DE3038195A1 - Vorrichtung zur verarbeitung von visueller information - Google Patents

Vorrichtung zur verarbeitung von visueller information

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DE3038195A1
DE3038195A1 DE19803038195 DE3038195A DE3038195A1 DE 3038195 A1 DE3038195 A1 DE 3038195A1 DE 19803038195 DE19803038195 DE 19803038195 DE 3038195 A DE3038195 A DE 3038195A DE 3038195 A1 DE3038195 A1 DE 3038195A1
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Description

BESCHREIBUNG
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verarbeitung von visueller Information, insbesondere eine Vorrichtung, die visuelle Information verarbeitet, um Bildänderungen im Laufe der Zeit abzutasten und Objekte im Bild zu erkennen.
Eine Vorrichtung, die ein bestimmtes Gesichtsfeld mit einer Fernsehkamera aufnimmt und die automatisch unterscheidet, ob irgendeine Änderung im Bild stattgefunden hat oder in welchem Bereich des Gesichtsfeldes die Änderung des Bildes erfolgt ist, kann in zweckmäßiger Weise für eine automatische Abtasteinrichtung verwendet werden, welche eine Anzahl von Benutzern beispielsweise in einer Aufzugshalle abtastet, oder für ein Gruppensteuersystem für Aufzüge unter Verwendung der Abtasteinrichtung.
Das Grundsystem zum Abtasten von Änderungen bei einem Bild besteht darin, die Bilddaten, die einem vorher gespeicherten Hintergrundbild entsprechen, mit den Bilddaten zu vergleichen, die von einer Videovorrichtung durch Rasterabtastung geliefert werden, um den Unterschied festzustellen.
Die Menge an digital dargestellten Daten, welche das gesamte, von der Fernsehkamera aufgenommene Bild überdecken, ist jedoch so groß, daß der Vergleich der beiden Bilder durch direkte Speicherung eine sehr große Vorrichtung erfordert, um die Bilddaten zu speichern; ferner erfordert dies eine extrem hohe Geschwindigkeit der Datenverarbeitung, um die Daten zu behandeln, was zu einer teuren und platzraubenden Vorrichtung führt.
Selbst wenn der gleiche Gegenstand aufgenommen wird, so unterliegen die von der Fernsehkamera erhaltenen Bilddaten leicht Schwankungen, was von der Lichtintensität, mit der der Gegenstand beleuchtet wird, oder von der Richtung ab-
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hängt, aus der der Gegenstand beleuchtet wird. Wenn daher die beiden Bilder direkt unter Zugrundelegung der einzelnen Bilddaten verglichen werden, so liefert die Datenverarbeitungsvorrichtung oft irrtümlich eine Entscheidung, auch wenn der gleiche Gegenstand aufgenommen wird.
Zur Lösung dieses Problems ist bereits eine Vorrichtung zur Verarbeitung von visueller Information bekannt geworden, bei der der gesamte Bildschirm in eine Vielzahl von Blöcken EOO bis Emn unterteilt und das dem Hintergrund entsprechende, vorher gespeicherte Bild mit dem Eingangsbild für jeden der Blöcke verglichen wird (US-PS 3 9 36 800, JP-OS 9 3059/75 und JP-OS 153142/78).
In diesem Falle bestehen die einzelnen Blöcke aus einer Vielzahl von Bildelementen, die Bildelementinformation wird für jeden Block gemäß einer Rasterabtastung verarbeitet, und die Daten werden berechnet und enthalten Merkmale oder Eigenschaften, die mit der Richtung totaler Helligkeit der Blöcke übereinstimmen oder mit dem Grad an Helligkeit der Blöcke übereinstimmen, um die Datenmenge zu komprimieren, die mit dem Hintergrund zu vergleichen ist. Hinsichtlich des Bildes, das den Hintergrund darstellt, werden die Merkmale für jeden Block in gleicher Weise der oben beschriebenen Art codiert, und die Daten werden in einer Speicheranordnung gespeichert. Bei dem bekannten System werden die zu verarbeitenden Blöcke für jeden Videorahmen bestimmt, und das Eingangsbild wird mit dem Hintergrundbild verglichen, indem man eine freie Zeit während der Rasterabtastung verwendet. Somit ist es möglich, für sämtliche Rahmen, bei denen die gesamte Datenverarbeitung beendet ist, die Gesamtzahl von Blöcken zu kennen, bei denen eine Änderung stattgefunden hat, oder die Verteilung von Änderungen im Gesichtsfeld zu kennen und damit z.B. automatisch die Anzahl von Benutzern abzutasten, wobei man sich auf die obige Information verläßt.
Die auf dem vorstehend beschriebenen System basierende Vorrichtung zur Verarbeitung von visueller Information kann in großem Umfang bei einer Vielzahl von industriellen Ge-
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bieten zum Einsatz gelangen, z.B. beim Zählen von Artikeln bei verschiedenen Herstellungsschritten, Überwachung von Restbeträgen, Zählen von Blutzellen von Mikrobildern, Abtasten von Eindringlingen in Sicherheitssysteme usw. Die Vorrichtung zur Verarbeitung von visueller Information kann auch eingesetzt werden, um nicht nur von Fernsehkameras augenblicklich gelieferte Videosignale zu verarbeiten, sondern auch Videosignale, die im Wege der Rasterabtastung aus einem Speicher ausgelesen werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Vorrichtung zur Verarbeitung von visueller Information anzugeben, die in der Lage ist, den gesamten Bildschirm in eine Vielzahl von Blöcken zu unterteilen und das Bild für jeden Block zu verarbeiten, und die gleichzeitig bei verringerter Größe herstellbar ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht es in vorteilhafter Weise, daß sowohl die Anzahl von Blöcken als auch die Art der Komprimierung von Deiten relativ leicht geändert werden können.
