeugt« Jeder geringe Fehler bei der Lagebestimmung des Vek-

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tors wird durch diese Unfähigkeit, zwischen dem Passieren eines Eck- oder Randbereiches und des Kernbereiches des Bildelementes zu unterscheiden, bedeutend erhöht.

Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, welches es ermöglicht, die Wahrscheinlichkeit für das Eingeben des besten Wertes in den einem bestimmten Bildelement zugeordneten Speicherplatz zu erhöhen·

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß jedes Bild element des Rasters in Teilbereiche unterteilt und festgestellt wird, welche Teilbereiche der Vektor durchläuft, und daß der Wert eines Bildelementes als Funktion der von dem Vektor durchlaufenen Teilbereiche gewichtet wird.

Auf diese Weise wird nicht nur die Genauigkeit der Bilddarstellung bedeutend erhöht, sondern es findet auch eine Erhöhung der Auflösung bei der Umsetzung des Abtastschemas statt oder es kann für eine gegebene Auflösung der Bedarf an Speicherplatz reduziert werden«.

Bei einer bevorzugten AusfUhrungsform der Erfindung erfolgt die Gewichtung der in dem Digitalspeicher des Abtastschema-Umsetzers gespeicherten Pixelwerte als Funktion des Ortes, an dem der Abtastvektor eine Gruppe von Teilbereichen durchläuft, in die jedes Bildelement unterteilt ist, wie beispielsweise eine Gruppe von l\ χ Zf Teilbereichen. Der Ort des Vektors wird dann aufgrund dieser Gruppe von Teilbereichen so bestimmt, daß dann, wenn der Vektor den Kernbereich des Pixels passiert, also bei dem erwähnten Beispiel die mittleren 2x2 Teilbereiche, dann wird der Pixelwert mit 100 % gewichtet. Wenn dagegen der Vektor nur Randbereiche passiert, nämlich einen Rand von 1x2 Toilborejchon bei dem genannten Beispiel, erfolgt eine üev/ichtunn rcit i^O /ά. Wenn ein noch

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geringerer Anteil der Teilbereiche durchlaufen wird, wie beispielsweise ein an einer Ecke gelegener Teilbereich, findet eine Gewichtung mit O % statt. Die von dem Abtastsystem gelieferten X- und Y-Ablenksignale, welche den Winkel des Vektors definieren, werden zu zwei verschiedenen Zeitpunkten abgetastet, um die Abtastgeschwindigkeit und die Lageänderungen in X- und Y-Richtung in vorgegebenen Taktintervallen wie folgt zu bestimmen:

X(tp) -

Y(tp) - Y
«ΓΥ =

Z₂ - ΐ-

Die beiden Abtastgeschwindigkeiten bestimmen die Lage des Vektors und machen es möglich, die Lageänderungen /X und

S Y in Abhängigkeit von Taktimpulsen aufzusummieren, so daß das Fortschreiten des Vektors durch die Bildelemente im Bezug auf die X-Achse und die Y-Achse, ausgehend von einem Anfangspunkt Xq, Yq bestimmt werden kann. Auf. diese Weise ist es möglich, die Lage des Vektors zu jeder Zeit festzustellen, indem das Überschreiten der Grenzen der Bildelemente und der Teilbereiche in dem Χ,Υ-Raster festgestellt wird. Die Lagedaten für die Teilbereiche werden dazu benutzt, um festzustellen, ob der Vektor den Kernbereich, einen Randbereich oder eine Ecke eines Bildelementes durchläuft, und es wird diese Feststellung dazu benutzt, den abgetasteten Wert des Videosignals für das jeweilige BiIdelement zu gewichten.

Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, die gekennzeichnet ist durch einen Taktimpulse liefernden Taktgeber, einen von den

