DE3241560C1 - Verfahren zur Extraktion von charakteristischen Punkten eines Fernsehbildes in Realzeit und Vorrichtung zur Durchfuehrung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Extraktion von charakteristischen Punkten eines Fernsehbildes in Realzeit sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Als charakteristische Punkte eines Bildes werden diejenigen Punkte bezeichnet, die durch ihre Helligkeit und durch die Helligkeit der benachbarten Punkte ausreichen, um über die räumliche oder zeitliche Lage des Bildes zu informieren.

Diese Punkte liegen z. B. auf den Konturen, die Zonen einer bestimmten Färbung oder Helligkeit des Bildes umgeben, oder Punkte, die in bewegten Zonen des Bildes liegen und Helligkeitsveränderungen zwischen zwei aufeinanderfolgenden Bildanalysen erfahren.

Es wird davon ausgegangen, daß die Kenntnis allein dieser Punkte ausreicht, um sowohl über den Inhalt als auch über die Entwicklung des Inhalts des Bildes zu informieren. Die Kenntnis der eine Bildzone gegebener Färbung oder Helligkeit umgebenden Punkte reicht nämlich aus, um diese Zone im Inneren des Bildes festzulegen, ebenso wie die Kenntnis allein derjenigen Punkte, die Helligkeitsveränderungen erfahren, bereits ausreicht, um eine zeitliche Darstellung der Bildentwicklung zu ermöglichen.

Die Detektion der charakteristischen Punkte eines Fernsehbildes ist besonders bei der Fernsehbildübertragung über Telefonleitungen von vorrangiger Bedeutung, ebenso wie bei der Bildverarbeitung, denn sie ermöglicht es, die anderen Bildpunkte zu vernachlässigen, indem nur die charakteristischen Punkte übertragen werden bzw. die Verarbeitung nur anhand dieser charakteristischen Punkte erfolgt. Im einen Fall wird die erforderliche Zeit zur Übertragung eines Bildes, im anderen Falle die für die Verarbeitung dieses Bildes benötigte Zeit vermindert.

Es sind bereits gewisse Verfahren und Vorrichtungen bekannt, die es ermöglichen, die Anzahl von Punkten eines Bildes, die übertragen oder verarbeitet werden, zu vermindern, jedoch sind die erzielten Ergebenisse nicht zufriedenstellend, wenn die Anzahl von analysierten Punkten eines Bildes groß ist und wenn die Anzahl von Graustufen oder Farbstufen pro Bildpunkt hoch ist. Manche Verfahren sind unanwendbar, wenn die Anzahl von Pegeln oder Stufen pro zu verarbeitendem Bildpunkt z. B. 256 verschiedene Grau- oder Farbstufen umfaßt.

Bei diesem Beispiel wird angenommen, daß die Anzahl von zu gewinnenden charakteristischen Punkten sehr groß ist.

Es sind ferner Anordnungen zur Extraktion von charakteristischen Punkten bekannt, die im wesentlichen aus Bewegungsdetektoren zur Erfassung der Bewegungen von Punkten im Inneren des Bildes bestehen. Derartige Detektoren, die durchaus für Fälle geeignet sind, bei denen das Bild dauernd bewegt ist, sind jedoch nicht anwendbar auf Fälle, bei denen das Bild feststehend ist, da in solchen Fällen kein charakteristischer Punkt erfaßt wird.

Aufgabe der Erfindung ist die Behebung dieser Mängel mittels eines Verfahrens und eine Vorrichtung, die es gestatten, die Anzahl der für die Übertragung oder Verarbeitung von Fernsehbildern zu berücksichtigenden charakteristischen Bildpunkte beträchtlich zu vermindern.

Gemäß der Erfindung ist das Verfahren zur Extraktion von charakteristischen Punkten eines Fernsehbildes in Realzeit, die entweder auf der Kontur von feststehenden Zonen des Bildes liegen und jeweils einen bestimmten Helligkeits- oder Farbpegel aufweisen, oder in Bewegungszonen des Bildes liegen, dadurch gekennzeichnet, daß es für Stehbilder darin besteht, die Helligkeitsgradienten jedes Bildpunktes in mehreren Richtungen zu messen, indem der Helligkeitsunterschied jedes Bildpunktes von benachbarten Punkten, die in diesen Richtungen liegen, mit wenigstens einer für jede Richtung vorbestimmten Helligkeitsschwelle verglichen wird und jeweils ein Bildpunkt ausgewählt wird, wenn jeder Helligkeitsgradient des Punktes größer ist als die vorbestimmte Helligkeitsschwelle für seine Richtung, und/oder wenn wenigstens einer der Helligkeitsgradienten des auszuwählenden Bildpunktes und wenigstens ein Helligkeitsgradient unter den Helligkeitsgradienten der Nachbarpunkte jeweils größer sind als der vorbestimmte Helligkeitsschwellwert, der ihrer Meßrichtung entspricht, und/oder für bewegte Bilder darin besteht, die sich in Bewegung befindlichen Bildpunkte in denjenigen Bewegungszonen des Bildes zu extrahieren, die Helligkeitsveränderungen zwischen zwei aufeinanderfolgenden Bildanalysen erfahren haben.

Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Extraktion von charakteristischen Punkten eines Bildes in Realzeit, welches mittels Videosignalen übertragen und gemäß Zeilen und Spalten einer Punktmatrix durch einen Digitalanalysator analysiert wird, wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, daß sie einen Generator zur Erzeugung von charakteristischen Bildpunkten umfaßt, der mit dem Digitalanalysator verbunden ist über einen Raumkontur-Extraktor für jedes Bild einerseits und über einen Bewegungsdetektor für jeden Bildpunkt andererseits.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels und aus der Zeichnung, auf die Bezug genommen wird. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 ein Übersichtschaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Extraktion von Bildpunkten in Realzeit,

Fig. 2 einen Raumkontur-Extraktor der Vorrichtung nach der Erfindung,

Fig. 3 einen Generator zur Erzeugung von Punkten mit großem Gradienten für die erfindungsgemäße Vorrichtung und

Fig. 4 einen Generator zur Erzeugung von charakteristischen Punkten für die erfindungsgemäße Vorrichtung.

Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung umfaßt einen digitalen Bildanalysator 1, der an seinem Eingang E ein analoges Videosignal z. B. aus einer (nicht dargestellten) Fernsehkamera empfängt, einen Bildspeicher 2, einen Raumkontur-Extraktor 3, einen Bewegungsdetektor 4 und einen Generator 5 zur Erzeugung von charakteristischen Punkten. Der digitale Bildanalysator 1 speist zum einen den Eingang des Bildspeichers 2 und zum anderen die Eingänge des Raumkontur-Extraktors 3 und des Bewegungsdetektors 4. Der Bewegungsdetektor 4 ist seinerseits an einem weiteren Eingang mit dem Ausgang des Bildspeichers 2 verbunden. Der Generator 5 zur Erzeugung von charakteristischen Punkten umfaßt zwei Eingänge, von denen der eine mit dem Ausgang des Raumkontur-Extraktors 3 und der andere mit dem Ausgang des Bewegungsdetektors 4 verbunden ist. Der Generator 5 erzeugt an seinem Ausgang C die charakteristischen Bildpunkte.

Der digitale Bildanalysator 1, der Bildspeicher 2 sowie der Bewegungsdetektor 4 sind Bestandteil herkömmlicher Vorrichtungen aus der Fernsehtechnik, weshalb hinsichtlich weiterer Einzelheiten Bezug genommen wird auf die FR-OS 23 87 557.

Der in Fig. 2 gezeigte Raumkontor-Extraktor umfaßt ein Schieberegister 6, das an seinem Eingang mit dem Ausgang des digitalen Bildanalysators 1 und an seinem Ausgang mit einem ersten Eingang eines Vergleichers 7 verbunden ist, dessen zweiter Eingang ebenfalls mit dem Ausgang des digitalen Bildanalysators 1 verbunden ist. Der Ausgang des Vergleichers 7 ist mit dem Eingang einer Reihe von Schieberegistern 8 bis 12 verbunden, die in Reihe geschaltet sind. Der Ausgang des Schieberegisters 6 ist ferner mit dem Eingang eines Schieberegisters 13 verbunden. Ein Vergleicher 14 ist an einem Eingang mit dem Ausgang des Schieberegisters 13 und an seinem anderen Eingang mit dem Ausgang des Bildanalysators 1 verbunden. Das durch den Vergleicher 14 erzeugte Vergleichsergebnis wird dem Eingang eines Registers 15 zugeführt. Die Ausgänge der Register 8 bis 12 und des Registers 15 sowie diejenigen der Vergleicher 7 und 14 sind jeweils mit den entsprechenden Eingängen eines Generators 16 zur Erzeugung von Punkten mit hohem Helligkeitsgradienten verbunden. Der Ausgang dieses Generators 16 ist zum einen mit dem Eingang eines Registers 17 und andererseits mit dem Eingang einer OR-Schaltung 18 verbunden, deren anderer Eingang mit dem Ausgang des Registers 17 verbunden ist. Das Register 17 kann wie das zuvor erwähnte aus mehreren Kippschaltungen gebildet sein.

