DE3322705A1

DE3322705A1 - Verfahren und schaltungsanordnung zur videoschnellen bestimmung des medianwertes eines auswertefensters

Info

Publication number: DE3322705A1
Application number: DE19833322705
Authority: DE
Inventors: Horst Dipl.-Ing. 7920 Heidenheim Ballmer; Henry Dipl.-Ing. 7250 Leonberg Krämer
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH; Carl Zeiss AG
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH; Carl Zeiss AG
Priority date: 1983-06-24
Filing date: 1983-06-24
Publication date: 1985-01-10
Also published as: US4597009A

Description

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Vorfahren und Schaltungsanordnung zur videoschnollen Bestimmung des Modianwertes eines Auswertefensters

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur videoschnellen Restimmung des Medianwertes eines Auswertefensters eines nach einem Rasterverfahren aufgenommenen und in elektrische Signale umgewandelten Bildes, bei dem mittels eines hochfrequenten Taktsignales das GiId in Rasterelemente unterteilt ist, die in aufeinanderfolgenden Abtastzeilen eine feste Lage zueinander haben, bei dem ferner durch Bildzeilenspeicher, die einer Zeilenlänge entsprechen, und Fensterzeilenspeicher, die der Breite des Auswertefensters entsprechen, Bildelemente aus verschiedenen Spalten und Zeilen des Auswertefensters gleichzeitig für die Auswertung verfügbar sind, und bei dem jedem Rasterelement ein seinem Grauwert entsprechender Digitalwert zugeordnet ist.

Zur Analyse eines zweidimensionalen Bildes wird dieses mittels eines Licht-, Laser- oder Flektronenstrahles rasterförmig abgetastet. Dabei entstehen in einem Empfänger, wie z.B. einer Photozelle, einem Photovervielfacher oder einer Fernsehaufnahmeröhre elektrische Signale.

Diese Abtastsignale werden zur Auswertung entweder einem Diskriminator zugeführt, der binäre Signale liefert, so daß ein Binärbild (Schwarzweißbild) für die weitere Bildverarbeitung entsteht, oder die Abtastsignale werden in Graustufen zerlegt, z.B. in 256, so daß ein Graubild entsteht,. das (in den meisten Fällen) einen bedeutend größeren Informationsgehalt hat als ein Binärbild und dessen weitere Bildverarbeitung infolgedessen wesentlich aufwendiger ist.

Eine gute Bildzerlegung erreicht man durch einen Generator zur Erzeugung einer hochfrequenten Spannung und synchronisiert ihn mit der Be-3Q wegung des Abtaststrahles (US-PS 2 494 941, DE-AS 1 423 636). Dieser Generator liefert eine Spannung, durch welche das Bild bzw. die Zeilen in einzelne Raster- oder Bildelemente unterteilt wird.

Für die weitere Verarbeitung von in Bildelemente aufgeteilten Binärbilgc dem sind zahlreiche Verfahren und Schaltungsanordnungen unter dem Begriff Texturanalyse bekannt (z.B. DE-PS 21 28 690 und DE-PS 23 54 769).

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Die Verarbeitung von in Bildelemente aufgeteilten digitalisierten Graubildern erfordert entsprechend den zahlreichen Graustufen jedes einzelnen Bildelementes andere Verfahren und Schaltungsanordnungen als bei Binärbildern. Ebenso wie bei Binärbildern wird in vielen Fällen ein sogenanntes Auswertefenster, das eine Größe von mehreren Bildelementen hat, über das Bild bewegt und die innerhalb des Auswertefensters liegenden Werte werden in definierter Weise verarbeitet und dem zentralen Bildpunkt des Auswertefensters zugeordnet. Besonderes Interesse haben dabei Verfahren, die "videoschnell" arbeiten, d.h. Verfahren, bei denen "lOpro Zeiteinheit ebensoviele verarbeitete F'ilder ausgegeben werden wie Bilder auf der Fingangsseite eingegeben werden. Das bedeutet, daß z.B. 25 Vollbilder mit 625x833 Bildelementen in jeder Sekunde verarbeitet werden müssen.

15Aus der Offenlegungsschrift EP 0 068 358 A2 ist eine Anordnung bekannt, bei der durch parallele Verarbeitung ein 4x4-Auswertefenster videoschnell ausgewertet wird, wobei der digitalisierte Grauwert von jedem Bildelement mit einem (für jeden Platz im Auswertefenster unterschiedlichen) Gewichtsfaktor multipliziert und anschließend die Summe aller derart gewichteten Bildelemente gebildet wird.

In der Offenlegungsschrift EP 0 069 542 A2 ist eine Anordnung beschrieben, bei der ein 3x3-Auswertefenster videoschnell ausgewertet wird, indem der 4-bit-Grauwert von jedem Bildelement mit einem Gewichtsfaktor multipliziert, anschließend die Summe aller gewichteten Bildelemente gebildet und mit einem Grenzwert verglichen wird.