Zur Erreichung dieses Zieles weist die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Verarbeitung von visueller Information folgende Baugruppen auf: Eine erste Einrichtung, um nacheinander digital dargestellte Bilddaten durch Rasterabtastung zu liefern, eine zweite Einrichtung zur Lieferung der Koordinaten X und Y des zweidimensionalen Bildes, eine dritte Einrichtung, die eine Vielzahl von Mikroprogrammen enthält und die diejenigen Mikroprogramme ablaufen läßt, welche den Werten der Y-Koordinaten entsprechen, um damit die von der ersten Einrichtung gelieferten Bilddaten zu verarbeiten, sowie eine vierte Einrichtung/ welche die dritte Einrichtung antreibt, wenn ein Wert der X-Koordinate in Übereinstimmung mit einem bestimmten Wert Xl ist, wobei die Bilddaten für jeden vorgegebenen Bereich verarbeitet werden.
Genauer gesagt umfaßt die dritte Einrichtung einen Speicher zum Speichern einer Vielzahl von Mikroprogrammen, einen Programmgeber, um nacheinander aus dem Speicher die
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Mikrobefehle auszulesen, welche das der Y-Koordinate entsprechende Mikroprogramm bilden, sowie eine Recheneinheit, die von den Mikrobefehlen gesteuert wird, welche ausgelesen werden, um die Bilddaten zu verarbeiten, welche in den Ausgangssignalen von der ersten Einrichtung enthalten sind.
Die vierte Einrichtung besitzt eine Anordnung, die ein Startsignal liefert, wenn die X-Koordinate sich mit einem bestimmten Wert Xl deckt; ferner ist eine fünfte Einrichtung vorgesehen, welche den bestimmten Wert Xl der genannten An-Ordnung zu einem vorgegebenen Zeitpunkt eingibt und welche das Startsignal steuert, das der dritten Einrichtung zugeführt wird.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in Figur 1 und 2 schematische Darstellungen zur Erläuterung des der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Verarbeitung von visueller Information zugrundeliegenden Prinzips; Figur 3 ein Blockschaltbild zur Erläuterung des gesamten Aufbaus der erfindungsgemäßen Vorrichtung; Figur 4 ein Blockschaltbild zur näheren Erläuterung der Blöcke
4 und 5 in Figur 3;
Figur 5 ein Blockschaltbild zur Erläuterung des Blockes 6 in Figur 3;
Figur 6 eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Beispiels für einen Datenbereich, der einem Speicher 29 in Figur 5 entspricht;
Figur 7 bis 9 Flußdiagramme von Mikroprogrammen, die bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung einsetzbare sind; und in Figur 10 und 11 schematische Darstellungen zur Erläuterung der Komprimierung von Bilddaten.
Bei der Darstellung gemäß Figur 1 ist der Bildschrim 100 in m-Einheiten in X-Ricv:tung und in η-Einheiten in Y-Richtung, also insgesamt in rn χ η-Blöcke EOO bis Emn unterteil^ und das dem Hintergrund entsprechende Bild, das vorher im Speicher abgespeichert worden ist, wird mit einem Eingangs-
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bild für jeden Block E verglichen.
Wie aus Figur 2 ersichtlich, besteht jeder Block EOO bis Emn aus einer Vielzahl von Bildelementen eOO bis epq. Die Information der einzelnen Bildelemente wird rastermäßig abgetastet und nacheinander von einer Videoeingabeeinrichtung einer Datenverarbeitungsvorrichtung zugeführt.
Blöcke in einer Anzahl von η werden von der Informationsverarbeitungsvorrichtung während eines Rahmens der Abtastung verarbeitet, wie es mit dem schraffierten Bereich angedeutet ist, der in Form eines Bandes in Figur 1 vertikal verläuft. Die Informationsverarbeitungsvorrichtung speichert die Bildelementinformation, die während einer Periode eingegeben wird, in der ein Abtastpunkt des Bildes auf dem bandförmigen oder streifenförmigen Bereich bleibt, und verarbeitet die so gespeicherte Bildelementinformation, bevor der Abtastpunkt, der sich aus dem streifenförmigen Bereich bewegt hat, wieder in den streifenförmigen Bereich eintritt. Somit verarbeitet die Informationsverarbeitungsvorrichtung Bilddaten für n-Blöcke in komprimierter Weise während der Abtastung von einem Rahmen. Die Position des streifenförmigen Bereiches wird für jeden Rahmen verschoben. Die Verarbeitung der Daten wird für sämtliche Blöcke auf dem Bildschirm während der n-maligen Rahmenabtastung vollständig durchgeführt. In Abhängigkeit von der Fähigkeit der Informationsverarbeitungsvorrichtung können zwei oder mehr streifenförriiige Bereiche während der Abtastung von einem Rahmen verarbeitet werden.
Figur 3 zeigt den gesamten Aufbau der neuartigen Vorrichtung zur Verarbeitung von visueller Information, wobei das Bezugszeichen 1 einen Synchronsignal-Generator, das Bezugszeichen 2 eine Fernsehkamera, das Bezugszeichen 3 einen Analog-Digital-Wandler, der ein von der Fernsehkamera geliefertes Bildsignal in ein digitales Signal umwandelt, das in Abhängigkeit von der Helligkeit z.B. aus vier Bits besteht, das Bezugszeichen 4 einen Programmgeber, um nacheinander Adressen eines Mikroprogramms zu erzeugen, das Bezugs-, zeichen 5 einen Speicher zum Speichern von Mikroprogrammen,
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das Bezugszeichen 6 eine Recheneinheit, die von einem aus dem Speicher 5 ausgelesenen Mikroprogramm gesteuert wird und ein vom Analog-Digital-Wandler 3 geliefertes Digitalsignal SO verarbeitet, die Bezugszeichen 7, 8, 9 und 10 einen Komparator, ein Register, ein Durchlauf-Flip-Flop und ein UND-Gatter bezeichnen, welche eine Schaltung zum Starten und Anhalten der Bildsignal-Verarbeitungseinheit bilden, die aus dem Programmgeber 4, dem Speicher 5 und der Recheneinheit 6 besteht. Das Bezugszeichen 11 bezeichnet schließlich einen Hilfsrechner, der diese Start-Anhalte-Schaltung steuert und die verarbeiteten Ergebnisse verarbeitet, die durch die Verarbeitung der Bildsignale erhalten werden.
Der Synchron-Signal-Generator 1 liefert ein Synchron-Abtastsignal S1, das der Fernsehkamera 2 zugeführt wird, ein Synchronsignal S2, das dem Analog-Digital-Wandler 3 zugeführt wird, Signale X und Y, welche eine Position des von der Fernsehkamera gelieferten Bildsignals auf dem Bildschirm angeben, sowie ein Taktsignal S3 zur Verarbeitung der BiIdsignale.
