DE3110828C2

DE3110828C2 - Verfahren und Anordnung zur Erzeugung von miteinander zu korrelierenden Signalen, insbesondere zur berührungslosen Geschwindigkeitsmessung

Info

Publication number: DE3110828C2
Application number: DE19813110828
Authority: DE
Inventors: Klaus-Peter 7881 Schwörstadt Lindner; Robert 7760 Radolfzell 18 Massen
Original assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Priority date: 1981-03-19
Filing date: 1981-03-19
Publication date: 1984-05-30
Also published as: DE3110828A1

Abstract

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Korrelation von wenigstens zwei Signalen (y(t), x(t)), die durch optische Abtastung von im Abstand voneinander liegende Flächenbereiche (F ↓y, F ↓x) gewonnen werden. Zur Erzeugung der zu korrelierenden Signale (y(t), x(t)) wird ein Videosignal (VID) erzeugt, das einem Fernsehbild mit der Abbildung der Flächenbereiche (F ↓y, F ↓x) entsprechenden Bildbereichen (B ↓y, B ↓x) entspricht. Eine Signalverarbeitungsschaltung (5) bildet für jeden in einem Bildbereich (B ↓y, B ↓x) enthaltenen Abschnitt einer Fernsehbildzeile einen Zeilenmittelwert und aus allen für den gleichen Bildbereich (B ↓y, B ↓x) erhaltenen Zeilenmittelwerten einen Bereichsmittelwert. Die in aufeinanderfolgenden Fernsehbildabtastungen für einen Bildbereich (B ↓y) erhaltenen Bereichsmittelwerte stellen ein zu korrelierendes Signal (y(t)) dar, und die für einen anderen Bildbereich (B ↓x) erhaltenen Bereichsmittelwerte stellen ein weiteres zu korrelierendes Signal (x(t)) dar. Das Videosignal kann vor der Bildung eines Zeilenmittelwerts entsprechend einer gewünschten optischen Übertragungsfunktion gewichtet werden, und die Zeilenmittelwerte können vor der Bildung des Bereichsmittelwerts entsprechend einer gewünschten optischen Übertragungsfunktion gleichfalls gewichtet werden. Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet ist die berührungslose Geschwindigkeitsmessung. Ein Korrelator (7) berechnet die Kreuzkorrelationsfunktion zwischen zwei in der vorstehenden Weise erzeugten Signalen, und ..

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, sowie eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.

Aus der DE-OS 30 00 654 ist ein System zur Darstellung der Bewegung eines Fahrzeugs relativ zu einer Oberfläche, insbesondere zur Messung der Geschwindigkeit eines Flugzeugs relativ zum Boden, bekannt, bei welchem eine Fernsehkamera ein i-ernsehbild der Oberfläche aufnimmt und ein diesem Fernsehbild entsprechendes.Videosignal liefert. Die einem vorbestimmten Bildbereich des Fernsehbildes erfrechenden Abschnitte des Videosignals werden nach öilr'punktweiser Digitaiisierung gespeichert, und die gespeicherten Bildpunktsignale werden mit Bildpunktsignalen korreliert, die in gleicher Weise aus dem Videosignal einer späteren Fern ;ehbildabtastung abgeleitet werden. Die Korrelation erfolgt durch einen entsprechend programmierten Computer. Das Korrelationsmaximum ergibt sich für den Bildbereich der späteren Fernsehbildabtastung, der dem gleichen Flächenbereich der abgetasteten Oberfläche entspricht wie der gespeicherte Bildbereich der früheren Fernsehbildabtastung. Aus dem räumlichen Abstand der beiden Bildbereiche im Fernsehbild kann die Geschwindigkeit der Relativbewegung zwischen Fernsehkamera und abgetasteter Oberfläche berechnet werden. Dieses bekannte System erfordert einen großen Speicherbedarf und ist verhältnismäßig langsam, weil die bildpunktweise Korrelation eine große Rechenzeit erfordert.

Insbesondere eignet sich das bekannte System nicht für cHn Einsatz von kommerziell verfügbaren preiswerten lndustriekorrelatoren, die fortlaufend die Kreuzkorrelationsfunktion von zwei ihnen zugeführten Signalen berechnen. In der Betriebs- und Überwach^ngsmeßtechnik gewinnt diese Signalkorrelation eine zunehmende Bedeutung. Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet ist die berührungslose Geschwindigkeitsmessung durch Korrelation von zwei Signalen, die mit Hilfe von zwei in der Bewegungsrichtung des zu erfassenden Prozesses angeordneten Sensoren aus der inhomogenen Struktur des bewegten Prozesses abgeleitet werden. Ein Korrelationsrechner berechnet die Kreuzkorrelationsfunktion der beiden Signale uiid stellt die dem Maximum der KieuzKorrelationsfunktion entsprechende Zeitver-Schiebung zwischen den korrelierten Signalen fest. Diese Zeitverschiebung ist gleich der Zeit, die der bewegte Prozeß zum Zurücklegen einer Strecke benötigt, die dem Abstand zwischen den beiden Sensoren entspricht. Bei bekanntem Ser x>rabstand kann aus dieser Zeitver-Schiebung die Geschwindigkeit des bewegten Prozesses berechnet werden.

Je nach der Art des zu erfassenden Prozesses werden unterschiedliche Sensoren verwendet die beispielsweise auf Mikrowellen, Ultraschall, radioaktive Strahlung, Wärmestrahlung, Diöck, Kapazität oder auch auf optische Strahlung ansprechen. In vielen Fällen sind optische Sensoren, die auf Helligkeit oder die Intensität bestimmter Spektralkomponenten ansprechen, besonders

geeignet. Die Montage und die Herstellung eines zweifachen empfindlichen Systems mit geeigneten optischen Eigenschaften zur Erzeugung zweier gut korrelierter und möglichst hochfrequenten 1 lelligkeits-Zufallssigna-Ie ist allerdings mit nicht unerheblichen technischen Problemen und Kosten verbunden. Von Nachteil ist weiterhin bei üblichen optischen Systemen, die aus einem Linsensystem, einer Blende und einem optoelektrischen Sensor bestehen, daß die Übertragungseigenschaften insbesondere durch den Bildausschnitt und die Blendengeometrie konstruktior.sbedingt vorgegeben sind und nicht mehr verändert werden können, um z. B. sich ändernden ProzeLicigcnschaften angepaßt zu werden.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens, das auf einfache Weise die Erzeugung von zwei oder mehr miteinander zu korrelierenden Signalen mit guicii Kui icläiiCmScigcröCnaiicn ermöglicht. d:c für d:s Verarbeitung in verfügbaren Korrelatoren geeignet sind, und das leicht und bequem an sich ändernde Bedingungen angepaßt werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Verfahren nach der Erfindung durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs ! gelöst.

Das Verfahren nach der Erfindung ergibt Signale, die die gleichen Eigenschaften wie die Signale haben, die durch die optische Abtastung der räumlich getrennten Flächenbereiche mittels Sensoren gewonnen werden, und sie sind daher in gleicher Weise wie solche Signale zur Verarbeitung in verfügbaren Korrelatoren geeignet. Zur Bildung der Signale werden jedoch keine getrennten Sensoren. Linsensysteme und Blenden verwendet, sondern die verschiedenen zu korreüerenden Signale werden aus verschiedenen Bildbereichen der gleichen Fernsehbildabtastung gewonnen. Die geometrischen und optischen Eigenschaften der aiif diese Weise virtuell nachgebildeten Blenden und Sensoren sind rein elektronisch durch die Lage. Form und Größe der Bildbereiche und durch die Verarbeitung des Videosignals bestimmt. So kann beispielsweise der effektive Sensorabstand durch Änderung des Absiands der Bildbereiche im Fernsehbild elektronisch verändert werden. Die Übertragungseigenschaftep. der virtuellen Blenden können durch Gewichtung der verarbeiteten Signale vor der Mittelwertbildung elektronisch beeinflußt werden, so daß jede gewünschte zweidimensional optische Bkndenübertragungsfunktion erhalten wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann in vielen Fällen mit geringem Aufwand angewendet werden, weil bereits viele industrielle Prozesse durch Fernsehanlagen optisch überwacht werden. In diesen Fällen wird einfach das von der vorhandenen Fernsehkamera gelieferte Videosignal zur Gewinnung der zu korrelierenden Signale zusätzlich elektronisch verarbeitet. Je nach den gewünschter, Eigenschaften kann die Gewinnung der zu korrelierenden Signale aus einem Leuchtdichtesignal oder, falls eine Farbfernsehkamera verwendet wird, aus einem oder mehreren Farbvideosignaler. erfolgen.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Anzahl der aus der gleichen Fernsehbildabtastung gewonnenen Korre'ationssignale nicht auf zwei beschränkt ist. So ist es beispielsweise möglich, Paare von Bildnereichen in zueinander senkrechten Richtungen vorzusehen und durch Kor relation der daraus gewonnenen Signaipaare die Geschwindigkeiten in den beiden Richtungen gleichzeitig zu messen.