Außer derartigen Summen der gewichteten Bildelemente eines Auswertefensters sind für die quantitative Bildanalyse der Minimum-, der Maximum- und vor allem der sogenannte Medianwert von allen Werten innerhalb des Auswertefensters von besonderer Bedeutung. Man spricht in diesem Fall von sog. Rangordnungsoperatoren. Der Medianwert hat die Eigenschaft, scharfe Kanten scharf zu lassen; er ist für eine ungerade Zahl von m Werten definiert als derjenige Wert für den (m-l)/2 Vierte kleiner oder gleich und (m-l)/2 Werte größer oder gleich sind. Er ist also der in der Rangfolge mittlere Wert einer Wertegruppe. Es liegt auf der Hand, daß die Ermittlung des Medianwertes sehr viele Operationen erfor-

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dert, weil alle Werte zunächst in ihrer Rangfolge geordnet werden müssen. Hierfür gibt es bei Datenverarbeitungsanlagen seit einiger Zeit geeignete Programme, die jedoch alle den Nachteil haben, daß infolge der zahlreichen durchzuführenden Operationen die Rechenzeiten für eine videoschnelle Auswertung zu groß sind; es sei denn es werden sehr aufwendige Rechenanlagen verwendet, die für Routinegeräte zu teuer sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine Einrichtung zur Bildanalyse entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1 ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur videoschnellen Bestimmung des Medianwertes eines Auswertefensters anzugeben.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in einem 1. Schritt mit jedem Taktsignal die Grauwerte einer Spalte des Auswertefensters jeweils entsprechend ihrem Rang zueinander in die Fensterzeilenspeicher übertragen werden, daß in einem 2. Schritt mit jedem Taktsignal parallel zueinander aus allen Fensterzeilenspeichern Grauwerte entsprechend ihrem Rang zueinander ausgewählt werden und daß in weiteren Schritten nur diese ausgewählten Grauwerte verarbeitet werden.

Es ist natürlich auch möglich, die Grauwerte einer Zeile des Auswertefensters entsprechend ihrem Rang in Fensterspaltenspeicher zu übertragen und anschließend aus Fensterspaltenspeichern Grauwerte entsprechend ihrem Rang zueinander auszuwählen.

Es ist vorteilhaft, den 2. Schritt unmittelbar als Auswahlvorgang auszuführen,es ist aber selbstverständlich auch möglich, den 2. Schritt ebenfalls zunächst als Sortiervorgang auszuführen. Ein derartiges Vorgehen führt zu den gleichen Ergebnissen und ist lediglich aufwendiger.

Da sich die Auswahlvorgänge viel einfacher beschreiben lassen, wenn so getan wird, als wenn zunächst ein Sortiervorgang ausgeführt wird, wird auch in der folgenden Beschreibung oft das Bild eines spalten- und zeilenweise geordneten Auswertefensters benutzt und von den rangmäßig zu bestimmten Plätzen des Auswertefensters gehörenden Grauwerten gesprochen.

Im folgenden wird immer vorausgesetzt, daß nach den Sortiervorgängen

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der kleinste Wert oben bzw. links steht. (Natürlich könnte man auch anders verfahren.) Forner wird als Diagonale immer die von links unten nach rechts oben gehende Linie bezeichnet, welche durch die Mitte des Auswertefensters geht. Da in dem derart spaltenweise und zeilenweise Ssortierten Auswertefenster der kleinste Wert (Minimumwert) immer links oben und der größte Wert (Maximumwert) immer rechts unten steht, werden die zur Diagonale parallelen Nebendiagonalen nach oben als erste, zweite usw. Minimumdiagonale und nach unten als erste, zweite usw. Maximumdiagonale bezeichnet.
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Bei einem 3x3-Auswertefenster wird (nach dem spaltenweisen und zeilenweisen Sortiervorgang) von den drei auf der Diagonale stehenden Werten der mittlere bestimmt. Dieser ist der Medianwert.

Bei einem 5x5-Auswertefenster werden von den 5 rangmäßig zur Diagonale gehörenden Grauwerten der mittlere Wert, von den 4 rangmäßig zur 1 „ Minimumdiagonalen gehörenden Grauwerten der Maximalwert und von den 4 rangmäßig zur 1. Maximumdiagonalen gehörenden Grauwerten der Minimalwert bestimmt. Anschließend wird von diesen drei Werten der mittlere

20Wert bestimmt; er ist der Medianwert.

Bei einem 7x7-Auswertefenster werden die 7 rangmäßig zur Diagonale gehörenden Grauwerte, die jeweils 6 rangmäßig zur 1. .Minimumdiagonale und zur 1. Maximumdiagonale gehörenden Grauwerte, der Maximalwert der rangmäßig zur 2. Minimumdiagonale gehörenden Grauwerte, der Minimalwert der rangmäßig zur 2. Maximumdiagonale gehörenden Grauwerte und 4 redundante Werte wie die Werte eines ungeordneten 5x5-Auswertefenster weiterverarbeitet. Als redundante Werte werden zweckmäßigerweise der Minimumwert und der Maximumwert des sortierten 7x7-Auswertefenster verwendet, da diese Werte für die Ermittlung des Medianwertes mit Sicherheit redundant sind, sofern beide gleich häufig verwendet werden, und da sie auf diese Weise weiter erhalten bleiben. Letzteres ist ein Vorteil, weil sie neben dem Medianwert wichtige Rangordnungsoperatoren sind, die für Erosion und Dilatation benutzt werden.

Bei einem 9x9-Auswertefenster werden die 9 rangmäßig zu Diagonale gehörenden Grauwerte, die jeweils 8 rangmäßig zur 1. Minimumdiagonale und

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zur 1. Maximumdiagonale gehörenden Grauwerte, die jeweils 7 zur 2. Minimumdiagonale und zur 2. Maximumdiagonale gehörenden Grauwerte, die jeweils rangmäßig äußeren 4 zur 3. Minimumdiagonale und zur 3. Maximumdiagonale gehörenden Grauwerte, und zwei redundante Werte, wie Minimum-5wert und Maximumwert, wie die Grauwerte eines ungeordneten 7x7-Auswertefensters weiterverarbeitet.

