DE2935261A1 - Anordnung und verfahren zur mustererkennung - Google Patents
Anordnung und verfahren zur mustererkennungInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf die Mustererkennung, insbesondere auf eine Anordnung und ein Verfahren zur
optischen Untersuchung eines Musters bzw. Bildes und anschließenden Untersuchung eines unbekannten Musters
bzw. Bildes, um die bestmögliche Anpassung bzw. Korrelation zwischen dem unbekannten Muster und dem bereits
untersuchten Muster festzustellen.
Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Anordnung gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1, 6, 11 oder
sowie auf ein Verfahren gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 14, 19 oder 21.
Die Technik der Mustererkennung wird vielfach in der Industrie eingesetzt, und zwar sowohl seitens der Her
steller als auch seitens der Verbraucher. Mit dem
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ORIGINAL INSPECTED
Bekanntwerten photoelektrischer Einrichtungen, die elektrische Signale in Abhängigkeit von optisch abgetasteten
Objekten erzeugen können, ist es möglich geworden, automatische Vorrichtungen herzustellen, welche Zählen,
Tasten, und sonstwie nützlich in der Industrie verwendet werden können.
Die Erfindung befaßt sich vornehmlich mit der Digitalisierung eines verarbeiteten Videosignales, das im Hinblick
auf die erhältliche Lichtquelle/ welche ein vorgegebenes Muster beleuchtet, normalisiert ist.
Ein "schwarzes"bzw. Dunkelstrom-elektrisches Signal entspricht
einem schwarzen optischen Signal, das mittels einer Vidicon-Röhre (Bildaufnahmeröhre) c^rzeugt worden
ist, welche zu Beginn der Strahlauslenkung einen teilweise lichtundurchlässigen Abschnitt aufweist. Wenn der
Strahl den lichtundurchlässigen Abschnitt passiert, ist das optische Signal offensichtlich schwarz. Das entsprechend
erzeugte elektrische Signal wird als Bezugssignal für das Gesamtsystem festgehalten. Das so festgehaltene
Signal ergibt sich als schwarzes elektrisches Signal.
Das digitalisierte optische Signal kennzeichnet das betrachtete Muster entweder als weißes oder als schwarzes
Muster. Demgemäß wird für den schwarzen Musterteil jeweils ein Signal mit Null-Pegel erzeugt. Ein Eins-Pegelsignal
wird für den weißen Musterteil erzeugt.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Lichtintensität jeder Abtastzeile der Vidicon-Röhre mit dem
vorstehend beschriebenen schwarzen Pegel verglichen.
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Hierdurch wird ein Schwellwertpegel für die Erzeugung von Einsen oder Nullen/ entsprechend den dunklen oder hellen
Bereichen des zu betrachtenden Musters/erzeugt. Es wurde
entdeckt, daß beim normalen Betrieb einer derartigen Mustererkennungsanlage die Lichtintensität des beleuchteten
Musters infolge der Bedürfnisse des Benutzers beständig schwankt und sich demgemäß der Schwellwertpegel
der Vidicon-Kamera von Zeile zu Zeile und von Feld zu Feld ändern kann. Durch Messung des Lichtschwellwertes
für jedes Feld und Festlegung einer Schwellwertspannung mittels eines geeigneten Tastwertspeichers (auch
Momentanwertspeicher oder Sample and Hold-Schaltung
genannt) ist es möglich, jeweils eine auf den neuesten Stand gebrachte Schwellwertspannung zu verwenden und
diese mi.L dem Λιηχμπκμ;:;! gnal dor Vidicon-Kaniora zu vorgleichen.
Hierdurch können die Ausgangssignale an die beim jeweiligen Betrieb erhältlichen Lichtpegel jederzeit
angepaßt werden.
Mustererkennungsanordnungen werden ständig in Verbindung
mit wiederholten Operationen eingesetzt/ bei denen automatische Maschinen gesteuert und programmiert werden,
um eine Reihe von wiederholten Handlungen durchzuführen. Diese Handlungen gehen hierbei von der Ortung und Identifizierung
bestimmter Kriterien aus, die in Echtzeit in einen Speicher eingeschrieben sind.
Die Technik zur Herstellung von Halbleitern benötigt Anordnungen und Verfahren zur Mustererkennung, um die Herstellung
und die Überprüfung integrierter Schaltchips zu überprüfen.
Bei der Herstellung integrierter Schaltchips wird beispielsweise ein Siliconplättchen gewöhnlich von einem
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Siliconmodul abgeschnitten, das einen Durchmesser zwischen etwa 5 und 12,5 cm (2 und 5 inch) hat. Um nun ein Muster
auf das Siliconplättchen aufzubringen, werden eine Maske
und ein Photolack benötigt, der schließlich auf das Siliconplättchen aufgebracht wird, wobei anschließend
eine Reinigung und Diffusion in das Siliconsübstrat stattfindet.
Dieses Verfahren kann bis zu 13 mal wiederholt werden, um eine richtige Diffusion sicherzustellen. Jedes
mal muß die Maske erneut genau auf dem Siliconplättchen ausgerichtet werden.
Es wäre auch von großem Vorteil, wenn man die durch Diffusion hergestellten Chips auf einem Siliconplättchen elektrisch
testen könnte, um festzustellen, ob die Diffusion beendet und das einzelne Chip für den Gebrauch geeignet
ist.
Prüfanlagen, welche elektrische Untersuchungen an vorgegebenen Bereichen des Chips durchführen können, werden
dazu verwendet, die elektrischen Koeffizienten und die kontinuierliche Leitfähigkeit festzustellen. Aufgrund
dieser Prüfungen soll entschieden werden, ob das einzelne Chip brauchbar und weiterverwendbar ist oder
ob es unbrauchbar ist und zerstört werden soll„ Die
Ausschußquote bei der Herstellung von Chips beträgt zur Zeit etwa 50 %· Es ist daher äußerst wichtig, daß
jedes Chip einzeln untersucht wird, bevor zusätzliche Arbeit und Kosten in die Weiterverarbeitung des einzelnen
Chips gesteckt werden. Hierbei muß noch berücksichtigt v/erden, daß pro gegebenem Siliconplättchen
mit einem Durchmesser von etwa 12,5 cm (5 inch) zwischen
50 und 200 einzelne Chips zu untersuchen sind.
§3ODi1 /0 668
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäßen Anordnungen und Verfahren zu verbessern,
insbesondere derart, daß eine vergleichsweise schnelle, gleichwohl aber ausreichend genaue Mustererfassung möglich
ist.
Diese Aufgabe wird in anordnungsmäßiger Hinsicht durch die Kennzeichen der Ansprüche 1, 6, 11 oder 13 sowie in
verfahrensmäßiger Hinsicht durch die Ansprüche 14, 19 oder
21 gelöst.
Die erfindungsgemäßen Anordnungen und Verfahren zur Mustererkennung sind in der Industrie verwendbar, sei
es zum Zwecke der Ausrichtung der Masken auf einem Chip für die Weiterverarbeitung oder zur Ortung und
Identifizierung einzelner Chips auf einem Plättchen zum Zwecke der Steuerung von Untersuchungsgeräten und
Festlegen derjenigen Chips eines Plättchens, welche einer Weiterverarbeitung unterworfen werden sollen.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird eine Vidicon-Kamera verwendet, die ein sich nicht überlappendes
Rastermuster aufweist und mittels derer jede Zeile nacheinander abgetastet werden kann. Stattdessen kann aber
auch eine Vidicon-Kamera mit einem sich überlappenden Raster verwendet werden.
Um das Gesichtsfeld der Kamera festlegen zu können, wurden hierfür 250 Pixel (Bildbausteine, Bildpunkte,
Bildelemente oder Rasterpunkte) für eine Abtastzeilenlänge und 24 0 Zeilen, die einen gegenseitigen Abstand
von einem Pixel haben, vorgesehen. Die wirksame Fläche kann als die Stelle derjenigen Rasterpunkte betrachtet
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werden, welche 192. mal 192 Pixel aufweisen» Die Signifikanz
der wirksamen Fläche wird während der nachfolgenden Beschreibung der sogenannten Lage- bzw- Speicher- und
Untersuchungsphasen deutlich.
Der tatsächliche Bezugsbereich? welcher durch den gesamten
wirksamen Bereich geführt werden kann, ist 64
Pixels mal 6 4 Pixel r so daß er eine Gesamtfläche von 4.096 Pixeln hat,
Pixels mal 6 4 Pixel r so daß er eine Gesamtfläche von 4.096 Pixeln hat,
Beim gewöhnlichen Betrieb ist die Kamera auf das jeweils
aufzuzeichnende Muster gerichtet? und ein digitalisiertes
Videosignal in Form von Einsen und Hüllen"
wird für jeden Pixelbereich aufgezeichnet und in
einen Speicher eingegeben=
einen Speicher eingegeben=
Das zu betrachtende Muster muß dann mit gespeicherten
Bezugsdaten über den gesamten wirksamen Bereich verglichen oder gefaltet werden^ um hierdurch diejenigen
Koordinaten bestimmen zu können, weiche der bestmöglichen Anpassung bzw. Korrelation entsprechen» Die Koordinaten
ergeben sich aus den Vergleichsergebnissen infolge der Faltung.
Es würde nun notwendig sein,, den Bezugsboroioh mit 64
mal 64 bza, insqaüaret 4.096 Pixel . mit jedem zu untersuchenden
Bereich" su vergleichen,, Die Anzahl der Unter-"
suchungen würde hierbei .natürlich durch die zu untersuchende
Fläche bestimmt werden. In diesem Fall würde aian aber einen eKtrem großen Speicherplatz benötigen.
Bei bekannten Lösungen wird eine 64 Bit-Faltungseinrich=
tung verwendet» Hierbei wird gleichseitig nur eine Bezugs
zeile gefaltetj. bis das Gesamtfeld abgetastet ist=" Eine
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64 Bit-Faltungseinrichtung benötigt nun mindestens 64 Felder, wenn sie in dieser Weise verwendet wird. Die hierfür
notwendige Untersuchungszeit ist aber für eine industrelle Fertigung nicht tragbar.
Statt dessen wird im Stand der Technik auch vorgeschlagen, 64 Faltungseinrichtungen zu verwenden, um hierdurch
schneller arbeiten zu können. Ein solcher Vorschlag hat aber zur Folge, daß die hierfür benötigten festverdrahteten
Bauelemente für die Praxis zu teuer würden (jede Faltungseinrichtung benötigt eine gesamte Schaltplatine).
Auch dürfte die Durchführung eines derartigen Vorschlages auf praktische Schwierigkeiten stoßen.
Die erfindungsgemäße Lehre führt bereits dann zu einer
deutlichen Verkürzung des Untersuchungsvorganges, wenn nur eine einzige übliche Faltungseinrichtung (64 Bits)
eingesetzt wird. Diese Faltungseinrichtung ist im dargestellten Ausführungsbeispiel im 8 χ 8 Format aufgebaut.
Die erfindungsgemäße Lehre macht demnach die Verwendung umfangreicher Anlagen überflüssig. Sie führt
ferner zu einer Kostensenkung für die festverdrahteten Bauelemente.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird eine
Erst- oder Voruntersuchung durchgeführt und hierfür ein Superpixel verwendet. Ein derartiges Superpixel ist als
ein Pixel definiert, das im dargestellten Ausführungsbeispiel eine Breite und Länge hat, die viermal so groß
als zwei normale Pixel ist. Hierdurch wird ein Bereich von 16 Pixeln von einem Superpixel eingenommen. Mit
anderen Worten, ein Superpixel umfaßt 16 Normalpixel.