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Taktimpulsen gesteuerten Analog/Digital-Umsetzer zum periodischen Quantisieren des analogen Videosignals in jeweils einem Bildelement des Vektors zugeordnete Digitalwerte, eine Einrichtung zum Abtasten der X- und Y-Ablenksignale zu zwei verschiedenen, durch Zählen einer Anzahl von Taktimpulsen bestimmten Zeiten zur Bestimmung der X- und Y-Komponenten der Abtastgeschwindigkeit längs des Vektors, eine Einrichtung zum Berechnen der X- und Y-Komponenten der Abtastgeschv/indigkeit als Größe der Lageänderungen /X und <fY längs der X- und Y-Achsen während einer Taktimpulsperiode, eine auf die Taktimpulse und die Lageänderungen JX und JY ansprechende Einrichtung zum Verfolgen des Vektors durch die X-und Y-Bildelemente des Rasters durch Aufaddieren der Lageänderungen «/X und ,/¹Y, eine Einrichtung zum Zählen dieser durch Aufaddieren, dor Lageänderungen «/"X und j/"Y erhaltenen ganzzahligen Inkreis ent e zur Bildung von X- und Y-Adreasen, eine auf die Einrichtung zum Aufaddieren der Lageänderungen ansprechende Einrichtung zum Feststellen des Überschreitens der X- oder Y-Grenze eines Bildelementes durch den Vektor als Funktion der durch Aufaddieren der Lageänderungen JX und <fY gebildeten ganzzahligen Inkremente, eine auf die Bruchteile der aufaddierten <TX-und <f Y-Lageänderungen ansprechende Dekodiereinrichtung zum Feststellen, ob der Vektor den Kernbereich oder einen Randbereich eines gerade vollendeten, durch ein ganzzahliges Inkrement von <TX oder <fY definierten Bildelementes durchlaufen hat, und eine auf die Dekodiereinrichtung ansprechende Einrichtung zur Gewichtung eines digitalen Wertes, der für das Bildelement an einer dem Bildelement zugeordneten X,Y-Adresse zu speichern ist, in Abhängigkeit von der getroffenen Feststellung, ob der Vektor den Kernbereich oder einen Randbereich des Bildelementes durchlaufen hat, in der Weise, daß die Gewichtung ein Maximum für ein im Kernbereich durchlaufenes Bildelement und einen geringeren Wert für ein im

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Randbereich durchlaufenes Bildelement besitzt.

Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles. Die der Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmenden Merkmale können bei anderen Ausführungsformen der Erfindung einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination Anwendung finden· Es zeigen:

Fig. 1 das Blockschaltbild eines digitalen Systems zur Bilddarstellung, bei dem von der Erfindung Gebrauch gemacht v/ird,

Fig» 2 ein Diagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise des er findungsgemäßen Verfahrens,

Fig, 3 ^ein Zeitdiagramm zur Erläuterung der Berechnung des Ausgangspunktes und des Anstieges eines Ablenksignals,

Fig. if und 5 Diagramme zur weiteren Erläuterung der Erfindung,

Fig. 6 das Blockschaltbild einer Vorrichtung nach der Erfindung und

Fig, 7 ein Zeitdiagramm von Signalen zur Erläuterung der Funktion der Vorrichtung nach Fig. 6,

Das Blockdiagramm nach Fig« I veranschaulicht ein Beispiel für den Aufbau eines digitalen Abtastschema-Umsetzers, der von der Erfindung Gebrauch macht. Für dieses System ist angenommen, daß die Daten eine Abtasteinrichtung, beispielsweise eines Infrarot-Abtasters, als ein Satz von Ablenk-

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Signalen X RAMP und Y RAMP, welche für das Schreiben eines Vektors in einem Analogsystem, beispielsweise mittels einer Kathodenstrahlröhre, charakteristisch sind, und als das für Intensitätswerte charakteristische, analoge Videosignal Z vorliegen·

Das Videosignal wird mittels eines Analog/Digital-Ümsetzers 10 mit einer durch Taktimpulse GLK bestimmten Taktfrequenz in digitale Signale umgewandelt, die in einem Pufferspeicher 12 abgelegt werden» Bei dem Pufferspeicher kann es sich um ein FIFO-Speicher handeln, so daß die Dateneingabe unabhängig von der Art erfolgen kann, in der die Daten ausgelesen werden, vorausgesetzt, daß das Auslesen der Daten mit einer höheren Geschwindigkeit erfolgt als die mittlere Geschwindigkeit, mit der die Daten zugeführt werden, so daß der Pufferspeicher nicht überfließt.

Jeder einem Bildelement (Pixel) zugeordnete Abtastwert des Videosignales, der in den Pufferspeicher eingegeben und aus diesem wieder ausgelesen wird, wird durch eine Gewichtungseinheit 1if. gewichtet und auf einen Hauptspeicher 16 übertragen· Hierin sind die Abtastwerte an Speicherplätzen untergebracht, deren Adresse durch die entsprechenden Werte der Signale X RAMP und Y RAMP gegeben ist und die dem in einem Sichtgerät 18 verwendeten Raster entsprechen,bei dem es sich um einen TV-Monitor handeln kann, auf dem eine Darstellung in verschachtelten horizontalen Zeilen stattfindet»

Für die Speicherung eines Pixelwertes erhält der Hauptspeicher 16 seine Χ,Υ-Adresse von einer Einrichtung, die insbesondere anhand Fig. 7 noch näher erläutert wird, über einen Adressen-Multiplexer 20« Während der Darstellung empfängt der Hauptspeicher 16 die Χ,Υ-Adresse vom Sichtgerät. Der Hauptspeicher 16 wird demnach als digitaler Abtastschema-Umsetzer benutzt, der von einer Steuereinheit

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gesteuert wird, die abwechselnd das Einschreiben neuer Daten zur Speicherung und das zeilenweise Auslesen von Videodaten zur Darstellung bewirkt.

