DE3406618C2

DE3406618C2 - Verfahren und Vorrichtung zur automatischen Bestimmung der Grenzen von Objekten

Info

Publication number: DE3406618C2
Application number: DE3406618A
Authority: DE
Inventors: Sherman E Deforest
Original assignee: International Remote Imaging Systems Inc
Current assignee: Iris International Inc
Priority date: 1983-02-28
Filing date: 1984-02-23
Publication date: 1994-11-24
Anticipated expiration: 2004-02-24
Also published as: AU563749B2; GB2136995B; JPH0571991B2; US4538299A; DE3406618A1; GB8404437D0; FR2541797A1; FR2541797B1; JPS59195763A; GB2136995A; CA1202115A; AU2441984A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur automatischen Bestimmung der Grenzen von Objekten in einem Blickfeld nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die mikroskopische Bildanalyse (MIA) ist unter anderem aus der US-A-4 097 845 bekannt. Bei der MIA wird eine Suspension, die ein Gemisch aus Teilchen und Flüssigkeit darstellt, zur Analyse an einem Mikroskop mit angeschlossener Kamera vorbeigeführt. Das mit der Kamera erhaltene Bild der Suspension wird dann in eine elektrische Signalfolge umgeformt und von einem Rechner weiterverarbeitet, um ausgewählte Eigenschaften der Partikel zu bestimmen. Um diese ausgewählten Eigenschaften der Teilchen bestimmen zu können, beispielsweise die Fläche, Massendichte, Gestalt usw., muß zunächst die Grenze des jeweiligen Teilchens innerhalb des Bildes aufgefunden werden. Da es erwünscht ist, die Vorrichtung für die mikroskopische Bildanalyse automatisch arbeiten zu lassen, d. h. ohne menschliche Eingriffe, muß die Kamera und/oder der Rechner so intelligent sein, daß sie bzw. er die Grenzen der Teilchen innerhalb des Blickfeldes für das Bild erkennen kann.

In der US-A-4 097 845 ist ein Verfahren zur Lokalisierung der Grenze des Teilchens beschrieben, bei dem die sogenannte Technik der "Nachbarn der Nachbarn" angewandt wird. Dabei erfolgt eine Rasterabtastung des digitalisierten Bildes, um ein Bildelement (Pixel) zu bestimmen, dessen Grauwert oberhalb einer kritischen Schwelle liegt. Die vier nächsten Nachbarn zu diesem Bildelement werden dann analysiert, um diejenigen herauszufinden, deren Grauwerte gleichfalls oberhalb der kritischen Schwelle liegen. Dann schreitet die Analyse zu dem Bildelement fort, das oberhalb der kritischen Schwelle liegt, und es wird in einer rekursiven Art und Weise fortgefahren, die vier nächsten angrenzenden Nachbarn des Bildelements zu analysieren, bis die ganze Region des Teilchens bestimmt ist. Wenn einmal das ganze Teilchen definiert ist, ist die Grenze ganz einfach der Rand dessen, was als Teilchen definiert wurde. Aus der Grenze wird dann ein Oktalkettencode gebildet, und auf der Grundlage der Oktalkette können dann solche Parameter, wie der Umfang des Teilchens und die Fläche des Teilchens, berechnet werden.

In der US-A-4 060 713 ist eine Vorrichtung zur Weiterverarbeitung von zweidimensionalen Daten offenbart. Hier erfolgt eine Analyse der sechs nächsten angrenzenden Nachbarn eines Bildelements.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein weiteres Verfahren und eine Vorrichtung zur automatischen Bestimmung der Grenzen von Objekten in einem Blickfeld zu schaffen. Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der Ansprüche 1 und 17 gelöst.

Die Vorrichtung weist eine Rasterabtasteinrichtung auf, mit der ein elektrisches Bild des Blickfeldes gebildet wird. Ferner ist eine Einrichtung vorgesehen, die das elektrische Bild in eine Vielzahl von Bildelementen segmentiert und die Bildintensität jedes Bildelements in ein elektrisches digitalisiertes Signal umwandelt, welches den jeweiligen Graustufenwert repräsentiert, um eine erste Repräsentation des Bildes zu bilden. Das jeweilige elektrische Signal für die Graustufenwerte wird weiterverarbeitet, um eine zweite Repräsentation des Bildes zu erhalten. Diese zweite Repräsentation wird von logischen Einrichtungen in eine dritte Repräsentation umgewandelt. Die Umwandlung erfolgt dahingehend, daß der Wert eines Bildelements an einer Stelle in der zweiten Repräsentation und die Werte der nächsten angrenzenden Nachbarn dieses Bildelements in einen einzigen Wert umgewandelt und an der entsprechenen Stelle (P (X, Y)) in der dritten Repräsentation gespeichert werden.