!"folge dieser vorteilhaften Eigenschaften ist das erfindungsgemäße Verfahren außerordentlich vielseitig und anpassungsfähig; dabei ist es besonders vorteilhaft, daß alle Änderungen und Anpassungen ohne Eingriff in den mechanischen und optischen Aufbau auf rein elektronischem Wege vorgenommen werden können.

Insbesondere ist das erfindungsgemäße Verfahren nicht auf die Erzeugung von Signalen für die berührungslose Messung von Geschwindigkeiten oder anderen Bewegungsgrößen beschränkt; die Signale können auch für die Korrelation von ruhenden Flächenbereichen verwendet werden, um den Grad der Übereinstimmung festzustellen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Verfahrens nach der Erfindung sowie bevorzugte Ausführungsformen von Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung ist in der folgenden Beschreibung von AuEführun.gsbeispic!?¹¹ anhand der Zeichnune näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 das Prinzipschema einer Anlage zur berührungslosen Geschwindigkeitsmessung,

Fig. 2 das Blockschaltbild der Signalverarbeitungsschaltung der Anlage von Fig, I.

F i g. 3 ein Diagramm des abgetasteten Fernsehbildes zur Erläuterung der Funktionsweise der Signalverarbeitungsschaltung von F i g. 2,

Fig⁴ Diagramme zur Erläuterung der Beeinflussung der Übertragungsfunktion einer Blende,

F i g. 5 das Schaltbild einer Ausführungsform der Signalverarbeitungsschaltung für ?ine digitale Signalverarbeitung,

Fig. 6 das Schaltbild einer Ausführungsform der Signalverarbeitungsschaltung für eine analoge Signalverarbeitung,

j5 F i g. 7 ein Diagramm des abgetasteten Fernsehbildes mit einer anderen Anordnung von zwei Bildbereichen und

F i g. 8 ein Diagramm des abgetasteten Fernsehbildes mit einer Anordnung von vier Bildbereichen.

F i g. 1 zeig; eine Anordnung zur berührungslosen Messung der Geschwindigkeit eines Materialbandes 1, das sich auf Förderrollen 2 in der Pfeilrichtung mit der Geschwindigkeit r bewegt. Das Materialband 1 kann beispielsweise ein gewalztes, rotglühendes Stahlblech in einer Walzstraße oder ein Fließglasband sein. Für die berührungslose Geschwindigkeitsmessung wird die Tatsache ausgenutzt, daß die Oberfläche des Materialbandes infolge der immer vorhandenen Unregelmäßigkeiten nicht gleichförmig hell leuchtet, sondern zufällige Helligkeitsstrukturen aufweist. Die angewendete berührungslose Geschwindigkeitsmessung beruht auf dem Prinzip, zwei in einem genau bekannten Abstand D voneinander liegende Flächenbereiche F_y, F_x an der Oberfläche des Materialbandes 1 optisch abzutasten, für jeden Fiächenbereich ein elektrisches Signal y(t) bzw. x(t) zu bilden, das eine optische Eigenschaft des Flächenbereichs, beispielsweise die mittlere Helligkeit, als Funktion der Zeit darstellt und die Kreuzkorrelationsfunktion zwischen diesen Signalen zu bilden. Die dem Maximum der Kreuzkorrelationsfunktion entsprechende Zeitverschiebung zwischen den korrelierten Signalen ist dann gleich der Zeit, die das Materialband zum Zurücklegen der Strecke D benötigt. Da die Strecke D genau bekannt ist, läßt sich, aus dieser Zeitvcrschiebung die

b5 Geschwindigkeit ν berechnen.

Eine Fernsehkamera 3 ist so angeordnet, daß sie ein Fernsehbild der Oberfläche des Materialbandes 1 aufnimmt, das die beiden Flächenbereiche F_x und ^enthält

Das Fernsehbild kann auf einem Monitor 4 wiedergegeben werden, doch ist dies für die Geschwindigkeitsmessung nicht notwendig. Bei vielen industriellen Prozessen ist jedoch bereits eine Fernsehüberwachungsanlage mit Kamera und Monitor vorhanden, die dann zusätzlich zur berührungslosen Geschwindigkeitsmessung ausgenutzt werden kann.

Auf dem Bildschirm des Monitors 4 sind zwei Bildbereiche 4 und B_x angedeutet, welche die Abbildungen der Flächenbereiche F_y, F_x sind. Diese Abbildungen sind jedoch normalerweise in dem wiedergegebenen Fernsehbild nicht sichtbar, denn es handelt sich nor um gedachte Bereiche des Fernsehbildes. Falls erwünscht, wäre es allerdings möglich, in das Fernsehbild Markierungen einzublenden, um die Lage der Bildbereiche S₁ und ß, darzustellen.

Als Beispiel ist angenommen, daß die Bildbereiche B_y und B_x (und somit auch die Flächenbereiche F_y und F,) Rechtecke gleicher Größe sind, die in der Horizontalablenkrichtung jeweils einen mittleren Abschnitt der Büdzeilen einnehmen. In vertikaler Richtung erstreckt sich jeder Bildbereich über eine größere Anzahl von Zeilen des Fernsehbildes, und die beiden Bildbereiche liegen voneinander in einem Abstand d, der der Abbildung des Abstandes D der Flächenbereiche F₁, und F. im gewählten Abbildungsmaßstab entspricht. Der Abstand c/ist als der Abstand zwischen den horizontalen Mittelachsen der beiden rechteckigen Bildbereiche B_y und B_x definiert.

Eine Signalverarbeitungsschaltung 5 empfängt am Eingap«? 5a das von der Fernsehkamera 3 abgegebene Videosignal VID, das auch dem Monitor 4 zugeführt wird. Dieses Videosignal ist in bekannter Weise aus Bildsignal, Austastsignal und Synchronsignal zusammengesetzt. Zur Vereinfachung wird angenommen, daß die Fernsehkamera 3 eine Schwarz-Weiß-Kamera ist, so daß das Bildsignal ein reines Leuchtdichtesignal ist. Das Synchronsignal enthält insbesondere die Horizontai-Synchronimpulse und die Vertikal-Synchronimpulse.

Mit Hilfe einer Eingabevorrichtung 6 werden der Signalverarbeitungsschaltung 5 Informationen zugeführt, die für die horizontalen und vertikalen Abmessungen der beiden Bildbereiche B_y und S₁ sowie den Abstand d zwischen diesen Bildbereichen kennzeichnend sind. Die Signalverarbeitungsschaltung 5 erzeugt aufgrund dieser Informationen aus dem von der Fernsehkamera gelieferten Videosignal VID die beiden zu korrelierenden Signale y(t) und x(t). Diese Signale werden an zwei Ausgängen 5b, 5c abgegeben, an die ein Korrelator 7 angeschlossen ist, der die Kreuzkorrelationsfunktion ermittelt Ein an den Korrelator 7 angeschlossenes Auswertegerät 8 untersucht die Kreuzkorrelationsfunktion auf ein Maximum, stellt die entsprechende Verschiebungszeit fest und berechnet aus dieser Verschiebungszeit sowie aus dem eingestellten Abstand d die gesuchte Geschwindigkeit v.

F i g. 2 zeigt das Prinzipschema einer möglichen Ausführungsform der Signalverarbeitungsschaltung 5. Bei dieser Ausführungsform erfolgt die Bestimmung der Grenzen der Bildbereiche B_y und B_x in vertikaler Richtung durch Abzählung der Bildzeilen des Fernsehrasters und in horizontaler Richtung durch Abzählen von Bildpunkten entlang den Bildzeilen.