Hierbei wird angenommen, daß eine vom Synchron-Signal-Generator 1 erzeugte horizontale Abtastkoordinate X sich mit einem Wert Xl deckt, der vom Register 8 vorgegeben ist. Wenn in diesem Falle das Durchlauf-Flip-Flop 9 den Wert "1" hat, liefert der Komparator 7 einen Impuls S4 über das UND-Gatter 10 an den Programmgeber 4, so daß der Programmgeber 4 zu arbeiten beginnt. Der Programmgeber 4 ist mit einer vertikalen Abtastkoordinate Y der Fernsehkamera versorgt worden, die von dem Synchron-Signal-Generator 1 geliefert wird, -und erzeugt ein Signal S5, das eines der Mikroprogramme im Speicher 5 adressiert, und zwar in Abhängigkeit von einem Wert Y zu dem Zeitpunkt, wo der Programmgeber 4 gestartet wird.
Das Mikroprogramm besteht aus einer Reihe von Mikrobefehlen, welche Signale zur Steuerung der gesamten Schaltungsanordnung erzeugen, nämlich ein Anhalte-Steuersignal
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STOP für den Programmgeber 4, ein Rechen-Steuersignal CNT für die Recheneinheit 6, und ein Unterbrechungssignal INT für den Hilfsrechner 11. Diese Mikrobefehle werden in Abhängigkeit von den Taktsingalen S3 nacheinander aus dem Speicher 5 ausgelesen.
Nachstehend wird der Arbeitsablauf näher erläutert, wenn die Vorrichtung gemäß Figur 3 bei einer Vorrichtung zur Bestimmung der Benutzeranzahl verwendet wird. Bei der Vorrichtung zur Bestimmung der Benutzeranzahl wird der Bildschirm der Fernsehkamera in Form eines Gitters unterteilt, wie es in Figur 1 dargestellt .ist, und es wird die gleiche Verarbeitung durchgeführt, d.h. die Daten werden in komprimierter Weise für sämtliche Blöcke des Gitters oder Rasters verarbeitet und die komprimierten Daten werden mit den früheren Daten verglichen, die durch die entsprechende Verarbeitung gespeichert worden sind.
Bei der Anordnung gemäß Figur 3 wird eine Koordinate Xl zum Starten der Verarbeitung in horizontaler Richtung vom Hilfsrechner 11 in das Register 8 eingegeben und das Durchlauf-Flip-Flop 9 auf den Wert "1" gesetzt. Sobald die horizontale Abtastkoordinate der Fernsehkamera bei der Koordinate Xl angekommen ist, wird somit ein Zug von Mikrobefehlen eines Mikroprogramms, das der Koordinate Y entspricht, nacheinander aus dem Speicher 5 ausgelesen, und die entsprechende Rechenoperation wird von der Recheneinheit 6 durchgeführt. Bei der Y-Koordinate, entsprechend yO in Figur 2, die der ersten Zeile im Block entspricht, wird ein Digitalsignal SO vom Analog-Digital-Wandler 3, entsprechend einem Bildsignal während der Abtastung, dem Speicher in der Recheneinheit 6 zugeführt, und die dem Speicher zugeordneten Register und Arbeitsbereiche in der Recheneinheit 6 werden gelöscht. Bei den Y-Koordinaten in den zweiten und folgenden Zeilen werden die Digitalsignale SO zugeführt, während der Block abgetastet wird, um die Bilddaten zu komprimieren. Bei der Y-Koordinate, entsprechend yq in Figur 2, die der letzten Zeile im Block entspricht, werden sämtliche
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komprimierten Daten im Block weiter komprimiert, um schließlich den Hilfsrechner 11 zu unterbrechen. Beim Empfang eines Unterbrechungssignals INT führt der Hilfsrechner 11 die komprimierten Daten von der Recheneinheit 6 ein und vergleicht die Daten des Blockes mit den Hintergrunddaten, bis die Unterbrechung des nächsten Blockes erfolgt, und nimmt Rechenoperationen höherer Ordnung vor, wie z.B. die Berechnung der Benutzeranzahl.
Bei dem hier beschriebenen Verarbeitungssystem muß der Programmgeber 4 den Betrieb zur Datenverarbeitung beginnen, nachdem die X-Koordinate mit dem Wert Xl zur Deckung gekommen ist, und muß eine Reihe von Datenverarbeitungsvorgängen beenden, die von einem Mikroprogramm vorgegeben werden, bevor die Koordinate mit dem Wert Xl in der nächsten Zeile zur Deckung kommt, während die X-Koordinate durch den Block läuft, überlicherweise können jedoch die Bilddaten der Menge von einer Zeile in einem Block in ausrecheinder Weise innerhalb dieser Zeitspanne verarbeitet werden. Dabei können die Bildblöcke ElO bis Ein von einer Spalte bei der Position Xl für jede Abtastung eines Bildschirmes durch die Fernsehkamera verarbeitet werden.
Wenn daher der Wert Xl in geeigneter Weise für jedes Feld vom Hilfsrechner 11 geändert wird, ist es möglich, die Benutzeranzahl über den gesamten Schirmbereich abzutasten und zu bestimmen^ und zwar in Abhängigkeit davon, ob die im Hilfsrechner 11 gespeicherten früheren Daten sämtlicher Blöcke mit den neu eingegebenen Daten sämtlicher Blöcke in Übereinstimmung sind oder nicht.
Zusätzlich zur Behandlung der Bilddaten von zwei Zeilen, die dem Speicher zugeführt werden, können die Bilddaten von der Recheneinheit 6 komprimiert werden, indem man nacheinander die Datenitienge unter einer Vielzahl von Bildelement-Sätzen vergleicht, die spezielle Relationen in zweidimensionaler Anordnung haben, um die Anzahl des Auftretens von Helligkeit und Dunkelheit in jeder Richtung zu zählen, oder indem man die gezählten Werte eine Fourier-Transformation in der letzten Zeile jedes Blockes unterwirft. Ferner wird jeder
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Block periodisch relativ zur Y-Koordinate erzeugt. Wenn beispielsweise die Periode mit 16 Zeilen vorgegeben wird, d.h. mit dem Wert q = 15 in Figur 2, so kann der Programmgeber 4 eine Mikroprogrammadresse bezüglich eines numerisehen Wertes erzeugen, der aus den weniger wichtigen vier Bits der Eingangskoordinate Y bestehen, welche in binärer Schreibweise angegeben wird.