Verschiedene mögliche Werte für P (X, Y) sind in einer Tabelleneinrichtung gespeichert, wobei diese einen Wert von P (X, Y) und einen Eingangs-Richtungswert erhält und einen Ausgangs-Richtungswert erzeugt, um die nächste Stelle von P (X, Y) anzuzeigen, die einen Wert ungleich Null hat, wobei die Werte ungleich Null für P (X, Y) die Grenze des Objekts bilden.

Im folgenden wird die Erfindung mit weiteren vorteilhaften Einzelheiten anhand eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine Skizze für die Bildung der Werte von P (X, Y);

Fig. 3 ein Beispiel für die Umwandlung eines Teilchens von einer zweiten Repräsentation, die in Fig. 3a gezeigt ist, in eine dritte Repräsentation, die in Fig. 3b gezeigt ist;

Fig. 4 eine Skizze, und zwar eine Konvention der Beschreibung der Suchrichtung (Theta);

Fig. 5 eine schematische Darstellung der Funktion der Nachschlagtabelle.

In Fig. 1 ist eine Vorrichtung 10 gemäß der Erfindung gezeigt, die ein Mikroskop 30 aufweist, welches auf einen Untersuchungsbereich fokussiert ist, bei dem es sich um ein Diapositiv oder eine Durchflußküvette gemäß US-A 4 338 024 handeln kann. Am Mikroskop ist eine Kamera 34 befestigt, die einen Teil einer Suspension mit einem darin enthaltenen Teilchen abbilden kann. Vorzugsweise ist die Kamera 34 zur Rasterabtastung geeignet und kann eine ladungsgekoppelte (CCD-)Kamera, Modell TC1160BD der Firma RCA, sein. Mit der Kamera 34 kann ein elektrisches Bild des durch das Mikroskop 30 betrachteten Blickfeldes gebildet werden. Ferner segmentiert die Kamera 34 dieses elektrische Bild in eine Vielzahl von Bildelementen oder Pixel, wobei jedem Bildelement des Bildes ein elektrisches Signal entspricht.

Die Vorrichtung 10 eignet sich insbesondere für die Untersuchung biologischer Teilchen in einem Fluid, wie einer Urin- oder Blutprobe. Außerdem kann die Vorrichtung 10 zur Untersuchung von Masken für Halbleiterplättchen benutzt werden, um Defekte aufzuspüren. Schließlich eignet sich die Vorrichtung 10 auch zur Untersuchung einer biologischen Probe, die ein zeitveränderliches Merkmal aufweist, z. B. Tumorwachstum.

Die elektrischen Signale werden in einen Digitalisierer 36 eingegeben, der die Bildintensität (den Grauwert) eines jeden Bildelements oder Pixel als ein digitalisiertes elektrisches Signal wiedergibt, um eine erste Repräsentation des Bildes zu erhalten. Vorzugsweise wird jedes Bildelement einem Graustufenwert zwischen 0 und 256 zugeordnet.

Vom Digitalisierer 36 wird der Graustufenwert in eine Vergleichsschaltung 38 eingegeben. Die erste Repräsentation des Bildes kann auch in einem ersten Speicher 39, einem ROM-Speicher (mit wahlfreiem Zugriff) gespeichert werden, was zweckmäßig für Analysen ist, die nicht im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung stehen. Die Vergleichsschaltung 38 wird für eine einfache Segmentierung nach dem Schwellwert benutzt. Es können allerdings auch andere Techniken angewendet werden, z. B. die mit Gradienten- oder Laplace- oder anderen Operationen. In die Vergleichsschaltung 38 wird auch ein vorgegebener Schwellenwert eingegeben. Die Vergleichsschaltung 38 vergleicht den Graustufenwert des Bildelements vom Digitalisierer 36 mit dem vorgegebenen Schwellenwert. Wenn der vom Digitalisierer 36 gelieferte Graustufenwert den vorgegebenen Schwellenwert übersteigt gibt die Vergleichsschaltung 38 als Ergebnis den Wert "1" (Objektpixel) ab. Wenn der Graustufenwert des Digitalisierers 36 unter dem vorgegebenen Schwellenwert liegt, gibt die Vergleichsschaltung 38 als Ausgangssignal den Wert "0" (Hintergrundpixel) ab.