Das am Eingang 5a anliegende Videosignal VfD wird einerseits einer Gewichtungs- und Summierschaltung 10 und andererseits einer Synchronirennstufe 11 zugeführt Die Synchrontrennstufe 11 trennt von dem Videosignal VID die Horizontal-Synchronimpulse Ih und die Vertikal-Synchronimpulse Iv ab und gibt diese an getrennten Ausgängen 11a bzw. 11£> ab.

Die am Ausgang Ua abgegebenen Horizontal-Synchronimpulse Ih werden dem Synchronisiereingang eines Bildpunktimpulsgenerators 12 zugeführt. Dieser erzeugt kurze Impulse Ip. deren Folgefrequenz //»ein Vielfaches der Folgefrequenz fn der Horizontal-Synchronimpulse Ih ist, so daß gilt:

K ■ !,,.

Diese kurzen Bildpunktimpulse /psind durch die Horizontal-Synchronimpulse Ih so synchronisiert, daß sie eine definierte zeitliche Lage in bezug auf die Horizontal-Synchronimpulse einnehmen. Der Bildpunktimpulsgenerator 12 erzeugt also in jeder Zeilenperiode die gleiche Anzahl K von Bildpunktimpulsen Ip, die in allen Bildzeilen die gleichen Lagen haben. Würde man die Bildpunktimpulse Ip\m Fernsehbild sichtbar machen, so wären sie in parallelen vertikalen Reihen angeordnet. Jeder Bildpunktimpuls Ip bestimmt somit einen definierten räumlichen Punkt in einer Zeile des Fernsehbildes und einen definierten Zeitpunkt innerhalb der Zeilenperiode. Der Faktor K bestimmt die Auflösung des Bildes in horizontaler Richtung für die Signalverarbeitung.

An den Ausgang des Bildpunktimpulsgenerators 12 ist der Takteingang 13a eines Zählers 13 angeschlossen. Ein Nullstelleingang 13b des Zählers 13 empfängt die Horizontal-Synchronimpulse Ih vom Ausgang 11a der Synchrontrennstufe 11, so daß der Zähler 13 am Beginn jeder Zeilenperiode auf Null gestellt wird. Der Zähler 13 zählt somit die Bildpunktimpulse Ip in jeder Zeile von Null an. Die Zählkapazität des Zählers 13 ist natürlich mindestens so groß wie die Anzahl der in einer Zeilenperiode erzeugten Bildpunktimpulse.

Der Augenblicks-Zählerstand des Zählers 13 ist jederzeit an einer Gruppe von Ausgängen 13c in Form einer rnchfslciligcn Signalcodegruppc verfügbar. Die Ausgänge 13c sind mit entsprechenden Eingängen eines Komparators 14 verbunden. Eine zweite Gruppe von Eingängen des Komparators 14 ist mit entsprechenden Ausgängen eines Horizontaladressenregisters 15 verbunden. In das Horizontaladressenregister 15 können zwei Horizontaladressen, die bestimmten Zählerständen des Zählers 13 entsprechen, mit Hilfe der Eingabevorrichtung 6 (F i g. 1) eingegeben werden. Der Komparator 14 ist so ausgebildet, daß er an seinem Ausgang 14a ein Freigabesignal zu der Gewichtungs- und Summierschaltung 10 liefert, wenn der Zählerstand des Zählers 13 zwischen den beiden im Horizontaladressenregister 15 stehenden Horizontaladressen liegt. Die Gewic'.tungs- und Summierschaltung 10 empfängt außerdem die Bildpunktimpulse Ip für die Taktsteuerung ihres Betriebs.

An den Ausgang der Gewichtungs- und Summierschaltung 10 sind parallel zwei weitere Gewichtungsund Summierschaltungen 20,21 angeschlossen.

Ein zweiter Zähler 22empfängt am Zähleingang 22a die Horizontal-Synchronimpulse In und an einem NuIl-Stelleingang 22i> die Vertikal-Synchronimpulse Iv- Der Zähler 22 wird somit am Beginn jeder Fernsehbildabtastung auf Null zurückgestellt, und er zählt dann die Bildzeilen von Null an.
Der Augenblicks-Zählerstand des Zählers 22 ist jederzeit an einer Gruppe von Ausgängen 22c in Form einer mehrstelligen Signaicodegruppe verfügbar. Die Ausgänge 22c sind parallel mit entsprechenden Eingängen von zwei Komparatoren 23 und 25 verbunden. Eine

3 ι si

zweite Gruppe von Eingängen des Komparators 23 ist mit entsprechenden Ausgängen eines Vertikaladressenregisters 24 verbunden, und eine zweite Gruppe von Eingängen des Komparators 25 ist mit entsprechenden Ausgängen eines weiteren Vertikaladressenregisters 26 verbunden. In jedes der beiden Vertikaladressenregister 24 und 26 kr inen zwei Vertikaladressen, die bestimmten Zählerständen des Zählers 22 entsprechen, mit Hilfe der Eingabevorrichtung 6 eingegeben werden. Jeder der beiden Komparatoren 23 und 25 ist so ausgebildet, daß ίο neu er an seinem Ausgang ein Freigabesignal liefert, wenn der Zählerstand des Zählers 22 zwischen den beiden Vertikaladressen liegt, die im zugehörigen Vertikaladressenregister 24 bzw. 26 stehen. Das am Ausgang 23a des Komparators 23 gelieferte Freigabesignal wird an die Gewichtungs- und Summierschaltung 20 angelegt, und das am Ausgang 25a des Komparators 25 gelieferte Freigabesignal wird an die Gewichtungs- und Summierschaltung 21 angelegt. Die Gewichtungs- und Summierschaltungen 20 und 2t empfangen außerdem die Horizontal-Synchroninipulse Ih für die Taktsteuerung ihres Betriebs.

An den Ausgang der Gewichtungs- und Summierschaltung 20 ist eine Abtast· und Halteschaltung («Sample & Hold«) 27 angeschlossen, und an den Ausgang der Wichtungs- und Surnmierschaltung 21 ist eine Abtast- und Halteschaltung 28 angeschlossen. Die beiden Abtast- und Halteschaltungen 27,,28 werden durch die Vertikal-Synchronimpulse Iv gesteuert. Der Ausgang der Abtast- und HalteschalUHig 27 ist mit der Ausgangsklemme 5b der Signalverarbeitungsschaltung 5 verbunden, an der das Signal y(t) abgegeben wird, und der Ausgang der Abtast- und Halteschaltung 28 ist mit der Ausgangsklemme 5c verbunden, an der das Signal x(t) abgegeben wird.

Die Funktionsweise der Schaltung von F i g. 2 soll mit Hilfe des Diagramms von F i g. 3 erläutert werden, das sehr schematisch die Lage der Bildbei eiche B_y und B_x in dem Fernsehbild zeigt.

Es ist angenommen, daß das Fernsehraster aus η Zeilen besteht, die mit Z bis Z_n numeriert sind. Weiterhin ist angenommen, daß jede Zeile in q Bildpunkte unterteilt ist, die mit Pi bis P_q numeriert sind.

Die beiden Bildbereiche B_y und B_x erstrecken sich in horizontaler Richtung jeweils vom Bildpunkt P* bis zum Bildpunkt P_n,. Der Bildbereich B₁ erstreckt sich in vertikaler Richtung von der Zeile Z, bis zur Zeile Z> Der Bildbereich B_k erstreckt sich in vertikaler Richtung von der Zeile Z* bis zur Zeile Z_n,. Die Anzahl der Zeilen zwischen den Zeilen Z, und Zj ist gleich der Anzahl der Zeilen zwischen den Zeilen Zt und Z_1n, so daß die beiden Bildbereiche B_y und B_x auch in vertikaler Richtung die gleiche Ausdehnung haben. Demzufolge ist der Abstand der Zähler 22 <? <rch den von der Synchrontrennstufe 11 abgegebenen Vertikal-Synchronimpuls Iv auf Null zurückgestellt. Der erste auf den Vertikal-Synchronimpuls Iv folgende Horizontal-Synchronimpuls /// bringt den Zähler 22 in den Zählerstand 1 und stellt gleichzeitig den Zähler 13 auf Null zurück. Der Zählerstand des Zählers 22 zeigt somit die Abtastung der ersten Bildzeile Z\ an.