Bei größeren Auswertefenstern als 9x9 werden die rangmäßig zur Diagonalen und zu einer möglichst großen Anzahl von Minimum- und Maximumdiago-

10-nalen gehörenden Grauwerte unter Hinzunahme einer ausreichenden Anzahl von redundanten Werten in einer um 2 Spalten und 2 Zeilen kleineren Anordnung spaltenweise sortiert und dann wieder nach dem gleichen Schema ausgewählt, wobei dieses Verfahren so lange fortgesetzt wird, bis eine 9x9-Anordnung erreicht ist, mit der entsprechend einer 9x9-Anord-

15nung verfahren wird.

Die angegebenen Vorfahren können auch für nichtquadratische Auswertefenster abgewandelt werden.

20-Für die notwendigen Sortiervorgänge können bekannte Anordnungen von Vergleichern, Speichern und Datenselektoren benutzt werden. Besonders vorteilhaft sind jedoch Anordnungen wie sie in unserer am gleichen Tag unter dem Titel "Schaltungsanordnung zur schnellen Rangordnungsauswahl oder -sortierung" eingereichten Anmeldung (Aktenzeichen ) be-

schrieben sind.

Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, daß zusätzlich zum Medianwert auch der Minimum- und Maximumwert eines Auswertefensters und auch deren Differenz videoschnell bestimmt werden können.

Ein weiterer Vorteil ist, daß die Schaltungsanordnungen modular aufgebaut sind, wobei für die größeren Auswertefenster auf Schaltungsgruppen der kleineren Auswertefenster zurückgegriffen wird, so daß die Gesamtanordnung leicht für größere Auswertefenster erweitert bzw. leicht auf verschieden große Auswertefenster umgeschaltet werden kann.

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Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den Figuren 1 bis 8 dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild für ein 3x3-Auswertefenster_; 5
Fig. 2 ein Blockschaltbild für ein 5x5-Auswertefenster;

Fig. 3 ein Blockschaltbild für ein 7x7-Auswertefenster,-ig. 4 ein Blockschaltbild für ein 9x9-Auswertefenster,·

Fig. 5 ein Sortierschaltungsteil zur taktweisen Weitergabe der Grauwerte einer 3-Spalte entsprechend ihrer Rangordnung in konventioneller Ausführung;
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Fig. 6 Ein Sortierschaltungsteil mit der gleichen Funktion wie in Fig. 5 in einer besonders vorteilhaften Ausführung;

Fig. 7 einen Auswahlschaltungsteil zur Auswahl eines Grauwertes aus einer 3-Zeile und

Fig. 8 einen Auswahlschaltungsteil zur Auswahl von 3 Grauwerten aus 5 Grauwerten.

In dem Blockschaltbild der Figur 1 ist das Vorgehen für ein 3x3-Auswertefenster dargestellt. Mit 131 ist ein Sortierschaltungsteil bezeichnet, dem mit jedem Takt die drei Grauwerte, 101, 102 und 103 einer Spalte des Auswertefensters zugeführt werden. Mit 101· ist dabei der Grauwert bezeichnet, der bereits 2 Zeilen früher angefallen ist und der in bekannter Weise durch zwei Bildzeilenspeicher verzögert worden ist.

102 bezeichnet den Grauwert der 1 Zeile früher angefallen ist während

103 der Grauwert des gerade angefallenen Bildelementes ist. Durch den Sortierschaltungsteil (131) wird die Rangordnung dieser drei Grauwerte festgestellt; der kleinste Grauwert wird in den Fensterzeilenspeicher 331 übertragen, der mittlere Grauwert wird in den Fensterzeilenspeicher 332 und der größte Grauwert wird in den Fensterzeilenspeicher 333 übertragen. Jeder Fensterzeilenspeicher hat bei einem 3x3-Auswertefenster

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Speicherplätze. Mit jedem Takt werden die Werte um einen Speicherplatz nach rechts geschoben; links kommt ein neuer Wert hinein und rechts wird ein Wert verworfen. Die drei Fensterzeilenspeicher beinhalten daher in jedem Takt die 3x3 Werte des Auswertefensters, wobei diese ^bereits spaltenweise nach ihrer Größe sortiert sind.

Mit 431, 432 und 433 sind Auswahlschaltungsteile bezeichnet, die aus den ihnen zugeordneten Fensterzeilenspeichern jeweils Grauwerte entsprechend ihrer Rangordnung untereinander auswählen. Das Auswahlschal-10tungsteil 431 wählt in jedem Takt aus den 3 Grauwerten des Fensterzeilenspeichers 331 immer den größten aus, das Auswahlschaltungsteil 432 wählt aus dem Fensterzeilenspeicher 332 den mittleren und das Auswahlschaltungsteil 433 den kleinsten Wert aus.

15Zur Veranschaulichung, welche Grauwerte von der Auswahlschaltungsgruppe 430 insgesamt ausgewählt werden, ist jedes Auswahlschaltungsteil mit so vielen quadratischen Unterteilungen gezeichnet wie die Anzahl der Grauwerte beträgt, aus denen ausgewählt wird. Denkt man sich diese Grauwerte von links nach rechts mit wachsendem Wert angeordnet, dann sind in

20die Plätze, die zu den ausgewählten Grauwerten gehören, zweiziffrige Zahlen eingetragen, wobei immer die erste Ziffer die Zeile und die zweite Ziffer die Spalte angibt.