Als Ergebnis dieses Vergleichs der Bildelemente der ersten Repräsentation mit dem vorgegebenen Schwellenwert wird die zweite Repräsentation des Bildes (Fig. 3a) erhalten. Die zweite Repräsentation weist den Wert "0" überall außerhalb der Grenze des Objektes und überall sonst den Wert "1" auf. Die zweite Repräsentation kann in einem zweiten Speicher 40 gespeichert werden, der ein ROM- Speicher (mit wahlfreiem Zugriff) sein kann. Obgleich es nicht notwendig ist, die zweite Repräsentation in einem Speicher zu speichern, kann die zweite Repräsentation aus Gründen der Zweckmäßigkeit für Analysen, die nicht mit der Erfindung im Zusammenhang stehen, in dem zweiten Speicher 40 gespeichert werden. Es sei jedoch hervorgehoben, daß bis zu diesem Punkt keine großen Speicherebenen für die Erfindung nötig sind.

Die zweite Repräsentation des Bildes, so wie sie im zweiten Speicher 40 gespeichert ist, wird von einem logischen Umsetzer 42 in eine dritte Repräsentation des Bildes, Konturwerte P (x, y) betreffend, umgewandelt, die dann in einem dritten Speicher 44 gespeichert werden. Der Logik-Umsetzer 42 nimmt die Daten der zweiten Repräsentation und füllt damit einen Zweizeilen-Puffer auf. Auf diese Weise stehen die Belegung eines beliebigen Pixels und der am nächsten liegenden Nachbarn gleichzeitig für den logischen Umsetzer 42 zur Verfügung. Für diesen Schritt kann zwar ein Mikroprozessor oder eine Zentraleinheit benutzt werden, aber es eignen sich auch standardisierte Logikeinheiten. Der Umsetzer 42 analysiert den Wert jedes Pixels innerhalb der zweiten Repräsentation im zweiten Speicher 40. Wenn der Wert des Bildelements an einer bestimmten Stelle (X, Y) oder das Pixel (X, Y) im zweiten Speicher 40 "0" ist, wird der Wert "0" der entsprechenden Pixelstelle P (X, Y) im dritten Speicher 44 zugewiesen. Wird am Bildelement (X, Y) im zweiten Speicher 40 ein Wert "1" angetroffen, und sind alle acht nächsten angrenzenden Nachbarn des Bildelements bei (X, Y) gleichfalls "0", dann ordnet der logische Umsetzer 42 dem Konturpixel P (x, y) den Wert "0" zu. Wenn der Wert des Bildelements (X, Y) "1" ist und alle vier nächsten angrenzenden Nachbarn dieses Bildelements gleichfalls "1" sind, dann ordnet der logische Umsetzer 42 dem Konturpixel P (x, y) den Wert "0" zu. In allen anderen Fällen wird vom logischen Umsetzer 42 dem Konturpixel P (x, y) ein Wert wie folgt zugeordnet:

P (x, y) = a _* 2⁷+b _* 2⁶+c _* 2⁵+d _* 2⁴+e _* 2³+f _* 2²+g _* 2+h,

worin a, b, c, d, e, f, g, h die Werte der acht nächsten angrenzenden Nachbarn darstellen, die das entsprechende Bildelement (X, Y) auf folgende Weise umgeben:

Diese Regeln zur Umwandlung der zweiten Repräsentation in die dritte Repräsentation können in der folgenden Gleichung zusammengefaßt werden:

P (x, y) = 1 - a _* b _* c _* d) _* Bildelement (X, Y) _* (a _* 2⁷+b _* 2⁶+c _* 2⁵+d _* 2⁴+e _* 2³+f -_* 2²+g _* 2+h,

worin a, b, c, d, e, f, g, h die oben angegebene Bedeutung haben.

Wie schon erwähnt, kann zwar ein Mikroprozessor für die Umwandlung benutzt werden, es können aber auch an sich bekannte festverdrahtete Logikschaltungen benutzt werden.