Verwendet man einen Untersuchungsbereich von 64 mal 64 Pixeln, d. h. insgesamt 4.096 Pixel, dann läßt sich
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dieser Bereich in 16 mal 16 Superpixel bzw. einen Bereich
mit 256 Superpixeln unterteilen. Der Untersuchungsbereich besteht im wesentlichen aus vier Superpixel-Bereichen,
von denen jede einzelne 64 Superpixel aufweist. Vor einer Durchführung der Untersuchung zur Mustererkennung
ist es notwendig, den Bezugsbereich von 64 mal 64 Pixel in einen Speicher zu laden und dann in
einen weiteren Speicher den gleichen Bezugsbereich, diesmal jedoch in 16 mal 16 Superpixel unterteilt, zu laden.
In der Erst- oder Grobuntersuchung wird jeder der vier 8 mal 8 Superpixel-Bereiche ausgewählt und nacheinander
mit dem Gesichtsfeld verglichen. Die Ergebnisse v/erden aufaddiert bzw. an geeigneten Speicherstellen aufgespeichert,
jedes der vier 8 mal 8 Superpixel-Bereiche wird horizontal in Zweierpixelstufen über den wirksamen
Bereich bewegt. Danach wird der 8 mal 8 Superpixel-Bereich um zwei Pixel nach unten und wiederum in horizontaler
Richtung bewegt, bis der gesamte wirksame Bereich untersucht bzw. abgetastet und die Korrelationswerte
für jeden Untersuchungspunkt an den geeigneten Speicherstellen eingeschrieben worden sind. Jeder der drei
übrigen Superpixel-Bereiche wird nacheinander zu Untersuchungszwecken über den gleichen wirksamen Bereich
in der bereits vorstehend beschriebenen Weise geführt. Die Vergleichs- bzw. Korrelationsergebnisse werden
wiederum aufgespeichert bzw. akkumuliert, so daß insgesamt 4.096 Speicherplätze mit Werten beschrieben
werden, die zwischen 0 und 4 8 schwanken.
Die Koordinaten der beiden höchsten Werte repräsentieren die besten Orte mit den höchsten Korrelationszahlen.
Diese Koordinaten werden zum Ausgangspunkt einer
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zweiten bzw. Feinuntersuchung gemacht. Diese Untersuchung dient dazu, den örtlichen Bereich rund um die
Koordinaten mit den in der Grobuntersuchung gewonnenen Höchstwerten erneut zu untersuchen bzw. abzutasten.
In der Feinuntersuchung werden die einzelnen Koordinaten für jeden Ort zum Ausgangspunkt gemacht. Nur in diesem
N Fall wird Gebrauch von der Beziehung: -~ - 1 gemacht, wobei
N die Dimensionalität des verwendeten Bezugsbereiches
darstellt. Die Dimensionalität im dargestellten Ausführungsbeipiel
ist 8. Demgemäß beginnt die Feinuntersuchung an einer Pixelste.1 Ie, die um drei Pixel nach links
und drei Pixel nach oben gegenüber den in der Grobuntersuchung gefundenen Koordinaten verschoben ist. Der Ausgangspunkt
für die Feinuntersuchung für jede der beiden mittels der Grobuntersuchung gefundenen Bereiche beginnt
drei Pixel weiter und drei Pixel oberhalb des ursprünglichen Ausgangspunktes. Für die hierbei ausgeführte
Vergleichs- bzw. Korrelationsmessung werden die als Bezugsbereich eingespeicherten 64 mal 64 Normalpixel mit den
mittels der Vidicon-Kamera abgetasteten Echtzeitpixeln verglichen. In diesem Fall muß lediglich eine einzige
Untersuchung für jedes Feld durchgeführt werden, da der gesuchte Punkt innerhalb eines 7 χ 7 = 49 Pixelquadrates
liegt, da;; /.entrisch um die beiden, in der Grobuntersuchung
gefundenen, Spitzenwerte angeordnet ist (drei Pixel auf jeder Seite jeder Koordinate jedes in der Grobuntersuchung
festgestellten Höchstwertes).
Bei der Feinuntersuchung wird ein Bereich von 7 mal 7 Pixeln untersucht. Der Startpunkt liegt hierbei drei
Pixel nach links und drei Pixel nach oben verschoben. Diese Verschiebung legt den Ort desjenigen Punktes fest,
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um den die 7 mal 7 Pixel bzw. 49 Pixel Anordnung gruppiert ist. Diese 49 Pixel Anordnung muß bewertet
und verglichen werden.
Die Feinuntersuchung wird für jeden der beiden in der Grobuntersuchung ermittelten Spitzenwerte mit den höchsten
Korrelationswerten durchgeführt· Die aufgrund der Feinuntersuchung
festgestellte beste oder höchste Korrelation wird als endgültige Koordinate für die Auswahlkoordinate
des abzutastenden Musters festgelegt.
Zusammenfassend kann gesagt werden, daß eine in Echtzeit
erhaltene Videoinformation getaktet und entsprechend der Lichtintensität digitalisiert wird. Eine änderung der
Lichtintensitätsverhäitnisse wird in ständiger Anpassung
festgestellt. Hierdurch wird der Schwel.lv/ert, welcher
die Schwarz- und Weiß-Signale festlegt, ständig auf den neuesten Stand gebracht. Das als Bezugsgröße verwendete
Muster wird zunächst im Feinformat und dann Lm Grobformat -aufgezeichnet und gespeichert. Bei der Musterabtastung
bzw. Mustererkennung wird die qr ;;p'· ι cticrto Grob-Lnfurination
in Echtzeit, mit einer vom Gesichtsfeld erhaltenen Grobinformation verglichen und gefaltet. Hierdurch
wird eine Korrelationszahl erhalten, welche ein Maß für den Prozentsatz der Anpassung ist. Die Ortskoordinaten in der X- und Y-Dimension für die beste Anpassung werden als der Ort der höchsten Korrelationszahl festgelegt. Anschließend wird eine Feinuntersuchung
in demjenigen Bereich durchgeführt, welcher die vorher
in der Grobuntersuchung ermittelten Koordinaten umgibt. Bei der Feinuntersuchung wird eine zweidimensionale
Faltung der zuvor gespeicherten Information mit der in Echtzeit vom Untersuchungsmuster gewonnenen Information
— Op _
durchgeführt. Hierdurch wird wiederum der höchste Korrelationswert
als Maß für den Ort festgestellt, an welchem die bestmögliche Anpassung ermittelt werden konnte.
Die Erfindung wird anhand der nachstehenden Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die schematischen Zeichnungen
noch näher erläutert.
In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 ein Blockdiagramm einer Videokamera mit Optik und Videoprocessor;
Fig. 2 eine Vorderansieht einer Vidicon-Röhre zur Erzeugung
eines Schwarz-Bezugssignals;
Fig. 3 ein Blockdiagramm der Details des Videoprocessors; Fig. 4 vier der Fig. 3 zuordenbare Impulsketten;
Fig. 5 die relativen Größenverhältnisse zwischen Untersuchungsbereich,
wirksamen Bereich und Gesichtsfeld;
Fig. 6 ein Blockdiagramm der Speicher-Lade-Folge; Fig. 7 ein zweidimensionales Digitalfilter;
Fig. 8 ein Blockdiagramm der Anordnung zur Auffindung der Grobkoordinaten;
Fig. 9 ein Blockdiagramm eines Serpentinen-Schiberegisters; Fig. 10 ein Blockdiagramm einer Falteinrichtung; und
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" 23 ".. - 29352S1
Fig. 11 ein Blockdiagramm der Anordnung zum Auffinden
der Feinkoordinaten für jeden getasteten Höchstwert.
Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm des Vorderteils des erfindunqsgemäßen
Systems. Das Blockdiagramm voranschaulicht, wie das von der Vidicon-Kamera gesehene sichtbare
Bild in digitale Signale umgewandelt wird. Die digitalen Signale repräsentieren hierbei diskrete Bereiche
sczwarzer und weißer Abschnitte der beobachteten Szene als Funktion von Einsen und Nullen. Eine derartige
Umwandlung wird manchmal auch als Herstellung eines getakteten digitalisierten Videosignals bezeichnet.
Rine Fernse;hkamera mit einer Vidicon-Röhre und einer
Optik 12 wird auf ein zu untersuchendes Betrachtungsfeld fokussiert. Die der Kamera 10 zugeordneten Dunkelabtast-
und Signal-Schaltungen erzeugen ein übliches Videosignal. Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen wird
in der Kamera 10 kein überlappendes Abtasten verwendet.
Aus den nachstehend wiedergegebenen Gründon wird jedes Betrachtungsfeld sequentiell abgetastet,
bas das gesamte Abtastfeld überstrichen ist. Das von der
Kamera 10 gelieferte Video-Ausgangssignal wird einem VidooproccKsor 14 zugeführt. Der Videoprocessor 14 gibt
ein getaktetes, digitalisiertes Videoausgangssignal ab,
das durch Steuerung an das Optimum für die Lichtstärke in der Betrachtungsszene, gesehen von der Optik 12, angepaßt
ist.
In Fig. 3 ist ein detaillierteres Blockschaltbild des
in Fig. 1 dargestellten Videoprozessors 14 wiedergegeben. Eine mit der Kamera 10 verbundene Zeitschaltung 16
erzeugt die notwendigen Synchro- und Dunkelabtastsignale.
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Diese Signale sorgen für die Elektronenstrahlablenkung in der Vidicon-Röhre und steuern diese. Das Vorderende
bzw. die Frontscheibe 18 der Vidicon-Röhre ist in Fig. mit dem abzutastenden Rasterbild dargestellt. Der äußerste
linke Boreich der Frontscheibe 18 deckt einen Abschnitt des abzutastenden Rasterbereiches dadurch ab, daß er als
lichtundurchlässiger Bereich 20 ausgebildet ist. Der Elektronenstrahl der Vidicon-Röhre startet bei seiner
Ablenkung ir, linken Bereich 22 und schwenkt dann bis zur rechten Seite 24 des abzutastenden Rasterbereiches.
An diesem Punkt wird der Elektronenstrahl infolge eines Rückführimpulses wieder zur linken Seite bzw. zum linken
Bereich 22 zurückgeführt und dann zu Abtastzwecken wieder nach rechts geschwenkt, wobei die nunmehrige Abtastzeile
unterhalb der vorangehenden Abtastzeile liegt.
In der Kamera 10 startet der Elektronenstrahl an der den linken Bereich 22 links begrenzenden Linie und
streicht dann bis zur Kante des lichtundurchlässigen Bereiches 20, d. h. bis zur Linie 26. Hierbei "sieht"
der Elektronenstrahl optisch einen schwarzen Bereich. Demgemäß erzeugt er ein elektrisches Ausgangssignal,
das gleich dem Dunkelstrom der Vidicon-Röhre ist.
Eine Betrachtung der FMg. 4Λ zeigt das Verhältnis zwischen
dem Dunkeisteuer- bzw. Austastpegel während der Strahlrückführung und dem Pegel, des Schwarzpegelsignals, das dem
optischen Schwarz (und dem Dunkelstrom) entspricht.
