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Verfahren und Vorrichtung zur Be- und Verarbeitung von Sig-
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nalen, insbesondere von Videosignalen Die Erfindung betrifft ein Verfahren
und Vorrichtung zur Be- und Verarbeitung von Signalen, insbesondere von Videosignalen,
bei denen durch Filterung des Signals bestimmte Signalanteile hervorgehoben oder
unterdrückt werden.
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Die Ver- und Bearbeitung zweidimensionaler Bilder kann die Manipulation
von Grauwerten, von Farbton und Farbsättigung sowie des Ortsfrequenzspektrums des
Bildes umfassen. Ziel einer solchen Manipulation ist in der Regel entweder eine
für den menschlichen Beobachter verbesserte Darstellung spezieller Bildinhalte.
Es ist bekannt, die Manipulation mit den bekannten klassischen kohärenten oder inkohärenten
optischen Methoden durchzuführen. Man kann auch nach einer optisch-elektrischen
Wandlung in das analoge, eindimensionale elektronische Zeitsignal eingreifen. Nach
der optischelektronischen Wandlung und Digitalisierung kann das Sild mit reinen
digitalen Verfahren be- und verarbeitet werden.
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Nach einer bekannten Methode wird die Signalverarbeitung unter Verwendung
eines Amplitudenfilters vorgenommen, wobei das Signal in seiner gesamten Bandbreite
gefiltert wird. Der wesentliche Nachteil liegt jedoch darin, daß die Filter in der
Regel nicht variabel sind, beliebige Filterfunktionen nicht eingestellt werden können
und Phasen- bzw. Laufzeitprobleme resultieren.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Nachteile
bekannter Methoden zu vermeiden und ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung anzugeben,
mit der eine variable ein- bzw. zweidimensionale Echtzeitfilterung durchführbar
ist.
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Es hat sich nun gezeigt, daß sich diese Aufgabe mit einem Verfahren
der eingangs genannten Art lösen lässt, bei dem das Signal auf N Leitungen eingespeist
wird, wobei die Zahl N entsprechend der gewünschten Genauigkeit des kontinuierlichen
Filterverlaufs festgelegt wird, und bei dem in jeder Leitung das Signal mit einer
vorgebbaren Trägerfrequenz moduliert, gefiltert, demoduliert und anschließend verstärkt
bzw. abgeschwächt wird und wenn die resultierenden Signale aufsummiert werden. Die
jeweilige Trägerfrequenz fTn wird erfindungsgemäß nach der Formel f max Tn = fmax
+ n festgelegt, wobei C = 2, f die maximale Signalbandbreimax te und n eine Zahl
zwischen 1 und N bedeuten. Zur zweidimensionalen Filterung wird das gesamte Eingangssignal
rotierend abgetastet, und anschließend an die'Filterung wird die Rotation rückgängig
gemacht.
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Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur eindimensionalen Filterung
sind N Leitungen vorgesehen, die jeweils einen Modulator, Amplitudenfilter, Demodulator,
regelbaren Verstärker und einen PLL-Kreis (Phase-Locked-Loop) enthalten. Durch den
PLL-Kreis ist dabei für die Modulation bzw. Demodulation eine Trägerfrequenz erzeugbar.
Die resultierenden Signale aus allen N Leitungen werden zu einem Summierverstärker
mit Tiefpaßfilter geführt. Die einzelnen PLL-Kreise werden mit einer einzigen Ausgangsfrequenzquelle
verbunden.
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Zur zweidimensionalen Filterung wird vor der Filterbank eine Einrichtung
zur rotierenden Abtastung des Eingangssignals, z.B. eine Kamera, deren Zeilenablenkung
azimutal verändert werden kann, vorgesehen. Anschließend an die Filterung wird die
Rotation durch Verwandlung eines analogen oder digitalen Schreib/L~ese-Speichers
oder einer, aus Monitor
und Kamera bestehenden Einheit aufgehoben.
Ferner kann ein analoger oder digitaler Summierspeicher vorhanden sein.
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Die Vorteile des erfindungsgemässen Verfahrens und der vorgesehlagenen
Vorrichtungen liegen darin, dass man nur einen einzigen Filter für alle Frequenzbänder
berechnen muss, der dann natürlich hinsichtlich der Phasenlinearität auch optimal
korrigiert werden kann. Da für alle Frequenzbänder der Phasengang gleich ist,ist
auch der resultierende Phasengang für das Gesamtfilter im wesentlichen linear.
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Die Erfindung wird anhand von beiliegenden, lediglich eine Ausführungsform
darstellenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen in schematischer Vereinfachung:
Figur 1 a) bis e) das Frequenzschema bei dem erfindungsgemässen Verfahren; Figur
2 eine Anordnung zur eindimensionalen Filterung und Figur 3 eine weitere Ausführungsform
zur zweidimensionalen Filterung.
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Aus Figur 1 a) bis e) geht hervor, dass mit dem erfindungsgemässen
Verfahren eine variable Echtzeitfrequenz-Filterung möglich ist.
