DE3138699A1

DE3138699A1 - Einrichtung zur erfassung von bildvorlagen und verfahren zum betrieb dieser einrichtung.

Info

Publication number: DE3138699A1
Application number: DE19813138699
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl Ing Postl
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1981-09-29
Filing date: 1981-09-29
Publication date: 1983-04-07
Also published as: FR2513781A1

Description

3138503

SIEMENS. AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen

Berlin und München VPA Si P 7

Einrichtung zur Erfassung von Bildvorlagen und Verfahren zum Betrieb dieser Einrichtung

Die- vorllegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erfassung von Bildvorlagen und Verfahren zum Betrieb dieser Einrichtung.

Es sind Bildabtasteinrichtungen bekannt, die eine Abtastung einer Bildvorlage mit einer einheitlichen, gegebenenfalls umschaltbaren Auflösung gestatten. Dies trifft beispielsweise auf in bestimmten Arten von Fernkopierern verwendete Abtasteinrichtungen sowie auf Kameras mit fest eingestelltem Objektiv und einer fest eingestellten Distanz zu der Bildvorlage zu. Diese bekannten Einrichtungen haben jedoch den Nachteil, daß die Abtastung eines Ausschnittes einer betreffenden Bildvorlage mit gegenüber anderen Bereichen der Bildvorlage verbesserter Auflösung nicht möglich ist. Bei diesen Einrichtungen ist vielmehr die Anzahl der Abtastzeilen pro Ausschnitt der Höhe des betreffenden Ausschnittes proportional .

Desweiteren sind Kameras bekannt, deren Objektive veränderbar, beispielsweise als "Zoom"-Objektive, ausgeführt sind und/oder deren Distanz zu der betreffenden Bildvorlage veränderbar ist. Mit derartigen Kameras läßt sich ein Bildausschnitt unabhängig von seiner Größe jeweils mit der gleichen Anzahl von Abtastpunkten oder Abtastzeilen erfassen, d. h. mit einer um so höheren Auflösung, je kleiner der erfaßte Bildausschnitt ist.

Bei diesen bekannten Einrichtungen läßt sich die Größe des Pap

-r-

81 P 7 I 3 3

Bildausschnittes auch mit Hilfe motorgetriebener Zoom-Objek· tive programmgesteuert einstellen. Die Wahl der Lage des Bildausschnittes, beispielsweise in der rechten oberen oder der linken unteren Ecke der. Bildvorlage, erfordert, jedoch nachteiligerweise ein verhältnismäßig umständliches und unpräzises Verschieben der Bildvorlage relativ zu der Kamera-Achse, wozu in aller Regel ein Kontroll-Monitor zu Hilfe genommen werden muß.

Die Auswahl eines bestimmten Ausschnittes einer Bildvorlage kann, wie zuvor erläutert, in einfacher Weise durch ein Positionieren des gewünschten Ausschnittes der betreffenden Bildvorlage in die Kamera-Achse und durch eine Einstellung des Objektivs oder der Kameraentfernung auf die gewünschte Ausschnittsgröße erfolgen.

Es sind auch Verfahren bekannt, bei denen die gesamte Bildvorlage mit einer einheitlichen Auflösung erfaßt und auf einem Monitor dargestellt wird, auf dem dann der gewünschte Bildausschnitt markiert werden kann. Eine dementsprechende Markierung erfolgt beispielsweise durch das Positionieren eines sog. Cursors in die rechte obere und anschließend in die linke untere Ecke des gewünschten Bildausschnittes oder durch Berühren des Bildschirms an den beiden betreffenden Stellen mit einem sog. Lichtstift oder Lichtgriffel, der mit einem Rechner verbunden ist. Die Verwendung eines Lichtstiftes oder Lichtgriffels hat jedoch den Nachteil, daß

- unbedingt ein Monitor erforderlich ist,

- sich der Bildschirm in Reichweite der Bedienungsperson befinden muß,

- die Lichtgriffeleingabe mit Parallaxefehlern behaftet ist.

Ein weiteres Problem tritt in Verbindung mit der Darstellung des Cursors auf, der gegebenenfalls auch bei einer Lichtstift- oder Lichtgriffel eingabe zur genaueren Kontrol-

:.f:C:.X 1 313661 AC St P 7 f 3 3 DE

le der von dem betreffenden Rechner erfaßten Positionsdaten erforderlich ist. Der Cursor soll nämlich innerhalb einer beliebig strukturierten Bildvorlagenumgebung weder den Bildhintergrund verdecken noch von diesem verdeckt werden. Diese Forderung· wird jedoch von den bisher bekannten Cursordarstellungen nicht einwandfrei erfüllt.

,Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung und ein Verfahren zum Betrieb dieser Einrichtung, mittels derer ein ausschnittsweises Erfassen von Bildvorlagen mit Hilfe eines Rechners durchführbar ist, wobei die Bildvorlage oder der Bildvorlagenausschnitt abgetastet und das Abtastsignal zu dem Rechner übertragen wird, zu schaffen. Durch die Erfindung sollen aufgabengemäß die zuvor erläuterten Nachteile bekannter Einrichtungen bzw. Verfahren vermieden werden.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch eine Einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 gelöst, die durch die in dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale charakterisiert ist.

Die Erfindung bietet den Vorteil, daß dem Benutzer ein einfach zu handhabendes Mittel zur Verfugung gestellt wird, das erlaubt, bestimmte, frei wählbare Ausschnitte aus Bildvorlagen gezielt abzutasten.

Ein Verfahren zum Betrieb der erfindungsgemäßen Einrichtung sowie vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die in den Unteransprüchen angegebenen Merkmale gekennzeichnet .