Während das analoge Videosignal in digitale Daten zur Eingabe in den Hauptspeicher 16 verarbeitet wird, werden die Ablenksignale X RAMP und Y RAMP ebenfalls verarbeitet,und zwar nicht nur zur Bestimmung der Adressen, an denen die Pixelwerte zu speichern sind, wie^elus dem Stand der Technik bekannt ist, sondern auch zur Bestimmung eines Gewichtungsfaktors, der auf jeden Pixelwert anzuwenden ist, als Funktion der Stelle, an welcher der durch die Ablenksignale definierte Vektor ein Bildelement durchläuft„ Ein von der Steuereinheit 22 gesteuerter Multiplexer 2if führt die Ablenksignale X RAMP und Y RAMP abwechselnd einem Abtast- und Haltekreis 26 zu» Ein Analog/Digital-Umsetzer 28 bringt die aufeinander folgenden Werte der Ablenksignale in digitale Form, Die digitalen X- und Y-Werte werden dann einem Adressenrechner 30 zugeführt, der in der in Fig. 6 dargestellten Weise aufgebaut oder als nach der Erfindung programmierter Mikroporzessor ausgebildet sein kann. Um das Verständnis der Erfindung zu erleichtern, sei das Vorliegen eines programmierten Mikroprozessors angenommen. Das erfindungsgemäße Prinzip kann dann ohne Rücksicht darauf behandelt werden, wie es durch Hardware realisierbar ist.

Der Adressenrechner unterteilt effektiv jedas Bildelement in eine Gruppe von Teilbereichen, beispielsweise in sechzehn Teilbereiche, wie es Fig. 2 zeigt. Es hat sich gezeigt, daß eine Gruppe von k χ Iy Teilbereichen und die Anwendung von drei Gewichtungsfaktoren für jedes zu speichernde Bildelement für die Darstellung nach einem Fernsehsystem völlig ausreichend ist. Die drei Gewichtungsfaktoren sind eine Funktion der Lage des Vektors in Bezug auf das Bildelement. Ein Gewichtungsfaktor von 100 % wird verwendet, wenn der Vektor

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den Kernbereich, d.i. die zentrale Gruppe von 2x2 Teilbereichen, des Bildelementes durchläuft. Ein Gewichtungsfaktor von 50 % wird verwendet, wenn der Vektor einen Randbereich, also eine Seitengruppe von 1x2 Teilbereichen, des Bildelementes durchläuft. Ein Gewichtungsfaktor von O % findet Anwendung, wenn der Vektor weniger als ein Zentraloder Randbereich durchquert. In dieser Weise erhält nur ein Bildelement, das voll auf dem darzustellenden Vektor sitzt, den vollen Wert, Jedes andere Bildelement erhält weniger, weil es bei der Darstellung gegenüber dem Vektor nach der einen oder anderen Seite versetzt ist. Ist der Versatz zu groß, soll das Bildelement Überhaupt keinen Wert erhalten.

Offensichtlich könnte diese Technik verfeinert werden, um mehr Stufen als den vollen, den halben und keinen Beitrag eines vom Vektor gekreuzten Bildelementes zur Darstellung zu erhalten, jedoch hat sich, wie bereits oben angegäten, eine solche Verfeinerung für eine übliche Fernsehdarstellung von solchen Daten, wie es beispielsweise von Ultraschall-Videosignalen sind, nicht als notwendig erwiesen. Auch versteht es sich, daß die Gewichtungswerte nur als Näherung an die Werte gewählt wurden, die sie möglicherweise sein sollten.

Die erste Aufgabe des Adressenrechners besteht darin, die genaue Lage des zu zeichnenden Vektors festzustellen. Da zu jeder Zeit nur ein geradliniger Vektor wiederzugeben ist, genügt eine Messung der Ablenksignale zu bekannten Zeiten tj und t₂» um die Lage des Vektors zu bestimmen. In Fig. 3 sind typische Abtastzeiten für das Signal X RAMP angegeben» Sie sind so gewählt, daß die Differenz t₂ - t^ a \Q2k Taktperioden (CLKS) beträgt. Da das System zwei Punkte des Vektors bei geringer Geschwindigkeit abtastet, kann hierzu ein Analog/Digital-ümsetzer hoher Genauigkeit verwendet wer-

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den. Vie Abtastzeiten für das Signal Y RAMP sind gegenüber den Abtastzeiten für das Signal X RAMP zeitlich versetzt, damit für beide Messungen der gleiche Analog/Digüal-Umsetzer im Teilnehmer-Verfahren benutzt werden kann, jedoch wird auch hier wieder die Differenz zweckmäßig zu 102^ Taktperioden gewählt. Diese Wahl wurde getroffen, um die binäre Differenz arischen den Abtastwerten X(t_P) - X Ct₁) und