Ein Ausführungsbeispiel eines Generators zur Erzeugung von Punkten mit hohem Gradienten ist in Fig. 3 dargestellt. Dieser Generator umfaßt eine Gruppe von AND- Schaltungen 19, 20, 21, 22 mit zwei Eingängen sowie eine OR-Schaltung 23, deren Eingänge jeweils mit dem Ausgang einer AND-Schaltung 19 bis 22 verbunden sind. Die Eingänge der AND-Schaltung 19 sind mit dem Ausgang des Registers 11 bzw. dem Ausgang des Vergleichers 7 verbunden. Die Eingänge der AND-Schaltung 20 sind mit dem Ausgang des Vergleichers 7 bzw. mit dem Ausgang des Vergleichers 14 verbunden. Die Eingänge der AND-Schaltung 21 sind mit dem Ausgang des Vergleichers 14 bzw. mit dem Ausgang des Registers 15 verbunden. Die Eingänge der AND-Schaltung 22 sind mit dem Ausgang des Registers 15 bzw. mit dem Ausgang des Vergleichers 7 verbunden. Der Ausgang der OR-Schaltung 23 bildet den Ausgang des Generators zur Erzeugung von Punkten mit hohem Gradienten.

Der Generator 5 zur Erzeugung von charakteristischen Punkten ist in Fig. 4 dargestellt. Er umfaßt einen Verschiebespeicher 24, dessen Eingang mit dem Ausgang der OR-Schaltung 18 des Raumkontur-Extraktors 3 und dessen Ausgang mit dem Eingang eines Schaltorgans 25 verbunden ist. Das Schaltorgan 25 ist an einem zweiten Eingang mit dem Bewegungsdetektor 4 verbunden. Der Ausgang des Schaltorgans 25 bildet den Ausgang des Generators zur Erzeugung von charakteristischen Punkten.

Es wird nun die Arbeitsweise der beschriebenen Vorrichtung erläutert. Bei der Aussendung eines Videosignals aus der Fernsehkamera wird dieses durch den digitalen Bildanalysator 2 digitalisiert. Jedes Videosignal stellt den Helligkeitspegel eines Punktes P dar, der im Bildraum im Inneren einer Punktmatrix definiert ist, die aus Zeilen und Spalten besteht, so daß jeder Bildpunkt P im Schnittpunkt einer senkrechten Spalte n mit einer waagerechten Zeile j des Bildraumes lokalisiert werden kann. Jeder Bildpunkt P ist folglich durch seine Helligkeit gekennzeichnet, die durch den digitalen Bildanalysator 1 in ein elektrisches Signal X umgesetzt wird, das zum einen dem Eingang des Bildspeichers 2 und zum anderen den Eingängen des Raumkontur-Extraktors 3 und des Bewegungsdetektors 4 zugeführt wird. Das Signal X wird in dem Bildspeicher 2 während der Dauer einer Ablenkperiode des Bildes gespeichert und am Ende dieser Periode in Form eines Signals Y wiedergegeben. Die Signale X k stellen folglich die Helligkeitswerte des Punktes P zu verschiedenen Zeitpunkten dar, die um eine Ablenkperiode des Bildes auseinanderliegen. Das Signal Y wird ebenfalls an den Eingang des Bewegungsdetektors 4 angelegt.

Der Raumkontur-Extraktor 3 ermöglicht es, die charakteristischen Bildpunkte herauszulösen, die auf jeder Kontur liegen, die eine Bildzone bestimmter Färbung oder Helligkeit umgibt, indem er ausgehend von dem laufenden Signal X , das gerade analysiert wird, ein digitales Signal S des Logikpegels 1 erzeugt, wenn der Punkt P auf einer Kontur oder in deren Nähe liegt, und des Logikpegels 0, wenn er von dieser Kontur entfernt liegt.

Der Bewegungsdetektor 4 gibt ein Binärsignal MOUV des Logikpegels 1 ab, wenn die Helligkeit des analysierten Punktes P des gerade analysierten angekommenen Bildes sich gegenüber dem Helligkeitswert bei dem vorausgehenden Bild verändert hat, und des Logikpegels 0, wenn seine Helligkeit sich nicht geändert hat.

Die Herauslösung bzw. Extraktion von charakteristischen bewegten Punkten mittels des Bewegungsdetektors 4 geschieht für bewegte Bilder in der Weise, wie die FR-OS 23 87 557 beschreibt, nämlich durch Vergleichen des Helligkeitszustandes einer Gruppe von Punkten, die in der Umgebung des laufenden Punktes liegen, mit dem Helligkeitszustand der entsprechenden Umgebungspunkte des vorausgehenden Bildes.