Im folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer, bekannte Verfahren und Ausführungsbeispiele für die Erfindung betreffender Figuren im einzelnen erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch die Darstellung von Textzeichen

. ■ "· »I P 7 133 OE

auf einem Matrixbildschirm, wobei in aller Regel die schwarz dargestellten Punkte jeweils einem aufgehellten oder abgedunkelten Matrixpunkt auf dem Bildschirm entsprechen.
5

Fig. 2 zeigt schematisch ein Verfahren zur Markierung eines Punktes P einer Bildvorlage durch ein eingeblendetes Fadenkreuz oder eine aufgehellte Markierungsfläche F,

Fig. 3 zeigt schematisch eine Cursordarstellung durch Komplementieren von Bildelementen innerhalb eines bestimmten zu markierenden Bildelement-Feldes.

Fig. 4 zeigt schematisch einen von einer Kamera erfaßten Bildvorlagenauschnitt (weißer Hintergrund mit einem schwarzen Strich S) sowie einen Griffel G₅ der auf einen Punkt P zeigt.

Fig. 5 zeigt schematisch einen Ausschnitt aus Abtastzeilen k=227 bis k=229, wie sie auf einem Kontrollmonitor erscheinen können.

Fig. 6 zeigt schematisch in Form eines Diagramms das der

Abtastzeile k=227 in Fig. 5 entsprechende Kamera-Aus-

gangssignal, wobei Fig. 5 u. Fig. 6 der gleiche Maßstab zugrundeliegt.

Fig. 7 zeigt ein bevorzugtes Ausfiihrungsbei spiel für einen Griffel mit verstellbarer Griffel spitze zur Cursoreinstellung.

Fig. 8 zeigt schematisch- einen Bildschirmarbeitsplatz mit zwei Kameras Kl, K2 und zwei Monitoren Ml₅ M2 sowie einem Prozeßrechner P und einer durch einen Griffel G abzutastenden Vorlage V.

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<*· · δίΡ 7 133 OE

Als Cursor bezeichnet man ein optisches Signal, das auf einem Bildschirm eine bestimmte Stelle markiert.

Beispielsweise wird auf einem Textbildschirm die Position des Zeichens, das als nächstes geschrieben werden soll, durch einen periodischen Helligkeitswechsel desjenigen Zeichens markiert, das bereits an dieser Stelle steht (ggf. ein Leerzeichen = Zwischenraum), oder durch eine blinkende oder ständig aufgehellte Rechteckfläche, die das Zeichenfeld (Zeichenabstand mal Zeichenhöhe) bedeckt, oder durch Komplementierung (Darstellung des Negativs) des Zeichenfeldes, vergl. Fig . 1 .

In dieser Figur ist schematisch die Darstellung von Textzeichen auf einem Matrixbildschirm angedeutet, wobei schwarze Punkte einem aufgehellten Matrixpunkt entsprechen. Dargestellt sind die Großbuchstaben A, B, C und D in normaler und der Buchstabe C in komplementierter Form. Die Komplementierung erstreckt sich über das gesamte Zeichenfeld. Die Definition des "Zeichenfelds" ist hierbei in gewissen Grenzen willkürlich, z. B. könnte sowohl der Bereich F-, als auch - wie hier geschehen - der Bereich Fp als Zeichenfeld definiert werden. Im zweiten Fall bedeckt die Gesamtheit aller möglichen Zeichenfelder lückenlos den Bildschirm. Auch die Überlappung benachbarter Zeichenfelder ist in Zusammenhang mit den hier erörterten Verfahren sinnvoll.

Bei Grafik-Bildschirmen, wie dem 4014-BiIdschirm der Firma Tektronix, wird die Position eines bestimmten Punktes, beispielsweise eines Punktes, zu dem von einem anderen Punkt eine Gerade gezogen werden soll, durch ein Fadenkreuz markiert, bei dem 4006-Bildschirm der Firma Tektronix beispielsweise durch die linke untere Ecke eines aufgehellten Quadratbereiches, vergl. Fig. 2. Ein Schriftzug kann mit dem gleichen Verfahren erfaßt werden wie eine Folge von Cursorpositionen, lediglich mit der Maßgabe, daß der Zeitabstand zwischen der Erfassung aufeinanderfolgender Positio-

"->*■■

^fi· «Ρ7 133ΌΕ

nen hinreichend klein ist, um ein formgetreue Wiedergabe des erfaßten Schriftzuges zu ermöglichen. Der maximal zu!äs· sige Zeitabstand hängt von Schriftart, Schriftgeschwindigkeit und Interpolationsverfahren (linear/nichtlinear) ab. Beide der beschriebenen Verfahren haben den Nachteil, daß der Cursor bei ungünstigem Hintergrund entweder wichtige Elemente des Hintergrundes undeutlich macht oder selbst im Hintergrund untergeht.

Erfindungsgemäß wird daher ein neues Prinzip der Cursordarstellung vorgeschlagen, das diesen Nachteil vermeidet. Es eignet sich für Text-, Grafik- und sonstige Bildschirme und besteht darin, daß innerhalb eines bestimmten Bildfeldes, beispielsweise innerhalb eines rechteckig oder sonst wie begrenzten Feldes oder längs eine's Kurvenelements ( z. B. Strich oder Pfeil), vergl. Fig. 3_S die Helligkeit der darin befindlichen Bildelemente periodisch komplementiert wird, beispielsweise mit einer Periode von 1/2 Sekunde, so daß innerhalb des Feldes abwechselnd (blinkend) das ursprüngliehe Bild und dessen Negativ erscheint. Anstelle der Komplementierung kann auch eine andere Form der Modulation angewendet werden, wobei jedoch wesentlich ist, daß periodisch an der Stelle des Cursors das unveränderte Bild, beispielsweise für jeweils 50% der Periode, erscheint oder daß im anderen Teil der Periode die Helligkeit der Bildelemente mit damit korrelierten Helligkeitswerten ausgetauscht wird, so daß die betreffende Bildstruktur auch in diesem Periodenteil erkennbar bleibt. Hierbei kann das Feld entweder einen bestimmten Bereich, beispielsweise wie in Fig. 1 ein Zeichenfeld, oder einen bestimmten Punkt, wie beispielsweise in Fig. 2 durch die linke untere Ecke des Feldes markieren.