Im Verlauf der Abtastung der Zeile Z\ zählt der Zähler 13 die vom Bildpunktimpulsgenerator 12 abgegebe-Bildpunktimpulse Ip. Beim Erreichen des Zähler-

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45 stands Pk stellt der Komparator 14 die Koinzidenz mit der ersten im Horizontaladressenregister 15 gespeicherten Horizontaladresse fest. Er liefert somit zur Gewichtungs- und Summierschaltung 10 ein Freigabesignal, das bestehen bleibt, bis der Zähler 13 den Zählerstand P_n, erreicht hat, der der zweiten im Horizontaladressenregister 15 gespeicherten Horizontaladret:se entspricht. Nach dem Überschreiten des Zählerstandes P_m stellt der Komparator 14 fest, daß der Zählerstand des Zählers 13 nicht mehr zwischen den beiden gespeicherten Horizontaladressen liegt, und er liefert kein Freigabesignal mehr zu der Gewichtungs- und Summierschaltung 10.

Während der Dauer, in der die Gewichtungs- und Summierschaliung 10 ein Freigabesignal vom Komparator 14 empfängt, führt sie eine fortlaufende Summierung des vom Eingang 5a kommenden Videosignals VID durch, gegebenenfalls mit einer Gewichtung durch Multiplikation mit Gewichtungskoeffizienten, die sich entlang der Bildzeile nach einer gewünschten Übertragungsfunktion ändern, wie später noch genauer erläutert wird. Am Ende der Abtastung der Zeile Z\ steht dann im Speicher der Gewichtungs- und Summierschaltung 10 ein Zeilenmittelwert, der der gewichteten Mittelung der Helligkeit aller zwischen den Bildpunkten P_k und P_m der Zeile Z\ liegenden Bildpunkte entspricht. Dieser gewichtete Zeilenmitteiwert wird am Ende der Zeilenabtastung am Ausgang der Gewichtungs- und Summierschaltung 10 abgegeben.

Der gleiche Vorgang wiederholt sich bei der Abtastung jeder folgenden Zeile, wobei jeweils am Beginn der Zeilenabtastung der Horizontal-Synchronimpuls Ih den Zähler 13 auf Null zurückstellt und gleichzeitig den Zähler 22 um eine Einheit weiterschaltet, so daß dessen Zählerstand jeweils die Nummer der gerade abgetasteten Zeile angibt. Am Ausgang der Gewichtungs- und Summierschaltung 10 erscheinen somit der Reihe nach die (gegebenenfalls gewichteten) Zeilenmittelwerte für die nacheinander abgetasteten Zeilen.

Bis zu dem Zeitpunkt, in welchem der Zählerstand des Zählers 22 die Zeilennummer Z, erreicht, gibt keiner der beiden Komparatoren 23 und 25 ein Freigabesignal ab, so daß die beiden Gewichtungs- und Summierschaltungen 20 und 21 inaktiv bleiben. Die bis dahin von der

zwischen den Zeilen Z,- und Zt sowie der Abstand zwischen den Zeilen Zj und Z_m jeweils gleich dem Abstände/ 55 Gewichtungs- und Summierschaltung 10 gelieferten zwischen den horizontalen Mittelachsen der beiden Zeilenmittelwerte werden daher nicht verwertet.

Bildbereiche.

Vor der Inbetriebnahme der Schaltung von F i g. werden die Bildpunktnummern P_k und P_m mit Hilfe der Eingabevorrichtung 6 in das Horizontaladressenregister 15 als Horizontaladressen eingegeben. Die Zeilennummern Z, und Zj werden in das Vertikaladressenregister 24 eingegeben, und die Zeilennummern Zk und Z_m werden in das Vertikaladressenregister 26 eingegeben Die Inhalte der Adressenregister 15, 24 und 26 bleiben unverändert, solange die Lage und Ausdehnung der Bilribereiche B_y und Β_λ nicht geändert werden sollen.

Am Beginn der Abtastung eines Fernsehbildes wird Wenn der Zählerstand des Zählers 22 die Zeilennummer Z, erreicht, stellt der Komparator 23 die Koinzidenz mit der ersten im Vertikaladressenregister 24 gespeicherten Vertikaladresse fest. Er liefert daher am Ausgang 23a ein Freigabesignal, das bestehen bleibt, bis der Zähler 22 den Zählerstand Zy erreicht, der der zweiten im Vertikaladressenregister 24 gespeicherten Vertikaladresse entspricht Während dieses Zeitintervalls führt daher die Gewichtungs- und Summierschaltung 20 eine fortlaufende Summierung der von der Gewichtungsund Summierschaltung 10 gelieferten Zeiienmittelwerte durch, gegebenenfalls wiederum mit einer Gewichtung

durch Multiplikation mit Gewichtungskoeffizienten, die »ich von Zeile zu Zeile entsprechend der gewünschten Übertragungsfunktion ändern können. Diese Summiei■■ ng wird beendet, wenn der Zählerstand des Zählers 22 die Zeilennummer Z, überschreitet. Im Speicher der Gewichtungs- und Summierschaltung 20 steht dann ein Bereichsmittelwert, der der gewichteten Mittelung der Helligkeit aller im Bildbereich O₁ enthaltenen Bildpunkte entspricht.

In dem Zeitraum, in welchem der Zählerstand des Zählers 22 zwischen den Zeilennummern Z, und Zk liegt, werden die von der Gewichtungs- und Summierschaltung 10 gelieferten Zeilenmittelwerte erneut ignoriert, da keiner der beiden Komparatoren 23 und 25 ein Freigabesignal liefert.

Wenn der Zählerstand des Zählers 22 die Zeilenadresse Zk erreicht, stellt der Komparator 25 die Koinzidenz mit der ersten im Vertikaladressenregister 26 gespeicherten Vertikalsdresse fest. Er liefert somit am Ausgang 25a ein Freigabesignal, das die Gewichtungs- und Summierschalt..flg 21 aktiviert und bestehen bleibt, bis der Zähler 22 den Zählerstand Z_m erreicht hat, der der zweiten im Vertikaladressenregister gespeicherten Vertikaladresse entspricht. Während der Dauer dieses Freigabesignals führt die Gewichtungs- und Summierschaltung 21 eine gewichtete Summierung der von der Gewichtungs- und Summierschaltung 10 gelieferten Zeilenmittelwerte in der gleichen Weise durch, wie dies zuvor für die Gewichtungs- und Summierschaltung 20 beschrieben worden ist. Am Ende der Abtastung der Zeile Z_n, steht somit im Speicher der Gewichtungs- und Summierschaltung 21 ein Bereichsmittelwert, der der gewichteten Mittelung der Helligkeit aller im Bildbereich B_x liegenden Bildpunkte entspricht.

Beim Beginn der nächsten Fernsehbildabtastung löst der Vertikal-Synchronimpuls Iv die Übernahme der in den Gewichtungs- und Summierschaltungen 20 und 21 stehenden Bereichsmittelwerte in die Abtast- und Halteschaltungen 27, 28 aus. Sie stehen dann an den Ausgängen 5b, 5c für die Dauer der nächsten Fernsehbildabtastung zur Verfügung.

Die in den aufeinanderfolgenden Femsehbildabiastungen an den Ausgängen 5b und 5c nacheinander erscheinenden Bereichsmittelwerte stellen somit zeitlich veränderliche Signale y(t) bzw. x(t) dar, die die gleichen Eigenschaften wie Signale haben, die unter Verwendung von zwei im Abstand D angeordneten optischen Sensoren erhalten werden, die die Oberfläche des Materialbandes 1 unter Einfügung von optischen Blenden abtasten, deren Öffnungen den Flächenbereichen F_v bzw. F_x entsprechen, wobei die optischen Sensoren so beschaffen sind, daß sie Signale liefern, die dem Mittelwert der Helligkeit des gesamten erfaßten Flächenbereichs entsprechen. Bei der dargestellten und beschriebenen Anordnung sind aber diese Blenden und Sensoren nicht wirklich vorhanden, sondern lediglich durch die Bereiche By und B_x des Fernsehbildes virtuell dargestellt Dies ergibt eine Reihe von ganz erheblichen Vorteilen gegenüber der Verwendung wirklicher Blenden und Sensoren. Insbesondere können die Lage und Größe der virtuellen Blenden und der Abstand der Sensoren jederzeit sehr einfach dadurch geändert werden, daß andere Horizontal und Vertikaladressen in die Adressenregister 15,24 und 25 eingegeben werden. Es ist sogar möglich, den Abstand D der Sensoren in Abhängigkeit vom Ergebnis der Korrelationsrechnung fortlaufend zu ändern. Bei Korrelationssensoren gibt es nämlich je nach den Eigenschaften des Prozessors und der Sensoren einen optimalen Sensorabstand. Die beschriebene Anordnung bietet die Möglichkeit, durch automatische Änderung der gespeicherten Horizontal- und Vertikaladressen den Sensorabstand laufend an seinen optimalen Wert anzupassen.