Insgesamt gibt also die gewählte Anordnung der Auswahlschaltungsteile 25mit ihren quadratischen Unterteilungen an, welche Plätze des spaltenweise geordneten und zeilenweise gedacht geordneten Auswertefenster ausgewählt werden. Bei dieser Darstellung steht der kleinste Wert MI des Auswertefensters immer links oben und der größte Wert MA immer rechts unten. Wenn die Kennzeichnungen MI und MA eingeklammert sind, 30bedeutet dies, auch bei den folgenden Blockschaltbildern, daß sie für die weitere Bestimmung des fledianwertes nicht benötigt werden.

Die Auswahlschaltungsgruppe 430 in Figur 1 wählt also insgesamt die rangmäßig zur Diagonale 50 gehörenden Werte aus und führt sie der Ver-35arbeitungsschaltungsgruppe 530 zu. Diese besteht in diesem Fall lediglich aus einem Schaltungsteil, das den rangmäßig mittleren Wert der drei zugeführten Grauwerte ermittelt; dieser ist der Medianwert. Eine

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ausführliche Beschreibung der einzelnen Schaltungsteile erfolgt weiter unten mit den Figuren 5 bis 8 Die an den Datenbussen stehenden Zahlen geben jeweils die Zahl der Leitungen an, bzw. wieviel Grauwerte mit 8 Bit jeweils in einem Takt durch den zugehörigen Datenbus übertragen ^werden. Natürlich ist es auch möglich, Grauwerte mit mehr oder weniger als 8 Bit zu verwenden.

In Figur 2 ist das Blockschaltbild für die Ermittlung des Medianwertes eines 5x5-Auswertefensters dargestellt. Mit 151 ist ein Sortierschal-

teil bezeichnet, dem mit jedem Takt die 5 Grauwerte 101 bis 105 einer Spalte des Auswertefensters zugeführt werden. Durch den Sortierschaltungsteil 151 wird die Rangordnung der 5 Grauwerte festgestellt und die Grauwerte werden entsprechend ihrer Größe in die Fensterzeilenspeicher 351 bis 355 übertragen, wobei wieder der kleinste Wert in

obersten (351) und der größte Wert in den untersten (355) Fensterzeilenspeicher kommt. Bei einem 5x5-Auswertefenster hat jeder Fensterzeilenspeicher 5 Speicherplätze.

Die Auswahlschaltungsgruppe 450 besteht aus 5 Auswahlschaltungsteilen 451 bis 455 von denen jedes einem der Fensterzeilenspeicher 351 bis zugeordnet ist und aus diesem entsprechend der Rangordnung der in ihm enthaltenen Grauwerte bestimmte Werte auswählt und an die Verarbeitungsschaltungsgruppe 550 weitergibt. Auch hier sind wieder die Auswahlschaltungsteile so dargestellt, daß sie angeben welche Plätze des

25spaltenweise geordneten und zeilenweise gedacht geordneten Auswertefensters ausgewählt werden. Die der 1. Minimumdiagonale 40 zugehörenden Grauwerte werden dem Schaltungsteil 551 der Verarbeitungsschaltungsgruppe 550 zugeführt und aus ihnen wird der Maximalwert MaW bestimmt. Die der Diagonale 50 zugehörenden Grauwerte werden dem Schaltungsteil 552 zugeführt und aus ihnen wird der (rangmäßig) mittlere Wert mW bestimmt. Die der 1. Maximumdiagonale όΟ zugehörenden Grauwerte werden dem Schaltungsteil 553 zugeführt und aus ihnen wird der Minimalwert MiW bestimmt. Die drei so ermittelten Werte werden dem - schon aus Figur 1 bekannten - Schaltungsteil 530 zugeführt, das aus ihnen den mittleren Wert bestimmt; er ist der Medianwert des Auswertefensters.

Figur 3 zeigt das Blockschaltbild für die Bestimmung des Medianwertes

eines 7x7-Auswertefensters. Der Sortierschaltungsteil 171, die Fensterzeilenspeicher 371 bis 377 und die Auswahlschaltungsgruppe 470 mit ihren 7 Auswahlschaltungsteilen 471 bis 477 sind ganz entsprechend zu den kleineren Auswertefenstern aufgebaut und dargestellt. Von den ausögewählten Werten werden die zur 2. Minimumdiagonale 30 gehörenden Grauwerte dem Schaltungsteil 571 der Verarbeitungsschaltungsgruppe 570 zugeführt, wo aus ihnen der Maximalwert MaW bestimmt wird. Aus den zur 2. Maximumdiagonale 70 gehörenden Grauwerten wird im Schaltungsteil 572 der Minimalwert MiW bestimmt. Diese beiden Werte werden zusammen mit den 21 anderen ausgewählten Grauwerten der Sortierschaltungsgruppe 160 zur spaltenweisen Sortierung einer 5x5-Anordnung zugeführt, die aus den Sortierschaltungsteilen 161 bis 105 besteht. Da für diese 5x5-Anordnung 25 Werte benötigt werden, wird der Minimalwert MI und der Maximalwert MA zweimal verwendet. Die Zuordnung sämtlicher Werte zu den Plätzen des Schaltungsteiles 160 ist beliebig. Auf die Sortierschaltungsgruppe 160 folgen die bereits aus Figur 2 bekannte Auswahlschaltungsgruppe 450 und die Verarbeitungsschaltungsgruppe 550 für ein 5x5-Auswertefenster.