Die Komplementierung läßt sich bei Kathodenstrahl- oder Lichtstrahlbildschirmen sowie bei Matrixbildschirmen, beispielsweise Plasma- oder LCD-Bildschirmen, mit konventionellen Mitteln durchführen. Es muß lediglich das Videosignal bzw. das Steuersignal, das die Bildpunkte ein- und ausschal-

■?- ";.f:-::.>: i 313869

«Ρ 7 ί 33 OE

tet, komplementiert werden. Bei Matrixbildschirmen, z. B. Pl asm'abi Idschirmen, wird es ggf. notwendig sein, die betreffenden Matrixpunkte dunkelzuschalten, bevor sie mit dem ursprünglichen bzw. mit dem komplementierten Steuersignal versorgt werden.

Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß ein BiIdschirmarbeitsplatZj auf den die vorliegende Erfindung anwendbar sein soll, an ein programmierbares Prozeßrechnersystem (im folgenden Prozeßrechner P genannt) angeschlossen ist. Die Positionierung des Cursors erfolgt bei derartigen Bildschirmarbeitsplätzen entweder programmgesteuert oder durch manuelle Eingriffe. Beispielsweise wird im Falle einer Programmsteuerung der Cursor beim Eintippen eines Textzeichens um einen Zeichenabstand weitergesetzt, ggf. auf den Beginn der nächsten Textzeile. Bei einer manuellen Cursoreinstellung wird die Position des Cursors beispielsweise durch Druck auf eine Taste, der eine bestimmte Position oder ein bestimmtes Inkrement zugeordnet ist, mittels eines sog.

Rolldisk (eine in zwei Koordinaten drehbar gelagerte, mit Potentiometern oder sonstigen Positionsgebern verbundene Kugel), mittels "Steuerknüppel" (eng!, "joystick"), wobei die Positionsangabe entsprechend mittels des "Rolldisk" erfolgt, oder mittels eines Griffels, der entweder auf ein Eingabetablett oder auf den Bidlschirm selbst aufgesetzt wird, eingestellt oder ingrementiert. Bei Aufsetzen auf ein Eingabetablett muß der Griffel als Lichtstift oder Lichtgriffel ausgebildet sein, der in seiner Griffel spitze einen Lichtsensor enthält. Falls der Bildschirm eine Kathodenstrahlröhre ist, kann die Position des Lichtstiftes durch Auswertung des Zeitpunktes ermittelt werden, zu dem der Kathodenstrahl an dem Lichtstift vorbeiläuft. Das zuletzt genannte Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß die Position infolge der endlichen Dicke der Glasscheibe, die sich zwischen der Phosphorschicht und dem Lichtstift befindet, insbesondere durch Parallaxenfehler, verfälscht werden kann.

Sf P 7 ! 3 3 OE

Der Parallaxenfehler kann allerdings dadurch unwirksam gemacht werden, daß von der Bedienungsperson nicht diejenige Stelle beachtet wird, auf die der Lichtstift zeigt, sondern die auf dem Bildschirm angezeigte Cursorposition bzw. der dort entstehende Schriftzug.

Bei Verwendung eines Eingabetabletts kann der Griffel hingegen unmittelbar auf die Vorlage zeigen. Eine solche Handhabung ist bequemer. Zudem erübrigt sich der Bildschirm. Weil das Eingabetablett jedoch die Griffelpositi on durch die Vorlage hindurch abtasten können muß, ist die Genauigkeit der Positionseingabe in Abhängigkeit von der Dicke der Vorlage beschränkt.

Im folgenden werden eine Einrichtung und ein Verfahren zur Eingabe von Cursorpositionen oder von Handschrift beschrieben, die die Vorteile der Tabletteingabe (unmittelbar von der Vorlage) und der Bildschirmeingabe, bei der es keine Beschränkung der Dicke der Vorlage gibt, miteinander verbinden. Es tritt kein Parallaxenfehler auf.

Dazu ist vorgesehen, daß ein Griffel G verwendet wird, der mit einer leuchtenden Griffel spitze L versehen ist, mittels derer zu markierende Punkte in einer Bildvorlage V, beispielsweise sich gegenüberliegende Punkte eines Bildvorlagenausschnitts, berührt werden und dadurch einem Prozeßrechner P über eine abtastende, hochauflösende Kamera signalisiert werden, vergl . Fig. 8. An der Spitze des Griffels befindet sich eine möglichst punktförmige diffuse Lichtquel-Ie, deren Leuchtdichte größer als die irgendeines anderen Punktes der Eingabefläche ist. Die Position der Griffelspitze kann somit durch Analyse des Kamerasignals über eine Schwellenschaltung geortet werden, vergl. Fig. 4, 5 u. 6. Eine andere, aufwendigere Möglichkeit zur Ortung der Griffeispitze besteht darin, daß die Helligkeit der Lichtquelle periodisch moduliert wird. Diese periodische Modulation kann durch Analyse des Kamerasignals festgestellt werden.