Von besonderem Vorteil ist die Möglichkeit, die Übertragungseigenschaften des Systems durch die vorgenommene Gewichtung zu beeinflussen und bei Bedarf zur Anpassung an sich ändernde Verhältnisse zu verändern. Dies sei an Hand eines in F i g. 4 dargestellten Beispiels erläutert. F i g. 4a zeigt eine Blende 30, mit deren Hilfe die Oberfläche eines Mal.erialbandes 31 abgetastet wird, das sich mit der Geschwindigkeit ν bewegt. Die Blende 30 ist durch einen rechteckigem Ausschnitt in einer lichtundurchlässigen Platte gebildet. Das Diagramm von F i g. 4b stellt den Durchlaßgrad (Transmissionsgrad) rder Blende 30 als Funktion des Weges s in der Bewegungsrichtung des Materialbandes 31 dar. Der Durchlaßgrad rist eine Rechteckkurve, die am Ort der lichtundurchlässigen Platte den Wert Null und im Ausschnitt den Wert 100% hat. Die Übertragungseigenschaften einer solchen rechteckförmigen Blende werden durch die Spaltfunktion sin x/x beschrieben, die im Diagramm von F i g. 4c dargestellt ist. Ein Muster mit einem bestimmten, durch die Mustergeometrie und die Geschwindigkeit definierten Frequenzspektrum wird durch diese Übertragungsfunktion der Blende in seinem Frequenzspektrum verändert. Bei korrelativen Meßsystemen ist es jedoch vorteilhaft, wenn das Spektrum möglichst weiß ist, d h. wenn bis zu einer oberen Grenzfrequenz alle Frequenzen mit gleicher Signalleistung vorkommen. Eine günstige Beeinflussung durch die Blende wird erreicht, wenn die Übertragungsfunktion der Blende nicht den sin x/x-Verlauf von F i g. 4c hat, sondern bis zu einer oberen Grenzfrequenz konstant ist, wie im Diagramm von F i g. 4f dargestellt ist. Dies setzt aber eine Stoßantwort der Blende nach einer sin x/x-Funktion voraus, d. h. die Blende muß die Helligkeitswerte entsprechend der Funktion sin x/x bewerten. Dies läßt sich, wie in Fig.4d dargestellt ist, dadurch erreichen, daß in eine rechteckige Blende 32 eine als Graufilter wirkende Folie 33 eingelegt wird, deren Durchlaßgrad sich nach der Funktion sin x/x ändert, wobei auch das Material der Blendenplatte einen von Null veiiohiedenen Durchlaßßrad hat, so daß die im Diagramm von Fig.4e dargestellte Kurve des Durchlaßgrads r als Funktion des Weges serhalten wird.

Eine solche Beeinflussung der Übertragungsfunktion der »virtuellen Blenden« kann bei der Schaltung von F i g. 2 auf sehr einfache Weise rein elektrisch durch die durchgeführte Gewichtung erreicht werden. Bei der Anordnung von F i g. 4d ändert sich der Durchlaßgrad der Blende nur in der Bewegungsrichtung des Materialbandes, die der Vertikalablenkrichtung des Fernsehbildes bei der Anordnung von F i g. 1 entspricht. Dagegen ist der Durchiaßgrad quer zur Bewegungsrichtung, also in der Horizontalablenkrichtung, konstant. Die Durchlaßkurve von F i g. 4e kann daher allein durch eine Gewichtung der Zeilenmittelwerte in den Gewichtungs- und Summierschaltungen 20 und 21 erzielt werden, ohne daß eine Gewichtung in der Zeilenrichtung in der Gewichtungs- und Summierschaltung 10 erfolgt.

Natürlich ist es durch die Gewichtung in der Anordnung von F i g. 2 leicht möglich, der Blendenübertragungsfunktion jeden anderen gewünschten Verlauf zu geben, z. B. nach Art eines Hochpasses, um hochfrequente Anteile stärker hervorzuheben. Wenn sowohl eine Gewichtung in der Zeilenrichtung (in der Gewich-

tungs- und Summierschaitung 10) als auch eine Gewichtung in der Vertikalablenkrichtung (in den Gewichtungs- und Summierschaltungen 20 und 21) vorgenommen wird, erzielt man eine zweidimensionale Beeinflussung der optische ι Übertragungsfunktion, die in gewissen Anwendungsfällen erwünscht sein kann. Eine solche zweidimensionale optische Übertragungsfunktion könnte auf der optischen Seite nur sehr schwierig und mit erheblichem Aufwand erzeugt werden. Es wäre auch nur schwer möglich, eine solche optisch bestimmte Übertragungsfunktion nachträglich zu ändern. Dagegen kann bei der Anordnung von F i g. 2 die Übertragungsfunktion jeder virtuellen Blende einfach durch Änderung der Gewichtungsfaktoren jederzeit geändert werden.

Fig.5 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Signalverarbeitungsschaltung 5, die für eine digitale Signalverarbeitung ausgebildet ist Diese Ausführungsform eignet sich besonders gut für eine Realisierung durch einen geeignet programmierten Mikrocomputer.

Zur Vereinfachung ist in Fig.5 nur der Teil der Schaltung dargestellt, der zur Erzeugung des Signals y(t) dient, das dem Bildfeld B₁ entspricht. Die Erweiterung der Schaltung um die für die Erzeugung des Signals x(t) zusätzlich erforderlichen Schaltungsteile ist aufgrund der Darstellung von F i g. 2 ohne weiteres ersichtlich.

In Fig.5 sind wieder die folgenden Schaltungsbeitandteile von F i g. 2 dargestellt:

— die Synchrontre.nnstufe 11:

— der Bildpunktimpulsgenerator 12;

— der Zähler 13;

— der Komparator 14;

— das Horizontaladressenregister 15;

— der Zähler 22;

— der Komparator 23;

— das Vertikaladressenregister 24.

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Diese Schaltungsbestandteile ergeben die gleiche Funktionsweise, wie sie zuvor anhand von F i g. 2 erläutert wurde.

Das vom Eingang 5a kommende Videosignal VlD wird einer Abtastschaltung 40 zugeführt, die durch die vom Bildpunktimpulsgenerator 12 gelieferten Bildpunktimpulse li> gesteuert wird. Die Abtastschaltung 40 entnimmt aus dem Videosignal VlD für jeden Bildpunkt einen analogen Abtastwert. Der Ausgang der Abtastschaltung 40 ist mit dem Eingang eines Analog/Digital-Umsetzers 41 verbunden, der jeden analogen Abtastwert in eine digitale Codegruppe umsetzt, die ein Bildpunktsignal darstellt.

Die Ausgänge des Analog/Digital-Umsetzers 41 sind mit der ersten Eingangsgruppe eines schnellen Multiplizierers 42 verbunden. Die zweite Eingangsgruppe des schnellen Multiplizierers 42 ist mit den Leseausgängen einer Speicheranordnung 43 verbunden, in der die Gewichtungskoeffizienten für horizontale Gewichtung gespeichert sind.