Der Programmgeber 4 und die Recheneinheit 6 werden nachstehend näher erläutert.
Figur 4 zeigt ein Blockschaltbild zur Erläuterung des Aufbaus des Programmgebers 4 und des Mikroprogramm-Speichers 5, wobei das Bezugszeichen 21 ein Flip-Flop bezeichnet, das von einem Signal S4 gesetzt wird. Das Bezugszeichen 22 bezeichnen einen Festwertspeicher ROM, der eine vorgegebene Mikroprogrammadresse in Abhängigkeit von einem Singal Y liefert, wenn das Flip-Flop 21 gesetzt wird. Das Bezugszeichen 23 bezeichnet eine Wählschaltung, die eines der beiden Ausgangssignale liefert, die vom ROM 22 geliefert und einem Anschluß A1 zugeführt bzw. von einem Register geliefert und einem Anschluß B1 zugeführt werden, und zwar in Abhängigkeit von einem Wählsignal S1O. Das Bezugszeichen 26 bezeichnet einen Festwertspeicher oder ROM zum Speichern von Mikrobefehlen, der die Ausgangssignal der Wählschaltung 23 als Adresse eingibt und der Mikrobefehle liefert, welche ein Mikroprogramm bilden. Das Bezugszeichen 27 bezeichnet ein Register, das zeitweilig die aus dem ROM 26 ausgelesenen Mikrobefehle für die Dauer eines Taktes speichert, und in Abhängigkeit vom Mikrobefehl Steuersignale CNT, INT, S10 oder STOP erzeugt. Das Bezugszeichen 24 bezeichnet eine Addierschaltung, die den Wert 1 zu den Ausgangsdaten der Wählschaltung 23 hinzuaddiert, und das Bezugszeichen 25 bezeichnet ein Register, um zeitweilig das Ausgangssignal der Addierschaltung 24 für die Dauer eines Taktes zu speichern.
Während das Flip-Flop 21 in zurückgesetztem Zustand· ist, wählt die Wählschaltung 23 ein bestimmtes Adressensignal,
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das vom Speicher 22 an den Anschluß Ä1 angelegt wird. Aufgrund des Adressensignals wird in diesem Falle ein Mikrobefehl für Nicht-Betrieb aus dem ROM 2 6 ausgelesen, so daß ein Signal S1O erzeugt und der Anschluß A1 der Wählschaltung 23 gewählt wird. Während der genannten Zeitspanne, in der das Flip-Flop 21 zurückgesetzt wird, wird nur das Steuersignal CNT für Nicht-Betrieb für die externen Einheiten geliefert, unabhängig davon, wie oft das Taktsingal S3 eingegeben wird, und die Recheneinheit 6 bleibt in einem STOP-Zustand.
Wenn das START-Signal S4 vom UND-Gatter 10 eingegeben wird, nimmt das Flip-Flop den Zustand "1" an, und der ROM 22 liefert eine Anfangsadresse eines Mikroprogramms, das von der Y-Koordinate bestimmt wird.
Die Mikrobefehle, die ein Mikroprogramm im ROM 26 bilden, erzeugen ein Signal S10, das dafür sorgt, daß die Wählschaltung 23 den Anschluß B1 wählt. Somit ist der Mikrobefehl, der beim nächsten Mal auszulesen ist, derjenige, der in der Anfangsadresse gespeichert ist, vermehrt um den Wert +1. Sobald also einmal eine Anfangsadresse eines Mikroprogramms angegeben ist, wird die Adresse +1 anschließend synchron mit dem Taktsignal S3 gewählt, und die Mikrobefehle im Mikroprogramm werden nacheinander in das Register 27 eingelesen.
Der letzte Befehl bei jedem der Mikroprogramme liefert ein Signal S10, das für die Wahl des Anschlusses A1 durch die Wählschaltung 2 3 sorgt, sowie ein STOP-Signal, welches das Flip-Flop 21 auf den Wert "0" zurück setzt. Nachdem der letzte Befehl ausgeführt ist, wird somit der Programmgeber 4 wieder angehalten.
Wenn das Mikroprogramm in dieser Weise aufgebaut ist, kann das Mikroprogramm in Abhängigkeit von der Y-Koordinate bei jeder Erzeugung des START-Signals S4 ausgeführt werden, und das vom Mikrobefehl spezifizierte Steuersignal kann nacheinander geliefert werden. Durch die Erzeugung eines Unterbrechungssignals INT beim letzten Mikrobefehl des Mikro-
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Programms, der bei der letzten Abtastzeile jedes Blockes gelesen wird, kann außerdem die Beendigung der Bilddatenverarbeitung jedes Blockes als Information dem Hilfsrechner 11 übermittelt werden.
Figur 5 zeigt in näheren Einzelheiten den Schaltungsaufbau der Recheneinheit 6, wobei die Bezugszeichen 28 und 30 Wählschaltungen bezeichnen, die von Steuersignalen S12 und S14 geschaltet werden. Das Bezugszeichen 29 bezeichnet einen Speicher mit direktem Zugriff oder einen RAM mit zwei Eingängen, wobei dieser RAM 29 über Ausgänge D1 und D2 den Inhalt liefert, der den über die Anschlüsse A2 und B2 gelieferten Adressensignalen entspricht. Das Bezugszeichen 33 bezeichnet eine Recheneinheit für allgemeine Zwecke, die von einem Steuersignal S15 gesteuert wird. Die Recheneinheit 33 führt Additionen, Subtraktionen, Vergleiche und Verschiebungsoperationen der beiden Signale aus, die über/die Anschlüsse A3 und B3 zugeführt werden, und zwar in Abhängigkeit vom Zustand des Steuersignals S15. Der Ausgang der Recheneinheit 33 wird auf die Adresse des Anschlusses B2 des RAM 29 gegeben. Das Signal SO ist ein digital dargestelltes Bildsignal, das von dem Analog-Digital-Wandler 3 in Figur 3 geliefert wird, und die Signale S11 bis S14 sind in die Mikrobefehle eingebettet, um ein Steuersignal CNT zu bilden, das vom Register 27 in Figur 4 geliefert wird. Wenn somit der Zug dieser Steuersignale vorher im Mikroprogramm als Zug von Mikrobefehlen gespeichert wird, kann jede beliebige Operation zur Verarbeitung von Bilddaten von der Recheneinheit 6 durchgeführt werden.