In dem Blockschaltbild der Figur 4 ist die Bestimmung des Medianwertes für ein 9x9-Auswertefenster dargestellt. Der Sortierschaltungsteil 191, die mit 390 bezeichneten Fensterzeilenspeicher 391-399 und die Auswahlschaltungsgruppe 490 mit ihren 9 Auswahlschaltungsteilen 49T bis 499 sind wieder entsprechend zu den kleineren Auswertefenstern aufgebaut und dargestellt. Von dieser Größe des Auswertefensters ab werden alle ausgewählten Werte direkt einer Sortierschaltungsgruppe zur spaltenweisen Sortierung zugeführt. Diese Portierschaltungsgruppe entspricht immer einer Anordnung die um 2 Spalten und 2 Zeilen kleiner ist. Im Falle des 9x9-Auswertefensters ist es die Sortierschaltungsgruppe 180 zur spaltenweise Sortierung einer 7x7-Anordnung . Die Zuordnung zu den einzelnen Plätzen ist wieder beliebig. Auf die Sortierschaltungsgruppe 180 folgen die bereits aus Figur 3 bekannte Auswahlschaltungsgruppe 470 und die Verarbeitungsschaltungsgruppe 570 für ein 7x7-Auswertefenster.

Für größere Auswertefenster als 9x9 ist der Aufbau der gesamten Schaltungsanordnung ganz entsprechend, indem Auswahlschaltungsgruppen und Sortierschaltungsgruppen mit einer Reduzierung um 2 Spalten und 2 Zeilen so oft aufeinander folgen, bis die Auswahlschaltungsgruppe 490 für

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eine 9x9-Anordnung erreicht ist, worauf dann die Verarbeitungsschaltungsgruppe 590 folgt.

Mit den folgenden vier Figuren werden Einzelheiten der in den bespro-5chenen Blockschaltbildern enthaltenen Schaltungsteile beschrieben.

Zunächst wird für das Schaltungsteil 131 von Figur 1, das 3 Eingangswerte entsprechend ihrer Größe in drei verschiedene Speicher überträgt, eine bekannte Ausführungsform mit der Figur 5 erläutert. Anschließend folgt in Figur 6 eine besonders vorteilhafte Ausführungsform für die gleiche Aufgabe. In beiden Figuren sind die drei Eingangswerte ebenso wie in Figur 1 mit 101, 102 und 103 bezeichnet; innerhalb der Figuren sind sie kürzer mit a,b, und c bezeichnet. Die Speicher, in welche die Grauwerte entsprechend ihrer Größe übertragen werden, sind ebenfalls

15wie in Figur 1 mit 211, 221 und 231 bezeichnet. Bei der bekannten Ausführungsform werden zunächst im ersten Schaltungsabschnitt 610 die Werte b und c durch einen Digitalkomparator oder eine ALU 611 miteinander verglichen. Über eine Auswahllogik 612, die meist aus einer Gatterlogik besteht, aber auch aus einer ROM-Tabelle bestehen kann, werden die beiden Datenselektoren 613 und 614, denen beide Werte b und c zugeführt werden, angesteuert und entsprechend der Größenbeziehung von b und c zueinander wird der eine Grauwert vom Datenselektor 613 und der andere vom Datenselektor 614 durchgelassen. Für die nach den Datenselektoren 613 und 614 vorliegenden Grauwerte b' und c' gilt, daß c'^ b' ist. Im Schaltungsabschnitt 620 erfolgt der gleiche Vorgang für die Grauwerte α und c' und im Schaltungsabschnitt 630 für die Grauwerte a' und b',, so daß am Ende der gesamten Schaltungseinheit 131 die Grauwerte a" , b" und c" in einer geordneten Reihenfolge vorliegen, bei der o"X b"^-a" gilt. In dieser Reihenfolge werden die Grauwerte in die

30Speicher 211, 221 u.nd 231 übertragen.

Die Übertragungen von einem Speicher in einen anderen erfolgen bei derartigen Schaltungen mit dem Videotaktsignal VT. Eei der in Figur 5 dargestellten bekannten Schaltungsanordnung sind durch den schrittwei-35sen Vergleich Zwischenspeicher, z.B. 615,616,617,625,626,627 notwendig, so daß der ganze Aufbau verhältnismäßig aufwendig wird, insbesondere wenn es sich um Schaltungsteile für größere Auswertefenster handelt.

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Vorteilhafter als diese Schaltungsanordnung ist die in Figur 6 dargestellte Schaltung, deren Aufbau in unserer am gleichen Tag unter dem Titel "Schaltungsanordnung zur schnellen Rangauswahl und -sortierung" eingereichten Anmeldung (Aktenzeichen ) ausführlich be-

^ schrieben ist und die hier in vereinfachter Darstellung kurz für die folgenden Figuren beschrieben wird.

In Figur 6 werden alle drei Grauwerte a, b und c durch drei ALUs 651,652 und 653 (oder Digitalkomparatoren) gleichzeitig miteinander verglichen. Die Carry- oder Vorzeichenausgänge der ALUs werden als Adressen für die ROM-Tabelle 654 benutzt, unter denen die Steuerinformationen für die Datenselektoren 655,656 und 657 stehen, von denen jeder einen der drei Kanäle durchschaltet, so daß nach ihnen die Kanäle entsprechend der Rangordnung ihrer Grauwerte angeordnet sind. Mit dieser Schaltungsanordnung werden nicht nur die Zwischenspeicher eingespart, sondern es wird auch der Aufwand bei den Datenselektoren reduziert.