->*' >O; ^G::--: ST35699

StP 7 I 33 OE

Es ist zweckmäßig, die Modulationsperiode gleich der doppelten Bildabtastperiode zu wählen. Bei üblichen Videokameras ist die Bildabtastperi-ode beispielsweise 1/25 s (in den USA 1/30 s). Die Modulationsperiode sollte zweckmäßigerweise 2/25 bzw. 1/15 s sein. Die Position der Griffel spitze kann dann durch eine gleitende Mittelwertbildung über eine Folge abwechselnd komplementierter und unveränderter Bilder festgestellt werden, wobei sich in dem Bild, das durch die gleitende Mittelwertbildung entsteht, die Griffel spitze als heller oder dunkler Punkt je nach der Phase der Komplementierung deutlich aus einer fast gleichförmigen Umgebung hervorhebt. In*dem Videosignal, das dem Mittelwertsbild entspricht, tritt das Abtastsignal der Griffel spitze als Impuls oder als eine Folge von Impulsen, ähnlich wie in Fig. 6 gezeigt, hervor und kann mittels einer Schwellenschaltung geortet werden.

Eine weitere Möglichkeit zur Ortung der Griffel spitze besteht darin, daß die in der Griffel spitze befindliche Lichtquelle Licht mit einer bestimmten Farbe abstrahlt, die im übrigen Bildbereich nicht oder nur mit einem hinreichend kleineren Luminanzantei1 auftritt. Die Lage der Griffelspitze kann entweder aus den drei Farbauszugsignalen oder aus dem Luminanzsignal und zwei beliebigen Komponenten des Chro-

minanzsignals ermittelt werden. · ·

Es wird beispielsweise angenommen, daß die Chrominanz der Griffel spitze durch die Verhältnisse

R : B = 3,5 und RrG= 2,2 (1) (R, G u. B bezeichnen die drei Farbauszugsignale)

und ihre Luminanz durch
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L = aR + bB ι- cG ^4 Volt (2)

-ίο/ y-O.f:O_:.:^:::S138691

/f ? . SI P 7 13 3 OE

beschrieben ist, wobei a, b u. c bestimmte einstellbare Konstanten sind. Der Prozeßrechner P fragt periodisch Abtastzeitpunkte der drei Signale R, G u. B ab und prüft, ob gleichzeitig die folgenden drei Bedingungen erfüllt sind:

_v 4
LÄ4 Volt oder Rt g ~^{Vo1t (2}·^])

3,4 < R/B < 3,6 (2.2)

2,1 < R/G £ 2,3 (2.3). 15

Falls dies zutrifft, wird die Griffelspitze als geortet betrachtet. Es ist zweckmäßig, das leuchtende Element der Griffel spitze so groß zu machen, daß die obigen Bedingungen unabhängig von der relativen Position der Griffelspitze zum Abtastraster der Kamera in mindestens einem Abtastpunkt erfüllt sind. Das hat aber im allgemeinen zur Folge, daß diese Bedingungen bei bestimmten Griffelpositionen in mehreren benachbarten Abtastpunkten (bei Verwendung von Videokameras auch in zwei oder mehreren benachbarten Abtastzeilen) erfüllt sind. Für diesen Fall muß die Entscheidung über die Griffelposition nach einer programmierten Vorschrift getroffen werden, beispielsweise durch eine Mittelung nach dem im folgenden beschriebenen Verfahren, vergl . Fig. 4, 5 u. 6:

Es sei z. B. L... der i-te Abtastwert des Lumi nanzsignal s L der k-ten Abtastzeile eines bestimmten Vollbildes, bzw. seien R-ji.» Bji. u. G.. die entsprechenden Abtastsignale der Farbauszüge.

Die Bedingungen (2) seien erfüllt für die Abtastwerte mit den Indexpaaren (134,227) bis (135,227), (133,228) bis

-13 3 OE

(136,228) und (134,229). Dann errechnet sich die geschätzte Position des Griffels durch eine Mittelung über die betreffenden Indexpaare. Falls die Mittelung mit gleicher Gewichtung aller Werte erfolgt, ergeben sich die Mittelwerte 5

2 χ 227 χ 4 χ 228 + 1 χ 229 k = = 227,9

τ _ (134+135)+(133+134+135+136)+134

Der Griffel zeigt somit ungefähr auf den 134. Punkt der 228. Abtastzeile.

Die Cursorposition kann durch eine Ergänzung oder Modifikation der oben beschriebenen Lösung - falls dies erforderlich sein sollte - mit einer noch größeren Genauigkeit erfaßt werden, als sie durch den Abstand der Abtastzeilen und Abtastpunkte gegeben ist. Hierfür ist folgendes vorgesehen:

a) Die durch Mittelung errechneten Positionskoordinaten i und k werden nicht auf ganze Zahlen gerundet;

b) zur Inkrementierung der Cursorposition um Bruchteile der Rasterdistanz, ausgehend von einer im Abtastraster mittels des oben angegebenen Verfahrens eingestellte Position, werden vereinbarte Tasten einer Bedienungstastatur verwendet; die Inkrementierung kann wie bei bekannten Systemen entweder derart erfolgen, daß einer Taste oder einer Tastenfolge ein bestimmtes Inkrement, vorzugsweise entweder in x-Richtung oder in y-Richtung, zugeordnet ist, oder daß die Inkrementierung in einer bestimmten Richtung und mit einer bestimmten Geschwindigkeit erfolgt, solange eine bestimmte Taste gedrückt wird;

c) wie unter b); die Tasten oder andere manuell bedienbare Sensoren befinden sich jedo'ch an dem Griffel G;.