Gemäß Fig. 3 wird das Videoausgangssignal der Kamera über einen Kopplungskondensator 30 einem Mittelwertbildner
32 zugeführt. Letzterer v/ird bisweilen auch als Integrator bezeichnet. Das Eingangssignal des Mittelwertbildners
32 wird über ein Schaltelement 34 an Masse
030 0 11/08ßa
gelegt. Das Schaltelement 34 wird mittels eines Ausgangssignals der Zeitschaltung 16 gesteuert. Die Zeitschaltung
16 erzeugt einen Impuls, der kürzer oder gleich derjenigen Zeit ist, welche der Abtaststrahl der Vidicon-Röhre zur
Abtastung des in Fig. 2 gezeigten Bereiches der Frontscheibe 18 von der Kante des linken Bereiches 22 bis zum
Ende des lichtundurchlässigen (Dunkelstrom) Abschnittes
bzw. zur Linie 26 benötigt. Dieser Zeitinapuls ist in Fig. 4C dargestellt. Er bewirkt ein Anlegen des Mittelwertbildners
32 an Masse für die Zeitdauer, während welcher die Vidicon-Äbdunklung abgetastet wird. Hierdurch wird
ein Dunkelstrom-Bezugssignal erzeugt. Mit anderen Porten
v/ird das Dunkelstromsignal als Bezugsspannung auf Masse gehalten. Hierdurch wird ein auf Masse bezogenes Bezugssignal gewonnen, das dem optischen Schv/arzsignal äquivalent
ist. Der Zeitimpuls fällt auf Null ab, wenn der
Elektronenstrahl die Linie 26 auf der Frontscheibe 18 der Vidicon-Röiire passiert. Das in Fig. 4h wiedergegebene
Videosignal wird dem Mittelwertbildner 4 2 zugeführt. Dieser führt eine Integration des Eingangssignals über
die Zeitdauer einer kompletten Abtastung durch und bildet hierbei den Mittelwert. Stattdessen kann auch die Zeitdauer
über einen kürzeren Bereich ausgeführt !-/erden, wobei
dieser Bereich mittels der Zeitschaltung 16 gemäß den für die Auslegung des erfindungsgemäßen Systems maßgeblichen
Parametern festgelegt wird.
Das Ausgangssignal des Mittelwertbildners 32 v/ird einem Tastwertspeicher 35, auch Momentanwertspeicher oder Sample
and Hold-Glied genannt, zugeführt. Der Tastwertspeicher
speichert den Mittelwert des Signals für eine vollständige Elektronenstrahlabtastung und speichert diesen Wert
für die nachfolgende Äbtastzeile als vorgegebenen Mittelwert. Für Werte oberhalb dieses Mittelwertes "liest" das
0 3 0 0 1 1 / 0 (? b Ö
System weiß (digitalisiertes Videosignal =1). Für Werte unterhalb dieses Mittelwertes liest das System Schwarz
(digitalisiertes Videosignal = 0).
Die Erzeugung des variablen Schwellwertpegcls entspricht darnach einer Anpassung der mittleren Lichtintensität, welche
die Kamera 10 während einer einzelnen Abtastung feststellt.
Der Schwellwertpegel wird dann als Ausgangspunkt für die Erzeugung eines digitalisierten Videosignals während der
nachfolgenden Abtastzeile verwendet. Für eine Lichtquelle, die mit gegebener Intensität das jeweilige Betrachtungsfeld beleuchtet, sollte der veränderbare Schwellwertpegel
für alle praktischen Zwecke im wesentlichen konstant bleiben. Tn der Praxis ändern jedoch Lichtquellen ihre
Lichtstärke; externes Unigebungslicht ist manchmal vorhanden
und bisweilen wird auch zusätzliches Licht auf eine gegebene Szene eingestrahlt. Dies führt dazu, daß
der von der Kameraoptik getastete Gesamtbeleuchtungspegel sich ändert. Die Erzeugung eines variablen Schwellwertpegels,
der sich jeweils an die von der Kamera 10 festgestellten tatsächlichen Beleuchtungsverhältnisse für jede
Abtastzeile anpaßt, vergrößert die Zuverlässigkeit des Ausgangssignals durch kontinuierliche Anpassung des Schwellwertpegels
an die zu betrachtende Szene bzw. das Bild.
Ein Analogkomparator 36 vergleicht das Videoausgangssignal der Kamera 10 mit dem variablen Schwellwertpegel, der
mittels des Tastwertspeichers 35 während der vorangegangenen Abtastzeile festgestellt wurde. Der Analogkomparator
36 gibt auf diese Weise digitalisierte Ausgangssignale ab.
Die Erzeugung diskreter Ausgangssignale wird mittels eines Taktgebers 40 für das System bzw. die Verarbeitungsschaltung
erzielt. Im dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel arbeitet der Taktgeber 40 mit ungefähr 5 MegHz
030011/O8S0
2335261
und erzeugt positive Impulse, die einen Abstand von 210
Nanosek. haben (Fig. 4Bj. Der Taktgeber 40 dient als Taktgeber für das Gesamtsystem. Er steuert die Erzeugung
sämtlicher abgeleiteter Takt- bzw. Zoitimpulse der Zeit™
schaltung 16. Hierdurch wird sichergestellt, daß sämtliche vom System erzeugten Impulse sowohl in den Untersystemen
der Kamera,als auch in den Untersystemen für die Signal- und Datenverarbeitungsanlage synchron zueinander
sind.
Der Taktgeber 40 taktet die digitalisierten Videoausgangssignale des Analogkomperators 36 über eine bistabile
Kippstufe bzw. ein Flip Flop 42 an. Die Anstiegsflanke
jedes Taktimpulses setzt den Flip Flop 42 auf den Pegel di-:; uiqitaii α ι orten ViUt-osigna3 s . Das Ausqangssiqna]
des Flip Flops 42 ist deshalb ein getaktetes digitalisier tes Signal, wie es beispielsweise in.Fig„ 4D dargestellt
ist.
Fi >j. 4 zeigt, daß sämtliche Impulse mittels des Taktgebers
40 zeitlich aufeinander abgestimmt sind.
L- Betrachtung der Fiq. 3 zeigt;, daß zu Beginn jeder
Abtafit/eiJe ein Impuls der Zeitschaltung 16 das Schalt=
element 34 ar..-: fceuert, v/t,-Ich gh die Einganqsklernme des
Kittelv;ertbil iners 32 an Masse legt und hierdurch ein
auf Mar.Ho bez-'-genes Ausgangssignal bzw. ein Schwarz-I-'·-gel
signal b>..-wirkt. Der Koppelkondensator "Ϊ0 kann sich
hierbei auf den Gleichstrom-Schv/arzpegel aufladen, der
an der Ausgangsklemme der Kamera 10 anliegt. Hierdurch wii'd die Spannung am Koppelkondensator 30 dem Wachse 1-stron-optischi^n
Schwarzpegel, der als Benugseingangssignal auf Masse gehalten wirdf gleichgesetzt. Die Mittelwertbildung des Signais über eine vollständige Abtastzeile
erzeugt einen veränderlichen Schwsllwertpegel für
aufeinanderfolgende Abtastzeilen. Der Analogkomperator
gibt ein geeignetes Ausgangssignal ab, das davon abhängt, ob das Videosignal oberhalb oder unterhalb des zuletzt
festgestellten variablen Schwellwertpegels liegt. Der Schwellwertpegel wird für jede Abtastzeile auf den neuesten
Stand gebracht.
Die Mustererkennungsvorrichtung basiert auf dem Verfahren, daß zunächst ein zuverlässiges getaktetes digitalisiertes
Videoinformationssignal hergestellt wird, das sich in diskreten Schritten zwischen 1 und 0 ändert, und zwar
als Ergebnis einzeln optisch abgetasteter Bildabschnitte, die entweder als hell oder als dunkel eingestuft werden.
Das beschriebene Abtastsystem erzeugt ein Null-Ausgangssignal,
wenn ein dunkies Bildsegment (Spannung unterhalb des Schwellwertes) abgetastet wird. Ein Eins-Ausgangssignal
wird abgegeben, wenn ein heller Bildabschnitt (Spannung oberhalb des Schwellwertes) getastet wird. Betrachtet
man eine einzelne Abtastzeile, dann erzeugt die Videokamera 10 einen Impulszug mit einer vom Taktgeber
40 vorgegebenen Zeitfolge, wobei die Impulse zwischen 0 und 1 schwanken. Dieser Impulszug ist in Fig. 4B dargestellt.
Die Entwicklung eines Mustererkennungssystems hat in der Vergangenheit inim.;r unt-r dem Problem gestanden, daß
einander diametral entgegengesetzte Forderungen erfüllt worden sollten. Um die notwendige Auflösung zu erhalten,
muß der Elementarbit (Elementarinformationseinheits)-Bereich
notwendigerweise sehr klein sein.
Wird allerdings ein sehr kleiner Elementarbitb'.;reich
verwendet, dann muß jeder Bitbereich durch ständigen Vergleich einer Bezugsinformation aus einem Speicher gegen
die Echtseitinformation gefaltet werden. Je kleiner also
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ein Elementarbitbereich ist, umso mehr Zeit benötigt man für eine vollständige Untersuchung des Musters« Selbstverständlich
kann die Datenverarbeitungszeit dadurch verkürzt werden, daß die Komplexität des Musterorkennungssystein:;
erhöht wird. Dadurch steigen allerdings die Kosten und die Störanfälligkeit des Systems, so daß diese Lösung
aufgrund der derzeitigen Marktlage kein konkurrenzfähiges
Produkt darsteilen würde.
Würde man dagegen den Elementarbereich vergrößern, dann
würde sich die Anzahl der zu untersuchenden und für eine Faltung vorgesehenen Bereichs verringern. Dies würde jedoch
zu einem vergleichsweise weniger genauen Ergebnis und damit zu einer höheren Fehlalarmquote führen,, was
sich nachteilig auf die beabsichtigte Anwendung eines derartigen Systems auswirkt.
Bei vorliegender Erfindung wird ein hochfrequenter Taktgeber
in der Größenordnung von 5 MegHz verwendet. Dieser
erzeugt eine Reihe von Taktimpulsen, deren Vorderkantenabstand 210 Kanosek. ist. Das Zeitintervall zwischen zwei
aufeinanderfolgenden Impulsen legt die Elementargröße
eines Bildelementes bzw. Pixels fest. Das in Fig. 4D wiedergegebene getaktete digitalisierte Videosignal
zeigt, daß das Videoausgangssignal getaktot oder in diskrete
Pixeil unterteilt worden ist; ferner, daß jedes
Pixel dadurch gekennzeichnet ist, daß es entweder einen KuIl- oder einen Hins-Pegei hat, wobei der jeweilige
Pegel davon abhängt, ob das Pixel einem Hell- oder Dunkel-Signal entspricht. Die in Fig. 4D dargestellte
Impulsfolge kann daher in binärer Form durch die nachstehende Ziffernfolge dargestellt werden:
11101100001IGIIIOOOO 10«
GJC £' 1 1 /0®i
" 30 " 29352S1
Das Gesichtsfeld einer TV-Kamera verwendet ein Raster, das sich vorzugsweise nicht überlappt. Jede Rasterzeile
besteht im wesentlichen aus 250 Pixeln. Der Rasterzeilonabütand
beträgt ein Pixel. Das Gesamtgesichtsfeld ist im bevorzugten Ausführungsbeispiel aus 250 Pixeln pro Zeile
und 240 Zeilen aufgebaut, so daß es insgesamt etwa 60.000 Pixel enthält.