In Fig. 3a ist ein Beispiel einer zweiten Repräsentation eines im zweiten Speicher 40 gespeicherten Bildes gezeigt. Der logische Umsetzer 42 wandelt jeden der Pixelwerte "0" in der zweiten Repräsentation des Bildes in einen Konturpixelwert "0" um und liefert diesen zur Speicherung an den dritten Speicher 44. Die zweite Regel des logischen Umsetzers, d. h. wenn das Bildelement (X, Y) gleich "1" ist und alle acht engen Nachbarn des Bildelements gleich "0" sind, dann wird der entsprechenden Stelle (X, Y) im dritten Speicher 44 der Konturpixelwert "0" zugeordnet, was sich am Wert "1" in der linken unteren Ecke der Fig. 3a erkennen läßt. Dieser Pixelwert (Fig. 3a) wird also gemäß dieser Regel in den Konturpixelwert "0" in Fig. 3b umgewandelt. Mit dieser Regel werden einzelne Pixelsignale ausgeschaltet, die vermutlich auf Rauschen beruhen. Die dritte Repräsentation des Bildes, wie sie im dritten Speicher 44 gespeichert ist, ist also frei von derartigem Rauschen, Fehlstellen und dergleichen. Die dritte Umwandlungsregel lautet: Wenn ein Bildelement (X, Y) gleich "1" (Objektpixel) ist und die vier nächsten angrenzenden Nachbarn des Bildelements (X, Y) ebenfalls gleich "1" (Objektpixel) sind, dann wird der entsprechenden Stelle im dritten Speicher 44 der Konturpixelwert "0" zugeordnet. Dies führt dazu, daß der Konturpixelwert "0" allen Punkten im Inneren eines Teilchens zugewiesen wird. So hat in Fig. 3b die Grenze des Teilchens Konturpixelwerte ungleich Null, während das Innere des Teilchens mit Nullen gefüllt ist. Alle Konturpixelwerte ungleich Null innerhalb des dritten Speichers 44 bilden also die Grenze des Teilchens. Das Innere des Teilchens ist ebenso wie Rauschen, Fehlstellen usw. ausgefiltert, d. h. ihm ist der Konturpixelwert "0" zugewiesen worden, um die Weiterverarbeitung für die Bestimmung der Grenze des Teilchens nicht komplizierter zu machen. Es sei noch darauf hingewiesen, daß die vier Nachbarn, die einem Ort unmittelbar benachbart sind, als enger benachbart betrachtet werden als die vier Eckennachbarn, d. h. daß ein Ort von benachbarten belegten Bildelementen umgeben sein muß, um als ein Punkt im Innern berücksichtigt zu werden. Diese Konvention hat eine leichte Auswirkung auf das Zählen von Löchern innerhalb eines Objekts, wie noch erwähnt wird. Schließlich ist die besondere Art der Umwandlung der zweiten Repräsentation in die dritte Repräsentation, d. h. die vierte Regel, wichtig, weil der Konturpixelwert P (x, y) ungleich Null nicht nur anzeigt, daß das Bildelement ein Konturpixel ist, sondern auch, daß der Wert des Pixels Informationen über die Lage von benachbarten Bildelementen mit Konturpixelwerten ungleich Null enthält, d. h. Information über die Lage der nächsten Konturpixel enthält. Kurz gesagt, sind Informationen über die Lage der benachbarten Konturpixel in den Wert jedes Konturpixels eingebettet, was die Bildung einer Kette erleichtert, mit der die komplette Grenze des Teilchens beschrieben wird.

Aus dem dritten Speicher 44 wird jeder Konturpixelwert der Reihe nach abgetastet, bis ein erster Wert ungleich Null auftaucht. Das Abtasten des Bildes der dritten Repräsentation im dritten Speicher 44 erfolgt von links nach rechts, von oben nach unten, wie es für Fernsehabtastung üblich ist. In Fig. 3b wäre also der Wert "76" der erste von Null verschiedene Konturpixelwert. Dieser positive Konturpixelwert und ein Wert für Theta (Suchrichtungsangabe) wird in eine Nachschlagtabelle 46 eingegeben. Theta gibt die Richtung an, aus der die Abtastung fortgeschritten ist, um an das Bildelement zu gelangen. Der Wert von Theta wird in einem Register 60 gespeichert. Eine Konvention für die Bezeichnung der Richtung von Theta ist in Fig. 4 dargestellt. Um mit einer Abtastung zu beginnen, wird im Thetaregister 60 zunächst ein Wert 1 gespeichert. Die Nachschlagtabelle 46 kann einfach ein programmierbarer Festwertspeicher (PROM) sein, der den Wert ungleich Null des Konturpixels bei (X, Y) und den Wert Theta aufnimmt und anhand dieser beiden Informationsdaten ein Ausgangssignal erzeugt, welches angibt, wo der nächste Wert ungleich Null (d. h. ein positives Konturpixel) zu finden ist. Natürlich ist der nächste Wert ungleich Null das nächste Bildelement, an dem die Grenze des Objektes liegt. Der Ausgangswert der Nachschlagtabelle ist ein Wert delta X und delta Y. Bei dem in Fig. 3b gezeigten Beispiel ergibt die Nachschlagetabelle einen Wert delta X gleich +1 und einen Wert delta Y gleich -1, um den Ort des nächsten positiven Konturpixels anzuzeigen. Wenn ausgehend vom Wert "76" delta X gleich +1 und delta Y gleich -1 sind, wird als nächstes Konturpixel die Stelle mit dem Wert "110" angetroffen, wie in Fig. 3b gezeigt. Die Nachschlagtabelle 46 wird im einzelnen noch erläutert.