UP 7 I 33 OE 313869S

d) Dynamische Inkrementierung (die Cursorposition wird verzögert eingestellt, und zwar so, daß sich die eingestellte Position mit einer bestimmten Geschwindigkeit in die Richtung der von dem Griffel G markierten Position bewegt); dieser Vorgang läßt sich mathematisch wie folgt beschreiben:

Es wird davon ausgegangen, daß die Einstellung der Cursorposition zu bestimmten Zeitpunkten t.(i =1,2 ...), z. B, in Abständen von 1 ms, erfolgt. Die zum Zeitpunkt t^ (k ist beliebig wählbar) eingestellte Cursorposition sei durch die Koordinaten x. und y. gegeben, die gleichzeitig erfaßten Griffelpositionen durch die Koordinaten x¹. und y'.. Dann wird von dem Prozeßrechner P zum Zeitpunkt t.₊-. folgende Cursorposition eingestellt:

^xk₊l ^{= x}k ^{+ c}x · ^(x'k

^k₊I ⁼ ^k ^{+ c}y ·

Hierbei sind c und c bestimmte, fest oder variabel eingex y

stellte Konstanten.
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Es ist vorteilhaft, wenn die Konstanten c und c - die im

χ y

übrigen gleich oder mit einem festen Verhältnis proportional zueinander gewählt werden können - manuell steuerbarsind, beispielsweise durch einen an dem Griffel angebrachten Drucksensor oder durch die Distanz des Griffels G (nicht unbedingt der Griffel spitze L) von der Vorlage.· Diese Distanz kann optisch, akustisch, magnetisch oder, wie in Fig. 7 gezeigt, mechanisch gemessen werden.

Diese Steuerung kann in zweierlei Hinsicht erfolgen:

ea) Durch»Veränderung der Größe von c und c . Bei spielswei-

x y

ZO'''- "' '"' - Si P^: 7 1 33 DE

se ist

C_x =c_y - c .-2-P_:

wobei ρ = 0, 1, 2 ,... = die Distanz in mm der Griffelspitzenhalterung H von der Griffel spitze S, vergl. Fig. 7, ist.

Zur Erfassung von ρ muß eine Distanzmeßeinrichtung vorhanden sein, beispielsweise ein Drucksensor M in Verbindung mit einer Feder F, die zur automatischen Distanzverstellung über den Schreibdruck dient. Der Auswertung von ρ können" zusätzliche Funktionen zugeordnet werden, z. B. Ein- und Ausschaltung der Cursoreingabe, falls ρ einen bestimmten Wert unter- oder überschreitet.

eb) Durch eine Schwellenlogik. Beispielsweise ist

C_x = c, falls Ix'_k - x_kl £ d,

ansonsten ist c = 0.

Entsprechend wird c eingestellt, (c und d sind fest eingestellte Größen).

Durch eine deratige Schwellenlogik wird beispielsweise verhindert, daß die Cursorposition zwischen zwei benachbarten Rasterpunkten "hin- und herzittert", falls die Griffel spitze zwischen die beiden Punkte der Vorlage zeigt, die den Rasterpunkten entsprechen, und eine Auswertung erfolgt. Erst wenn der Griffel um eine durch die manuelle Steuerung wählbare Distanz weiterbewegt worden ist, wird der Cursor nachgestellt.

SI??? 3 3 OE

Zur Erfassung von DIN-A4-Vorlagen mittels einer einzigen Kameraaufnahme ist die Auflösung der Standard-Fernsehkameras (525 oder 625 Zeilen/Vollbild) im allgemeinen zu gering. Für eine Faksimileübertragung sind beispielsweise Auflösungen von 3,85 oder 7,7 Zeilen/mm entsprechend 1200 bzw. 2400 Zei1en/DIN-A4-Seite normiert. Kameras mit der Auflösung der zweiten Gruppe sind jedoch um ein Mehrfaches teurer als Standardkameras, Kameras mit der Auflösung einer dritten Gruppe sind derzeit kaum herstellbar, selbst wenn eine DIN-A4-Vorlage nicht parallel zu ihrer kürzeren Kante (wie bei Faksimilegeräten), sondern senkrecht dazu abgetastet wird.

Andererseits genügt für die ganzseitige Cursorerfassung häufig die Auflösung des Standardfernsehens, beispielsweise dann, wenn lediglich Lagen von Textzeichen oder die Ecken eines Bildausschnittes zu markieren sind, wobei Fehlerraten von einigen % des Ausschnittsdurchmessers unerheblich sind.

Erfindungsgemäß wird zur Umgehung der erläuterten Schwierigkeiten die in Fig. 8 gezeigte Einrichtung bzw. Anordnung zur Erfassung von Bildinhalten und Cursorpositionen vorgeschlagen, die einerseits die Erfassung der Cursorposition mit einer einzigen Aufnahme, andererseits die Erfassung des Bildinhaltes mit maximaler Auflösung ermöglicht.

Erfindungsgemäß werden dazu mindestens zwei Kameras Kl, K2 verwendet, die voneinander unabhängig auf verschiedene Bildinhalte eingestellt werden können. Es ist zweckmäßig, jede der beiden Kameras mit einem Monitor Ml bzw. M2 zu verbinden, der jeweils den jeweiligen Bildausschnitt einschließlich des Cursors - sofern sich dieser in dem betreffenden Bildausschnitt befindet - wiedergibt. Mit den Kameras Kl, K2 sowie den Monitoren Ml, M2 ist ein Prozeßrechner P verbunden, der neben anderen Aufgaben die Decodierung der Cursorposition aus zumindest einem der Ausgangssignale der Kameras Kl, K2 sowie die Erzeugung des Cursors auf den Moni-

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toren Ml, M2 übernimmt.