Nach der erfindungsgemäßen Lehre können das genau angegebene
Gesichtsfeld im wesentlichen in Echtzeit untersucht und die gespeicherte Information gegen die Echtzeitdaten
gefaltet werden. Hierdurch können die jeweiligen Koordinaten für die bestmögliche Anpassung zwischen dem
gespeicherten Muster und dem entsprechenden Muster im Echtzeitbild angegeben werden. Diese Ergebnisse werden
mit einem minimalen apparativen Aufwand und einer minimalen Zeit erzielt. Gleichzeitig werden eine bisher nicht
erreichte Genauigkeit und Zuverlässigkeit erzielt.
Die vorstehend wiedergegebenen Vorzüge werden dadurch erreicht, daß zunächst eine Grobuntersuchung unter Verwendung
eines "Superpixels" durchgeführt wird. Das Superpixel besteht aus 4 mal 4 Pixeln und umfaßt eine Fläche von 16
Pixeln. Die Grobuntersuchung wird gleichzeitig in zwei Dimensionen über den gesamten wirksamen Bereich (des
Röhrenfeldes) durchgeführt. Eine ständige Korrelationsmessung
wird mittels einer 8 mal 8 Faltungseinrichtung vorgenommen, und die Meßergebnisse werden in einem Speicher
abgelegt. Diejenigen Koordinaten, welche den höchsten Korrelationswerten entsprechen, werden mittels eines
Doppel-Höchstwert-Detektors festgelegt. Sie repräsentieren die in den Superpixel-Einheiten ausgedrückten Koordinaten,
welche der besten Anpassung aufgrund der Vor- bzw. Grobuntersuchung entsprechen»
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Die endgültige Untersuchung ist eine Feinuntersuchung in normalen Pixel-Einheiten. Sie wird jedoch auf denjenigen
Bereich beschränkt, welcher die aufgrund der Grobuntersuchung gefundenen beiden Höchstwertspitzen-Koordinaten
umgibt. Der aufgrund der Feinuntersuchung festgestellte höhere der beiden Spitzenwerte legt diejenigen Pixelkoordinaten
fest, welche der bestmöglichen Anpassung entsprechen.
In Fig. 5 ist ein vollständiges Gesichtsfeld mit ungefähr 250 mal 240 Pixeln bzw. Bildbausteinen dargestellt» Das
Gesichtsfeld wird, von dem Kästchen 50 umgrenzt. Das kleinste Kästchen 52 innerhalb des Gesichtsfeldes dient
als Bezugsbereich mit 64 mal 64 Pixeln bzw.4096 Pixeln=
Der Bezugsbereich repräsentiert die im Speicher eingeschriebene Information. Diese Information muß Pixel für
Pixel mit der Information im-wirksamen Bereich und in
Echtzeit verglichen werden.
In einem früheren Ausführungsbeisniel wurde eine· 64 Bit-Falcunqscinheit
verwandet, um 64 Pixel in einer Zeile des Untersuchiinqsbereiches
nut 64 Pixeln ii<--r ersten Zeile eines BezugsbereieheK zu vergleichen,
w.I.K-i He r.orrt i at ion: 3W^rU- ;e.;[seidierL und die r-ixel-für-Pi:-:--·] -Untersuchung
bis zur* Knde der -Zeile durchgeführt und sodann der Untersuciuingsvorgang für
die nächste Zeile wiederholt ■■ wurde „ Dieses Verfahren
wurde für jede der 34 Zeilen im Bezügsbereich wiederholt, wobei r:er Gesamtkorrel ationswert in jeder Position
in Beziehung .:u den bei früheren Untersuchungen gespeicherten Werten gesetzt bzw. z.u diesen hinzugefügt wurde«
Die Koordinaten mit der höchsten Akkumulation bzw. Korrelation gaben den Ort der besten Anpassung an» Zwar
konnten mit diesem System zufriedenstellende Ergebnisse
erzielt werden? die für sine vollständige Untersuchung
benötigte Zeit stellte sich aber als Hindernis dar. Demgemäß hatte dieses System relativ geringen wirtschaftlichen
Gemäß der Erfindung wird die erste bzw. Grobuntersuchung mit einem Bezugsbereich von 256 Superpixeln (siehe Fig. 5)
durchgeführt. Jedes Superpixel weist 16 reguläre Pixel
auf. Die effektive Auflösung des Systems wird dadurch um den Faktor 4 in jeder Dimension verringert.
Die reduzierte Auflösung führt zu einer entsprechenden Verringerung der Genauigkeit, mit welcher das Bezugsmuster
mit dem Bild bzw. der Szene in Beziehung gesetzt werden kann.
Beim ersten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens müssen
demnach der Speicher für die Superpixel und der Speicher für die regulären Pixel mit derjenigen Bezugsinformation
beschrieben werden, welche der Untersuchung für das Gesichtsfeld zugrundegelegt wird. Dieser Verfahrensschritt
wird die Ladephase genannt.
Gemäß Fig. 6 werden die digitalisierten Taktimpulse am
Ausgang des Videoprozessors 14 sowohl einem gesteuerten Multiplexer 64 als auch einem Superpixe]-Generator 66
zugeführt. Eine Multiplexersteuerlogik 68 steuert die
Zeit für die Aufnahme- oder Sperr-Zustände des Multiplexers 64, in welchen er die Weitergabe entweder der
Ausgangssignale des Superpixel-Generators 66 oder der getakteten Videoausgangssignale des Videoprocessors 14
zu einem Schieberegister 72 bewirkt.
Während des Ladens des Bezugspeichers wird der in Fig. 5 angegebene Bezugsbereich Pixel für Pixel in das Schieberegister
72 eingeschrieben. Das Schieberegister 72 ist
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im wesentlichen ein serieii-Eingangs/paraliel-Ausgangsmodul
zur Beschickung des P.ixelbezugspeichers 62» Die Zeitsteuerung des Bezugsspeichers 62 zur Aufnahme entweder
der Pixel oder der Suparpixel wird mittels einer Bezugsspeicher-Steuerlogik 64 bewirkt,, die ihrerseits
fest mit dem Haupt-Taktgeber 40 verbunden ist.
Während des Einschreibens der Superpixel in den Bezugs-"
speicher 62 sperrt der Multiplexer den Ausgang des Videoprocessors 74 zum Schieberegister 72 und gibt dafür
eine übertragung ~ioia Superpixei-Generator 66 zum Schieberegister
72 frei. Hierbei wird der Pixelbezugsspeicher zur Aufnahme der Superpii:el-Information gesteuert., Auf
diese Weise wird Speicherinforraation vom Bezugsbereich
sowohl in Pixelform als auch nachfolgend in Superpixelform
in den Pixelbesugsspeicher 62 für späteren Gebrauch
eingespeichert.
Zu Erklärungs- und Beschreibungszwecken wurden gewisse
Vereinfachungen bezüglich der Leitungen des Blockdiagramms vorgenommen, um die Steuerleitungen und Signalleitungen
einfach darstellen zu können»
Der SuperpiKel-Generator 66 besteht tatsächlich aus einem
zvieidimensionaien Digital-Filter, das gleichzeitig vier Pixel in einer Richtung und vier v/eitere Pixel in einer
dazu ortogonalen Richtung tastet, so daß insgesamt eine
Fläche von 16 Pixel überdeckt wird, um ein einziges Ausgangssignal
zu erzeugen, das entweder eine Eins oder eine Hull für sin Superaixel ist? ist es notwendig„ die Anzahl
der Einsen mit der Anzahl der Mullen im Tastbereich zu vergleichen. Meist beispielsweise der Tastbereich 10
Einsen und 6 Nullen auf, dann ist der Wert.des entsprechenden
Superpixels aufgrund der ifejoritätsverhältiiisse
e 3 ο ο 11 / ο 111
als eine Eins festgelegt. Sind mehr Nullen als Einsen vorhanden, dann wird dem Superpixel der Wert Null gegeben.
Weisen jedoch in einem Superpixel 8 Pixel eine Eins und 8 Pixel eine Null auf, dann wird das Superpixel willkürlich
mit Eins bewertet. Diese willkürliche Favorisierung des Eins-Zustandes hat keinerlei Auswirkungen auf die
Genauigkeit des Gesamtsystems, da vorstehende Ausführungen lediglich auf die Grobuntersuchung, nicht jedoch auf die
Feinuntersuchungen bezogen sind. Die tatsächliche Größe eines Superpixels liegt im Ermessen des Planers der Anlage;
sie ist lediglich durch System -bedingte Forderungen und beabsichtigte Anwendungen festgelegt.
Das wesentliche Konzept liegt in der Anwendung einer "elektronischen Defokussierung" zum Zwecke einer Zeitersparnis
für die Untersuchung und einer Reduzierung der Komplexität der Festverdrahtung, und zwar durch die Einrichtung
einer Doppeluntersuchung mit einer reduzierten Auflösung und Genauigkeit in der ersten Untersuchung.
Für einen Superpixelgenerator kann anstelle des vorstehend genannten zweidimensionalen Digitaifilters auch
ein zweidimensionales Analogfilter verwendet werden, das vor den Videoprozessor 14 geschaltet ist.
In Fig. 7 ist ein Blockdiagramm für einen Superpixel-Generator in Form eines zweidimensionalen Digitalfilters
und eines Komperators dargestellt.
Das Ausgangssignal des Videoprocessors 14 ist eine Kette von getakteten digitalisierten Videopixeln, die einem
Serpentinen-Schieberegister 76 zugeführt werden. Das Schieberegister 76 besteht im wesentlichen aus einem
seriell-Eingangs/seriell-Ausgangs-Schieberegister. Eine
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detailliertere Darstellung eines Serpentinen-Schieberegisters wird anhand der Fig„ 9 gegeben. Die vier Ausgangs!
eitungen des Serpentinen-Schieberegisters bestehen
aus vier aufeinanderfolgenden Leitungen mit getakteten
digitalisierten Videoinformationen, wobei jeweils vier Ausgangssignale in vertikaler Richtung einander entsprechen»
Die vier Ausgangssignale werden in einem seriell-Eingangs/parallel-Ausgangs-Schieberegister 78
gedehnt, so daß 16 Ausgangssignale erhältlich sind, und zwar vier Pixel für jede der vier Leitungen» Alle 16
Leitungen werden einem Einsenzähler 80 zugeführt, der im wesentliehen aus einem programmierbaren Festwertspeicher—
chip besteht, der so programmiert ist, daß er die Anzahl der Einsen in der ausgewählten Adresse ausgibt« Auf den
fünf Ausgangsleitungen steht eine Zahl an, weiche die Gesamtzahl der Einsen von null bis sechzehn repräsentiert»
Dieses Ausgangssignal wird einem Komparator 82 zugeführt» Der Komparator 82 vergleicht die Gesamtzahl der Einsen
auf der Eingangsleitung gegen einen vorgegebenen Wert, nämlich den Wert Q. Ist die Anzahl der dem Komparator
zugeführten Einsen größer oder gleich 8, dann liefert der Komparator 82 als Ausgangssignal eine Eins. 1st dagegen
die Gesamtzahl der dem Komparator 32 zugeführten Einsen kleiner als 8, dann liefert der Komparator als Ausgangs-Hiqnal
eine Null. Das Ausgangssigna] des Kamparators ist demgemäß eine Eins oder eine Null. Es repräsentiert das
Saldoausgangssignal der 16 Pixel, die gleichzeitig vom Superpixelgen'.-rator 66 verglichen und gemessen wurden =
Aus Fig. 6 ergibt sich, daß die Gesamtkapazität des Superpixtj]
-Bezugsspeichers 62 nur ein Sechzehntel der Gesamtkapazität
des Pixelbezugsspeichers 60 ist. Da insgesamt weniger Superpixei vorhanden sind, ist es möglich, die
Grobuntersuchung erheblich schneller durchzuführen als bei
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einer Pixel für Pixel durchgeführten Untersuchung.