Da die Nachschlagtabelle 46 eine Änderung der X- Adresse und eine Änderung der Y-Adresse erzeugt, werden diese Werte in einen X-Adressierer 48 bzw. einen Y- Adressierer 50 eingegeben. Sowohl der X-Adressierer 48 als auch der Y-Adressierer 50 schreiten dann zur nächsten Stelle innerhalb des dritten Speichers 44 weiter. Gleichzeitig werden die Werte des X-Adressierer 48 und des Y-Adressierer 50 einem Thetarechner 52 zugeführt. Der gespeicherte Wert für Theta aus dem Thetaregister 60 wird gleichfalls dem Thetarechner 52 zugeführt. Als Thetarrechner 52 kann ein weiterer programmierbarer Festwertspeicher (PROM) vorgesehen sein, der eine weitere Tabelle enthält, die auf der Basis von delta X, delta Y und des alten Wertes für Theta vom Thetaregister 60 einen neuen Wert für Theta erzeugt und im Thetaregister 60 speichert. So würde, wie Fig. 3b zeigt, vom Konturwert "76" zum Konturwert "110" delta X gleich +1, delta Y gleich -1 in Theta gleich 7 resultieren, wie die Konvention der Thetarichtung gemäß Fig. 4 zeigt. Wenn die Nachschlagtabelle 46 eine Änderung der X- und Y-Adressen erzeugt, wird gleichzeitig eine Oktalkette mittels eines Kettencodes 54 gebildet. Der Kettencode 54, der die Oktalkette bildet, ist gut bekannt und im einzelnen in der US-PS 4 097 845 beschrieben. Der Wert, von dem die dritte Repräsentation im dritten Speicher 44 entnommen wurde, um die Werte für delta X und delta Y anhand der Nachschlagtabelle 46 zu erzeugen, wird dann durch den Wert "0" ersetzt, der von den ersten beiden Hexadezimalzahlen des entsprechenden Eintrags in der Tabelle gemäß Anhang A genommen wird. Mit anderen Worten wird der positive Konturwert (Fig. 3b) durch "0" ersetzt, sobald er ausgelesen worden ist, um sicherzustellen, daß dieser positive Konturwert nur einmal ausgelesen wird. Die Zahl 76 wird also durch den Wert "0" ersetzt, wenn der X- Adressierer 48 und der Y-Adressierer 50 die Stelle erreicht, an der der Wert 100 liegt.

Viele Fälle sind nicht so einfach wie dieses Beispiel. So kann ein gegebenes Bildelement ein Teil von beiden Seiten eines langen, schmalen Objekts darstellen, oder ein Objekt kann ein Loch in der Nähe der Außenkante haben, so daß nur ein einziges Bildelement als Grenze der Innenkante ebenso wie der Außenkante dient. In diesen Fällen ist der in den Speicher zurückgeladene Wert nicht "0", sondern ein anderer Wert, der alle erlaubten Wege zum Verlassen dieses Ortes außer dem gerade gewählten darstellt. Das bedeutet, daß jedesmal, wenn eine Kante über einen gegebenen Ort verfolgt wird, einer der möglichen herausführenden Wege gelöscht wird. Das geschieht so lange, bis der Ort eine "0" enthält, wie beim vorstehend beschriebenen Beispiel. Die Nachschlagtabelle enthält alle nötigen Daten, um alle diese Substitutionen ohne weitere Berechnungen vornehmen zu können. Auf diese Weise können Objekte beliebiger Gestalt beschrieben werden. Diese Konventionen implizieren, daß Objekte in einer Richtung (entgegen dem Uhrzeigersinn im vorliegenden Fall) verfolgt werden, während Löcher innerhalb der Objekte in entgegengesetzter Richtung verfolgt werden. Das erleichtert die Identifizierung von Löchern, da nach diesen Konventionen berechnete Flächen für Objekte positiv und für Löcher negativ sind. Bei der Verfolgung von Löchern ist wegen der obigen Distanzkonvention die Konnektivität diagonaler Lagen geringer als bei Objekten. Diagonale Lagen bei Löchern werden also nicht als einander berührend betrachtet. Ein weiterer Unterschied zwischen Löchern und Objekten besteht darin, daß durch die oben angegebenen Konvention ein gültiges Loch aus einem einzigen Bildelement bestehen kann. Dieses Merkmal ist nützlich für die Charakterisierung der inneren Struktur von Objekten.