Die Herauslösung bzw. Extraktion mittels des Raumkontur- Extraktors 3 erfolgt in der im folgenden beschriebenen Weise. Das von dem digitalen Bildanalysator 1 gelieferte Helligkeitssignal X wird durch das Schieberegister 6 verzögert, um ein Signal X zu erzeugen. Das Schieberegister 13, dessen Länge einer Ablenkzeile entspricht, liefert das entsprechende Signal X der vorausgehenden Zeile. Die Signale X k werden an den Eingang des Vergleichers 7 angelegt, der ein Signal A des Logikpegels 1 liefert, wenn der Absolutwert von X k größer als ein vorbestimmter Helligkeitsschwellwert γ ist.

Der Binärwert 0 oder 1 des Signals A stellt den Helligkeitsgradienten des Punktes P dar, der in der waagerechten Richtung des Bildes gemessen ist.

Die durch den Vergleicher 7 erfolgte Messung ermöglicht folglich die Detektion von Übergängen von Punkten mit hohem Helligkeitsgradienten längs den Bildspalten.

Für die Übergänge von Punkten mit hohem Helligkeitsgradienten längs den waagerechten Bildzeilen erfolgt eine ähnliche Messung wie die zuvor beschriebene in dem Vergleicher 14. Das Schieberegister 13 speichert das Helligkeitssignal X , und dieses Signal wird durch den Vergleicher 14 mit dem Helligkeitssignal X verglichen. Der Vergleicher 14 liefert ein Binärsignal D des Logikpegels 1, wenn der Absolutwert der Helligkeitsdifferenz X k größer als ein vorbestimmter Schwellwert μ ist.

Der Binärwert 0 bzw. 1 des Signals D stellt den Helligkeitsgradienten des Punktes P dar, gemessen in der senkrechten Bildrichtung.

Die Schwellwerte γ und μ können in Abhängigkeit von der Art des beobachteten Bildes, je nachdem, ob es Zonen mit starkem Kontrast oder verschwommene Zonen aufweist, eingestellt werden. Bei Fernsehbildern mit geringem Kontrast, die hohen Helligkeiten entsprechen, kann der Schwellwert auf einen niedrigen Wert eingestellt werden. Hingegen werden größere Schwellwerte eingestellt, wenn kontrastreiche Bilder vorhanden sind, die eine geringe Anzahl von Helligkeitsstufen aufweisen, um je nach Anwendungsfall bestimmte Bildzonen in Erscheinung treten oder verschwinden zu lassen.

Wenngleich bei der beschriebenen Ausführungsform der Erfindung die Messung der Helligkeitsgradienten nur in der waagerechten und in der senkrechten Bildrichtung erfolgt, liegt es im Rahmen der Erfindung, die Messung der Gradienten jedes Punktes P in anderen Richtungen vorzunehmen. Dazu reicht es aus, die Helligkeitsunterschiede gegenüber den Nachbarpunkten des betrachteten Punktes zu messen, die in bezug auf diesen nicht in der waagerechten oder senkrechten Richtung liegen.

Die Ausgangssignale Ak der beiden Vergleicher 7 und 14 werden durch die Schieberegister 8 bis 12 bzw. 15 verzögert.

Jedes vom Vergleicher 7 ausgegebene Signal wird durch die in Reihe geschalteten Schieberegister 8 bis 12 im Rhythmus eines nicht gezeigten Taktgebers verschoben, der mit dem Bildspalten-Abtastrhythmus synchron ist. Das Schieberegister 8, dessen Länge einer Ablenkzeile minus drei Abtastperioden entspricht, weist an seinem Ausgang ein verzögertes Signal A auf, wenn das Signal Ak entspricht dem Ergebnis des Vergleiches, den der Vergleicher 7 an den Helligkeitssignalen X k der Punkte P und P vornimmt.

Das Signal A stellt folglich den gespeicherten Wert des Helligkeitsgradienten des Punktes P dar, der in der waagerechten Bildrichtung gemessen ist. In gleicher Weise geben die Schieberegister 9, 10, 11 und 12, deren Länge jeweils einer Ablenkzeile entspricht, von der +2, +1, +0 bzw. -1 Abtastperioden abgezogen sind, an ihrem Ausgang Signale ab, welche die gespeicherten Werte der Helligkeitsgradienten

der Punkte

darstellen, die in der waagerechten Bildrichtung gemessen werden, wenn das Signal A von dem Vergleicher 7 abgegeben wird.

In gleicher Weise speichert das Register 15 das Signal D , welches den Wert des Helligkeitsgradienten des Punktes P darstellt, der in der senkrechten Bildrichtung gemessen wird, und zwar mittels des Vergleichers 14, wobei dieses Signal abgegeben wird, wenn das Signal D an den Eingang angelegt ist.