Beispielsweise wird das dem Anschluß A4 zugeführte Videosignal SO von der Wählschaltung 30 in Abhängigkeit von dem Steuersignal S14 gewählt, und das am Anschluß A3 eingegebene Eingangssignal wird direkt von der Recheneinheit 33 geliefert, und zwar in Abhängigkeit vom Steuersignal S15. Damit ist es möglich, daß das vom Analog-Digital-Wandler 3 gelieferte Videosignal SO 'in der Adresse gespeichert wird, die von der Eingangsadresse S13 bestimmt wird, welche am
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Anschluß B2 des RAM 29 eingegeben wird. Außerdem ist einsichtig, daß jede Rechenoperation für den Inhalt des RAM 29 durchgeführt werden kann.
Wenn das so verarbeitete Ergebnis im RAM 29 mit seinen zwei Eingängen gespeichert ist, wird ein Adressensignal S6 vom Hilfsrechner 11 geliefert, und das Ausgangssignal des RAM 29 wird zu diesem Zeitpunkt als Signal S7 über die Wählschaltung 34 dem Hilfsrechner 11 zugeführt. Wenn in diesem Falle die Rechenoperation beendet ist, der Progranimgeber 4 sich im STOP-Zustand befindet, und vom Mikroprogrammspeicher der Mikrobefehl für Nicht-Betrieb geliefert wird, sollten die Steuersignale S12 und S16 den Eingang des Anschlusses A5 der Wählschaltung 28 und den Eingang des Anschlusses A6 der Wählschaltung 34 wählen.
Nachstehend ist eine konkrete Ausführungsform eines Mikroprogramms näher erläutert, das für die hier beschriebene Vorrichtung zur Verarbeitung von visueller Information ausgelegt ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel besteht ein Bildblock E der in Figur 2 dargestellten Art aus acht horizontalen Bildelementen und 16 vertikalen Bildelementen, d.h. es gelten die Werte ρ =0 bis 7 und q = 0 bis 15 für die Indizes, und es ergibt sich eine Gesamtzahl von 128 Bildelementen.
Mit Bezug auf den RAM 29 mit zwei Eingängen gemäß Figur 6 bilden die Adressen 0 bis 7 einen Datenpufferbereich "A", die Adressen 8 bis 15 einen Datenpufferbereich "B", die Adressen 16 bis 2 3 Codezählbereiche fO bis f7, die Adressen 24 bis 27 Fourier-Koeffizienten-Bereiche Fo bis F3 und die Adressen 28, 29 und 30 Arbeitsbereiche Work-0, WORK-1 bzw. WORK-2.
Figur 7 zeigt ein Flußdiagramm eines ersten Mikroprogramms, das abläuft, wenn ein Wert einer Y-Koordinate einer ersten Zeile des Bildblocks E entspricht. Dieses Mikroprogramm startet von einer Adresse N1 des ROM 26 und besteht aus einer Routine oder einem Programm 71, bei dem die Eingangsbilddaten eOO bis e70 nacheinander in den Daten-
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pufferbereich "A" eingespeichert werden, sowie einer Routine oder einem Programm 72, das die Adressen 16 bis 27 löscht, welche Codezählbereiche im RAM 29 sind.
Figur 8 zeigt ein Flußdiagramm eines zweiten Mikroprogramms, das abläuft, wenn ein Wert der Y-Koordinate den zweiten bis fünfzehnten Zeilen des Bildblocks E entspricht. Dieses Mikroprogramm startet von einer Adresse N2 im ROM 26 und besteht aus einer Routine oder einem Programm 81, das nacheinander die Eingangsbilddaten, z.B. eO1 bis e71 in den Datenpufferbereich "B" einspeichert, einer Routine oder einem Programm 82, das diese Daten und die im Datenpuf ferbereich "A" gespeicherten Bilddaten verarbeitet, um die Richtung der Helligkeit zu bestimmen, und einer Routine oder einem Programm 83, das die Daten im Datenpufferbereich "B" in den Datenpufferbereich "A" überträgt.
Die Routine 82 wird nachstehend näher erläutert. Wenn die Routine 81 beendet ist, speichern die Datenpufferbereich e "A" und "B" die Daten der Bildelemente der beiden Abtastzeilen, die in der Bildebene gemäß Figur 10 nebeneinander liegen. Nachstehend werden vier benachbarte Bildelemente näher untersucht, z.B. soll der Bereich näher betrachtet werden, der aus den von einer gestrichelten Linie umgebenen Bildelementen eOO, e10, e01 und el 1 besteht. Wenn die Intensität hinsichtlich der Relationen e00>e10, e01>e10, e01>e00, e11>e00, e10>e00, ei0>e01, e00>e01 und e00>e11 untersucht wird, ist es möglich, eine der Helligkeitsrichtungen nO bis n7 gemäß Figur 11 für diesen Bereich festzustellen. Die Codezählbereiche fO bis f7, die dem RAM 29 zugeordnet sind, entsprechen den genannten Helligkeitsrichtungen nO bis n7, und die Routine 82 verschiebt den aus vier Bildelementen bestehenden Untersuchungsbereich jeweils nacheinander um ein Bildelement um die Intensitätsrelation für jeden Satz
JeOO, eiO, e0i , e1i];(e10, e2O, el 1, e2ijf |e60, e70, e61,
e71J. zu untersuchen, so daß die Abtastzahl den Codezählbereichen f0 bis f7 für jede Helligkeitsrichtung gezählt wird.
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Wenn das zweite Programm wiederholt bis zur fünfzehnten Zeile im Bildblock E abläuft, erhalten die Codezählbereiche Information, in denen die Bildeigenschaften des Blockes E auf acht Byte komprimiert ist.