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Y(t₂) - YCt₁) durch 102if = 2¹ teilen zu können. Der Anfangspunkt zur Zeit t_Q und der Endpunkt zur Zeit t_n der Ablenksignale kann dann leicht durch Extrapolation von den zu den Zeiten t.. und tp ermittelten Werten bestimmt werden. Die mathematischen Ausdrücke für diese Berechnungen sind die folgenden:

/X = dX = ΑΧ = XCU) - XCt₁)

dT JSt —ι _r—1-

- YCt₁)

In diesen Gleichungen sind t-, und t. sowohl für X als auch für Y willkürlich gewählt, jedoch vorzugsweise so, daß

At = 102if. Die arithmetischen Operationen bestehen dann einfach darin, XCt₁) von X(t₂) sowie YCt₁) von Y(t₂) zu subtrahieren und jede Differenz durch 102i(. zu dividieren, was in einfacher Weise dadurch erfolgen kann, daß die binären Ziffern am Ausgang des Addierers, von dem die Differenz gebildet wird, um zehn Stellen der Binärzahl verschoben wird. Die derart für /X und JY berechneten Werte geben die Lageänderung längs des Vektors in der X- und Y-Richtung während eines einzigen Taktintervalles an. Die Anfangswerte von X und Y zur Zeit t_Q werden einfach wie folgt berechnet:

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X₀ = XCt₁) - t^x (3)

Y₀ = YCt₁) -t^Y

In diesen Gleichungen ist t₁ einfach die Nummer des Taktintervalles, bei dem der Wert XCt₁) bzw, YCt₁) abgetastet wird» Für X handelt es sich um die Zahl 256· Daher braucht die Taktperiode nicht genau bekannt zu sein· Es ist lediglich erforderlich, daß die Frequenz des Taktgebers im wesentlichen konstant ist.

Die tatsächliche Vektoradresse zu jeder Taktzeit t kann dann wie folgt bestimmt werden:

XCt_n) = X(t₀) + η<ΓΧ (5)

Da der Vektor gleichförmig durchlaufen wird, kann die vorstehende Gleichung reduziert werden auf:

XCt_n+1) = X(t_n) + Sl C6)

Das gleiche gilt für die Y-Adresse:

YCt_n+1) = XCt_n) +/X C?)

Diese Gleichungen besagen, daß die X- und Y-Adressen am Ende jedes Taktintervalles genau bestimmt werden können und das Erkennen der "Grenzen der Büdelemente" sowie der Lage innerhalb eines Bildelementes für jedes Taktintervall gestatten» Das Durchqueren eines vollständigen Bildelementes sowie jedes Teilbereiches in der X- und Y-Richtung

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ist demnach durch einfaches Aufsummieren der Lageänderungen J^-X und ^" Y bestimmt« Das Auf summieren erlaubt das Erzeugen eines "Übertrages", wenn eine ausreichende Anzahl von Lageänderungen /X und <f Y addiert worden ist. Dieser Vorgang läßt sich besser anhand Fig. l\- verstehen, die das Durchqueren eines Pixels durch einen Vektor veranschaulicht. Infolge der Ausrichtung des Vektors haben die Lageänderungen /Y eine solche Größe, daß der Vektor in dreizehn Taktintervallen zwei in Y-Richtung aufeinanderfolgende, ein Bildelement definierende Grenzen gekreuzt werden· Dabei wird aich der Kernbereich, nämlich die Gruppe der inneren 2x2 Teilbereiche, ebenfalls gekreuzt. Es ist bemerkenswert, daß

zur Zeit t , , die Y-Grenze des Kernbereiches des Pixels n+if

überschritten wird. Zur Zeit to wird die X-Grenze des Kernbereichs überschritten. Ein nächstes Überschreiten der Y-Grenze des Kernbereichs erfolgt zur Zeit ^_n+^q· Anschließend wird die nächste X-Grenze des Kernbereichs zur Zeit t_n+1p überschritten. Wenn diese Überschreitungen der X- und Y-Grenzen des Kernbereiches beobachtet werden, während der Vektor ein Bildelement durchquert, ist es möglich, festzustellen, ob der Vektor das Bildelement in einem Teil des Kernberoiches, also der inneren Gruppe von 2x2 Teilbereichen, durchquert. Wenn das der Fall ist, wird das Pixel mit 100 % gewichtet. Es ist ebenfalls möglich festzustellen, ob der Vektor das Bildelement in einem Randbereich durchquert, also einer seitlichen Gruppe von 1 χ 2 Teilbereichen, Ist dies der Fall, so wird das Pixel mit 50 % gewichtet· Wenn weder der Kernbereich noch ein Randbereich durchquert wird, obwohl die Grenze eines Bildelementes überschritten wurde, wird die Feststellung getroffen, daß das Bildelement im Bereich einer Ecke durchquert wurde. In diesem Fall beträgt die Gewichtung 0 %»