In Figur 7 ist nach dem gleichen Schaltungsprinzip das Schaltungsteil 431 dargestellt, bei dem aus den drei Grauwerten der Speicher 211, und 213 von Figur 1 der größte ermittelt und in den Schaltungsteil übertragen wird. (Diese Aufgabe entspricht dem in Figur 1 der zitierten Anmeldung dargestellten Fall, hier wurde lediglich eine andere Form der Darstellung gewählt, die der übrigen Beschreibung besser angepaßt ist.) Die drei Grauwerte a, b und c werden wieder gleichzeitig von den drei ALUs 701, 702 und 703 miteinander verglichen. Die Carry- oder Vorzeichenausgänge werden einer Auswahllogik 704, für die in diesem Fall eine Gatterlogik ausreichend ist, zugeführt. In ihr werden sie in die notwendige Steuerinformation für den Datenselektor 705 umgesetzt, so daß von diesem bei jedem Videotaktsignal VT der größte der drei in den Speichern 211, 212 und 213 stehenden Grauwerte in den Schaltungsteil 530 übertragen wird. (Gleichzeitig kommen neue Grauwerte in die Speicher 211 bis 213.)

Als letztes Beispiel ist in Figur 8 der Aufbau des Schaltungsteiles dargestellt, mit dem aus den 5 Grauwerten des Fensterzeilenspeichers 353 die größten drei Grauwerte ausgewählt und in den Schaltungsteil

übertragen werden. Der gleichzeitige Vergleich von 5 Werten miteinander erfordert die 10 Digitolkomparatoren oder ALUs 801 bis 810. Ihre Ausgäfige·;werden wieder als Adressleitungen für die ROM-Tabelle 820 benutzti} in der die Steuerinformationen für die 3 Datenselektoren 831 bis 833 stehen. Von dem Datenselektor 831 wird der größte von allen 5 Grauwertefi, vom Datenselektor 832 der zweitgrößte und vom Datenselektor 833 der drittgrößte in den Schaltungsteil 550 übertragen.

Alle anderen in den Blockschaltbildern der Figuren 1 bis 4 dargestell-"Ό ten Schaltungsteile sind ganz entsprechend wie die mit den Figuren 6 bis 8^; besprochenen Schaltungsteile aufgebaut. Die Anzahl der Grauwerte, aus denen ausgewählt oder die sortiert werden sollen, bestimmt die Anzahil der Digitalkomparatoren oder ALUs. Die Anzahl der auszuwählenden odier zu sortierenden Grauwerte bestimmt die Anzahl der Datenselektoren, deren! Ansteuerung über eine ROM-Tabelle oder eine Gatterlogik erfolgt. Die Sbrtierschaltungsgruppen 160 bzw. 180 bestehen aus 5 bzw. 7 jeweils gleicjh aufgebauten Schaltungsteilen 161 bis 165 bzw. 181 bis 187, die pqirallel zueinander arbeiten.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Schaltungsteile ist bei den ROM-Tabellen möglich und in Figur 8 angedeutet. Neben den 10 von dfn Qigitalkomparatoren oder ALUs kommenden Adressleitungen sind zwei weitere vorhanden, die mit IB bezeichnet sind. Über sie läßt sich das Bit-Muster eines Instruktionsbusses zuführen, durch das eine zusätzlijchäi Adresseninformation gegeben werden kann. Dadurch lassen sich für jöde !mögliche Kombination der Grauwerte der Eingangskanäle α bis e mehrere Steuerinformationen für die Datenselektoren bereitstellen, zwischen denen über den Instruktionsbus gewählt werden kann, wobei gegebenenfalls auch die Instruktionsbusse der ALUs mit einbezogen werden können. Auf diese Art ist es möglich, mit einer Schaltungsanordnung nicht nur den Medianwert eines Auswertefensters zu bestimmen, sondern z.B. auch den Maximalwert und den Minimalwert, indem lediglich der Instruktionsbus für die ROM-Tabellen umgeschaltet wird. Maximal- und MinMalwert eines Auswertefensters erfordern zur Bestimmung zwar keine so umfangreiche Schaltungsanordnung wie der Medianwert; es ist aber ein gfroßer Vorteil, diese Rangordnungsoperatoren für Dilatation und Erosion mit derselben Schaltungsanordnung ausführen zu können.

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Die beschriebenen Verfahren und Schaltungsanordnungen sind in ihper Anwendung nicht auf die "on-line"-Bildverarbeitung beschränkt. Sie können vorteilhaft auch für die hardwaremäßige Auswertung von, z.B. ;in Bildspeichern, gespeicherten Bildern angewendet werden.

Claims

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Patentansprüche:

^ Verfahren zur videoschnellen Bestimmung des Medianwertes eines Auswertefensters eines nach einem Rasterverfahren aufgenommenen und in elektrische Signale umgewandelten Bildes, bei dem mittels eines hochfrequenten Taktsignals das Bild in Bildelemente unterteilt ist, die in aufeinanderfolgenden Abtastzeilen eine feste Lage zueinander haben, bei dem ferner durch Bildzeilenspeicher, die einer Zeilenlänge entsprechen, und Fensterzeilenspeicher, die der Breite des Auswertefensters entsprechen, Bildelemente aus verschiedenen Spalten und Zeilen des Auswertefensters gleichzeitig für die Auswertung verfügbar sind, und bei dem jedem Rasterelement ein seinem Grauwert entsprechender Digitalwert zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß in einem 1. Schritt mit jedem Taktsignal die Grauwerte einer Spalte (101 bis 109) des Auswertefensters jeweils entsprechend ihrem Rang zueinander in die Fensterzeilenspeicher (330,350,370,390) übertragen werden, daß in einem 2. Schritt mit jedem Taktsignal parallel zueinander aus allen Fensterzeilenspeichern (330,350,370,390) Grauwerte entsprechend ihrem Rang zueinander ausgewählt werden und daß in weiteren Schritten nur diese ausgewählten Grauwerte verarbeitet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 für ein 3x3-Auswertefenster, dadurch gekennzeichnet, daß die drei rangmäßig zur Diagonale (50) des Auswertefensters gehörenden Grauwerte ausgewählt werden und von diesen der (rangmäßig) mittlere Wert bestimmt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 für ein 5x5-Auswertefenster, dadurch gekennzeichnet, daß von den 5 rangmäßig zur Diagonale (50) gehörenden Grauwerten der mittlere Wert (mV/) bestimmt wird, daß von den 4 rangmäßig zur 1. Minimumdiagonale (40) gehörenden Grauwerten der Maximalwert (MaW) bestimmt wird, daß von den 4 rangmäßig zur 1. Maximumdiagonale (60) gehörenden Grauwerten der Minimumwert (MiW) bestimmt wird und daß aus diesen 3 Werten (mW, MaV/, MiW) der mitttlere Wert bestimmt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 für ein 7x7-Auswertefenster, dadurch ge-

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kennzeichnet, daß die 7 rangmäßig zur Diagonale (50) gehörenden Grauwerte, die jeweils 6 rangmäßig zur 1. Minimumdiagonale (40) und zur 1. Maximumdiagonale (όθ) gehörenden Grauwerte, der Maximalwert (MaW) der rangmäßig zur 2. Minimumdiagonale (30) gehörenden Grauwerte, der Minimalwert (MiW) der rangmäßig zur 2. Maximumdiagonale (70) gehörenden Grauwerte und 4 redundante Grauwerte, z.B. zweimal der Minimumwert (MI) und zweimal der Maximumwert (MA), wie die Grauwerte eines (ungeordneten) 5x5-Auswertefensters weiterverarbeitet

werden.
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5. Verfahren nach Anspruch 1 für ein 9x9-Auswertefenster, dadurch gekennzeichnet, daß die 9 rangmäßig zur Diagonal-e (50) gehörenden Grauwerte, die jeweils 8 rangmäßig zur 1. Minimumdiagonale (40) und zur 1. Maximumdiagonale (όθ) gehörenden Grauwerte, die jeweils 7 rangmäßig zur 2. Minimumdiagonale (30.) und zur 2. Maximumdiagonale (70) gehörenden Grauwerte, die jeweils rangmäßig äußeren 4 zur 3. Minimumdiagonale (20) und zur 3. fiaximumdiagonale (80) gehörenden Grauwerte und zwei redundante Werte, z.B. Minimumwert (MI) und .^Maximumwert (MA), wie die Grauwerte eines (ungeordneten) 7x7-Auswertefenster weiterverarbeitet werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1 für ein nxn-Auswertefenster, wobei η eine ungerade ganze Zahl größer als 9 ist, dadurch gekennzeichnet, daß die rangmäßig zu der Diagonale (50) und den Minimum- und Maximumdiagonalen (40,30,20 ... 00,70,80 ...) bis zum Grad (n-3)/2 gehörenden Grauwerte, sowie eine ausreichende Anzahl von redundanten Werten, z.B. Minimumwert (MI) und Maximumwert (MA), wie die ungeordneten Grauwerte einer (n-2)x(n-2)-Anordnung weiterverarbeitet werden, daß diese schrittweise Verkleinerung bis zur 9x9-Anordnung fortgesetzt und dann wie bei einem 9x9-Auswertefenster verfahren wird.

7. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Sortierschaltungsteil (131,151,171,191) zur taktweisen Weitergabe der Grauwerte einer Spalte des Auswertefensters entsprechend ihrer Rangordnung an die Fensterzeilenspeicher (330,350,370,390) (deren Anzahl und Größe dem Auswertefenster entspricht), eine Auswahlschaltungsgruppe (430,450,470,490) zur takt-

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weisen parallelen Auswahl von Grauwerten entsprechend ihrer Rangordnung aus den Fensterzeilenspeichern und eine Verarbeitungsschaltungsgruppe (530,550,570,590) zur weiteren Verarbeitung der ausgewählten Grauwerte.
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8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7 für ein 3x3-Auswertefenster, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungsschaltungsgruppe (530) durch den Auswahlschaltungsteil (430) in jedem Takt mit den 3 Speichern der rangmäßig zur Diagonale (50) gehörenden Grauwerte verbunden ist und aus einem Schaltungsteil zur Ermittlung des mittleren Wertes (mW) aus drei Grauwerten aufgebaut ist.

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7 für ein 5x5-Auswertefenster, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungsschaltungsgruppe (550) durch die Auswahlschaltungsgruppe (450) in jedem Takt mit den Speichern der rangmäßig zur Diagonale (50), 1. Minimumdiagonale (40) und 1. Maximumdiagonale (60) gehörenden Grauwerten verbunden ist und aus einem Schaltungsteil (552) zur Ermittlung des mittleren Wertes (mW) aus den 5 Grauwerten der Diagonale (50) einem Schaltungsteil (551) zur Ermittlung des Maximalwertes (MaW) aus den 4 Grauwerten der 1.