Die Signale Ak sowie die Signale

sind an die Eingänge des Generators 16 zur Erzeugung von Punkten mit hohem Gradienten angelegt. Dieser Generator 16 hat die Aufgabe, isolierte Punkte mit hohem Helligkeitsgradienten herauszufiltern, also Rauschen oder stark texturierte Zonen herauszufiltern, damit sie nicht als charakteristische Bildpunkte betrachtet werden. Wenn nämlich ein Punkt P isoliert ist, so haben die Helligkeitsgradienten

der Nachbarpunkte

jeweils den Wert Null, denn in diesem Falle sind die Ergebnisse des Vergleichs ihrer Helligkeitsdifferenz zu den Nachbarpunkten geringer als die vorbestimmten Schwellwerte γ und μ.

Die Berücksichtigung der Helligkeitsgradientenwerte der Nachbarpunkte

durch den Generator 16 ermöglicht es folglich, einen Bildpunkt als charakteristischen Bildpunkt nur dann auszuwählen, wenn die Nachbarpunkte ebenfalls einen Helligkeitsgradienten aufweisen, der größer ist als einer der Schwellwerte γ, μ. Der in Fig. 3 gezeigte Generator 16 zur Erzeugung von Punkten mit hohem Gradienten verwirklicht eine Art von möglicher Filterung, indem er nur die Helligkeitsgradienten der Punkte

berücksichtigt, um ein Signal G des Logikpegels 1 zu erzeugen, wenn der analysierte Punkt P ein charakteristischer Bildpunkt ist. Das von der OR-Schaltung 23 abgegebene Binärsignal G nimmt den Logikzustand 1 an, wenn die Signale

welche die in der Waagerechten und in der Senkrechten des Bildes gemessenen Helligkeitsgradienten der Punkte P k darstellen, folgende Logikgleichungen erfüllen:

Der Binärzustand 0 oder 1 des Signals P wird folglich in Abhängigkeit vom Binärzustand der Signale

durch folgende Logikgleichung bestimmt:

Es wird folglich ein charakteristischer Punkt P ausgewählt, wenn er einen in der Waagerechten des Bildes gemessenen Helligkeitsgradienten A aufweist, der größer als der Helligkeitsschwellwert γ ist, und wenn der entsprechende Nachbarpunkt P der vorausgehenden Zeile ebenfalls einen in der waagerechten Bildrichtung gemessenen Helligkeitsgradienten aufweist, der größer als der Schwellwert γ ist.

Der Punkt P wird auch ausgewählt, wenn er einen Helligkeitsgradienten A in der waagerechten Bildrichtung aufweist, der größer als der Schwellwert γ ist, und wenn der Nachbarpunkt P , der ihm in derselben waagerechten Zeile vorausgeht, ebenfalls einen in der senkrechten Bildrichtung gemessenen Helligkeitsgradienten D aufweist, der größer als der Schwellwert μ ist.

Ferner wird der Punkt P ausgewählt, wenn er einen in der senkrechten Bildrichtung gemessenen Helligkeitsgradienten D aufweist, der größer als der Schwellwert μ ist, und wenn der Punkt P , der ihm in derselben Zeile vorausgeht, ebenfalls einen Helligkeitsgradienten D in der senkrechten Richtung aufweist, der größer als der Schwellwert μ ist.

Schließlich kann der Punkt P auch ausgewählt werden, wenn seine in der senkrechten und in der waagerechten Bildrichtung gemessenen Helligkeitsgradienten die Schwellwerte γ und μ überschreiten.

Wenngleich bei der beschriebenen Ausführungsform des in Fig. 3 gezeigten Generators zur Erzeugung von Punkten mit hohem Gradienten eine Beschränkung auf eine Gruppe von vier Masken vorgenommen wurde, durch die es ermöglicht wird, nur die Helligkeitsgradienten der Punkte

zu berücksichtigen, werden bei anderen Ausführungsformen weitere Masken verwendet, um z. B. diejenigen Helligkeitsgradienten zu berücksichtigen, die durch die Signale

der Nachbarpunkte

der vorausgehenden Zeile dargestellt sind.

Wegen der Matrixorganisation der analysierten Punkte P und des beschriebenen Analyseverfahrens werden die durchgehenden Konturen der beobachteten Bildzonen durch den die Punkte mit hohem Gradienten wiedergebenden Generator diskontinuierlich wiedergegeben. Diese Diskontinuitäten treten um so stärker in Erscheinung, je näher die Neigung der Kontur in bezug auf die Waagerechte dem Winkel 45° liegt, da sie dann die Form von Treppenstufen annehmen. Dies tritt insbesondere dann auf, wenn die Schnittpunkte der Bildzeilen mit einer Kontur Punkte ergeben, die nicht mit den Matrixpunkten P übereinstimmen. Da in einem solchen Falle die Kontur eine Zeile in einem Punkt kreuzt, der zwischen zwei Punkten P und P liegt, gibt der Generator 16 zur Erzeugung von Punkten mit hohem Gradienten für den Schnittpunkt der Zeile mit der Kontur zwei Signale Gk ab, indem er auf diese Weise eine treppenstufenförmige Wiedergabe des analysierten Bildes erzeugt. Um diesen Mangel zu beheben, sind dem Generator 16 das Register 17 und die OR-Schaltung 18 zugeordnet.