Fig. 3 veranschaulicht Signale, die von dem Adressenrechner 30 erzeugt werden, wenn er in der in Fig. 6 dargestellten

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Weise aufgebaut ist. Wenn der Vektor die Y-Grenze eines Bildelementes zur Zeit t ₊. überschreitet, wird ein Y-Grenzimpuls erzeugt. Wenn der Vektor eine weitere Y-Grenze zur Zeit t_η+ι·2 überschreitet, wird ein zweiter Y-Grenzimpuls überzeugt· Die Aufsummierung dieser Impulse erzeugt die Y-Adresse für die von dem Vektor durchlaufenen Bildelemente· X-Grenzimpulse werden in gleicher Weise zu den Zeiten t_n+g und t ₊-, erzeugt und aufsummiert, um die X-Adresse für die von dem Vektor geschnittenen Bildelemente zu erzeugen· Innerhalb des Vektors zeigen die gezählten Taktimpulse an, wenn eine Grenze der inneren Teilbereiche überschritten wird.

Während die Taktimpulse summiert werden, um die X- und Y-Grenzen der Bildelemente festzustellen, erzeugen die aufsummierten Werte längs der X- und der Y-Achse immer dann einen übertrag, wenn die Grenze eines Bit-Elementes überschritten wird. Zwischen solchen Grenzüberschreitungen werden die angesammelten Werte dekodiert, um zu bestimmen, ob sie sich zwischen den entsprechenden X- und Y-Grenzen des Kernbereiches, also der Gruppe der inneren 2 χ 2 Teilbereiche, befinden,um die in Fig, 5 dargestellten Signale Y MID und X MID zu erzeugen· Jede Koinzidenz von Signalen X MID und Y MID zwischen einen Satz von X- und Y-Grenzimpulsen zeigt das Durchqueren eines Kernbereiches an· Das Vorliegen nur eines der beiden Signale X MID oder Y MID zeigt das Durchlaufen eines Sandbereiches an· Sobald eine entsprechende Feststellung getroffen ist, kann der Gewichtungsfaktor in der Gewichtungseinheit \k zur Anwendung kommen, entweder durch einn Division in Form einer Verschiebung des Pixelwertes nach unten oder durch Anwendung des Gewichtungsfaktors als das höchststellige Bit einer Adresse, welche den ■Pixelwert umfaßt, um den gewichteten Wert auszulesen·

Ein Beispiel für die Verwirklichung des Adressenrechners wird nun anhand Fig· 6 erläutert. Die abgetasteten X- und Y-

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Werte werden von dem Analog/Digital-Umsetzer 28 in Fig· I einem Differenzrechner 32 zugeführt, der die Werte <fX, </Y, Xq und Yq eines Vektors berechnet, wie es oben anhand Fig#3 erläutert wurde» Die berechneten Werte von <f X und eTY werden in Abhängigkeit von Steuersignalen, die von einer Steuereinheit 38 zugeführt werden, in entsprechende Register 34 bzw. 36 eingegeben.

In der Praxis ist die Steuereinheit 38 ein Teil der Steuereinheit 22 des in Fig. 1 dargestellten Systems, jedoch wurde sie hier zur Erhöhung der Übersichtlichkeit gesondert dargestellt. Sie spricht auf ein Signal SWEEP ON an und löst einen Vektor-Verarbeitungszyklus aus, indem sie zunächst den Differenzrechner 32 veranlaßt, die zur Berechnung benötig-

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ten Abtastwerte X- und Y-Anstiegsignale zu speichern ^U1*d dann die Berechnungen auszuführen.

Nach der Berechnung der/X-und <fY-Werte bewirkt die Steuereinheit 38, daß die Ausgangspunkte X₀ und Y_Q berechnet werden. Die ganzzahligen Anteile der Ausgangspunkte werden dann in X- und Y-Grenzzähler Lfi bzw. l\2. eingegeben, während Akkumulatoren if5 und if6 auf die gebrochenen Anteile der Anfangswerte Xq und Yq gesetzt werden. Es sei erwähnt, daß dann, wenn der Differenzrechner 32 seine Aufgabe erfüllt hat und die berechneten Werte in die Register und Zähler eingegeben worden sind, das Signal SWEEP ON nicht mehr vorliegt, aber die während der Dauer des Signales SWEEP ON abgetasteten Videodaten dem Kofferspeicher 12 (Fig. 1) gespeichert sind, bis der Grenzenrechner bereit ist, seine Rechnungen in Abhängigkeit von einem internen Rechensignal der Steuereinheit 38 zu beginnen, die dann Taktimpulse CLK überträgt, die zur Ausführung der Grenzberechnungen unter Anwendung von Addierern 48, 50 und Verknüpfungsgliedern benötigt werden.