Eine Besonderheit der dargestellten Schaltung besteht darin, daß die den Zählerstand des Zählers 13 darstellenden Signale, die am Ausgang 13c verfügbar sind, unmittelbar für die Adressierung der gespeicherten Gewichtungskoeffizienten in der Speicheranordnung verwendet werden. Sobald die Speicheranordnung durch das Ausgangssignal des Komparator 14 freigegeben ist. wird für jede vom /ilhlcr Π pelicfcrti* HiIiI-punkladresse in der .Speicheranordnung 4} der zugeordnete Gewichtiingskoelfi/.ient abgelesen und dem Multiplizierer 42 zugeführt Der Multiplizierer 42 multipliziert das vom Analog/Digital-Umsetzer 41 gelieferte digitale Bildpunktsignal mit dem von der Speicheranordnung 45 abgegebenen zugehörigen Gewichtungskoeffizienten und liefert somit am Ausgang ein gewichtetes digitales Bildpunktsignal. Ein an die Ausgänge des Multiplizierers 42 angeschlossener Summierspeicher 44 summiert die im Verlauf einer Zeilenabtastung erhaltenen gewichteten digitalen Bildpunktsignale zu einem gewichteten digitalen Zeilenmittelwert

Um zu vermeiden, daß bei einer Änderung der Lage und/oder Ausdehnung des Bildfeldes B_x die in der Speicheranordnung 43 gespeicherten Gewichtungskoeffizienten geändert oder neu eingeordnet werden müssen, können die Ausgangssignale des Horizontaladressenregisters 15 ebenfalls der Speicheranordnung 43 zugeführt und dort zur Adressenmodifikation verwendet werden.

Die digitalen Schaltungen 41,42 und 44 werden durch die Bildpunktimpulse Ip taktgesteuert

Am Ende jeder Zeilenabtastung wird der im Summierspeicher 44 gebildete digitale Zeilenmittelwert unter Steuerung durch den nächsten Horizontal-Synchronimpuls Ih abgelesen und zu der ersten Eingangsgruppe eines schnellen Multiplizierers 45 übertragen. Die zweite Eingangsgruppe des schnellen Multiplizierers 45 ist mit den Leseausgängen einer Speicheranordnung 46 verbunden, in der die Gewichtungskoeffizienten für die vertikale Gewichtung gespeichert sind. Die Adressierung der Speicheranordnung 46 erfolgt durch die den Zählerstand darstellenden Ausgangssignale des Zählers 22, gegebenenfalls mit Adressenmodifikation durch die Ausgangssignale des Vertikaladressenregister s 24. Der schnelle Multiplizierer 45 multipliziert somit jeden von der Summierschaltung 44 gelieferten gewichteten digitalen Zeilenmittelwert mit dem der betreffenden Zeile zugeordneten Gewichtungskoeffizienten.

Die Ausgangssignale des schnellen Multiplizierers 45 werden den Eingängen eines digitalen Summierspeichers 47 zugeführt, der die nacheinander erhaltenen, zweifach gewichteten Zeilenmittelwerte zu einem Bereichsmittelwert summiert. Die digitalen Schaltungen 45 und 47 werden durch die Horizontal-Synchronimpulse /wtaktgesteuert.

Am Ende jeder Bildabtastung wird der Summierspeicher 47 durch den nächsten Vertikal-Synchronimpuls Iv abgelesen. Die Ausgänge des Summierspeichers 47 sind mit einem Digital/Analog-Umsetzer 48 verbunden, der am Ende jeder Bildabtastung den im Summierspeicher 47 gebildeten Bereichsmittelwert empfängt und in einen Analogwert umsetzt, der das Signal y(t)darstellt An den Ausgang des Digital/Analog-Umsetzers -18 kann die Abtast- und Halteschaltung 27 von F i g. 2 angeschlossen sein.

Wenn der Korrelator 7 (Fi g. 1) für die Verarbeitung von digitalen Signalen ausgebildet ist, kann der Digital/ Analog-Umsetzer 48 fortgelassen werden und die Abtast- und Halteschaltung 27durch ein digitales Speicherregister ersetzt werden.

Eine Abänderung der in Fig.5 dargestellten Schaltung kann darin bestehen, daß die Adressenregister 15, 24 und die Komparatoren 14, 23 entfallen und die Abgrenzung der zu erfassenden Bildbereiche unmittelbar durch die Speichcranorclniingen 43 und 46 erfolgt. Zt diesem Zweck ist es nur erforderlieh, daß an allen Speicheradressen, die Uildpunklcn bzw. Zeilen /ugcurdnci sind, die außerhalb der zu erfassenden ßildbcrcichc lie-

15 16

gen der Gewichtungsfaktor »Null« gespeichert wird. tor 14 abgegebene Freigabesignal aufhört, d.h. wenn

F i g 6 zeigt eine andere Ausführungsform der Signal- die Bildpunktadresse P₁^F i g. 3) erreicht wird. Dann ste-

verarbeitungsschaltung 5, die für eine Analogverarbei- hen im Analog-Schieberegister 60 analoge Abtastwerte

tung der Signale ausgebildet ist. Zur Vereinfachung ist des Videosignals, die den Bildpunkten des 2«'^- wieder nur der zur Erzeugung des Signals y(t) dienende 5 Schnitts entsprechen, der in den zu erfassenden Bildbe-

Schakungsteil dargestellt reich fi, fällt Die Synchrontrennstufe ti. der Bildpunktimpulsge- Der Summierverstärker 63 bildet die Summe der

nerator 12, die Zähler 13 und 22, die Komparatoren 14 durch die Gewichtungsglieder 62 gewichteten analogen

und 23, die Adressenregister 15 und 24 sowie die Abtast- Abtastwerte und liefert am Ausgang einen gewichteten und Halteschaltung 27 haben den gleichen Aufbau und io ZeilenmittelwerL

die gleiche Funktionsweise wie bei der Anordnung von Dieser Vorgang wiederholt sich in jeder der aufeman-

pj„2_ derfolgenden Abtastzeilen.

Das am Eingang 5a anliegende Videosignal VID wird Der Schalter 65 wird durch das vom Komparator 23 dem Signaleingang 60a eines Analog-Schieberegisters abgegebene Freigabesignal geschlossen. Sobald der 60 zugeführt Ein solches Schieberegister, das beispiels- 15 Schalter 65 geschlossen ist werden die vom Summierweise in Form einer ladungsgekoppelten Schaltung verstärker 63 gelieferten Zeilenmitteiwerte in das Ana-(CCD) ausgebildet ist, hat bekanntlich die Eigenschaft, log-Schieberegister 64 eingegeben und darin im Takt aus einem am Signaleingang anliegenden Analogsignal der Horizontal-Synchronimpulse I_H vorgesehen, unter Steuerung durch ein Taktsignal analoge Abtast- Wenn sich der Schalter 65 am Ende des vom Komparawerte zu entnehmen und im Takt des Taktsignais durch 20 tor 23 gelieferten Freigabesignals wieder öffnet stehen ,jig p»„;_stersiuf_{en zu} verschieben. Die Taktsteuerung im Analog-Schieberegister 64 die Zeilenmittelwerte, die des Analog-Schieberegisters 60 erfolgt durch die vom von dem im Bildbereich B₃ enthaltenen Bildzeilen stam-Bildpunktimpulsgenerator 12 gelieferten Bildpunktim- men.

pulse, die dem Takteingang 6Oi) über einen Schalter 61 Jeder dieser Zeilenmittelwerte wird durch den Gezugeführt werden, der durch das vom Komparator 14 25 wichtungsfaktor gewichtet der in dem zugeordneten gelieferte Freigabesignal gesteuert wird. Anstelle eines Gewichtungsglied 66 eingestellt ist; die auf diese Weise Analog-Schieberegisters kann auch jede andere Art ei- gewichteten Zeilenmittelwerte werden vom Summierner Laufzeitkette mit gestaffelten Abgriffen verwendet verstärker 67 zu einem gewichteten analogen Bereichswerden, mittelwert summiert

Das Analog-Schieberegister 60 hat eine Stufenzahl, 30 Am Ende der Bildabtastung wird der von Summier-

die gleich der Anzahl der Bildpunkte einer Bildzeile ist, verstärker 67 gelieferte Bereichsmittelwert von der Ab-

die in den zu erfassenden Bildbereich fallen. Für jede tast- und Halteschaltung 27 übernommen. Die in den

Registerstufe ist ein getrennter Ausgang vorhanden, an aufeinanderfolgenden Bildabtastungen erhaltenen Be-

dem der Stufeninhalt verfügbar ist. An jeden Stufenaus- reichsmittelwerte stehen am Ausgang der Abtast- und gang des Analog-Schieberegisters 60 ist ein Gewich- 35 Halteschaltung 27 als das Signal y(t)zur Verfügung,

tungsglied 62 angeschlossen, das eine Gewichtung des in Die Erfindung ist natürlich nicht auf die vorstehend

der Registerstufe stehenden analogen Abtastwerts mit beschriebenen Ausführungsbeispiele und Anwendungs-

einem vorbestimmten Gewichtungsfaktor vornimmt fälle beschränkt

Die auf diese Weise gewichteten Ausgangssignale des Insbesondere ist es nicht zwingend, daß die Bildberei- Analog-Schieberegisters 61 werden einem Summierver- 40 ehe B, und B_x in der Vertikalablenkrichtung im Abstand

stärker 63 zugeführt voneinander angeordnet sind. Es ist ebenso gut möglich.