Das von dem Generator 16 abgegebene Signal G ist an den Eingang des Registers 17 angelegt, um um eine Abtastperiode verzögert zu werden. Daher weist das Register 17 an seinem Ausgang ein um eine Abtastperiode in bezug auf das Signal Gk auf, wenn das Signal G an seinem Eingang anliegt. Die Signale G und G sind an die Eingänge der OR-Schaltung 18 angelegt, die ein Signal S abgibt, dessen Logikpegel den Zustand 1 annimmt, wenn der Punkt P k ein charakteristischer Punkt ist. Durch diese Ausbildung wird es ermöglicht, daß, wenn ein Punkt der Kontur zwischen zwei Punkten P k der Matrixorganisation liegt, nur der charakteristische Punkt P ausgewählt wird, denn in diesem Falle nimmt das Signal S den Zustand 1 an, wenn der erste charakteristische Punkt P ausgewählt ist, und bleibt während der darauffolgenden Abtastperiode, die der Ausgabe des zweiten charakteristischen Punktes P entspricht, auf dem Wert 1.

Die am Ausgang der OR-Schaltung 18 abgegebene Information S ist an den Eingang des Verschiebespeichers 24 des Generators 5 zur Erzeugung von charakteristischen Punkten angelegt. Der Verschiebespeicher 24 verzögert das Signal S um eine Größe, die der erforderlichen Anzahl von Verzögerungszeilen und Verzögerungspunkten in der Zeile entspricht, um mit dem entsprechenden Signal, das von dem Bewegungsdetektor 4 abgegeben wird, synchronisiert zu sein. Der Verschiebespeicher 24 gibt also an seinem Ausgang ein Signal S ab, worin p die erforderliche Anzahl von Verzögerungszeilen und k die Anzahl von Verzögerungspunkten in der Zeile entspricht. Dieses Signal ist an den Eingang des Schaltorgans 25 angelegt, das ferner die Bewegungsinformation MOUV empfängt, welches von dem Bewegungsfaktor 4 abgegeben wird. Das Schaltorgan 25 gibt ein Signal C ab, dessen Pegel 1 einem charakteristischen Punkt und dessen Pegel 0 einem uncharakteristischen Punkt entspricht. Das Schaltorgan 25 ermöglicht die Auswahl zwischen vier verschiedenen Betriebsweisen der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Bei einer ersten Betriebsweise berücksichtigt die Vorrichtung keine bewegten Punkte. Bei besonderen Anwendungen ist es nämlich möglich, daß bewegte Punkte keinen Sinn ergeben, insbesondere wenn nur stehende Bilder verarbeitet werden. Die Vorrichtung berücksichtigt also als charakteristische Punkte nur solche, die in den Raumkonturen liegen, wobei diese Punkte nur 1 bis 6% der Bildpunkte ausmachen, wenn die Schwellwerte γ und m 10% der Gesamtdynamik darstellen, was für eine Bildauflösung mit 256 Graustufen zu Werten für γ und μ führt, die gleich 25 sind. In diesem Falle gibt das Schaltorgan ein Signal C ab, das äquivalent dem Signal S ist.

In einer zweiten Betriebsart berücksichtigt die Vorrichtung die in den Raumkonturen liegenden Punkte nicht. Es ist nämlich bei besonderen Anwendungen möglich, daß nur Bilder zu berücksichtigen sind, deren Punkte starke Bewegungen mit großen räumlichen Übergängen aufweisen, wobei die stillstehenden Punkte nur wenig Information beitragen. In diesem Falle werden als charakteristisch nur diejenigen Punkte angesehen, die innerhalb der bewegten Zonen liegen. Bei einer solchen Anwendung gibt das Schaltorgan ein Ausgangssignal C ab, das dem Signal gleicht, welches von dem Bewegungsdetektor 4 abgegeben wird.

In einer dritten Betriebsweise führt das Schaltorgan eine logische OR-Operation zwischen dem Signal S und dem aus dem Bewegungsdetektor 4 stammenden Signal durch. Diese Betriebsweise ist für solche Fälle zweckmäßig, bei denen langsame oder relativ langsame Bewegungen auftreten, so daß nur die zeitlichen Raumkonturen von Interesse sind. Auf diese Weise werden die Raumkonturpunkte dadurch verstärkt, daß sie mit denjenigen vereinigt werden, die sich in den bewegten Zonen befinden.