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Wie das Diagramm nach Fig. 7 zeigt, wird ein vollständiger Vektorzyklus durch das Signal SWEEP ON ausgelöst. Ein Signal MOX Control veranlaßt den Multiplexer 2*f (Fig. 1) für die Ablenksignale während der Abtastperioden Y.^, Y^ und X₁, X₂ die Übertragung von Signalen X RAMP und Y RAMP. Das Signal HOLD SAMPLE steuert den Abtast-und Haltekreis 26, während ein Signal A/D CONVERT den Analog/Digital-Umsetzer 28 befähigt, seine Umsetzoperation auszuführen. Ein Signal DDT bewirkt die Übertragung der umgesetzten Werte in den Differenzrechner 32· Der Rechnung ist dann bereit, die Signale &Ί und /X aufgrund eines Signals CALSXSY zu berechnen. Nach der Berechnung der Differenzwerte wird der Rechner 32 durch ein Signal CAL X₀, Y_Q veranlaßt, die Anfangswerte Xq und Y₀ zu berechnen. Die ganzzahligen Anteile von X₀ und Y₀ werden dann in die Grenzzähler ^O und l\2. eingegeben, wogegen die Akkumulatoren kk und i|6 mit den Bruchteilen der Anfangswerte geladen werden,und zwar beides aufgrund eines Signales LOAD X₀, Y₀. Dann werden die berechneten Differenzwerte aufgrund eines Signals LOAD J X4T in die Register 3k und 36 geladen. Der Adressenrechner ist nunmehr in der Lage, die Grenzen der Bildelemente zu berechnen und festzustellen, ob jedes Bildelement von einem Vektor im Kernbereich oder im Randbereich durchlaufen wird und führt diese Berechnungen in Abhängigkeit von einem Signal CAL BOUNDARY aus. Zur gleichen Zeit gibt ein Signal ein UNLOAD BUFFER den Pufferspeicher 12 zum Auslesen der Pixelwerte frei, selbst wenn gleichzeitig ein Signal UNLOAD BUFFER das Einschreiben neuer Pixelwerte zuläßt, wie oben angegeben.

Während das Signal CAL BOUNDARY auf hohem Pegel ist, werden den Akkumulatoren kk und if6 Taktimpulse zugeführt, um die von den Registern 34 und 36 zugeführten /X- und </Y-Werte aufzuaddieren. Wenn genug /X-Werte aufsummiert worden sind, wird ein eine X-Grenze anzeigendes Signal vom Addierer if8

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als übertrag dem X-Zähler ZfO zugeführt, um die X-Adresse im Zähler ZfO beim Erreichen des nächsten Bildelementes in der X-Richtung zu erhöhen. In gleicher Weise wird, wenn genug cfY-Werte aufaddiert worden sind, vom Addierer 50 ein Übertrag dem Y-Grenzzähler L\2. zugeführt, um die Y-Adresse um 1 zu erhöhen. Zwischen X- und Y-Überträgen überwachen Decodierer 52 und 5A- den Inhalt der Akkumulatoren kk und Zf6, um festzustellen, wenn sich die aufsummierten Lageänderungen <fX im Bereich X MID und die aufsummierten Lageänderungen d~Y im Bereich Y MID befinden, wie es anhand Fig. k erläutert worden ist. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß die beiden höchststelligen Bits des Akkumulators mit Hilfe eines EXCLUSIV-ODER-Gliedes 52 dekodiert werden, wie es in Fig. 6 dargestellt ist, weil unabhängig davon, ob das Ausgangssignal des Akkumulators vier oder mehr Bits umfaßt, die beiden höchststelligen Bits den Wert OO für das erste Viertel des Bildelementes in der X- (oder Y-) Richtung aufweisen. Für das zweite Viertel des Bildelementes haben diese Bits den Wert 01, für das dritte Viertel den Wert 10 und für das vierte Viertel den Wert 11. Die Deaodierlogik zur eindeutigen Feststellung, ob die aufaddierten Lageänderungen JX sich im Kernbereich eines Bildelementes befinden, ist demgemäß

X MID =

Die Decodierlogik für Y MID ist in gleicher Weise mit einem EXCLUS IV-ODER-Glied 5Zf realisiert. Wenn beide auf summierten Werte im Kernbereich liegen, stellt ein UND-Glied % fest, daß der Vektor den Kernbereich passiert, gemäß der einfachen Decodierlogik