Die Einstellung der Kameras auf verschiedene Bildausschnittsgrößen kann durch ein Zoom-Objektiv oder durch Veränderung der Entfernung zwischen Kamera und Vorlage V erfolgen, die Einstellung auf verschiedene Bildausschnitte durch Verschiebung der Kamera, vorzugsweise gesteuert durch den Prozeßrechner P nach Auswertung der Cursorpositionen, in der Ebene parallel zu der Vorlage V, durch Verstellen einer verstellbare Optik oder durch Kippen der Kamera. Im letzten Fall wird allerdings das von der Kamera erfaßte Bild verzerrt. Diese Verzerrung läßt sich durch Umrechnung der betreffenden Koordinaten korrigieren. Für eine solche Umrechnung steht der Prozeßrechner P zur Verfügung, der ebenso für die programmierte Steuerung der Kameras vorgesehen ist.

In Fig. 8 ist ein Sonderfall der beschriebenen Kameraanordnung dargestellt. In dieser Darstellung fungiert die Kamera Kl als "Ganzbildkamera" und ist in horizontaler Richtung " unbeweglich montiert und mittels eines Zoom-Objektivs Zl auf den gesamten interessierenden Teil der Vorlage V eingestellt, so daß demnach die Cursorposition jederzeit sichtbar ist. Die Kamera K2, die als "Tei1bildkamera" fungiert, ist - ebenfalls mittels eines Zoom-Objektivs - auf einen parallel zu der Schmalseite der Vorlage V verlaufenden Bildstreifen eingestellt, der.rund 1000 Abtastzeilen und je Abtastzeile 1728 unterscheidbare Bildpunkte enthält. Die Kamera ist parallel zu der Ebene der Vorlage V beweglich. Die Bewegung ist von dem Prozeßrechner P steuerbar, so daß über Programm beliebige - auch überlappende - Bildstreifen von der Kamera K2 erfaßt werden können. Auf dem Monitor Ml ist der gesamte interessierende Bildausschnitt sowie die Cursorposition - beide mit reduzierter Genauigkeit - erkennbar, auf dem Monitor M2 der Bildstreifen, ggf. mit der Cursorposition, beide mit maximaler Genauigkeit. Kameras ■ und Monitoren, die nach dem Zeilensprungverfahren arbeiten, wobei in einem ersten Halbbild die ungeradzahligen Abtast-

S 3 OE

zeilen und in einem zweiten Halbbild die geradzahligen Abtastzeilen aufgenommen bzw. dargestellt werden, können mit mäßigem technischen Aufwand umgebaut oder umgeschaltet werden, so daß sich die beiden Halbbilder überdecken. Dadurch verringert sich zwar die Auflösung (nur senkrecht zur Abtastrichtung) auf die Hälfte, es verdoppelt sich aber dadurch die Bildfrequenz, wodurch das störende Zei1enflimmern verschwindet.

Die erfindungsgemäße Einrichtung kann sich auch derartig modifizierte Einrichtungen zunutze machen.

Das beschriebene Prinzip, nämlich die Verwendung zweier Kameras, von denen eine den gesamten interessierenden BiIdinhalt erfaßt, während die zweite auf Tei1biIdinhalte programmgesteuert eingestellt werden kann, läßt sich auch vorteilhaft zur Erfassung von Cursorpositionen und Bildinhalten bei räumlichen Objekten verwenden. In eingeschränkter Weise, nämlich ohne Einbeziehung des Cursors, ist eine solehe Anordnung bei Bildkonferenzsystemen bekannt, in denen neben einer Ganzbildkamera (der sog. Gruppenkamera) Teilbildkameras - für jeden Teilnehmer eine - verwendet werden. Bei einem solchen System eröffnet der Cursor in Verbindung mit einem Ganzbildmonitor die eingangs genannten Möglichkeiten zur Verarbeitung der von den Kameras aufgenommenen Bilder. Zusätzlich kann er für Funktionen verwendet werden, die im Konferenzbetrieb wichtig sind, beispielsweise die Auswahl eines Teilnehmers oder von Funktionen eines Teilnehmers (z. B. Steuerung des Cursors in die untere Gesichtshalfte eines Teilnehmers macht dessen Sprache hörbar, Steuerung des Cursors in die Nähe eines Ohrs leitet diesem eine Mitteilung zu).

Sowohl bei räumlichen als auch bei ebenen Vorlagen können mehrere fest montierte Tei1bildkameras, wobei jedes Bildelement von wenigstens einer Kamera erfaßt werden muß, die Ganzbildkamera in ihrer Funktion ersetzen. Bei ebenen Vorla-

gen ist beispielsweise die Kamera Kl auf die obere und die Kamera K2 auf die untere Hälfte eingestellt.

Schließlich kann vorteilhafterweise eine einzige, in der zuvor beschriebenen Weise verschiebbare Kamera die beiden Kameras Kl, K2 derart ersetzen, daß sie mit Hilfe eines vorteil hafterweise rechnergesteuerten Zoom-Objektivs sowie durch Verschiebung abwechselnd auf den gesamten interessierenden Bereich und auf einen beispielsweise mittels Cursor-Positionierung ausgewählten Teilbereich der Vorlage eingestellt wird.

Eine weitere Anwendungsmöglichkeit für die verschiebbare Kamera, die mit der oben beschriebenen verbunden werden kann, besteht in der Erfassung bzw. Speicherung eines Teils einer Vorlage, der zu groß ist, um mit einem einzigen Kamerabild mit ausreichender Genauigkeit erfaßt werden zu können. Hierzu wird die Kamera manuell oder programmgesteuert in mehrere Positionenen gefahren, die aneinandergrenzenden oder sich überlappenden Bildern entsprechen. Die jeweils aufgenommenen Bilder werden in elektrische Signale umgesetzt und in einem mit dem Prozeßrechner P verbundenen Speicher ggf. nach vorheriger Bearbeitung gespeichert. Die Bearbeitung besteht dabei beispielsweise aus einer Umordnung entsprechend der geometrischen Anordnung der den Signalwerten entsprechenden Bildpunkte oder Bildelemente, wobei überlappende Bildpunkte nur einmal berücksichtigt werden, sowie der Beseitigung von Verzerrungen insbesondere in den Randzonen der aufgenommenen Bilder. Hierbei können vorteilhafterweise die bekannten Abbildungseigenschaften der Kamera berücksichtigt werden.