Eine Kopie der Nachschlagtabelle 46 ist als Anhang A beigefügt. Da der Wert der im dritten Speicher 44 gespeicherten dritten Repräsentation des Bildes an irgendeiner bestimmten Stelle eine Zahl ist, die aus den Werten der acht nächsten angrenzenden Nachbarn dieser Stelle zusammengesetzt ist, bettet die Umwandlung des Bildes von der zweiten Repräsentation in die dritte Repräsentation Informationen über die Lage des nächsten positiven Konturpixelwertes ein. Mit anderen Worten, für die Zahl 76 in Fig. 3b bedeutet das z. B., daß mit der Konvention gemäß Fig. 2 der Art der Erzeugung der Zahl 76 durch die Nachschlagtabelle 46 bekannt ist, daß der Wert 76 anzeigt, daß relativ zu ihm liegende Orte f, b und e (Konvention gemäß Fig. 2) Werte des Konturpixels ungleich Null haben. In Kenntnis des Wertes von Theta, d. h. der Suchrichtung, um zum Ort des Bildelements zu kommen, liefert die Nachschlagtabelle 46 den nächstmöglichen Ort für die Grenze. Mit der in Fig. 2 gezeigten, hier erläuterten Konvention hinsichtlich der Erzeugung der dritten Repräsentation des Bildes, wie sie im dritten Speicher 44 gespeichert wird, schafft kurz gesagt die Erzeugung des Konturpixels selbst einen Wert, in den Informationen über die nächstmöglichen positiven Konturpixel angrenzend an die betrachtete Stelle des Bildelements eingebettet sind. Mit der weiteren Kenntnis der Suchrichtung, wie sie durch Theta geliefert wird, liefert die Nachschlagtabelle 46 eine Laufrichtung, um am nächsten positiven Konturpixel anzukommen. Durch die Art der Wahl der Umwandlung der zweiten Repräsentation in die dritte Repräsentation wird Information hinsichtlich des benachbarten echten Konturpixels damit eincodiert und in den Wert des Bildelements an der betreffenden Stelle eingebettet. Das erleichtert das Auffinden der Bildelemente, die die Grenze des Objektbildes darstellen, und damit die Bildung der Oktalkette, um das Objektbild für die weitere Verarbeitung zu lokalisieren, beispielsweise zur Bestimmung des Perimeters, der Fläche, der optischen Dichte usw. Um die Bestimmung des nächsten Konturpixels zu erleichtern, besteht die Nachschlagtabelle aus allen möglichen Werten von P (X, Y) mit allen möglichen Werten von delta X und delta Y. Diese Werte sind vorberechnet und in einem PROM gespeichert, damit der Kettencode rasch aufgestellt werden kann.

Die im Anhang A enthaltene Nachschlagtabelle ist in Hexadezimalform codiert. Die geringstwertige Hexadezimalziffer (die am weitesten rechts stehende) ist eine vierstellige Binärzahl. (Eine vierstellige Binärzahl entspricht einer hexadezimalen Ziffer.) Die vierstellige Binärzahl ist aus zwei Binärziffern für delta X und zwei Binärziffern für delta Y zusammengesetzt. Wenn die zweistellige Binärzahl

00 ist, repräsentiert das ein delta (X oder Y) von 0
01 ist, repräsentiert das ein delta (X oder Y) von +1
11 ist, repräsentiert das ein delta (X oder Y) von -1
10 wird nicht benutzt.

Die Kombination 1000 wird jedoch benutzt, um den Fehlerzustand darzustellen.

Wie schon erwähnt, kann der Thetarechner 52 einfach eine weitere Nachschlagtabelle in Form eines PROM sein. Eine Kopie dieser Tabelle ist als Anhang B beigefügt. Die Werte für Theta in der linken senkrechten Spalte sind die Werte für Theta aus dem Thetaregister 60. Die Werte "8, 9, A, B, C, D, E, F" sind redundante Werte, daß Theta diese Werte nie haben kann. Alle Ausgänge "1" aus diesem Teil der Tabelle sind also keine möglichen Werte. Die Werte für delta X und delta Y sind horizontal aufgeführt, wobei nur gewisse mögliche Werte für delta X und delta Y aufgeführt sind. So kann jeder nur "0" oder "+1" oder "-1" sein. Der neue Wert für Theta, der im Thetaregister 60 zu speichern ist, wird aus der entsprechenden Spalte und Reihe abgelesen. Ein Wert "8" zeigt einen Fehlerzustand an.

Zur Erläuterung sei davon ausgegangen, daß zunächst die Zahl 76 (in Fig. 3b gezeigt) angetroffen wird, wobei Theta anfänglich im Thetaregister 60 als 1 gespeichert ist. Die Nachschlagtabelle 46 gemäß Anhang A liefert die Zahl 007. Die am wenigsten signifikante Hexadezimalziffer 7 ist gleich Binär 0111. Delta X ist "01", das bedeutet +1, während delta Y "11" ist, das bedeutet -1.