In Fiy. 8 ist ein Blockdiagramm dargestellt, welches
diejenigen Grundkomponenten veranschaulicht, die zur Durchführung der Phase Eins oder Erstuntersuchung, auch Grobuntersuchung
oder Untersuchung mit geringer Auflösung genannt, verwendet werden.
Das Prinzip der Grobuntersuchung wird besonders anhand der Fig. 5 deutlich, welches den Bezugsbereich mit 256
Superpixeln veranschaulicht, der, gemäß den vorstehenden Beschreibungen zum Laden bzw. Beschreiben der Speicher,
im Speicher enthalten ist.
Der Gesamt-Superpixelbereich ist in vier 8 mal 8 Superpixel-Bezugsunterbereiche
unterteilt. Diese" Unterbereiche sind durch die Bezugszeichen I, II, III und IV gekennzeichnet
Jeder δ mal 8 Superpixelunterbereich enthält insgesamt 1.024 Normalpixel.
Die im folgenden beschriebene Untersuchung beginnt mit dem ersten Bezuqsbereich, welcher der oberen linken
Ecke ilc:: wirksamen Bereiches überlagert ist. Die Anzahl
der Anpassungen in dieser Position wird in f.-iner ersten
Spc i ch'.-rst el Ic akkumuliert. Der erste Supc ί ; ; ;-:ol -fc'/ugsbereich
wird dann zwei Pixel weiter nach rechts bewegt und erneut mit 'Jem Untorsuchungsbild gefaltet. Die Gesamtzahl
der Anpassungen wird in einer zweiten Speicherstelle
akkumuliert. Dieses Verfahren wird alle zwei Pixel weiter wiederholt, bis das Ende der Abtastzeile erreicht
ist. Der Bezugsbereich wird alle zwei Pixel und alle zwei Zeilen gefaltet, bis der Bezugsbereich I vollständig
mit dem gesamten Gesichtsfeld gefaltet worden ist.
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Die Summe der Einzelverglei.che wird an einer gesonderten
Speicherstelle akkumuliert.
Da der 8 mal 8 Superpixel-Bezugsbereich I insgesamt 64 Superpixei enthält, ist es möglich, an irgendeiner Speicherstelle
eine maximale Anpassung von 64 zu haben. Eine derartige Anpassung repräsentiert eine vollständige Korrelation
zwischen dem Bezugsbereich I und einem Bereich im zu untersuchenden Gesichtsfeld. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Maximalausgangssignal der Faltungseinrichtung
auf 12 begrenzt, und zwar dadurch, daß ein Schwellwert vorgesehen worden ist, v/elcher einen Ausgangswert
von 12 einer Maximalanpassung"von 64 gleichsetzt. Im Falle einer einzigen Fehlanpassung würde der Wert 11
auftauchen und eine tatsächliche Anpassung von 63 angeben«, Ein Ausgangswert von 0 bedeutet irgendeine Anpassungszahl,
die unter 52 liegt. Weist ein Superpixei weniger als 52 Anpassungen auf, dann liegt eine Korrelation vor, die
nicht ausreicht.
Der zweite Bezugs-Unterbereich wird dann in Stellung zum Gesichtsfeld gebracht, jedoch um 8 Superpixei vom ersten
Unterbereich entfernt, um die räumliche Beziehung zwischen dem zweiten Bezugsunterbereich und dem ersten Bezugs-Unterbereich
einzuhalten. Das vorstehend mit dor ersten Bezugszelle durchgeführte Verfahren wird auch in der zweiten
Bezugszelle durchgeführt, die zweite Zelle wird also verglichen
und nacheinander jeweils um 2 Zellen weiter nach rechts verschoben, verglichen und mit der vorher in der
gleichen Position mit der ersten Bezugszelle erhaltenen Summe gespeichert bzw. akkumuliert. Der zweite Bezugsunterbereich
wird dann mit dem gesamten Gesichtsfeld in ähnlicher Weise wie der erste Bezugsunterbereich gefaltet, wobei
ein Korrelationswert an jeder Position erhalten und zum dem vorher durch Einsatz des ersten Bezugsunterbereiches I
erhaltenen Wert gespeichert bsw= akkumuliert«,
- . " 030011/0888
Nach Beendigung des mit dem zweiten Bezugs-Unterbereich durchgeführten Verfahrens kann die gesamte Akkumulation
auf jedem Speicherplatz zwischen den Werten 0 und 24 schwanken, wobei der Wert 24 einer Maximalkorrelation von
128 entspricht.
Die vorstehend beschriebenen Verfahrensschritte werden auch mit dem Bezugs-Unterbereich III wiederholt. Hierbei
wird in dem Bezugsfeld 8 Superpixel unterhalb des Startpunktes des ersten Bezugs-Unterbereiches I begonnen und
dann die Messung jeweils alle zwei Pixel wiederholt. An jedem Ort wird ein Vergleich durchgeführt. Die Gesamtzahl
in jeder Speicherzelle kann zwischen 0 und 36 schwanken.
Die vorstehend beschriebenen Verfahrensschritte werden
schließlich auch für die vierte 8x8 Superpixelzelle
wiederholt. Hierbei wird an einem Punkt begonnen, der 8 Superpixel unter dem Startpunkt des zweiten Bezugs-Unterbereiches
II und 8 Superpixel weiter vom dritten Bezugs-Unterbereich III liegt. Auch hierbei werden alle
zwei Pixel eine Position untersucht und die Werte akkumuliert, wobei als maximal mögliche Gesamtsumme der Wert 48 in jeder
der 4096 Speicherzellen möglicht ist. Der Wert 48 würde natürlich eine vollständige Anpassung zwischen der Gesamtbezugsfläche
und dem zu untersuchenden Bereich darstellen.
Aus Fig. 5 ergibt sich, daß der Startpunkt für jede Untersuchung innerhalb des Untersuchungsbereiches liegt,
der im wesentlichen aus 128 χ 128 Pixeln besteht. Da die
Untersuchung jeweils um ein zwei Pixel enthaltendes Intervall weiterrückt, beträgt die Gesamtzahl der Einzeluntersuchungen
innerhalb einer Zeile 64. Die Gesamtzahl der Zeilen wiederum beträgt 64. Dies führt zu insgesamt 4096
einzelnen Untersuchungsorten. Das Ergebnis jedes der 4096 Vergleiche wird auf einen gesonderten Speicherplatz einge-
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schrieben. Die beiden höchsten Korrelationsworte werden
kontinuierlich erneut bewertet und auf den neuesten Stand gebracht. Hierzu wird ein Doppel-Höchstwert-Detektor eingesetzt.
Die Adressen der Speicherortc der beiden Höchstwerte werden als Ergebnis der Grobuntersuchung aufgezeichnet»
In Fig. 8 ist ein Suchgerät für die Grobuntersuchungskoordinaten als Blockschaltbild dargestellt. Die Funktion
des Suchgerätes besteht darin, die Koordinaten der beiden aufgrund der Grobuntersuchung ermittelten Höchstwerte
f (^stzunt öl lon.
Gloiche Funktionseinheiten und Blöcke sind durch gleiche
Bezugszeichen gekennzeichnet. Sie sind lediglich aus VoIIstündigkeitsgründen und zum besseren Verständnis des
Gesamtsystems erneut aufgezeichnet worden.
lic,-im Grobvergleich wird das Ausgangssignal des Videoprozessors
# das ein getaktetes Digital-Videosignal ist,
dom Suf-.erpixe j-Generator 6 6 zugeführt. Da der Grobvergleich
gespeicherte Superpixel mit Echtzeitsuperpixel vergleicht, ist es notwendig, das tatsächliche Untersuchung:;bild
im Superpixelgenerator 66 zu zerlegen bzw. umzuwandeln. Der als Schalter arbeitende Multiplexer 64,
der.mittels der Multiplexer-Steuerlogik 68 gesteuert wird,
führt das Ausganqssignal des Superpixel-Generators in oi η ;:i rpontin-'-n-Sr-hi ober·- qi ster 70. Das Fern- nti nen-SchioberoqisL-
-r 70 v/ird anhand dor Fiq. ■■? noch näher
orlaut ort.. Da;- Ausqänqssignal dos Mu] t j pi c-xor-Sciia] lors
(:4 stollt ein« Pcilip von Huporpixeln, dir- vom Suporpixelijotu'ratoi"
66 -annjolu/n d,.u . Dio:;e Superpixo] roi ho v;ird
Horioll in das Sorpentinon-Schieboregistor 70 eingegeben.
iJa während dc-i Grobuntersuchung ein zv/ei di rnonsi onal es
Fold untersucht worden soll, müssen zunächst die Superpixel seriell in eine Reihe von sieben Schieberegistern
81, 83, 84, 8'.-, 88, 90 und 92 eingegeben v/erden. Die
Schieberegister sind jeweils eine Zeile lang, Dadurch wird sichergerteilt, daß nach acht Abtastungen bzw. Zeilen
die Information in wenigstens der ersten Zeile sämtlicher
acht Spalten am Ausgang der Schieberegister 81, 83, 84 bis 92 anliegt. In dieser Weise erscheint die Information
in der ersten Zeile der Leitung 1 am Ausgang des Schieberegisters
92; das Ausgangssignal der Leitung 2 in der ersten Zeile erscheint am Ausgang des Schieberegisters
und in entsprechender Weise geht es weiter bis zur Leitung mit dem Ausgangssignal der Leitung 8, welche auf der Direktleitung
zum Multiplexer 64 liegt.
Gemäß Fig. 8 werden die Ausgangssignale auf den acht Leitungen des Serpentinen-Schieberegisters 70 in die
Faltungseinrichtung 100 eingespeist. In der Faltungseinrichtung 100 wird die 8x8 Superpixelinformation
vom Bezugs-Unterbereich I direkt mit der zweidimensionalen
8x8 Superpixel-Bereich-Echtzeitinformation verglichen,
die vom Gesichtsfeld getastet wurde.