28 Patentansprüche
8 Figuren

Leerseite

Claims

Sf P 7 ! 3 3 OE Patentansprüche:

(λ) Einrichtung zur Erfassung von Bildvorlagen mit einer Abtastvorrichtung, die den Inhalt einer Bildvorlage zeilenweise, punktweise oder in einem sonstigen verwendbaren Format in ein von einem Rechner verarbeitbares Abtastsignal umwandelt, und mit einer Markiereinrichtung, mittels derer Vorlagenausschnitte markierbar sind, beispielsweise durch Eingabe der Position gegenüberliegender Eckpunkte, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t , daß für die Abtasteinrichtung zumindest eine Kamera vorgesehen ist, die programmgesteuert auf in beliebigen Teilen der Bildvorlage (V) befindliche Bildausschnitte eingestellt werden kann, daß ein Prozeßrechner (P) vorgesehen ist, der Steuersignale erzeugt, mittels derer eine programmgesteuerte Verschiebung der Kamera in der Ebene senkrecht zur Kameraachse durchführbar.ist und daß die Markiereinrichtung zur Eingabe der Position von Punkten der Bildvorlage (V) ein Griffel (G) ist, der zur Markierung direkt auf der Vorlage (V) benutzt wird und wirksam mit dem Prozeßrechner (P) verbunden ist, um diesem Signale zum Zwecke einer Positionseingabe zu übermitteln.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kamera eine als Vidikon ausgeführte Videokamera ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kamera eine als CCD-Kamera ausgeführte Videokamera ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch g e -

kennzeichnet, daß die Kamera mit einem Zoom-Objektiv ausgestattet ist.
5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwei

-βίΡ 7 ί 33 DE

Kameras vorgesehen sind, die auf verschiedene aneinandergrenzende oder sich überlappende Bildvorlagenausschnitte eingestellt sind.
6. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 - 3, dadurch g e kennzei chnet, daß eine feststehende Übersichtskamera (Kl) vorgesehen ist, die zum Zwecke des Überblicks und zum Zwecke einer Ausschnittsmarkierung innerhalb der Bildvorlage (V) auf die gesamte Bildvorlage (V) eingestellt ist, daß eine bewegliche, hochauflösende Kamera (K2) vorge-: sehen ist, die programmgesteuert auf einen jeweils interessierenden Bildvoriagenauschnitt einstel1 bar ist, daß die Übersichtskamera (Kl) mit einem Übersichtsmonitor (Ml) und die hochauflösende Kamera (K2) mit einem hochauflösenden Monitor (M2) verbunden ist, wobei sowohl der Übersichtsmonitor (Ml) als auch der hochauflösende Monitor (M2) jeweils den jeweiligen,, mittels der Markiereinrichtung markierten Vorlagenausschnitt wiedergibt, und daß sowohl die Übersichtskamera (Kl) und die hochauflösende Kamera (K2) als auch der Übersichtsmonitor (Ml) und der hochauflösende Monitor (M2) mit dem Prozeßrechner (P) verbunden sind, der neben anderen Aufgaben auch eine Decodierung der Position der Griffel spitze innerhalb der Vorlage, d. h. eine Bestimmung ihrer Koordinaten, aus zumindest einem der Ausgangssignale der Kameras (Kl, K2) sowie die Erzeugung eines Cursors auf den Monitoren (Ml, M2) durchführt.
7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Griffel (G) mit einer leuchtenden Griffel spitze (L) versehen ist, mittels derer zu markierende Punkte in der Bildvorlage (V) berührt werden und dadurch dem Prozeßrechner (P) über die abtastende, hochauflösende Kamera (K2) signalisiert werden.
8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die leuchtende Griffel spitze (L) eine weitgehend punktförmige, diffuse Lichtquelle enthält, deren

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Leuchtdichte größer als die irgend eines anderen Punktes der Eingabefläche ist, so daß die Position der Griffelspitze (L) durch eine Analyse des Kameras!gnals mittels einer Schwel 1 wertdetektoranordnung, die vorzugsweise innerhalb des Prozeßrechners (P) angeordnet ist, geortet werden kann.
9. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Griffel spitze (L) eine in ihrer Helligkeit periodisch modulierte Lichtquelle enthält, deren Ort durch eine entsprechende Analyse des Kamerasignals bestimifitwerden kann.
10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Periode zur Modulation der Licht- quelle gleich der doppelten Bildvorlagen-Abtastperiode ist.
11. Einrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch g e kennzei chnet , daß die Position der Griffelspitze (L) durch eine gleitende Mittelwertbildung über eine Folge abwechselnd komplementierter und unveränderter Abbilder, vorzugsweise mittels des Prozeßrechners (P), bestimmt wird, wobei sich in dem Abbild, das durch die gleitenden Mittelwertbildung entsteht, die Griffel spitze (L) als heller oder dunkler Punkt je nach der Phase der Komplementierung deutlich aus einer helligkeitsmäßig fast gleichförmigen Umgebung abhebt, wodurch in dem Videosignal, das dem Mittelwertsbild entspricht, das Abtastsignal der Griffelspitze (L) als ein Impuls oder eine Folge von Impulsen hervortritt, der bzw. die mittels einer Schwellwertdetektoran-Ordnung, die vorzugsweise in dem Prozeßrechner (P) angeordnet ist, geortet werden kann.
12. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Griffel spitze (L) mit einer Licht- quelle ausgestattet ist, die Licht einer bestimmten Farbe abstrahlt, welche in dem übrigen Bildbereich nicht oder nur mit einem hinreichend kleineren Luminanzantei1 auftritt.