Figur 9 zeigt ein Flußdiagramm eines dritten Programms, das abläuft, wenn ein Wert der Y-Koordinate der letzten Zeile im Block E entspricht. Dieses Programm startet von einer Adresse N3 des ROM 26 und besteht aus einer Routine oder einem Programm 91, das eine Fourier-Transformation zur weiteren Komprimierung der Daten der CodeZählbereiche fO bis f7 durchführt, und einer Routine oder einem Programm 92, das eine Unterbrechung des Hilfsrechners 11 fordert.
Die Fourier-Transformation wird beispielsweise mit der folgenden Operation durchgeführt, und die gefundenen Fourier-Koeffizienten FO, Fi, F2 und F3 werden in den entsprechenden Bereichen FO bis F3 des RAM 29 gespeichert. Die Fourier-Koeffizienten lauten:
Fn = 2*f, + 3*fo + 2*f_ - 2*ίκ - 3*f, - 2*f_ (1)
ü 1 2 3 ο ο /
1 0 ■+ 2*±λ - 2*f3 - 3*f4 - 2*f5 + 2*f7 (2)
F2 = 3*fx - 3*f3 + 3*f5 - 3*f7 (3)
F3 = 3*f0 - 3*f2 + 3*f4 - 3*f6 (4).
Beispiele der ersten, zweiten und dritten Mikroprogramme sind nachstehend näher erläutert. Von den Mikrobefehlen sind diejenigen Teile, welche das Steuersignal S15 liefern, mit mnemotechnischen Ausdrücken bezeichnet, und die entsprechenden Zusammenhänge zwischen den Funktionen und den Steuersignalen S12, INT, STOP und JUMP, die gleichzeitig geliefert werden, zur Vereinfachung der Erläuterung in Tabelle 1 dargestellt. Die Wählschaltungen 23 und 28 arbeiten so, daß die Eingänge der Anschlüsse A1 und A5 gewählt werden, wenn die Steuersignale SIO und S12 den Wert "1" haben, und daß die Eingänge der Anschlüsse B1 und B5 gewählt werden, wenn die Steuersignale S10 und S12 den Wert "0" haben.
130019/0683
TABELLE 1
Name
Funktion (sic)
S INT STOP JUMP
TRF (A3)^B2
A (B3)+(A3)+B2
S (B3)-(A3)+B2
SL 1 2*(A3)+B2
CMP IF (B3) > (A3)
else
CL "0"+B2
STOP LEERBEFEHL
INT & LEERBEFEHL
STOP
WARTEN LEERBEFEHL
"0"+B,
0 0 0 LEERBEFEHL
0 0 0 LEERBEFEHL
0 0 0 LEERBEFEHL
0 0 0 LEERBEFEHL
0 0 0 LEERBEFEHL
0 0
1 0
1 1
1 0
0 LEERBEFEHL
1 AUF "WARTEN" GEHEN
1 AUF "WARTEN" GEHEN
130019/0683
Erstes Programm für q = O
Routine Nummer
15
14
S13 (B2> 10
TRF 1 01000
TRF 1 01001
TRF 1 01010
TRF 1 01011
TRF 1 01100
TRF 1 01101
TRF 1 OHIO
TRF 1 01111
CL 10000
CL 10001
CL 10010
CL 10011
CL 10100
CL 10101
CL 10110
CL 10111
0 0 0 0 0 0 0 .0
0 0 0 0 0 0 0 0
3-
STOP
Zweites Programm für q = 1 bis 14
Routine
Nummer
S15 S14 S13 (B2) S 11 (V . 5IO
4 TRF 1 00000 0
TRF 1 00001 0
TRF 1 00010 0
130019/0683
S15 S14. S13 (V S11 (A2) sio
Routine TRF 1 00011 0
Nummer TRF 1 00100 0
4 TRF 1 00101 0
TRF 1 00110 0
TRF 1 00111 0
TRF 0 11100 00000 0
CMP 0 11100 00001 0
5 A 0 11100 10000 0
TRF 0 10000 11100 0
TRF 0 11100 00001 0
CMP 0 11100 00000 0
6 A 0 11100 10100 0
TRF 0 10100 11100 0
TRF 0 11100 01000 0
CMP 0 11100 00001 0
7 A 0 11100 10001 0
TRF 0 10001 11100 0
TRF 0 11100 00001 0
CMP 0 11100 01000 0
8 A 0 11100 10101 0
TRF 0 10101 11100 0
TRF 0 11100 01000 0
CMP 0 11100 00000 0
9 A 0 11100 10010 0
TRF 0 10010 11100 0
130019/0683
Routine
Nummer
S15 S14 εΊ_ (B0
13 2
» S11 (A2) sio
10 TRF 0 11100 00000 0
CMP 0 11100 01000 0
A 0 11100 10110 0
TRF 0 10110 11100 0
11 TRF 0 11100 01001 0
CMP 0 11100 00000 0
A 0 11100 10011 0
TRF 0 10011 11100 0
12 TRF 0 11100 00000 0
CMP 0 11100 01001 0
A 0 11100 10111 0
TRF 0 10111 11100 0
TRF 0 11100 00110 0
CMP 0 11100 00111 0
A 0 11100 10000 0
TRF 0 10000 11100 0
TRF 0 11100 00111 0
CMP 0 11100 00110 0
A 0 11100 10100 0
TRF 0 10100 11100 0
TRF 0 11100 OHIO 0
CMP 0 11100 00111 0
A 0 11100 10001 0
TRF 0 ■ 10001 11100 0
130019/0663
Routine
Nummer
S15 S14 S13 (B2) S11 (A2) sio
56 TRF 0 11100 00111 0
CMP 0 11100 OHIO 0
A 0 11100 10101 0
TRF 0 10101 11100 0
57 TRF 0 11100 OHIO 0
CMP 0 11100 00110 0
A 0 11100 10010 0
TRF 0 10010 11100 0
58 TRF 0 11100 00110 0
CMP 0 11100 OHIO 0
A 0 11100 10110 O
TRF 0 10110 HlOO 0
59 TRF 0 11100 01111 0
CMP 0 11100 00110 0
A 0 1110 0 10011 0
TRF 0 10011 11.100 O
60 TRF 0 11100 00110 O
CMP 0 11100 01111 0
A 0 11100 10111 0
TRF 0 10111 11100 0
61 TRF 0 01000 00000 O
TRF 0 01001 00001 O
TRF 0 01010 00010 0
TRF 0 01011 00011 0
TRF 0 01100 00100 0
TRF 0 01101 00101 0
TRF 0 OHIO 00110 O
• ■·■ - TRF ■ 0 01111 00111 O
1 3 0 01-9 /O 6 8 3
Routine
Nummer
'15
'14
(B2)
Ίο
62
STOP
Drittes Programm für q = 15
Routine
Nummer
S15 S14 S13 (B2J S11 (A2) sio