In Fig. 10 ist die Faltungseinrichtung 100 näher dargestellt. Die Ausgangssignale auf den acht Ausgangsleitungen
des Schieberegisters 70 werden jeweils einem einzelnen Achtspalten-Schieberegister 102 zugeführt. Nur ein Schieberegister
102 ist dargestellt. Jedes Schieberegister liest acht Spalten aus dem Speicher ab. Diese Werte können
mit acht Spaltenwerten des Videosignals, die im Bezugsspeicher 62 enthalten sind, verglichen werden. Die Ausgangssignal
c adressieren einen Festwertspeicher (ROM) 104, der dazu dient, ein Ausgangssignal für die Anzahl
der Anpassungen zwischen dem Muster im Schieberegister
102 und dem Muster im Bezugsspeicher 62 zu liefern. Die maximale Anpassung in jedem Festwertspeicher 104 ist
acht. Diese Zahl bedeutet, daß acht Sx^alten vollständig
mit acht Spaltenwerten aus dem Bezugswertspeicher 62 korrellieren. Die maximale Gesaratkorrelation sämtlicher
acht Festwertspeicher 104 hat den Wert 64.
Um die Komplexität und die benötigte Speicherkapazität
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ORIGINAL 'iNSPSCTED
zu reduzieren,, werden die Ausgangs leitungen einem programmierten
Dekodierfestwertspeicher 110 augeführt» Dieser reduziert den Ausgangsbereich von 64 (diese Zahl repräsentiert
eine maximale Anpassung]; auf einen maximalen Bereich von 12. Mit anderen Worten entspricht ein Ausgangswert
von 12 gleich einer Anpassung im Werte von 64.
In der Praxis können jedoch nur Informationen mit einem hohen Grad an Anpassung verwertet werden» Domgemäß ist es
nur wichtig, daß die zu hohen Anpassungswerten führenden Vergleiche bestimmt werden, unterhalb der Zahl 52 liegende
Vergleichwerte werden als unbrauchbar betrachtet. Deshalb ist der programmierte Dekodierfestwertspeicher 110 so
programmiert, daß er ein Ausgangssignai mit dem Wert 12 abgibt, wann auf sämtlichen von den programmierten Festwertspeichern
104 kommender. Eingangsieitungen eine Eins
anliegt«, Ein vom programmierten- Dekodierfestwertspeicher
110 abgegebener Ausgangswert von 12 ist demnach äquivalent
einem Anpassungswert von 64» Ein Ausgangswert von 11 entspricht
einer Anpassung mit äera Wert von 63 usv7..Ein Aus=
gangswert von Hull entspricht einem Änpassungswert der
kleiner oder gleich 52 ist.
Der Ausgangswert des programmierten Dekodierfestwertspeichers
110 für irgendeinen vorgegebenen zweidimensionaien -8 χ 8 Untersuchungsbercich liegt demnach zwirHion FJuIl und Zwölf«,
Gemäß Fig. 8 wird der AUKijanqawort dor Faitunq.sciinrichtung
100 auf vier Leitungen, welche oinon Wert zwischen Mull und ZwSI:
repräsentieren, einem Akkumulator 112 zugeführt» Der
Akkumulator 112 nimmt die Anpassungsdaten für jedes der 4096 Untersuchungsfelder an - diese Daten wurden durch
Vergleich jedes der δ κ 8 Superpixel-Unterbereiche mit
dem Gesichtsfeld gewonnen ■=■ und legt jeden Akkumalationswert
an einem gesonderten Speicherplatz in einem Speicher 114 ab. Jeder Speichsirpists im Speicher 114 ist einsein
JiSlTSiSSSIl UK.O: StSiISI^nG1FuTiISIiICdOS »/OB (?.2.Ti<SiC S
S 3 Ö G 11 / 0 I @ @
116 adressierbar. Mit den Ausgangssignalen des Akkumulators 112 werden die einzelnen Speicherplätze im Speicher
angesteuert. Gleichzeitig wird ein Doppel-Höchstwert-Detektor 118 angesteuert, welcher ständig die in den einzelnen
Speicherplätzen abgelegten Informationswerte überwacht und jeweils die beiden höchsten Korrelationswerte festhält.
Die Untersuchung für jeden 8x8 Bezugs-Unterbereich wird
4096 Mal durchgeführt. Für jede Untersuchung wird maximal ein Wert von 12 zu jedem der 4096 Speicherplätze hinzugefügt
und akkumuliert. Der Akkumulator 112 bringt jeden Speicherplatz im Speicher 114 auf den neuesten Stand.
Der Doppel-Höchstwert-Detektor 116 überwacht kontinuierlich
die beiden höchsten Akkumulationswerte, zeichnet diese auf und legt die Koordinatenpositionen in den Adressenspeichern
120 und 122 ab. Am Ende der mit dem Bezugs-Unterbereich II durchgeführten Untersuchung kann als Maximalzählung
in jedem der 4096 Speicherplätze die Zahl 24 stehen. Die beiden höchsten Akkumulatxonswerte werden im
Doppel-Höchstwert-Detektor 118 aufgezeichnet und deren
Adressen in den Adressenspeichern 120 und 122 abgelegt. Dieses Verfahren wird zweimal wiederholt, bis die mit
dem 8x8 Bezugs-Unterbereich IV durchgeführte Untersuchung
die 4096. Abtastung beendet. Die für jede der 4 096 Positionen sich ergebende Summe wird im Speicher 114 aufgezeichnet.
Die beiden höchsten Summen werden auch im Doppol-Höchatwort-Dotoktor aufgezeichnet. Die Adressen
dieser beiden Koordinaten werden in den Adressenspeichern 120 und 122 abgelegt. Hierdurch werden die Koordinatenorte
derjenigen Speicherzellen, welche die beiden höchsten Akkumulationswerte und damit die beiden besten Anpassungen
aufweisen, festgehalten.
Zu diesem Zeitpunkt ist die Grobuntersuchung beendet. Die den besten Korrelationen entsprechenden Speicherzellen
sind festgestellt worden? deren Koordinaten sind in den Adressenspeichern 120 und 122 abgelegt worden.
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Nach Beendigung der Grobuntersuchung wird als nächstes die Feinuntersuchung mit den 54 χ 64 Normalpixel-Bezugsfoereichen
um die Koordinaten durchgeführt, die mittels der Grobuntersuchung festgestellt und deren Adressen
in den Ädressenspeichern 120 und 122 abgelegt worden sineL
Zweck der Feinuntersuchung ist, mögliche Unklarheiten bezüglich des genauen Ortes der besten Anpassung zu beseitigen.
Die Feinuntersuchung geht von den in den Ädressenspeichern 120 und 122 abgelegten Adressen aus, Die Feinuntersuchung
soll nicht im Zentrum der Grobkoordinatenorte beginnen« Vielmehr muß sie demgegenüber nach links und
oben um eine Anzahl von Pixeln verschoben sei"n7 die
der Formel -■ - 1 - entsprechen, wobei K der Dimensionalität des
in Pixeln ausgedrückten Bezugswertes- ist. -
Im bevorzugten Ausführungsbeispiel wurde eine 8 χ 8 FaI=
tungseinrichtung {und damit Bezugsgröße) verwendet. Demgemäß
gibt die Formel an , daß das Zentrum der Feinuntersuchung an einer Stelle beginnen soll, die drei
Pixel nach links und drei Pixel nach oben von denjenigen Koordinatenorte liegt, die in die Adressenspeicher 120
und 122 eingeschrieben sind (Fig. 8). Die vorstehend angegebene Verschiebung berücksichtigt die Möglichkeit,
daß dor genaue Ort des Korrelationspeaks möglicherweise mit keiner der beiden Grobuntersuchungskoordinaten genau
zusammenfällt.
In Fig. 11 ist ein Blockdiagramm für die Feinuntersuchung dargestellt. Die getaktete, digitalisierte Videoinformation
des Videoprozessors 14 läuft durch den Multiplexer 64 zum Serpentinen-Schieberegister 70. Gemäß Fig» 9 hat
das Serpentinen-Schieberegister acht Leitungen und sieben Schieberegister 81, 83, 84 bis 92„ die in Echtzeit während
der Zeilenabtastung geladen werden müssen= Demnach benötigt
man acht Äbtastzeilen zum Einschreiben der ersten
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Zeile in das Schieberegister und dann acht Spalten von Pixeln, um die der Faltungseinrichtung 100 zugeordneten
Schieberegister zu laden. Zu diesem Zeitpunkt werden alle acht Spalten und alle acht Zeilen der Bezugsdaten
mit dom Gesichtsfeld gefaltet. Durch die Faltung werden Ausgangssignale erhalten, welche den Grad der Anpassung
bzw. die Korrelation zwischen den Echtdaten und den Bezugsdaten darstellt. Die Untersuchung findet in zwei Dimensionen
statt. Auch hierbei wird wieder - wie bei der Grobuntersuchung - ein Ausgangssignal erzeugt, das zwischen
Null und Zwölf schwankt, wobei die Zwölf die maximale Anpassung mit einem Wert von 64 repräsentiert. Das Ausgangssignal
wird im ersten der 49 Speicherplätze eines Speichers 121 abgelegt. Das der Faltungseinrichtung 100 zugeordnete
Schieberegister wird um acht weitere Spalten weiterbewegt, worauf ein zweiter 8x8 Vergleich stattfindet. Auch
hierbei kann wiederum der Maximalwert zwischen Null und Zwölf schwanken, wobei wieder Zwölf eine Maximalanpassung
von 64 repräsentiert. Der durch die zweite Messung gewonnene Zuwachs wird zum ersten Wert dazuaddiert und die
Gesamtsumme am selben Speicherplatz abgelegt. Dieses Verfahren wird alle acht Spalten wiederholt, bis das
Gesamtfeld von 64 Pixeln 8 Mal verglichen und die Summe im Akkumulationsspeicher 121 aufgezeichnet worden ist.
Der Akkumulationsspeicher 121 hat eine Gesamtkapazität von 49 Speicherplätzen.
Der Akkumulationsspeicher 121 wird von einer AkkumulationsspeicJier-Steuerlokig
123 gesteuert. Die Akkumulationsspcicher-Steuerlogik ihrerseits wird mittels dos Adressensteuerspeichers
124 angesteuert. Letztere wählt die Koordinatenzentren aus, um weiche die Feinuntersuchung
ausgeführt wird. Gewöhnlich führt ein einzelnes Untersuchungsfeld zu 64 Faltungen, die an einem vorgegebenen
Speicherplatz im Akkumulationsspeicher 121 akkumuliert werden.
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Die Akkumulationsspeicher 121 abgelegte Zahl repräsentiert die beste Anpassungzahl für einen 64 χ 64 Pixel-Bezug»
Die Gesamtzahl der Untersuchungen wird durch einen Pixelbereich festgelegt, der sieben Pixel breit sowie sieben
Pixel lang ist und dessen Zentrum die Koordinaten der Grobuntersuchung sind.
Aufgrund des Dafcenflusses ergibt sich, daß die Faltungseinrichtung 100 untätig ist, wenn das Serpentinen-Schieberegister
70 die sieben Leitungen lädt. Die Faltungseinrichtung 100 ist clarüberhinaus untätig, wenn das
Schieberegister 102 um sieben Säulen weitergeschoben wird und bevor eine 8x8 Faltung in zwei Dimensionen stattfinden
kann. Diese Leerlaufzeit kann dazu benutzt- werden, kontinuierlich eingehende Daten mit int Speicher gespeicherten
Bezugsdaten zu falten, nachdem das Serpentinen-Schieberegister und das Schieberegister geladen sind.