In einer vierten Betriebsweise bewirkt das Schaltorgan 25 eine logische AND-Operation zwischen dem Signal S und dem von dem Bewegungsdetektor 4 abgegebenen Signal. Dabei sollen als charakteristische Punkte nur solche berücksichtigt werden, die in sowohl räumlichen als auch zeitlichen Konturen liegen, so daß diese Betriebsweise für die Beurteilung von Bewegungen zweckmäßig ist, für die nur diese Punkte die Bewegungsinformation enthalten. Es ist leicht einzusehen, daß Einzelheiten der Ausbildung des Schaltorgans 25 nicht dargestellt sind, da die Verwirklichung von logischen AND- und OR-Schaltungen, die für seinen Betrieb erforderlich sind, dem Fachmann zur Verfügung stehen.

Claims (19)

1. Verfahren zur Extraktion von charakteristischen Punkten eines Fernsehbildes in Realzeit, die entweder auf der Kontur von stillstehenden Bildzonen, die jeweils eine bestimmte Helligkeits- oder Farbstufe aufweisen, oder in Bewegungszonen des Bildes liegen, dadurch gekennzeichnet, daß es für stillstehende Bilder darin besteht, daß die Helligkeitsgradienten (Ak ) jedes Bildpunktes in mehreren Richtungen gemessen werden, indem die Helligkeitsdifferenz jedes Bildpunktes (P ) gegenüber den Nachbarpunkten (P k ), die in diesen Richtungen liegen, mit wenigstens einem vorbestimmten Helligkeitsschwellwert (γ, μ) für jede Richtung verglichen wird und jeweils ein Bildpunkt ausgewählt wird, wenn jeder Helligkeitsgradient (Ak ) des Punktes größer als der vorbestimmte Schwellwert (γ, μ) für seine Richtung ist und/oder wenn wenigstens einer der Helligkeitsgradienten (Ak ) des auszuwählenden Bildpunktes und wenigstens ein Helligkeitsgradient unter den Helligkeitsgradienten der Nachbarpunkte jeweils größer als der seiner Meßrichtung entsprechende vorbestimmte Helligkeitsschwellwert ist, und/oder, wenn das Bild ein bewegtes Bild ist, die bewegten Punkte (P ) des Bildes in den Bewegungszonen des Bildes extrahiert werden, die Helligkeitsveränderungen (X k) zwischen zwei aufeinanderfolgenden Bildanalysen erfahren haben.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es darin besteht, den Helligkeitsgradienten (A) jedes Bildpunktes (P ) in der waagerechten Bildrichtung zu messen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Helligkeitsgradient (D ) jedes Bildpunktes (P ) in der senkrechten Bildrichtung gemessen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bildpunkt (P ) jeweils ausgewählt wird, wenn der Wert seines in der waagerechten Bildrichtung gemessenen Helligkeitsgradienten (A) größer als ein vorbestimmter Schwellwert (γ) ist und wenn der in der senkrechten Bildrichtung benachbarte Punkt (P ) ebenfalls einen in der waagerechten Bildrichtung gemessenen Helligkeitsgradienten (A) aufweist, der größer als der vorbestimmte Helligkeitsschwellwert (γ) ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein Bildpunkt (P ) ausgewählt wird, wenn der Wert seines in der waagerechten Bildrichtung gemessenen Helligkeitsgradienten (A) größer als ein vorbestimmter Helligkeitsschwellwert (γ) ist und wenn der in der waagerechten Bildrichtung benachbarte Punkt (P ) ebenfalls einen in der Senkrechten gemessenen Helligkeitsgradienten (D aufweist. der größer ist als der vorbestimmte Schwellwert (μ).

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein Bildpunkt (P ) ausgewählt wird, wenn der in der senkrechten Bildrichtung gemessene Wert seines Helligkeitsgradienten (D ) größer ist als ein vorbestimmter Helligkeitsschwellwert (μ) und wenn der in der waagerechten Richtung benachbarte Punkt (P ) ebenfalls einen in der senkrechten Bildrichtung gemessenen Helligkeitsgradienten (D ) aufweist, der größer ist als der vorbestimmte Schwellwert (μ) für diese Richtung.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein Bildpunkt ausgewählt wird, wenn seine in der waagerechten und in der senkrechten Bildrichtung gemessenen Helligkeitsgradienten (Ak ) Werte aufweisen, die jeweils größer sind als die für diese beiden Richtungen definierten vorbestimmten Helligkeitsschwellwerte (γ, μ).