Minimumdiagonale (40), einem Schaltungsteil (553) zur Ermittlung des Mihirnalwertes (MiW) aus den 4 Grauwerten der 1 . Maximumdiagonalen (00) und einem Schaltungsteil (530) zur Ermittlung des mittleren Wertes (mW) aus diesen 3 Werten (mW,MaW,MiW) aufgebaut ist.

10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7 für ein 7x7-Auswertefenster, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungsschaltungsgruppe (570) durch die Auswahlschaltungsgruppe (470) in jedem Takt mit den Speichern der rangmäßig zur Diagonale (50), 1. Minimumdiagonale (40), Maximumdiagonale (60), 2. Minimumdiagonale (30) und 2. Maximumdiagonale (70) gehörenden Grauwerten, sowie mit bis zu 4 Speichern mit redundanten Grauwerten, z.B. zweimal Minimalwert (MI) und zweimal Maximalwert (MA), verbunden ist und aus einem Schaltungsteil (571) zur Ermittlung des Maximalwertes (MaV/) aus den 5 Grauwerten der 2.

Minimumdiagonale (30), einem Schaltungsteil (572) zur Ermittlung des Minimalwertes (MiW) aus den 5 Grauwerten der 2. Maximumdiagonale (70), einer Sortierschaltungsgruppe (160) zur spaltenweisen Sortie-

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rung einer 5x5-Anordnung, einem Auswahlschaltungsteil (450) für ein 5x5-Auswertefenster und einem Verarbeitungsschaltungsteil (550) für ein 5x5-Auswertefenster aufgebaut ist.

^l 1 . Schaltungsanordnung nach Anspuch 7 für ein 9x9-Auswertefenster, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungsschaltungsgruppe (590) durch die Auswahlschaltungsgruppe (490) in jedem Takt mit den Speichern der rangmäßig zur Diagonale (50), 1. Minimumdiagonale (40), 1. Maximumdiagonale (60), 2. Minimumdiagonale (30) und 2. Maximumdiagonale (70) gehörenden Grauwerten, sowie mit den äußeren 4 Plätzen der 3. Minimumdiagonale (20), den äußeren 4 Plätzen der 3. Maximumdiagonale (80) und mit 2 Plätzen mit redundanten Werten z.B. Minimalwert (MI) und Maximalwert (MA) verbunden ist und aus einer Sortierschaltungsgruppe (180) zur spaltenweisen Sortierung einer 7x7-Anordnung, einem Auswahlschaltungsteil (470) für ein 7x7-Auswertefenster und einem Verarbeitungsschaltungsteil (570) für ein 7x7-Auswertefenster aufgebaut ist.

12. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7 für ein nxn-Auswertefenster, wobei η eine ungerade ganze Zahl größer als 9 ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungsschaltungsgruppe durch die Auswahlschaltungsgruppe in jedem Takt mit den Speichern der rangmäßig zur Diagonale (50) und zu den Minimum- (40,30,20 ...) und Maximumdiagonalen (00,70,80 ...) bis zum Grad (n-3)/2 gehörenden Grauwerten, sowie mit Plätzen mit redundanten Werten, z.B. Minimalwert (MI) und Maximalwert (MA), verbunden ist und aus einer Sortierschaltungsgruppe zur spaltenweisen Sortierung einer (n-2)x(n-2)-Anordnung und einer Auswahlschaltungsgruppe aufgebaut ist, durch welche in jedem Takt die Speicher mit den rangmäßig zur Diagonale (50) und den Minimum-(40,30,20 ...) und Maximumdiagonalen (60,70,80 ...) bis zum Grad (n-5)/2 gehörenden Grauwerte, sowie Plätze mit redundanten Werten mit einer Sortierschaltungsgruppe zur spaltenweisen Sortierung einer (n-4)x(n-4)-Anordnung verbunden sind, daß in dieser Weise so viele Sortierschaltungsgruppen und Auswahlschaltungsgruppen vorgesehen sind, bis eine Auswahlschaltungsgruppe (490) für ein 9x9-Auswertefenster erreicht ist und daß diese mit der Verarbeitungsschaltungsgruppe 590 verbunden ist.

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13. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zur Rangordnungsauswahl oder -sortierung Schaltungsteile vorgesehen sind, bei denen jeder Eingangskanal (z.B. 101-103) mit jedem anderen Eingangskanal über einen Digitalkomparator oder eine Arithmetic-Logic-Unit (ALU) (611,621,631) verbunden ist und bei denen die Ausgänge der Digitalkomparatoren oder der ALUs über Gatterlogiken (612,622,632) oder ROM-Tabellen mit Datenselektoren (613,614,623,624,633,634) verbunden sind.

1014. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zur Rangordnungsauswahl oder -sortierung Schaltungsteile vorgesehen sind, bei denen jeder Hingangskanal (z.B. 101-103) direkt, d.h. ohne Zwischenspeicher, mit jedem anderen Eingangskanal über einen Digitalkomparator oder eine ALU (651-653) verbunden ist und bei denen die Ausgänge aller Digitalkomparatoren oder ALUs (651-653) über eine Gatterlogik oder eine ROM-Tabelle (654) mit Datenselektoren (655-657) verbunden sind.

15. Schaltungsanordnung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Adresseingänge (811) der ROM-Tabelle (820) einem Instruktionsbus (IB)·zugeordnet ist, durch dessen Bit-Muster die Rangordnungsauswahl oder -sortierung veränderbar ist.