Mit anderen Worten, eine Faltung und 64 Akkumulationen können -für jeden der 49 Pixelpositionen durchgeführt werden.
Dies führt zu einer eindeutigen Anordnung -von 64 getrennten Akkumulationen, welche für jede der 49 Pixel wiederholt
wird. Die 49 Pixel sind hierbei um die Koordinaten des bei der Grobuntersuchung gefundenen Pixels herum angeordnet»
Der Adressen-Steuerspeicher 124 steuert die Akkumulationsspeicher-Steuerlogik
123, um die Koordinaten jedes der einer Akkumulation unterworfenen 49 Speicherplätze
herauszufinden» Die Adressen jedes der 49 Speicherplätze werden in an sich bekannter Weise akkumulierto Demgemäß
gibt"'die Faltungseinrichtung 100 ein Ausgangsignal ohne
Wartezeit ab.
Gemäß vorstehenden Ausführungen führt jede Akkumulation
zu einem Maximalwert von Zwölf für jeden Vergleich. Da für
jede Pixelposition 64 Akkumulationen vorgesehen sindj.
kama klsrdarGli an. jsdsia der 4S Speicherplätze iaassiifial
6 S ö Ö 1 1 / 0 S11
die Zahl 768 erhalten werden.
Die resultierende Aufspeicherung bzw. Akkumulation kann mittels einer einzigen Abtastzeile bewerkstelligt werden.
Das Verfahren wird für jede der beiden vorgesehenen Orte im Adressenspeicher 122 durchgeführt.
Das Ausgangssignal des Akkumulationsspeichers 121 wird
einem Höchstwert-Bowerfcor 126 zugeführt. Dieser stellt
fest, ob der getastete Höchstwert tatsächlich ein Höchstwert ist oder ob die ausgewählten Koordinatenorte gelöscht
werden sollen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel mißt der Höchstwert-Bewerter 126 die relative Schärfe eines
Höchstwertes. Dies wird einfach dadurch durchgeführt, daß vom Höchstwert nacheinander alle umliegenden 48 Werte
abgezogen werden. Hierdurch kann festgestellt werden, ob Höchstwert tatsächlich ein Höchstwert ist. Empirische
Untersuchungen haben ergeben, daß eine Differenzwertbildung zwischen dem ausgewählten Höchstwert und den
ihn unmittelbar umgebenden Höchstwerten und eine darauf folgende Addition der Differenzen zu einer Zahl führt,
welche ein Maß für die Reliabilität des ausgewählten Spitzenwertes ist. Eine unter der Zahl 200 liegende Summe
wird als untere Grenze für eine Reliabilitäts-Anzeige angesehen. In diesem Zusammenhang wird nochmals daran
erinnert, daß das erfindungsgemäße Mustererkennungsgerät
nicht zur untersuchung einer vollständigen Anpassung ausgelegt ist, sondern lediglich dazu dient, die beste Anpassung
festzustellen. Demgemäß ist es notwendig, ein Maß für die Qualität der besten Anpassung zur Hand zu haben,
um dadurch feststellen zu können, ob der gefundene Wert zuverlässig bzw. reliabel ist.
Der Höchstwert-Bewerter 126 führt ständig nacheinander Differenzbildungen durch. Er summiert diese Differenzen
als Maß für die Bewertung des ausgewählten Spitzenwertes.
0300 11/0868
Dieses Verfahren wird für die beiden während der Grofo™
untersuchung gefundenen Koordinatensätze durchgeführt»
Am Ende wählt der Höchstwert-Bewerter 126 denjenigen
Spitzenwert aus, v/elcher die höchste Reliabilitätszahl aufweist und somit als bester Bezugspunkt im Gesichtsfeld
angesehen wird. In der Feinuntersuchung berechnet der Höchstwertbewerter 126 einen Schwerpunkt 128 für diejenigen
Daten, die in unmittelbarer Umgebung des mittels des Höchstwert-Bewerters 126 ausgewählten Spitzenwertes liegen»
Der Schwerpunkt 128 entspricht einer Interpolation,,
mittels welcher das Zentrum einer Kurve gefunden werden soll, die sich am besten dein Spitzenwert anpaßt,, gleich=
gültig ob diese Kurve nun tatsächlich innerhalb eines
Pixels existiert oder ob sie zwischen zwei benachbarten
Pixeln liegt«
Die erfindungsgemäße Mustererkennungsanlage bzw= der
erfindungsgemäße Bildvergleicher benötigt insgesamt vier Untersuchungen ,um die beiden Grobpositionon festzustellen,und
eine weitere Untersuchung zur Ermittlung der Zeit für den Prozessor zur Verarbeitung der Information
mittels der Koordinatenauffindung. In der Feinuntersuchung worden zwei vollständige Untersuchungen benötigt," jeweils
eine um jede der beiden Grobpositionen; ferner eine zusätzliche Untersuchung zur Verarbeitung der Information»
Insgesamt werden also acht Untersuchungen benötigt„ um
die endgültigen Koordinaten für die bestmögliche Anpassung zu erhalten. In der Echtzeit benötigt man -für diese acht
Untersuchungen nicht mehr als 150millisec.
11/080
Claims (4)
- Ansprüche," 1. Müstererkennungsanordnung,, gekennzeichnet durch:eine Videokamera (10, 12, 18) zur Erzeugung eines Videosignales, das repräsentativ für einen zu untersuchenden Bereich ist,eine lichtundurchlässigo Einrichtung, die auf einem Teil der Videokamera (10, 12, 18) angeordnet ist, und ein Schwarzpefjel -Vi deo.sif}nal erzeugt, das einem richw-ir^un optischen Bild entspricht, welches durch die lichtundurchlässige Einrichtung (20, 22, 26) hervorgerufen wirdfeine Einrichtung (32) zur Mittelwertbildung des Ausgangssignals der Videokamera (10, 12, 18), bezogen auf das Schwarzpegel-Videosignal, um hierdurch eine veränderliche Ausgangs-Schwellwertspannung zu erzeugen,eine Einrichtung (36) zum ständigen Vergleich des Ausgangssignals der Videokamera (10, 12, 18) mit der Schwellwertspannung , um hierdurch den Ausgangspegel entsprechendder Lichtintensität zu ändern und - "030011/0866?935261einen Taktgeber (40) zur Digitalisicrung der einem Vergleich unterworfenen Videoausgangssignale, um hierdurch ein getaktetes digitalisiertes Videoausgangssignal zu erzeugen, das sich änderndenLichtintensitäten angepaßt ist.
- 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet/ daß die Videokamera (10, 12, 18) kapazitiv mit der Einrichtung (32) zur Mittelwertbildung gekoppelt ist und ferner eine Halteschaltung (34) vorgesehen ist, welche die Eingangsklemme der Einrichtung (32) zur Mittelwertbildung während desjenigen Abtastabschnittes an Masse legt, in welchem die Videokamera (10, 12, 18) die lichtundurchlässige Einrichtung (20, 22, 26) abtastet.
- 3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Halteschaltung (34) mittels eines von einer Zeitgeberschaltung (16) erzeugten Zeitimpulses gesteuert wird, dessen Dauer derjenigen Zeit entspricht, welche die Videokamera (10, 12, 18) zur Abtastung der lichtundurchlässigen Einrichtung (20, 22, 26) benötigt.
- 4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Ausgangssignale der als Analogkomparator ausgebildeten Vergleichereinrichtung (36) und des Taktgebers (40) einer bistabilen Kippstufe (42) zugeführt werden, um einen Wechsel von dessen Ausgangssignal mittels der Vorderkante jedes Taktimpulses dann herbeizuführen, wenn sich das gemessene Videosignal ändert.5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Ausgangssignal der Videokamera (10, 12, 18) während jeder Abtastzeile gemittelt,03001 1 /0880der Mittelwert in einem Tastwertspeicher (35) gespeichert und als Schwellwertspannung für die nächste Abtastreihe zur Verfügung gestellt wird, um hierdurch eine ständige Anpassung des mittleren Lichtpegels für jede Abtastzeile zu erzielen.6. Anordnung zur Mustererkennung, mittels welcher der beste Korrelationswert zwischen einem Bezugsbereich und einem Untersuchungsbereich in Echtzeit ermittelt wird, gekennzeichnet durch;eine Einrichtung (10, 14) zur Erzeugung getakteter digitalisierter Videoausgangssignale mit der Breite eines Pixels,eine Einrichtung (66) zur Erzeugung eines Superpixels mit einer Pulsbreite, die um einen vorgegebenen Betrag grüßer als ein Pixel ist,eine Einrichtung (62) zur Speicherung von Pixeln, die ein Bezugsmuster darstellen, an adressierbaren Speicherplätzen,eine Einrichtung (62) zur Speicherung von Superpixeln, welche das gleiche Bezugsmuster repräsentieren, in einem getrennten, adressierbaren Speicher,eine Hinrichtung (100) zur Faltung von Superpixeln, die vom zu untersuchenden Muster gewonnen wurden, mit den Superpixeln, die im Speicher gespeichert worden sind, sowie zur Erzeugung einer Zahl, welche ein Maß für den Vergleich bzw. die Korrelation jedes Mustersegmentes ist,eine Einrichtung zur Speicherung dieser Zahl für jedes Mustersegment in einem gesonderten adressierbaren Speicher (114),030011/0861?-Jf-eine Einrichtung (llS) zur Feststellung eier Maximalζanl und Identifizierung der Koordinaten der Speicheradresse für die Maxirrtalzahl als Maß für eine Brobortun- der bestehen SegmentKorrelation,eine Einrichtung zur Festlegung eines Untersuchungsmusters, das um die Grobkoordinaten angeordnet ist und eine ungerade A.izanl von Pixeln aufweist, v/ob ei das Koordinatenpixel in Zentrum angeordnet ist,eine Einrichtung (100) zur Faltung der in": Untersucr.ur.rsnuöter getasteten Pixel mit den in Speicher atgjl;, ·~·ν:--Λ Bezugspixeln, und Erzeugung einer Zanl, v;elcr.e -_-i;i λα.:, für die Korrelation jedes Hustersegmer.ts des Un-ersuchungsrnusters mit den Bezugsmustern ist, eine Einrichtung (123) zur Speicherung der für jedes Muster ermittelten Korrelationszahl in einem getrennten, aaressierbaren Speicner (121) undeine Einrichtung (126, 123) zur Festlegung des maximalen Korrelationswertes in jeden Muster-segment des üntcrsuchun^smusters und Identifizierung der Koordinaten der Adresse als .Maß für die Feinortung der besten Anpassung (Korrelation) .7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch g e k e η η-zeichnet , daft jedes Superpixel einen Bereich vcn Io Pixeln umfaßt.8. Anordnung nach Anspruch C, g e k e η r. ;: e i ζ :; r. e- z duroh eine Einricntung zur Bewertung cer <iualit;It der nächsten Korrelationszanl durch Vergleich der hScnsten Korrelationszahl mit allen übrigen Korrelationszahler, und Angabe einer Qualitätszahl.ORIGINAL ihäSPECTED 030011/0~5~ 29352819. Anordnung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Differenzbildung zwischen dem in einer vorgegebenen Speicherzelle festgelegten Maximalwert für die Korrelation und den Werten in den benachbarten Speicherzellen und Addition der Ergebnisse zur Ermittlung der Qualitätszahl.10. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß der Superpixelgenerator (66) ein zweidimensionales digitales Filter (76, 78, 80, 82) ist.11. Anordnung zur Mustererkennung,, mit welcher der Wert der besten Korrelation zwischen einem Bezugsbereich und einem Untersuchungsbereich in Echtzeit ermittelt wird, gekennzeichnet durch:eine Einrichtung (10, 14, 66) zur Erzeugung einer Reihe von getakten, digitalisierten Videoimpulsen, die für den Bezugsbereich repräsentativ sind,eine Einrichtung (62, 64, 68, 72) zur Einspeicherung der Reihe von getakteten Impulsen in viele voneinander getrennte programmierbare Speicherplätze,"eine Einrichtung (78) zur Erzeugung einer Reihe von gedehnten getakteten digitalisierten Videoimpulsen, die für den gleichen Bezugsbereich repräsentativ sind,eine Einrichtung (62) zur Einspeicherung der Reihe von gedehnton . getakteten Impulsen in mehrere, voneinander getrennte, unterschiedliche programmierbare Speicherplätze,eine Einrichtung (10, 14, 66) zur Erzeugung einer Reihe von gedehnten, getakteten digitalen Videoimpulsen des Untersuchungsbereiches in Echtzeit,030011/Οββ|eine Einrichtung (100) zur Faltung in Echtzeit, die Echtzeit-gedehnten Impulse mit den gespeicherten Impulsen in mehreren voneinander getrennten Untersuchungspositionen, um eine Zahl zu erhalten, welche ein Maß der Anzahl der Anpassungen in jeder Position ist,eine Einrichtung (112) zur Aufspeicherung der Zahl für - jede Untersuchungsposition in einem getrennten adressierbaren Speicher, der allenUntersuchungspositionen zugeordnet ist,eine Einrichtung (118) zur Feststellung des höchsten aufgespeicherten Wertes an jedem Speicherplatz, undeine Einrichtung (118) zur Feststellung der Adresse und demgemäß der Ortskoordinaten des Speicherplatzes mit der höchsten aufgespeicherten Zahl als Maß für das an das Vorlagemuster am besten angepaßte Untersuchungsmuster.12. Anordnung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Messung des höchsten aufgespeicherten Wertes in jedem von zwei Speichern (120, 122) zur Festlegung der Adresse der beiden Speicherplätze und Bestimmung der Koordinaten hierfür.13. Anordnung zur Bestimmung der besten Korrelation zwischen einem Bezugsbereich und einem Untersuchungsbereich in Echtzeit, gekennzeichnet durch eine Einrichtung für eine Grobuntersuchung zur Bestimmung der Koordinaten desjenigen Untersuchungspunktes, welcher Anzeichen für die beste Korrelation hat,eine Einrichtung zur Festlegung eines Untersuchungsbereiches mit einer ungeraden Anzahl von Untersuchungspositionen um die während der Grobuntersuchung fest gelegten Koordinaten, urn hierdurch die Koordinaten der030011/0868"7" 2935761Untersuchungsposition als Zentrum für die ungerade Anzahl der zu faltenden Untersuchungspositionen festzulegen,eine Einrichtung zur Faltung der von den Untersuchungspositionen gewonnenen Impulsen mit für den gesamten Bezugsbereich gespeicherten Impulsen für jede Untersuchungsposition, um hierdurch viele Einzelzahlen zu erhalten, die ein Maß für die Anzahl der Anpassungen zwischen jeder einzelnen Untersuchungsposition und der entsprechenden Bezugsposition sind,eine Einrichtung zur Speicherung jedes so gewonnenen Zahlenwertes in einem programmierbaren adressierbaren Speicher, wobei die Koordinaten jedes Speichers leicht festlegbar sind,eine Einrichtung, welche jede einzelne Meßzahl für jede der ungeraden Anzahl von zu untersuchenden Bezugsposi- tionen jeweils auf den neuesten Stand bringt,eine Einrichtung zur Festlegung der Adressen und demnach der Koordinaten desjenigen Speichers, in welchem der höchste Wert aufgespeichert ist,eine Einrichtung zur Bewertung der Qualität des höchsten Spoicherwcrtes mittels Vergleiches des höchsten Speicherwertes mit allen anderen Speicherwerten und Angabe einer frei wählbaren Qualitätszahl, undeine.Einrichtung zur Festlegung des Schwerpunktes der Untersuchungspunkte durch Vergleich der Werte sämtlicher Speicherplätze bzw. Untersuchungspositionen, um hierdurch den höchstmöglichen Zahlenwert und dessen Koordinaten festzulegen.Ί 4. Verfahren zur Mustererkennung, bei welchem die beste Korrelationszahl zv/ischen einem Bezugsbereich und einem Untersuchungsbereich in Echtzelt festgestellt wird,Π3061 1 /0866- β - ?935261gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:Erzeugen eines getakteten, digitalisierten Videosignales, dessen Pulsbreite gleich einem Pixel ist,Erzeugen eines Superpixels, dessen Pulsbreite um einen vorgegebenen Betrag größer als ein Pixel ist,Speichern von Pixeln, die ein Bezugsmuster repräsentieren, an adressierbaren Speicherplätzen,Speichern von Superpixeln, die das gleiche Bezugsmuster repräsentieren, an hiervon getrennten adressierbaren Speicherplätzen,Falten der Superpixel, die durch Untersuchung des Untersuchungsbereiches gewonnen wurden, mit Superpixeln aus dem Speicher und Erzeugen einer Zahl, die ein Maß für die Korrelation jedes Mustersegmentes ist,Speichern dieser Zahl für jedes Segment in einem gesonderten adressierbaren Speicher,Bestimmen der Maximalzahl und Identifizieren der Koordinaten der Adresse des Speicherplatzes mit der Maximalzahl als Maß für eine Grobortung dor besten Korrelationsstelle,Festlegen eines Untersuchungsmusters um die Grobkoordinaten, welches eine ungerade Anzal von Pixeln und das Koordinatenpixel in seiner Mitte aufweist,Falten der Pixel, die vom Untersuchungsmuster gewonnen wurden mit den Pixeln aus dem Speicher und Erzeugen einer Zahl, welche ein Maß für die Korrelation jedes Segmentes des Untersuchungsmusters ist,Speichern dieser Zahl für jedes Untersuchungsmuster in einem getrennten adressierbaren Speicher, und030011/08ßßFestlegen der Maximalzahl in jedem Segment des Untersuchungsmusters und Bestimmen der Koordinaten der Adresse der Maximalzahl als Maß für die Feinortung der besten Korrelation.15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet , daß jedes Superpixel gleich vier Pixeln ist, wobei die von zwei Superpixeln umfaßte Fläche gleich 16 Pixel ist.16. Verfahren nach Anspruch 14,- dadurch gekennzeichnet, daß die Qualität der höchstwertigen Korrelationszahl dadurch bewertet wird, daß die höchstwertige Korrelationszahl mit den Korrelationszahlen sämtlicher Meßpunkte verglichen und eine frei wählbare Qualitätszahl ermittelt wird.17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet , daß die Qualitätszahl dadurch gewonnen wird, daß die Differenzwerte zwischen der maximalen Korrelationszahl in der ausgewählten Speicherzelle und den Korrelationszahlen in den übrigen Speicherzellen gebildet und aufaddiert werden.18. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung eines Superpixels ein zweidimensionales digitales Filter verwendet wird.19. Verfahren zur Mustererkennung, bei welchem die beste Korrelation zwischen einem Bezugsbereich und einem Untersuchungsbereich in Echtzeit ermittelt wird, gekennzeichnet durch:Erzeugen einer Reihe von getakteten digitalisierten - Videoimpulsen, welche einen Bezugsbereich repräsentieren,030011 /086SAufzeichnen der Reihe von -etakteten Ir.puxsen m r.onrere voneinander getrennte programmierbare Speicherplätze,Erzeugen einer Reihe von gedehnten getakteten digitalisierten Videoimpulsen, die für denselben bezugscereicn repräsentativ sind.Aufzeichnen der Reihe der getakteten Impulse in mehrere voneinander getrennte unterschiedliche programmierbare Speicherplätze,Erzeuger, einer Reihe von gedehnten getakte'oon dir.!.: 'l.;.i Vi.:ooi";!.ul:;;!n ein'-;.; 'Ja τ, vrr.iehun "■:'!;■:.':·■::"! er;" ir. :■*.:·■.'.:.■!'., Texten in i-Jchtseit ;er r'.c.-iLKoit-gedehrr^er: 1::.^^'^.- .- .v.;.c dan gespeicherten Impulsen in mehreren voneinander· ,-'--trennten Untersuchungspositionen, um hierlurch eine Zahl zu erhalten, welche repräsentativ für die Anzahl der Anpassungen (Korrelationen) in jeder Meßposition ist,Aufspeichern dieser für jede Untersuchunnsnosition rewonnenen Zahl in einem getrennten, adressierbarer: Speicher,-der allen Untersuchungspositionen zugeordnet ist,Peststellen des höchsten aufgespeicherten Wertes an jeder Speicherstelle, undBestimmen der Adresse und damit des Koordinatenortes desjenigen Speicherplatzes, in welchem der höchste Korrelationswert gespeichert ist, als Maß für die Untersuchungsposition mit der besten Korrelation.20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet , daß der am höchsten aufgespeicherte Wert in jedem der beiden Speicher gemessen und die Adresse der beiden Speicher sowie die jeweiligen Koordinaten festgelegt werden.tar030011/086821. Verfahren zur Bestimmung der besten Korrelation zwischen einem Bezugsbereich und einem Untersuchungsbereich in Echtzeit, gekennzeichnet durch:Durchführen einer Grobuntersuchung zur Feststellung der Koordinaten einer Untersuchungsposition, die auf eine beste Korrelation hinweisen,Festlegen eines Untersuchungsbereiches mit einer ungeraden Anzahl von Untersuchungspositionen, welche um die mittels der Grobuntersuchung ermittelten Koordinaten herum angeordnet sind, so daß sich die Koordinatenuntersuchungsposition als das Zentrum der ungeraden Anzahl der zu faltenden Untersuchungspositionen ergibt,Falten von vom Untersuchungsbereich erhaltenen Impulsen mit Impulsen aus dem Speicher über den gesamten Bezugsbereich für jede Bezugsposition, um hierdurch viele einzelne Meßwerte zu erhalten, die ein Maß für die Anzahl der Anpassungen (Korrelationen) in jeder zu untersuchenden Position sind,Speichern der einzelnen Meßwerte in einem programmierbaren, adressierbaren Speicher, ivobei die Koordinaten jedes Speichers leicht bestimmbar sind,auf den neuesten Stand bringen jedes einzelnen Meßwertes für HTiIHt] icho ungeraden Untersuchungspositionen,Bestimmen der Adresse und damit der Koordinaten desjenigen Speichers, welcher den am höchsten aufgespeicherten Wert hat,Bewerten ..der Qualität dieses Höchstwertes durch Vergleich des Höchstwertes mit den Werten aller übriger Untersuchungspunkte und Angabe einer frei festlegbaren Qualitätszahl, undFestlegen des Schwerpunktes der Wertepunkte durch Vergleich sämtlicher einzelner.Meßwerte und Ermittlung des höchstmöglichen Meßwertes sowie dessen Koordinaten.0300 11/0868
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