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß nur ein charakteristischer Punkt (P ) ausgewählt wird, wenn zwei nebeneinanderliegende Punkte (P k ) in derselben waagerechten Zeile ausgewählt wurden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß nur feststehende charakteristische Punkte als charakteristisch berücksichtigt werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß nur bewegte charakteristische Punkte als charakteristisch berücksichtigt werden.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß nur solche stillstehenden charakteristischen Punkte als charakteristisch berücksichtigt werden, die durch die Vereinigung von bewegten charakteristischen Punkten verstärkt sind.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß als charakteristisch nur diejenigen Punkte berücksichtigt werden, die durch die Vereinigung von stillstehenden charakteristischen Punkten mit bewegten charakteristischen Punkten gebildet sind.

13. Vorrichtung zur Extraktion von charakteristischen Punkten eines Fernsehbildes in Realzeit, welches mittels Videosignalen übertragen und in Zeilen und Spalten einer Punktmatrix durch einen Digitalanalysator (1) analysiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Generator (5) zur Erzeugung von charakteristischen Punkten umfaßt, der mit dem Digitalanalysator (1) über einen Raumkontur-Extraktor (3) einerseits und über einen Bewegungsdetektor (4) zur Erfassung der Bewegung jedes Bildpunktes andererseits verbunden ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Raumkontur-Extraktor (3) umfaßt: Einen ersten Vergleicher (7), der an einem ersten Eingang mit dem Ausgang des Digitalanalysators (1) verbunden ist, um das laufende Videosignal (X ) zu empfangen, und an seinem zweiten Eingang mit dem Ausgang eines ersten Registers (6) verbunden ist, in dem das vorausgehende Videosignal (X ) gespeichert ist, das zu derselben Zeile wie das laufende Videosignal gehört, wobei der erste Vergleicher (7) ein Binärsignal des Pegels 1 abgibt, wenn der Absolutwert der Differenz der an seine Eingänge angelegten Videosignale größer als ein vorbestimmter Schwellwert ist; einen zweiten Vergleicher (14), der an einem Eingang mit dem Ausgang des Digitalanalysators (1) verbunden ist, um das laufende Videosignal (X ) zu empfangen, und an einem zweiten Eingang mit dem Ausgang eines zweiten Registers (13) verbunden ist, in dem das Videosignal gespeichert ist, welches dem laufenden Videosignal der vorausgehenden Zeile entspricht, wobei der zweite Vergleicher (14) ein Binärsignal des Pegels 1 abgibt, wenn der Absolutwert der Differenz der an seine Eingänge angelegten Videosignale größer als ein vorbestimmter Schwellwert ist; in Reihe geschaltete Schieberegister (8 bis 12), von denen das erste (8) an seinem Eingang mit dem Ausgang des ersten Vergleichers (7) verbunden ist, wobei in diesen Schieberegistern die Ergebnisse der Vergleiche gespeichert sind, die durch den ersten Vergleicher (7) für die Punkte der vorausgehenden Zeile durchgeführt wurden; ein Schieberegister (15), das mit dem Ausgang des zweiten Vergleichers (14) verbunden ist und in dem das Vergleichsergebnis gespeichert ist, das durch den zweiten Vergleicher (14) gewonnen wird; und einen Generator (16) zur Erzeugung von Punkten mit hohem Gradienten, welcher an seinen Eingängen mit den Ausgängen der Schieberegister (8, 9, 10, 11, 12, 15) verbunden ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Schieberegister (17) umfaßt, das mit dem Ausgang des Generators (16) zur Erzeugung von Punkten mit hohem Gradienten verbunden ist, um den Punkt mit hohem Gradienten der vorausgehenden Spalte zu speichern.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine OR-Schaltung (18) umfaßt, deren einer Eingang mit dem Ausgang des Generators (16) zur Erzeugung von Punkten mit hohem Gradienten und dessen anderer Eingang mit dem Ausgang des Schieberegisters (17) verbunden ist, um den Punkt mit hohem Gradienten der vorausgehenden Spalte zu speichern.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator (16) zur Erzeugung von Punkten mit hohem Gradienten mehrere Masken (19, 20, 21, 22) zum Herausfiltern von isolierten Punkten mit hohem Helligkeitsgradienten umfaßt.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Bewegungsdetektor (4) an einem Eingang mit dem Ausgang des Digitalanalysators (1) und an einem zweiten Eingang mit dem Ausgang eines Bildspeichers (2) verbunden ist, der das Videosignal derselben Koordinaten wie das laufende Signal, jedoch des vorausgehenden Bildes, enthält.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator (5) zur Erzeugung von charakteristischen Punkten einen Verschiebespeicher (24) umfaßt, dessen Eingang mit dem Ausgang des Raumkontur-Extraktors (3) und dessen Ausgang mit einem ersten Eingang eines Schaltorgans (25) verbunden ist, während ein zweiter Eingang des Schaltorgans (25) mit dem Ausgang des Bewegungsdetektors (4) verbunden ist.