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Verfahren und Einrichtung zur elektro-optischen,
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binären Grauwertkodierung Die Erfindung betrifft ein Verfahren und
eine Einrichtung zur elektro-optischen, Lnaren (schwarz/weiß) Grauwertkodierung
von beliebig gerasterten Bildern.
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Pür die digitale Verarbeitung von Bildern, etwa in der Navigation
von Flugkörpern, bei der Verfolgung von Zielen oder auch in der Photogrammetrie
mittels Bildvergleich ist es üblich, die einzelnen Bildpunkte (Pixel) anhand ihrer
Koordinaten zu erfassen und die zugehörigen Graustuf an zu digitalisieren. Nachteilig
bei diesem Verfahren ist es, daß eine große Menge von Graustufen kodiert werden
muß, welches zu einem hohen Aufwand bei der Datenverarbeitung und übertragung führt.
So mußte bisher nicht nur eine gesonderte A/D-Wandlung stattfinden, sondern es mußten
auch große Pufferspeicher zur Speicherung der vielen Grauwerte pro Bildpunkt vorhanden
sein.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, bei dem die
Grauwerte im Bild binär kodiert werden und das elektronische äquivalent des gerasterten
Halbtonbildes aus nur schwarz/weißen Elementen erzeugt wird.
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Außerdem soll eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens angegeben
werden.
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Die Aufgabe zur Schaffung des Verfahrens ist dadurch gelöst, daß die
Bilder mit einer vorbestimmten Anzahl von belichteten Rasterelementen Flächen AGi
und einer Gesamtfläche AG innerhalb eines kleinsten aufzulösenden BildpunkWes mit
einer Fläche Ap anhand des Raster-
prinzips so dargestellt sind,
daß die ursprüngliche Bildpunktgrauwertintensität 1p der Fläche Ap des Bildpunktes
als 1p = AG/Ap dargestellt ist und daß durch eine elektronische von dem Verhältnis
AG/Ap abhängende nichtlineare Schwellenwertentscheidung jedem Bildpunkt ein binärer
entweder "schwarzer" oder "weißer" Wert für 1p zugeordnet wird.
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Die Einrichtung ist dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß jedem
kleinsten aufzulösenden Bildpunkt (Pixel) mindestens zwei, beliebig angeordnete
Abtast-Sensorelemente zugeordnet sind, wobei auch beliebig angeordnete Zeilen von
Sensoren anwendbar sind, und daß mittels vorbestimmten Schwellenwerte in einer Vergleichselektronik
ein Ausgangssignal erzeugbar ist, welches nur noch binär ist.
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Während nach dem bisherigen Verfahren eine Graustufenkodierung mit
Np Pixeln und NG Graustufen pro Pixel eine Anzahl NSA = NP NG Bits für das Bild
benötigt, reduziert sich mit der Erfindung die Anzahl der benötigten Bits auf NSB=NP.
N wobei N die Zahl der Sensorelemente pro Pixel ist, jedoch nur 1 bit pro Element
nötig ist. Es wird mithin unter Nutzung der vorhandenen Speichermöglichkeiten von
Halbleitersensorzeilen d.irekt bei der Bilderfassung eine Umwandlung der vielen
Graustufen pro Pixel in eine Anzahl von nur weißen oder schwarzen Bildelementen
vorgenommen, ohne die Notwendigkeit weiterer A/D-Wandlung und Pufferspeicher.
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Die Erfindung ist anhand der Figuren näher erläutert.
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Es zeigen:
Fig. 1a, 1b den Stand der Technik und die
erfindungsgemäße Lösung; Fig. 2 das Prinzip der Raster-Deckung eines Pixels; Fig.
3 eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
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Gemäß Fig. 1a wird nach dem Stand der Technik die Szene 10 über eine
Optik 11 als Bild 12 auf einen elektro-optischen Abtastsensor 13 abgebildet. Das
entstehende analoge Signal wird einem A/D-Wandler 14 zugeführt, wo ein binäres Signal
mit NG -Graustufenbits pro Pixel entsteht und einem Rechner 18 zur weiteren Verarbeitung
zugeführt wird.
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Bei der Erfindung gelangt gemäß Fig. 1b das Bild 12 der Szene 10 ebenfalls
durch die Optik 11 erzeugt; dieser folgt ein Raster 15, hinter dem Abtastsensoren
Ib angeordnet sind. Der noch näher zu beschreibende Vergleich in der Vergleichs
elektronik 17 liefert dem Rechner 18 ein binäres Signal mit nur 1 Bit pro Pixel.