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13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Position der Griffel spitze (L) aus den drei Farbauszugssignalen innerhalb des Videosignals ermittelt wird.
14. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Position der Griffel spitze (L) aus dem Luminanzsignal und zwei beliebigen Komponenten des Chrominanzsignals innerhalb des Videosignals ermittelt wird.
15. Verfahren zum Betrieb der Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung der Kameras auf verschiedene Bildausschnittsgrößen durch Verstellen des jeweils betreffenden Objektivs vorgenommen wird.
16. Verfahren zum Betrieb der Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung der Kameras auf verschiedene Bildausschnittsgrößen durch eine Einstellung der Entfernung zwischen der jeweils betreffenden Kamera und der Bildvorlage (V) vorgenommen wird.
17. Verfahren zum Betrieb der Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 14, dadurch gekennzei chn et , daß die Einstellung auf verschiedene Bildvorlagenausschnitte durch Verschieben der betreffenden Kamera, vorzugsweise durch den Prozeßrechner (P) gesteuert, nach einer Auswertung von Positionen der Griffel spitze in der parallel zu der Bildvorlage (V) verlaufenden Ebene vorgenommen wird.
18. Verfahren zum Betrieb der Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 14, dadurch gekennzeichnet , daß die Einstellung auf verschiedene BiIdvorlagenausschnitte durch Kippen der betreffenden Kamera, vorzugsweise durch den Prozeßrechner (P) gesteuert, nach einer Auswertung von Positionen der Griffel spitze vorgenommen wird.

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7 1 3 3 OE-
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß eine durch das Kippen der Kamera auftretende Verzerrung des betreffenden Abbildes durch eine Umrechnung der betreffenden Koordinaten des Abbildes mittels des Prozeßrechners (P) kompensiert wird.
20. Verfahren zum Betrieb der Einrichtung nach den Ansprüchen 1 - 14, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Kamera zum Zwecke der Erfassung und ggf. einer Speicherung eines Teils der Bildvorlage (V), der zu groß ist, um mit einem einzigen Kamerabild mit ausreichender Genauigkeit erfaßt werden zu können, manuell oder programmgesteuert in mehrere Positionen, die aneinandergrenzenden oder sich überlappenden Bildern entsprechen, bewegt wird und daß die jeweils aufgenommenen Abbilder in elektrische Signale umgesetzt werden, welche in einem mit dem Prozeßrechner (P) verbundenen Speicher, ggf. nach einer vorherigen Bearbeitung, gespeichert werden.
21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Bearbeiten der elektrischen Signale aus einer Umordnung entsprechend der geometrischen Anordnung der den Signalwerten entsprechenden Bildpunkte oder Bildelemente, wobei die sich jeweils überlappenden BiIdpunkte nur jeweils einmal berücksichtigt werden, sowie aus der Beseitigung von Verzerrungen, insbesondere in den Randzonen· der aufgenommenen Abbilder, besteht.
22. Verfahren zum Betrieb der Einrichtung nach Anspruch 6_S. dadurch gekennzeichnet, daß zum Erfassen der Position der Griffel spitze mit einer großen Genauigkeit vorgesehen ist, durch Mittelung errechnete Positionskoordinaten (i,k) nicht auf ganze Zahlen zu runden.
23. Verfahren zum Betrieb der Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzei chn e t , daß aus der Position der Griffel spitze eine Cursor-

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position abgeleitet wird.

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24. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß zur Inkrementierung der Cursorposi- tion um Bruchteile der Rasterdistanz, ausgehend von einer im Abtastraster eingestellten Position vereinbarte Tasten einer Bedienungstastatur derart verwendet werden, daß einer Taste oder einer Tastenfolge ein bestimmtes Inkrement, vorzugsweise in x-Richtung, oder in y-Richtung zugeordnet ist. 10
25. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch g e k e η η zei chnet , daß zur Inkrementierung der Cursorposition um Bruchteile der Rasterdistanz, ausgehend von einer im Abtastraster eingestellten Position vereinbarte Tasten einer Bedienungstastatur derart verwendet werden, daß einer' Taste oder einer Tastenfolge ein bestimmtes Inkrement, vorzugsweise dadurch, daß die Inkrementierung in einer bestimmten Richtung erfolgt, solange eine bestimmte Taste gedrückt wird, zugeordnet ist.
26. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß eine dynamische Inkrementierung vorgesehen ist, bei der die Cursorposition verzögert eingestellt wird und zwar derart, daß sich die eingestellte Position mit einer bestimmten Geschwindigkeit in Richtung auf die von dem Griffel G markierte Position hin bewegt.
27. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß für die Inkrementierung der Cursorpo- sition Konstanten (c ,c ), die vorzugsweise gleich oder mit

χ y

einem festen Verhältnis zueinander gewählt werden, manuell, beispielsweise durch einen an den Griffel G angebrachten Drucksensor oder durch die Distanz des Griffels G von der Vorlage manuell gesteuert werden.
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28. Verfahren zum Betrieb der Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Käme-

SIP 7 133 DE

ras (Kl,K2) derart durch eine einzige Kamera ersetzt werden, daß diese mit Hilfe eines rechnergesteuerten Zoom-Objektivs sowie durch Verschiebung abwechselnd auf den gesamten interessierenden Bereich und auf einen beispielsweise mittels einer Cursor-Positionierung ausgewählten Teilbereich der Vorlage (V) eingestellt wird.