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Im Diagramm a) ist für n = 1 die Lage des mit einer Trägerfrequenz
fTi modulierten Basisbandes in der Frequenzskala dargestellt. Beispielsweise beträgt
hier f = 5 MHz max und fTi = io,8 MHz. Die verwendeten Bandfilter haben eine Mittenfrequenz
von lo,7 NHz und eine Durchlassbandbreite von 200 kHz. Der Durchlassbereich wird
in der Zeichnung
schraffiert angedeutet. Im Diagramm b) wird die
gleiche Situation für n = 25 (N=25), ft25 dargestellt. Ein Vergleich von beiden
Diagrammen zeigt, dass sich die Trägerfrequenz von lo,8 >1Hz nach 15,6 >1Hz
verändert, während die Lage und die Form des Bandfilters gleich bleibt.
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Diagramme c) und d) zeigen ebenfalls für n=1 und n=25 (N=25) die Lage
des durch den Filter herausgeschnittenen Frequenzbandes nach der Demodulation. Bedingt
durch die Demodulation treten noch höhere Frequenzterme auf, z.B. bei 21,5 NHz in
Figur 1 c), die wie in Figur 1 e) gezeigt, durc ein Ausgangstiefpass abgetrennt
werden können. Figur le) zeigt weiterhin das nach dem Summierverstärker resultierende
Signal in Frequenzdarstellung. Der Verlauf der gezeigten Filterkurve wird durch
die entsprechende Darstellung der N verschiedenen, regelbaren Verstärker vorgegeben.
Die vorgegebene, kontinuierliche Filterfunktion wird dabei mit einer Treppenfunktion
angenähert; die Güte der Annäherung ist umso besser je grösser N gewählt wird.
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In der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform wird aus dem Eingangs-BAS-Signal
durch den Auftrenner 1 der Synchron anteil abgetrennt. Das resultierende BA-Signal
wird anschli send auf N Leitungen eingespeist. Jede dieser Leitungen ent hält einen
Modulator 2, einen Amplitudenfilter 3, einen Demodulator 4, einen nachgeschalteten
regelbaren Verstärker 5 sowie einen PLL-Kreis 6, der seinerseits aus einem Phasendetektor
7, einem spannungskontrollierten Oszillator 8, einem Filter 9 besteht. In dem PLL-Kreis
6 wird mit Hilfe einer Ausgangs-Referenzfrequenz lo von z.B. 200 kHz, eine Trägerfrequenz
fTn erzeugt und zum Modulator 2 bzw. Demodulator 4 zugeführt. Für N=54 z.B. wäre
die Trägerfrequetz 10,8 MHz, für N=55 kommt man auf II MHz usw. bis N=78 für i5,6
MHz.
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Anschliessend an die Filterung sind ein Summierverstärker 11 und ein
Signalmischer 12 vorgesehen. Der Sumierverstärker 11 besitzt vorzugsweise einen
nachgeschalteten Tiefpass 13; die Durchlassbandbreite entspricht der Eingangssignalbandbreite
f max Das Filter 3 kann z.B. ein Bandfilter für 1o,7 >1Hz mit einer Bandbreite
von 200 kHz sein. Der erste Bereich von 0 ... 200 kHz wird erhalten, indem man das
Videosignal auf einen Träger von 10,8 moduliert und das erhaltene Signalgemisch
über den Bandpass schickt. Nach weiterer Umsetzung mit 1o,8 >1Hz erhält man das
Signalband O ... 0,2 MHz.
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Den Grundaufbau für eine zweidimensionale Filterung zeigt Figur 3.
Das System besteht aus einer Kamera 14, deren Zeilenablenkung azimutal verändert
werden kann. Danach folgt der in Figur 2 beschriebene variable Frequenzfilter 15.
Dem nachgeschaltet ist ein analoger Schreib/Lese-Speicher 16, der die rotierende
Zeilenabtastung der Kamera 19 wieder rückgängig macht.
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Als Option kann das gefilterte Bild dann noch über einem weiteren
analogen oder digitalen Speicher 17 gleitend aufsummiert werden. Falls man sich
jedoch auf wenige Abtastwinkel-Änderungen beschränken kann, ist es auch möglich,
diesen Speicher 17 wegzulassen und direkt auf dem Monitor 18 unter Ausnutzung der
Augenträgheit aufzusummieren. Die regelbaren Verstärker für die einzelnen Frequenzbereiche
können durch eine elektronische Filtersteuerung 19 gesteuert werden, so dass ein
adaptives, rechnergesteuertes Echtzeitfilter möglich wird, dessen Frequenzgang zeitlich
variabel einstellbar ist und das die Erzeugung von zweidimensionalen Filterfunktionen
erlaubt. Die Mannigfältipkeit dieser Filterfunktionen ist begrenzt durch die Genauigkeit
des zweidimensionalen Filters und durch die Winkelauflösung der rotierenden Abtastung.
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Das erfindungsgemässe Verfahren eignet sich für die Mustererkennung,
Richtungserkennung, Luftbildauswertung, Pseudo-Farbdarstellung von Frequenzen und
Richtungen; Pseudo-Stereo-Darstellung von Intensitäten. Ferner ist der Einsatz dieses
Verfahrens zur Fingerabdruck-Spurensuche bzw. Fingerabdruck-Aufnahme möglich. Dadurch,
dass die Papillarlinien in der Regel kreisförmig verlaufen, reicht eine eindimensionale
Filterung nicht aus, da die Papillarlinienteile, die kolinear zur Abtastrichtung
der Fernsehkamera verlaufen, weggefiltert werden. Daher kann mit dem erfindungsgemässen
Verfahren zur zweidimensionalen Filterung eine wesentliche Resultatverbesserung
erzielt werden.