Es wird mithin bei dem Verfahren durch eine Kombination des Rasterprinzips mit elektro-optischer
Abtastung anstatt einer Halbtonbilddarstellung eine binäre Bilddarstellung erzeugt,
die nur aus schwarz/weißen Werten besteht.
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Grundsätzlich wird die Notwendigkeit einer großen Bit-Speicherung
pro Pixel, z. B. nach dem Stand der Technik mit 8 Bit pro Pixel , wo jedes von den
8 Graustufen-Bits eine ganze integrierte Schaltkreiskarte benötigt, er-
setzt
durch ein einfaches, wesentlich erleichtertes Rechnen mit einer im Ergebnis kleineren
Zahl von 1-Bit Elementen.
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In Fig. 2 wird als Beispiel für einen Fall von IP = 4/9 = AG/AP ein
kleinster aufzulösender Bildpunkt, d.h. ein Pixel mit der Fläche AP durch eine relative
Deckung des Pixels mit Hilfe eines Rasters mit einer insgesamt kleineren, nur schwarzen
Flächen AG = 4/9 AP erzielt. Es wird wie aus der Drucktechnik bekannt, zwischen
einem Bildpunkt-Pixel und den darin enthaltenen kleineren Bildelementen unterschieden.
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Der Graustufeneffekt ergibt sich daraus, daß das Auge als kleinsten
ausgelösten Punkt nur die Fläche Ap auflösen kann und daraus, daß die Helligkeit
der Fläche, das ist die Intensität 1P von der Bedeckung AG der Rasterelemente bestimmt
wird.
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Wenn AG = Ap : Intensität I = Imin - schwarz Wenn AG = O : Intensität
1 = Imax - weiß Bekanntlich besteht eine große Anzahl von Möglichkeiten, die relative
Intensität Ip zu erzielen, (siehe auch Fig. 2a), wobei AG AG IP = AP mit AG der
Teil der Fläche Ap der mit n = i schwarz/ weißen Elementen von Fläche AG bedeckt
ist.
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In Fig. 3 ist eine Einrichtung dargestellt, mit der das Verfahren
verwirklicht werden kann. Das Bild 21 einer beliebigen Szene 19, z. B. eines von
einem fliegenden Träger überflogenen Geländes fällt über eine
Optik
20 als Grautonbild auf ein Raster 22, welches wie vorbeschrieben ausgeführt sein
kann. Hinter dem Raster 22 sind Abtastsensoren 23 S0, S0+1, S0-1 angebracht, auf
welchem ein Pixel abgebildet wird.
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Der Ausgang der Abtastsensoren führt zu einer Vergleichselektronik
24, in der eine binäre Signalumwandlung stattfindet, indem ein elektronischer Vergleich
zwischen der Belichtung der nichtzentralen Sensoren S0+1, S0-1 und des zentralen
Sensors SO stattfindet.
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Anhand eines vorher bestimmten Schwellenwertes 5T und einem Schwellenwertunterschied
STD werden nur binäre Signale S S' o+1, S'0-1 erzeugt. Hierzu vier Beispiele: a)
Wenn: Dann: Ergebnis: S0-1=S0=S0+1 S'0-1=S'0=S'0+=0 "weiß" und SO < 5T b) Wenn:
Dann: Ergebnis: S0-1=S0=S0+1 S'0-1=S'0=S'0+1=1 "schwarz" und S'0 > ST c) Wenn:
Dann: Ergebnis: S0 > ST S'0-1 = S'0+1 = 1 "schwarz" und S0-1-S0 = S0-2-S0 >
STD d) Wenn: Dann: Ergebnis: S0 > ST S'0 = 1 "weiß" und S0-1-S0 = S0-2-S0 <
STD
Die erfindungsgemäße binäre Kodierung des- Grauwertbildes kann
sowohl mit Zeilen-Anordnung als auch mit Flächen-Anordnung des Abtastsensors vorgenommen
werden. Benutzt man Flächenanordnungen aus mehreren Einzelelementen, so können die
Signale anhand bekannter Verknüpfungstechnik so geführt werden, daß Bewegungen des
Bildinhaltes, z. B. eines anvisierten Zieles festgestellt werden können.
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Im einfachsten Fall wird jedem Pixel ab ein Abtastsensorelement zugeordnet,
d. h. mindestens zwei Photoelemente. In jedem Fall ist die Anordnung der Sensoren
innerhalb des Pixels beliebig. Eine einmal gewählte wiederholt sich für jedes Pixel.
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Auch die Kodierung von Farbbildern ist möglich, da lediglich vor den
verschiedenen Rasterelementflächen entsprechende Farbfilter vorgesetzt werden müssen.