Der Ausgang des Summierverstärkers 63 ist mit dem sie in der Horizontalablenkrichtung im Abstand vonein- Signaleingang 64a eines zweiten Analog-Schieberegi- ander anzuordnen, wie in F i g. 7 dargestellt ist. Sie sind

sters 64 verbunden. Die Taktsteuerung des Analog- dann durch vier Horizontaladressen und zwei Vertikal-

Schieberegisters 64 erfolgt durch die Horizontal-Syn- 45 adressen vollkommen definiert.

chronimpulse Ih, die dem Takteingang 64b über einen Ferner ist die Anzahl der Bildbereiche nicht auf zwei

Schalter 65 zugeführt werden, der durch das vom Korn- beschränkt. F i g. 8 zeigt vier Bildbereiche Β,, Bt, S_n Β_Λ

parator 23 gelieferte Freigabesignal gesteuert wird. Das die vertikal und horizontal im Abstand voneinander an-

Analog-Schieberegister 64 hat eine Stufenzahl, die der geordnet sind, so daß sie vier auf den Ecken eines Qua- Anzahl der Bildzeilen entspricht, die in dem zu erfassen- 50 drats angeordnete virtuelle Sensoren nachbilden. Durch

den Bildbereich enthalten sind. Jeder Stufenausgang des paarweise Korrelation der vier auf diese Weise erhalte-

Analog-Schieberegisters 64 ist mit einem Gewichtungs- nen Signale ist es möglich, gleichzeitig die Geschwindig-

glied 6G verbunden, der eine Gewichtung des Ausgangs- keit in zwei zueinander senkrechten Richtungen durch

signals der betreffenden Registerstufe mit einem vorbe- Korrelation zu messen.

stimmten Gewichtungsfaktor vornimmt. Die auf diese 55 Die Bildbereiche müssen auch nicht notwendigerwei-Weise gewichteten Ausgangssignale des Analog-Schie- se rechteckig sein. Andere Umrißformen der Bildbereiberegisters 64 werden einem Summierverstärker 67 zu- ehe können beispielsweise dadurch erhalten werden, geführt. daß Zeilenabschnitte unterschiedlicher Länge in jedem An den Ausgang des Summierverstärkers 67 ist die Bildbereich adressiert werden. Allerdings ist die Recht-Abtast- und Halteschaltung 27 angeschlossen. 60 eckform bei einer Fernsehbildabtastung besonders ein-

Diese Anordnung arbeitet in folgender Weise: Durch fach zu erzielen.

das Ausgangssignal des Komparators 14 wird der Schal- Die Bilclbereiche können sich auch gegenseitig teil-

ter 61 geschlossen. Während der Dauer des zu erfassen- weise überlappen; für die Gewinnung der zu korrelie-

den Abschnitts jeder Bildzeile werden somit analoge renden Signale ist es nur erforderlich, daß sie nicht dek- "

VJwI I ΓΛΙ/Jvl 111 IVVJ Iwvvl ^iiw&*«#ii w »»wiwvn vvn·» *·····»*ρ- -— — -^j--- »^j Abtastwerte des Videosignals VlD im Takt der Bild- 65 kungsgleich sind und daß sich ein Achsabstand definie- |j

punktimpulse l_P in das Analog-Schieberegister 60 einge- ren läßt. ι .j

geben und darin vorgeschoben. Anstelle der Leuchtdichte können auch andere opti- ;>,

Der Schalter 61 öffnet sich, wenn das vom Kompara- sehe Eigenschaften der abgetasteten Flächenbereiche |j

17 18

ausgewertet werden, beispielsweise bestimmte Farbanteile. Bei Verwendung einer Schwarz-Weiß-Fernsehkamera kann dies einfach durch Vorschalten eines Farbfilters erreicht werden. Wenn eine Farbfernsehkamera verwendet wird, können anstelle des Leuchtdichtesignals die drei von der Kamera gelieferten Farbwertsignale für sich allein oder auch in vorgegebenen Mischungen verwendet werden. Dies ist besonders dann von technischem Interesse, wenn die einzelnen Farbanteile m einem bewegten Prozeß unterschiedliche Geschwindigkeiten haben. Solche Probleme treten z. B. bei der Überwachung von Wolkenbildern in metereologischen Stationen auf. Aufgrund ihres Wassergehalts besitzen Wolkenschichten eine unterschiedliche Färbung. Durch Korrelation von Signalen, die aus den einzelnen υ Farbkomponenten des Videosignals gewonnen werden, kann selektiv die Geschwindigkeit der verschiedenen Wolkenschichten gemessen werden.

Ähnliche Probleme treten bei der Gaschroma tographie auf.

Die Festlegung der die virtuellen Blenden bestimmenden Bildbereiche durch Abzählen von Bildpunkten und Bildzeilen ist ebenfalls nur als Beispiel anzusehen; hierfür kann auch jedes andere Zeitmeßyerfahren angewendet werden. Eine andere Möglichkeit zur Festlegung der Bildbereiche besteht darin, daß durch ein zeitgesteuertes kurzzeitiges Beleuchten des Prozesses mit Hilfe einer Gasentladungs- oder Laserlic'itquelle ein auswertbares Videosignal nur in den den Bildbereichen entsprechenden Zeiten erzeugt wird.

Wenn eine der herkömmlichen Fernsehnorm entsprechende Fernsehkamera verwendet wird, erhält man in jeder Halbbüdperiode, also al.v 20 msec, einen durch einen Bereichsmittalwert gebildeten Abtastwert für jedes der zu korrelierenden Signalv.Mit neueren Bildaufnahmeröhren, die mit größerer Geschwindigkeit arbeiten, können wesentlich höhere Folgefrequenzen erzielt werden.

Anstelle einer Fernsehkamera können auch andere Arten von Bildsignalgebern verwendet werden, die ein einer Fernsehbildabtastung entsprechendes Videosignal liefern, wie Lichtpunktabtaster oder dergleichen.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Erzeugung von wenigstens zwei miteinander zu korrelierenden Signalen, die der optischen Abtastung von in räumlichem Abstand voneinander liegenden Flächenbereichen entsprechen, insbesondere zur berührungslosen Geschwindigkeitsmessung, wobei ein Videosignal erzeugt wird, das einem Fernsehbild mit der Abbildung der Flachenbereiche entsprechenden Bildbereichen vorgegebener Form und Größe entspricht, und die zu korrelierenden Signale aus den den Bildbereichen entsprechenden Abschnitten des Videosignals abgeleitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß u ein Zeilenmittelwert des Videosignals für jeden in einem Bildbereich enthaltenen Abschnitt einer Fernsehbildzeile gebildet wird, daß aus allen für den gleichen Bildbereich erhaltenen Zeilenmittelwerien ein Bereichscritteiwert gebildet wird, und daß die in aufeinanderföigenden Femschbüdabtasiungen für die verschiedenen Bildbereiche erhaltenen Bereichsmittelwerte als die zu korrelierenden Signale verwendet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Videosignal zur Bildung jedes Zeilenmitteiwerts entsprechend einer gewünschten optischen Übertragungsfunktion gewichtet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeilenmittelwerte für die BiI-dung jede; Bereichsmittelwerts entsprechend einer gewünschten optischen Übertragungsfunktion gewichtet werden.