CORE =X MID . Y MLD. Für die Feststellung, daß der Vektor einen Randbereich durch-

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laufen hat, muß entweder X MID oder Y MID "wahr" sein. Infolgedessen stellt ein EXCLUSIV-ODER-Glied 58 die Bedingung für das Vorliegen eines Randbereiches gemäß der einfachen Gleichung

EDGE = X MID . t MID■+ X MID . Y MID

fest« Zwei Flip-Flops FF1 und FF2 werden von den Signalen EDGE und CORE gesetzt, um die Feststellungen bis zum Ende einer Bildelement-Periode zu speichern, das beim Auftreten des nächsten X- bzw· Y-Grenzimpulses eintritt. Bei dem in den Figuren k und 5 dargestellten Beispiel ist der nächste Grenzimpuls der Y-Grenzimpuls, der zur Zeit t -.^ auftritt. Hierdurch werden die Flip-Flops zurückgestellt, und es wird eine Randbereich-Kernbereich-Bestimmung für das nächste Pixelelement begonnen, welches in diesem Fall weder ein Kern- noch Rand-Bild-Element ist, so daß es als Eck-Bild-Element gewertet wird, das mit dem Gewichtsfaktor O % belegt wird. Ein ODER-Glied 60 kombiniert die X- und Y-Grenzimpulse zur Erzeugung eines Impulses NEW PIX, der ebenfalls der Gewichtungseinheit M+ zugeführt wird, um den Inhalt der Flip-Flops auf die Gewichtungseinheit zu übertragen. Wenn das Signal GORE einen hohen Pegel hat, wird eine Gewichtung von 100 % benutzt. Wenn das Signal EDGE einen hohen Ufert hat, beträgt der Gewichtungskoeffizient 50 % , Wenn keines der Signale auf einem hohen Pegel ist, wie bei dem neuen Bildelement, das zur Zeit t_n+-i-z beginnt und zur Zeit t .-, endet, ist die benutzte Gewichtung 0 %»

Obwohl die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles beschrieben worden ist, versteht es sich, daß die Erfindung nicht auf dieses AusfUhrungsbeispiel beschränkt ist, sondern daß dem Durchschnittsfachmann viele Möglichkeiten zur Abwandlung und Modifikation einer Vorrichtung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ver-

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fügung stehen und daß auch das erfindungsgemaße Verfahren manchen Modifikationen zugänglich ist, ohne daß dabei der Rahmen der Erfindung verluesen wird.

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Claims

Patentansprüche

j 1#iVerfahren zum Umsetzen von Videosignalen, die für die ^-^ Intensitätswerte von längs eines Vektors beliebiger Richtung gelegenen Bildpunkten charakteristisch sind, in digitale Videosignale für die Intensitätswerte von Bildpunkten eines rechtwinkligen Rasters, welche die längs des Vektors gelegenen Bildpunkte wiedergeben, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Bildelement des Hasters in Teilbereiche unterteilt und festgestellt wird, welche Teilbereiche der Vektor durchlauft, und daß der Wert eines Bildelementes als Funktion der von dem Vektor durchlaufenen Teilbereiche gewichtet wird.

2._m Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zuerst die Lage des Vektors in dem Koordinatensystem des Basters und dann für die jedem Bildelement zugeordnete Gruppe von Teilbereichen festgestellt wird, ob der Vektor einen Kernbereich oder einen Randbereich des Bildelementes schneidet, daß der Wert des BiIdeleaentes beim Schneiden des Kernbereiches mit 100 %, beim Schneiden des Randbereiches mit weniger als 100 % und bei Schneiden eines sonstigen Teilbereiches mit einem geringeren Faktor als beim Schneiden eines Randbereiches gewichtet wird*

3» Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Element, daa der Vektor weder im Kernbereich noch im Randbereich schneidet, mit 0 % gewichtet wird.

ij-e Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß zur Unterteilung der Bildelemente in Teilbereiche die Beträge der Längenänderungen <fX und ^I in Richtung der X- und Y-Achsen des Koordinatensystems beim Fortschreiten längs des Vektors während jeder Taktperiode

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festgestellt und die Lageänderuhgen addiert werden, um festzustellen, wenn jeweils ein vollständiges Bildelement durchlaufen wurde, daß die vollständig durchlaufenen Bildelemente gezählt werden, um die X- und Y-Adresse zu bestimmen, und daß für jedes Durchlaufen eines Bildelementes, das durch einen ganzen Schritt in der X- oder I-Adresse angezeigt wird, festgestellt wird, ob der Vektor den Kernbereich oder einen Randbereich des Bildelementes durchlief·

5. Verfahren nach Anspruch k, dadurch gekennzeichnet, daß zur Feststellung, ob der Vektor den Kernbereich oder den Randbereich eines Bildelementes durchlief, die fraktionelle Zunahme in Richtung der X- und Y-Achsen fortlaufend durch Summieren der Lageänderungen cf X und </Ύ beobachtet wird und dann, wenn eine der Lageänderungen, jedoch nicht b«ide, die Mitte eines Bildelementes erreicht, das Durchlaufen eines Randbereiches erkannt wird, wogegen dann, wenn beide Lageänderungen die Mitte eines Bildelementes erreichen, das Durchlaufen eines Kernbereiches festgestellt wird.

6· Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem dem Videosignal X- und Y-Ablenksignale zur Darstellung des Vektors in dem rechtwinkligen Raster zugeordnet sind, gekennzeichnet durch

einen Taktimpulse liefernden Taktgeber, einen von den Taktimpulsen gesteuerten Analog/Digital-Umsetzer zum periodischen Quantisieren des analogen Videosignals in jeweils einem Bildelement des Vektors zugeordnete Digitalwerte,

eine Einrichtung zum Abtasten der X- und Y-Ablenksignale zu zwei verschiedenen, durch Zählen einer Anzahl von

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Bau ORiGiNAL

Taktimpulsen bestimmten Zeiten zur Bestimmung der X- und Y-Komponenten der Abtastgeschwindigkeit längs des Vektors,

eine Einrichtung zum Berechnen der X- und Y-Komponenten der Abtastgeschwindigkeit in Form der Gräße von Lageänderungen ^" X und «f Y längs der X- und Y-Achsen während einer TaktImpulsperiode,

eine auf die Taktimpulse und die Lageänderungen /X und /Y ansprechende Einrichtung zum Verfolgen des Vektors durch die X- und Y-Bildelemente des Rasters durch Aufaddieren der Lageänderungen </"X und SY , eine Einrichtung zum Zählen der durch Aufaddieren der Lageänderungen /X und <fY erhaltenen ganzzahligen Inkremente zur Bildung von X- und Y-Adressen, eine auf die Einrichtung zum Aufaddieren der Lageänderungen ansprechende Einrichtung zum Feststellen des Überschreitens der X- oder Y-Grenze eines Bildelementes durch den Vektor als Funktion der durch Aufaddieren der Lageänderungen JX und S Y gebildeten ganzzahligen Inkremente,

eine auf die Bruchteile der aufaddierten «fX- und <PY-Lageänderungen ansprechende Decodiereinrichtung zum Feststellen, ob der Vektor den Kernbereich oder einen Randbereich eines gerade vollendeten, durch ein ganzzahliges Inkrement von <TX oder JY definierten Bildelementes durchlaufen hat, und

eine auf die Decodiereinrichtung ansprechende Einrichtung zur Gewichtung eines digitalen Wertes, der für das Bildelement an eins· dem Bildelement zugeordneten X, Y-Adresse zu speichern ist, in Abhängigkeit von der getroffenen Feststellung, ob der Vektor den Kernbereich oder einen Randbereich des Bildelementes durchlaufen hat, in der Weise, daß die Gewichtung ein Maximum für ein im Kernbereich durchlaufenes Bildelement und einen geringeren Wert für ein im Randbereich durchlaufenes Bildelement besitzt.

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7· Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Bestimmen der Adresse Xq, Y_q des Anfangspunktes des Vektors und eine Einrichtung zum Eingeben der ganzzahligen Anteile der Anfangsadresse X_Q, Y₀ in die Einrichtung zum Zählen der ganzzahligen Inkremente und zum Eingeben der Bruchteile in die Einrichtung zum Aufaddieren der Lageänderungen «fX und <f Y.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Decodiereinrichtung getrennt feststellt, wenn sich der Wert der aufaddierten Lageänderungen /X oder /Y im Bereich der Mitte eines ganzzahligen Inkrementes befindet, und das Durchlaufen eines Kernbereiches meldet, wenn sich beide aufaddierten Lageänderungen im Bereich der Mitte befinden, jedoch das Durchlaufen eines Randbereiches, wenn sich nur eine der aufaddierten Lageänderungen im Bereich der Mitte eines ganzzahligen Inkrementes befindet.

9· Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch ein bistabiles Glied zum getrennten Speichern eines festgestellten Durchganges durch einen Kernbereich bzw, durch einen Bandbereich zur Steuerung der Gewichtung des Wertes der Bildelemente, das an der X,Y-Adresse für ein neues Bildelement zu der Zeit zu speichern ist, die durch Erreichen eines ganzzahligen Inkrementes durch die aufaddierten <f X- oder /Y-Lageänderungen bestimmt ist, und eine Einrichtung zur Rückstellung des bistabilen Gliedes bei Erreichen eines ganzzahligen Inkrementes von /X oder /Y.

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