63 TRF 0 11100 10001 0
A 0 11100 10011 0
S 0 11100 10100 0
S 0 11100 10111 0
SL 1 0 HlOO1 11100 0
TRF 0 : 11101 11100 0
TRF 0 11100 10010 0
S 0 11100 10110 0
TRF 0 11110 11100 0
SL 1 0 11100 11100 0
A 0 11100 11110 0
A 0 11100 11101 0
TRF 0 11000 11100 0
64 TRF 0 11100 10001 0
S 0 11100 10011 0
S 0 11100 10101 0
A 0 11100 10111 0
SL 1 0 11100 11100 0
TRF 0 11101 11100 0
TRF 0 11100 10000 0
S 0 11100 10100 0
TRF 0 11110 11100 0
SL 1 0 11100 11100 0
A 0 11-100 11110 0
130019/0683
Routine
Nuinrper
S15 S14 S13 (B2) S11 (A2) sio
64 A 0 11100 11101 0
TRF 0 11001 11100 0
65 TRF 0 1110 0 10001 0
S 0 11100 10011 0
A 0 11100 10101 0
S 0 11100 10111 0
TRF 0 11101 11100 0
SL 1 0 11100 11100 0
A 0 11100 11101 0
TRF 0 11010 11100 0
66 r±RF 0 11100 10000 0
S 0 HiOO 10010 0
A 0 11100 10100 0
S 0 11100 10110 0
TRF 0 11101 11100 0
SL 1 0 11100 11100 0
A 0 11100 11101 0
TRF 0 non 11100 0
67 INT &
STOP.
1
68 -· WARTEN I
130019/0683
Beim ersten Programm entsprechen die mit den Routine-Nummern 1 und 2 bezeichneten Teile den Routinen 71 bzw. 72 im Flußdiagramm gemäß Figur 7.
Beim zweiten Programm entspricht der mit der Routine Nummer 4 bezeichnete Teil der Routine 81 in Figur 8. Die mit den Routine-Nummern 5 bis 12.bezeichneten Teile untersuchen die Helligkeits-Richtungen nO bis n7 für einen Anfangssatz von vier Bildelementen und zählen die Codezählbereiche fO bis f7 hoch. Die Routine-Nummern 53 bis 60 führen die gleichen Rechenoperationen wie oben für den letzten Satz von vier Bildelementen durch. Die Teile (Routine-Nummern 13 bis 52), welche die gleiche Verarbeitung wie oben für den zweiten Satz von vier Bildelementen bis zum sechsten Satz von Bildelementen durchführen, sind hier nicht erwähnt. Die Teile von Routine-Nummern 5 bis 60 entsprechen der Routine 82 in Figur 8, und der mit der Routine-Nummer 61 bezeichnete Teil entspricht der Routine 83.
Beim dritten Programm berechnen die Routine-Nummern 63 bis 66 die Fourier-Koeffizienten FO bis F3 und entsprechen der Routine 91 gemäß Figur 9, während die Routine-Nummer 67 der Routine-Nummer 9 2 entspricht.
Wie sich aus der vorstehenden Beschreibung ergibt, besitzt die neuartige Vorrichtung zur Verarbeitung von visueller Information die folgenden Vorteile:
(1) Die Steuerung zur Verarbeitung des Bildschirmes, die in kleine Blöcke unterteilt ist, kann mit Mikroprogrammen betrieben werden, so daß die Vorrichtung mit geringer Größe herstellbar ist.
(2) Da das Bild unter Zugrundelegung von Mikroprogrammen verarbeitet wird, kann die Vorrichtung nicht nur mit kleineren Abmessungen aufgebaut, sondern durch Auswechseln der Mikroprogramme eine Vielzahl von komplexen Inhalten mit derselben Hardware verarbeitet werden.
(3) Die Recheneinheit 6, die direkt die Bilddaten behandelt, und der Hilfsrechner 11, der den Vergleich, die Identifizierung und die Steuerung unter Verwendung der verarbeiteten
130019/0683
BAD ORIGINAL
Ergebnisse durchführt, nehmen eine Teilung und Ausführung der Verarbeitung parallel innerhalb desselben Zeitintervalles vor, so daß die Bilddaten bei hoher Geschwindigkeit verarbeitet werden.
Aufgrund der angegebenen Vorteile ist es möglich, die Bilddaten wirtschaftlich bei hoher Geschwindigkeit und in praxisorientierter Weise zu verarbeiten.
Bei der hier beschriebenen Vorrichtung zur Verarbeitung von visueller Information kann außerdem die Funktion des Hilfsrechners 11 in Abhängigkeit von den Mikroprogrammen durch die Recheneinheit 6 ersetzt werden. In diesem Falle ist es möglich, ein einfach aufgebautes System zur Verarbeitung von visueller Information zu realisieren, ohne einen Hilfsrechner 11 vorzusehen, obwohl die Verarbeitungsgeschwindigkeit dann abnimmt.
Obwohl bei der oben beschriebenen Ausführungsform die Bilddaten eines Blockes während jeder Periode der horizontalen Abtastung verarbeitet wurden, ist es auch möglich, die Bilddaten von zwei oder mehr Blöcken während jeder Periode der horizontalen Abtastung unter der Voraussetzung zu verarbeiten, daß die Recheneinheit 6 eine ausreichend hohe Datenverarbeitungsgeschwindigkeit besitzt, um die Anzahl von Bildrahmen zu verringern, die für die Verarbeitung der Daten des gesamten Bildes erforderlich sind.