4. Verfahren nach einem de- vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeiciinet, daß die vertikale Erfassung der Bildbereiche durch Abzählung der die Zeilenabtastung des Fernsehbildes steuernden Horizontal-Synchronimpulse erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Bildpunktimpulse erzeugt werden, deren Folgefrequenz ein Vielfaches der Folgefrequenz der Horizontal-Synchronimpulse ist, und daß die horizontale Erfassung der Bildbereiche durch Abzählung der Bildpunktimpulse erfolgt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Videosignal vor der Bildung der Zeilenmiltelwerte digitalisiert wird, und daß die Bildung der Zeilenmittelwerte und der Bereichsmittelwerte digital erfolgt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß für jede innerhalb eines Bildbereichs liegende Bildpunktimpulsperiode ein Abtastwert des Videosignals gewonnen und in ein digitales Bildpunktsignal umgesetzt wird, daß jedes digitale Bildpunktsignal mit einem dem Bildpunkt zugeordneten Gewichtungskoeffizienten multipliziert wird, daß die jeweils in der gleichen Fernsehbildzeile erhaltenen gewichteten digitalen Bildpunktsignale zur Bildung eines digitalen Zeilenmittelwerts summiert werden, daß jeder digitale Zeilenmittelwert mit einem der Zeile zugeordneten Gewichtungskoeffizienten multipliziert wird, und daß die jeweils im gleichen Bildbereich erhaltenen gewichteten digitalen Zeilenmittclwerte zur Bildung eines digitalen Bereichsmittelwerts summiert werden. b5

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das analoge Videosignal in eine erste Laufzeitkette mit gestaffelten Abgriffen eingegeben wird, deren Laufzeit wenigstens gleich der Dauer des innerhalb eines Bildbereichs liegenden Abschnitts einer Abtastzeile ist, daß die an den gestaffelten Abgriffen erhaltenen analogen Abtastwerte mit Gewichtungskoeffizienten multipliziert werden, daß die jeweils in der gleichen Fernsehbildzeile erhaltenen gewichteten analogen Abtastwsrte zur Bildung eines analogen Zeilenmittelwerts summiert werden, daß die jeweils ia gleichen Bildbereich erhaltenen analogen Zeilen'mittelwerte in eine zweite Laufzeitkette eingegeben werden, deren Laufzeit wenigstens gleich der Gesamtdauer der in einem Bildbereich enthaltenen Fernsehbildzeilen ist und die den Fernsehbildzeilen zugeordnete gestaffelte Abgriffe hat, daß die an den Abgriffen der zweiten Laufzeitkette erhaltenen analogen Zeilenmittelwerte mit Gewichtungskoeffizienten multipliziert werden, und daß die jeweils im gleichen Bildbereich erhaltenen gewichteten analogen Zeüenmittelwerte zur Bildung eines analogen Bereichsmittelwerts summiert werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Fernsehbild zwei vertikal im Abstand voneinander liegende Bildbereiche vorgesehen sind.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Fernsehbild zwei horizontal im Abstand voneinander liegende Bildbereiche vorgesehen sind.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Fernsehbild vier vertikal und horizontal im Abstand voneinander liegende Bildbereiche vorgesehen sind.

12. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Bildsignalgeber, der ein Videosignal liefert, das einer die Bildbereiche enthaltenden Fernsehbildabtastung entspricht, gekennzeichnet durch eine Signalverarbeitungsschaltung (€), die aus jedem Abschnitt des Videosignals (VID), der einem in einen Bildbereich (B_y, B_x) fallenden. Abschnitt einer Fernsehbildzeile entspricht, einen Zeilenmittelwert und aus allen vom gleichen Bildbereich stammenden Zeilenmittelwerten einen Bereichsmittelwert bildet, und durch eine Eingabevorrichtung (6) zur Eingabe von die Lage, Form und Größe der Bildbereiche (B_s, B_x) im Fernsehbild bestimmenden Informationen in die Signalverarbeitungsschaltung (5).

13. Anordnung nach Anspruch 12. dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungsschaltung (5) eine Zählanordnung (22) zur Abzählung der auf jeden Vertikal-Synchronimpuls (I_v) folgenden Horizontal-Synchronimpuls (Iu) und eine Schaltungsanordnung (23,24; 25,26) zur Bestimmung der vertikalen Ausdehnung der Bildbereiche (By, B_x) aufgrund des Zählerstandes der Zählanordnung (22) enthält.

14. Anordnung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch eine Vergleichsanordnung (23,25), die den Augenblickszählerstand der Zählanordnung (22) mit Vertikaladressen vergleicht, welche die in die Bildbereiche (B). B,) fallenden Fernsehbildzeilen kennzeichnen.

15. Anordnung nach Anspruch 13 oder 14, gekennzeichnet durch einen Bildpunktimpulsgenerator (12), der Biklpunktinipulse (Ιή erzeugt, deren Folgefrequenz ein vorgegebenes Vielfaches der Folgefrequenz der Horizontal-Synchronimpulse (In) ist, eine weitere Zählanordnung (13) zur Abzählung der

auf jeden Horizontal-Synchronimpuls (Ih) folgenden Bildpunktimpulse (Ip) und durch eine Schaltungsanordnung (14, 15) zur Bestimmung der horizontalen Ausdehnung der Bildbereiche (B_n B_x) aufgrund des Zählerstandes der weiteren Zählanordnung (13).

16. Anordnung nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch eine Vergieichsanordnung (14), die den Augenblickszählerstand der weiteren Zählanordnung (13) mit Horizontaladressen vergleicht, welche die in die Bildbereiche (B_y, B_x) fallenden Bildpunkie der Fernsehbildzeilen kennzeichnen.

17. Anordnung nach den Ansprüchen 12 bis 16, gekennzeichnet durch Anordnungen (42, 43, 45,46; 60,62,64,66) zur Gewichtung des Videosignals vor der Bildung jedes Zeilenmittelwerts und/oder zur Gewichtung der Zeilenrnittelwerte vor der Bildung jedes Bereichsmittelwerts.

18. Anordnung nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch eine im Takt der Bildpunktimpulse (Ip) gesteuerte Abtastschaltung (40), die für jeden Bildpunkt einen analogen Abtastwert aus dem Videosignal entnimmt, einen Analog/Digital-Umsetzer (41) '.ur Umsetzung der analogen Abtastwerte in digitale Bildpunktsignale, eine erste Muitiplizieranordnumg (42) zur Multiplikation jedes digitalen Bildpunktsignals mit einem zugeordneten Gewichtungskoeffizient, einen ersten Summierspeicher (44) zur Summierung der im Verlauf jeder Fernsehbildzeile erhaltenen gewichteten digitalen Bildpunktsignale zu einem digitalen Zeilenmittelwert, eine zweite Multiplizieranordnung (45) zur Multiplikation jedes digitalen Zeilenmitteiwerts mit einem zugeordneten Gewichtungskoeffizienten und durch einen zweiten Summierspeicher (47) zur Summierung der für jeden Bildbereich erhaltenen gewichteten digitalen Zeilenmittelwerte zu einem digitalen Bereichsmittelwert.

19. Anordnung nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch Speicheranordnungen (43, 46), in denen die den Bildpunktsignalen bzw. den Zeilenmittelwerten zugeordneten Gewichtungskoeffizienten gespeichert sind.

20. Anordnung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die die Zählerstände darstellenden Ausgangssignale der Zählanordnungen (13, 22) zur Adressierung der Speicheranordnungen (43,46) verwendet werden.

21. Anordnung nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch ein erstes Analog-Schieberegister (60), in das analoge Abtastwerte des Videosignals, die jeweils dem in einen Bildberixh fallenden Abschnitt einer Fernsehbildzeile entsprechen, im Takt der Bildpunktimpulse (Ip) eingegeben werden und das Stufenausgänge aufweist, an denen die in den Registerstufen stehenden analogen Abtastwerte verfügbar sind, an die Stuft·nausgänge angeschlossene Gewichtungsglieder (62) zur Gewichtung des an jedem Stufenausgang verfügbaren analogen Abtastwerts mit einem zugeordneten Gewichtungskoeffizienten, eine erste Summierschaltung (63) zur Summierung der gewichteten analogen Abtastwerte zu einem Zeilenmittelwert, ein zweites Analog-Schieberegister (64), in das die von der ersten Summierschaltung (63) gelieferten Zeilenmittelwerte, die den in einen Bildbereich fallenden Fernsehbildzeilen entsprechen, im Takt der Horizontal-Synchronimpulse (Ih) eingegeben werden und das Stufenausgänge aufweist, an denen die in den Registers tuf en stehenden Zeilenmittelwerte verfügbar sind, an die Stufenausgänge angeschlossene Gewichtungsglieder (66) zur Gewichtung des an jedem Stufenausgang verfügbaren Zeilenmittelwerts mit einem zugeordneten Gewichtungskoeffizienten, und durch eine zweite Summierschaltung (67) zur Summierung der gewichteten Zeilenmittelwerte zu einem Bereichsmittelwert.