Obwohl das erste Mikroprogramm der hier beschriebenen Ausführungsform keine Komprimierung der Bilddaten vornimmt, ist es auch möglich, den Aufbau so zu treffen, daß die Bilddaten der letzten Zeile vom dritten Mikroprogramm eingeführt werden, und daß die Bilddaten der letzten Zeile und die Bilddaten der ersten Zeile vom ersten Mikroprogramm verarbeitet werden, um dadurch die Bilddaten zu komprimieren. Das bedeutet, daß bei der oben beschriebenen Vorrichtung eine Vielzahl unterschiedlicher Formen von Mikroprogrammen zum Einsatz gelangen können.
Zusammenfassend wird somit eine Vorrichtung zur Verarbeitung von visueller Information angegeben, die die von
130019/0683
einer Fernsehkamera gelieferten Bilddaten verarbeitet, um Bildänderungen im Laufe der Zeit abzutasten. Die Vorrichtung weist eine Schaltung, welche die Daten der X- und Y-Koordinaten erzeugt, die eine Abtastposition des Bildes
angeben, einen Speicher zum Speichern einer Vielzahl von
Mikroprogrammen, eine Steuerschaltung, welche einen Anfangsbefehl eines Mikroprogramms entsprechend der Y-Koordinate adressiert, wenn die X-Koordinate einen bestimmten Wert erreicht hat, der von einer externen Einheit bestimmt wird, sowie eine Einheit zur Verarbeitung der Bilddaten von der Fernsehkamera gemäß dem Mikroprogramm auf, das aus dem
Speicher ausgelesen wird, wobei dieselben Mikroprogramme
periodisch ausgelesen werden, indem man einige geringerwertige Bits unter den Binärdaten, welche die Y-Koordinate repräsentieren, dahin bringt, daß sie eine Anfangsadresse des jeweiligen Mikroprogramms entsprechen. Bei der hier beschriebenen Vorrichtung zur Verarbeitung von visueller Information ist der Fernsehschirm in eine Vielzahl von Blöcken unterteilt, und es ist eine verringerte Anzahl von Mikro-Programmen zur Verarbeitung der Bilddaten erforderlich.
30019/0683
Leerseite

Claims (6)

  1. ΠΛΤ Γ Ni T AN WAL 1 ι_
    SCHIKF ν. FÜNER STREHL SCHÜBEL-HOPF FBBINGHAUS FIJvCK -
    MARIAHILFPLATZ 2 & 3. MÖNCHEN 9O POSTADRESSE: POSTFACH 9h O1 6O, D-8OOO MONCHFN Sh
    HITACHI, LTD. 9. Oktober 19 8Ο
    DEA-25 307
    Vorrichtung zur Verarbeitung von visueller Information
    PATENTANSPRÜCHE
    ^i. Vorrichtung zur Verarbeitung von visueller Information, gekennzeichnet durch eine erste Einrichtung (2), die nacheinander zweidimensionale Bilddaten in Rasterabtastung in digitaler Darstellung liefert; durch eine zweite Einrichtung (3) zur Erzeugung von Koordinaten (X, Y) eines Abtastpunktes des zweidimensionalen Bildes;
    durch eine dritte Einrichtung (4-6) , die mit einer Vielzahl von Mikroprogrammen ausgerüstet ist und die ein Mikroprogramm/ entsprechend dem Wert der Y-Koordinate, ablaufen läßt, mit dem die Bilddaten verarbeitet werden, die von der ersten Einrichtung (2) geliefert werden; und durch eine vierte Einrichtung (7-11) zum Starten der dritten Einrichtung (4-6) , wenn ein -Wert der X-Koordinate mit einem bestimmten vorgegebenen Wert (Xl) übereinstimmt, so daß die
    130019/0683
    1038195
    Bilddaten für jeden bestimmten Bildbereich verarbeitet werden .
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1r dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Einrichtung (4-6) folgende Baugruppen aufweist: .
    einen Speicher (5) zum Speichern einer Vielzahl von Arten von Mikroprogrammen, einen Programmgeber (4), der aus dem Speicher (5) nacheinander Mikrobefehle ausliest, die ein Mikroprogramm bilden, das einem Wert der Y-Ko-ordinate entsprich t, und eine Recheneinheit (6) r die von den ausgelesenen Mikrobefehlen gesteuert ist und die die Bilddaten sowie die Ausgangssignale der ersten Einrichtung (2) verarbeitet.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Programmgeber (4) folgende Baugruppen aufweist:
    eine Einrichtung (22), die eine Anfangsadresse eines Mikro-Programms erzeugt, das einem Wert der Y-Koordinate entspricht, eine Einrichtung (24), die nacheinander Mikrobefehladressen erzeugt, die der Anfangsadresse folgen, und eine Einrichtung (23) , die von den bereits ausgelesenen Mikrobefehlen gesteuert ist, um eine der Adressen auszuwählen, so daß ein Mikrobefehl aus dem Speicher (5) ausgelesen wird.
  4. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die dritte Einrichtung
    130019/0633
    3038193
    (4-6, 23) das Mikroprogramm in Abhängigkeit von einem Wert von gerxngerwertigen Ziffern auswählt, welche einen Wert der jeweiligen Y-Koordinaten innerhalb eines vorgegebenen Bereiches repräsentieren, der durch die zweite Einrichtung (3) vorgegeben ist, so daß die Bilddaten für jeden Bildbereich verarbeitet werden, der durch Unterteilung des zweidimensionalen Bildes in horizontaler und vertikaler Richtung erhalten sind..
  5. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß die vierte Einrichtung (7-11) eine Einrichtung (7, 9, 10), die ein Startsignal liefert, wenn die von der zweiten Einrichtung (3) erzeugte X-Koordinate sich mit einem bestimmten Wert (Xl) deckt, sowie eine fünfte Einrichtung (8) aufweist, die den bestimmten Wert (Xl) der Einrichtung (4, 7) eingibt und die das von der dritten Einrichtung (4-6) zugeführte Startsignal steuert.
  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, -dadurch gekennzeichnet, daß die fünfte Einrichtung (8) die Ergebnisse eingibt und verarbeitet, die durch Verarbeitung der Bilddaten durch die dritte Einrichtung (4-6) für jeden BiIdbereich erhalten worden sind.
    130019/0683
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