Aufgrund von delta X gleich +1, delta Y gleich -1 und einem Theta gleich 1, liefert der Thetarechner 52 einen Wert für Theta von "7", der im Thetaregister 60 gespeichert wird. Der X-Adressierer 48 und der Y-Adressierer 50 schreiten dann fort zu einer Stelle im dritten Speicher 44, wo der Wert "110" erreicht wird. Der Wert "110" (P (X, Y)) aus dem Speicher 44 und 7 (Theta) aus dem Thetaregister 60 wird an die Nachschlagtabelle 46 geliefert. Gemäß Anhang A wird die Zahl 007 erzeugt. Die Hexadezimalziffer 7 ist gleich Binär 0111. Delta X ist "01", das bedeutet +1, während delta Y "11" ist, was -1 bedeutet.

Der Thetarechner 52 erzeugt einen Wert für Theta von 7 basierend auf delta X gleich +1, delta Y gleich -1 und Thetaregister 60 gleich 7. Der X-Adressierer 48 und der Y-Adressierer schreiten zu der Stelle im Speicher 44 weiter, an der der nächste Wert für (P (X, Y), "102", aufzufinden ist. Entsprechend Anhang A wird dann von der Nachschlagtabelle 46 eine Zahl 003 erzeugt. Deren binäres Äquivalent ist 0011. Folglich ergibt sich delta X gleich 0 und delta Y gleich -1.

Der Thetarechner 52 nimmt delta X gleich 0 und delta Y gleich -1, Thetaregister gleich 7 und erzeugt den Wert 6 für Theta, der im Thetaregister 60 gespeichert wird.

Die nächste aus dem Speicher 44 entnommene Zahl, basierend auf den obengenannten Werten für delta X und delta Y, wäre 118. Das Thetaregister 60 steht nunmehr auf 6. Gemäß Anhang A ergibt sich 003. Damit wird delta X gleich 0 und delta Y gleich -1.

Basierend auf den Werten für delta X und delta Y ist dann die nächste Zahl 50, wie Fig. 3b zeigt. Theta wird mit 6 berechnet. Aus dem Anhang A ergibt sich als Hexadezimalzahl 00C. Dies entspricht der Binärzahl 1100, wobei delta X gleich 11 und delta Y gleich 00. Die Werte für delta X und delta Y sind -1 bzw. 0. Dies führt zu der Stelle in Fig. 3b mit dem Wert 179.

Dieser Prozeß wird so lange fortgesetzt, bis alle Orte der Grenze des Teilchens gemäß Fig. 3b identifiziert sind.

Anhand des vorstehend beschriebenen Beispiels ist erkennbar, daß die Richtung des nächsten Grenzbildelements in den Wert des Bildelements eingebettet ist.

Wie schon erwähnt, kann der logische Umsetzer 42 Teil eines Rechners sein, beispielsweise eines Rechners Intel 80/20. Außerdem könnend er Kettencoderechner 54, der Thetarechner 52, der X-Adressierer 48 und der Y-Adressierer 50 ebenfalls Teil des gleichen Rechners sein.

Claims

1. Vorrichtung zur automatischen Bestimmung der Grenzen von Objekten in einem Blickfeld mit folgenden Merkmalen:
eine Abbildungseinrichtung (30), die ein Bild des Blickfeldes erzeugt;
eine Einrichtung (34), die das Bild segmentiert und eine Vielzahl von elektrischen Bildelementen bildet;
eine Einrichtung (36) zum Digitalisieren der Intensität der Bildelemente zu jeweils einem Graustufenwert, wobei die Graustufenwerte zusammengenommen eine erste elektrische Repräsentation des Bildes ergeben;
eine Einrichtung (38), die die erste elektrische Repräsentation des Bildes ergeben;
eine Einrichtung (38), die die erste elektrische Repräsentation des Bildes weiterverarbeitet und eine zweite elektrische Repräsentation des Bildes (Fig. 3a) mit Objektpixel (1) und Hintergrundpixel (0) bildet;
gekennzeichnet durch
eine logische Einrichtung (42), die die zweite elektrische Repräsentation (Fig. 3a) in eine dritte elektrische Repräsentation des Bildes (Fig. 3b) umwandelt, wobei der in der zweiten Repräsentation vorliegende Wert eines jeden Bildelements (x, y) unter Berücksichtigung der Werte der angrenzenden Nachbarn (a, b, c, d, e, f, g, h) dieses Bildelements (x, y) zu einem jeweiligen Konturwert (P (x, y)) für die betreffenden Bildelemente der dritten Repräsentation (Fig. 3b) verarbeitet werden und diese Konturwerte (P (x, y)), soweit sie ungleich Null sind, die Grenzen jeweiliger Objekte darstellen;
eine Speichereinrichtung (44), die die dritte elektrische Repräsentation (Fig. 3b) speichert; und
eine Kettencodebildungseinrichtung (46, 48, 50, 52, 54, 60) mit Nachschlagtabelle (46), in welche nacheinander Konturwerte (P (x, y)) eingegeben und aufgrund einer Suchrichtungsangabe (Theta) ein Ausgangsrichtungswert (Δx, Δy) entnommen werden kann, der das nächste, eine Objektgrenze anzeigende Bildelement angibt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die logische Einrichtung (42) aufgrund folgender Regeln arbeitet:

1) wenn ein Bildelement in der zweiten Repräsentation ein Hintergrundpixel (0) ist, dann hat der zugeordnete Konturwert (P (x, y)) den Wert Null;
2) wenn ein Bildelement in der zweiten Repräsentation ein Objektpixel (1) ist und alle acht angrenzenden Nachbarn (a-h) Hintergrundpixel (0) darstellen, dann hat der zugeordnete Konturwert (P (x, y)) den Wert Null;
3) wenn ein Bildelement in der zweiten Repräsentation und alle vier nächsten angrenzenden Nachbarn (a, b, c, d) Objektpixel (1) sind, dann hat der zugeordnete Konturwert (P (x, y)) den Wert Null;
4) wenn die Bedingungen 1), 2) und 3) nicht zutreffen, erhält der Konturwert (P (x, y)) einen Zahlenwert ungleich Null, wobei dieser Zahlenwert (P (x, y)) aus den Werten (Objektpixel oder Hintergrundpixel) der acht angrenzenden Nachbarn (a-h) errechnet wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Konturwert (P (x, y)) jedes Bildelements sich aus folgender Rechenregel ergibt: a · 2⁷+b · 2⁶+c · 2⁵+d · 2⁴+e · 2³+f · 2²+g · 2+h,wobei für a, b, c, d, e, f, g, h die jeweiligen Werte von acht angrenzenden Bildelementen einzusetzen sind, die das jeweilige Bildelement (x, y) auf folgende Weise umgeben:

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die logische Einrichtung (42) die zweite Repräsentation gemäß folgender Formel in die dritte Repräsentation umwandelt: P (x, y) = (1-a · b · c · d) · Bildelement (x, y) · (a · 2⁷+b · 2⁶+c · 2⁵+d · 2⁴+e · 2³+f · 2²+g · 2+h).

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachschlagtabelle (46) einen programmierbaren Festwertspeicher enthält.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß den Objektpixeln der zweiten Repräsentation die Zahl "1" und den Hintergrundpixeln die Zahl "0" zugeordnet sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Digitalisierungseinrichtung (36) eine Vergleichseinrichtung aufweist, die die Graustufe jedes Bildelements mit einem vorbestimmten Schwellenwert vergleicht.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kettenbildungseinrichtung eine Einrichtung (52, 60) zur Suchrichtungsangabe (Theta) aufweist, die für den ersten angetroffenen Konturwert (76 in Fig. 3b) einen anfänglichen Wert (Theta = 1) annimmt und für jeden nachfolgend angetroffenen Konturwert (110, 102, 118 usw.) jeweils eine Suchrichtungsangabe (Theta) aus dem vorgehend angetroffenen Konturwerten und Suchrichtungsangaben errechnet oder einer Tabelle (B) entnimmt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachschlagtabelle (46) Zahlen aufweist, die unter Berücksichtigung der jeweils gültigen Suchrichtungsangaben (Theta) den Ausgangsrichtungswert (Delta x, Delta y) verschlüsselt enthält.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahlen der Nachschlagtabelle als hexadezimale Ziffern oder als vierstellige Binärzahl gespeichert sind, deren erste beiden Stellen für die x-Suchrichtungsangabe (Delta x) und deren beide letzten Stellen für die y- Suchrichtungstabelle (Delta y) codieren.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichereinrichtung (44), in der die dritte Repräsentation (Fig. 3b) gespeichert ist, zur Löschung einzelner Speicherplätze ausgebildet ist, und daß eine Einrichtung (48, 50) zur Löschung des Konturwertes (P (x, y)) vorgesehen ist, der gerade in den Kettencode Eingang gefunden hat.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Objektträger für biologische Teilchen in einem Fluid vorgesehen ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Objektträger für Urin als Fluid ausgebildet ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Objektträger für Blut als Fluid ausgebildet ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Objektträger für Halbleiterschaltungsmuster ausgebildet ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Objektträger für biologische Teilchen mit zeitvariablem Verhalten ausgebildet ist.

17. Verfahren zur automatischen Bestimmung der Grenzen von Objekten in einem Blickfeld und zum Ausfiltern von Rauschen, Fehlstellen und dergleichen, mit folgenden Schritten:
es wird ein Bild des Blickfeldes mit den Objekten gebildet;
das Bild wird in eine Vielzahl elektrischer Pixelsignale segmentiert, wobei jedes der Pixelsignale einem Bildelement des Bildes entspricht;
die Amplitude jedes Pixelsignals wird digitalisiert, um jeweilige Graustufensignale zu bilden, welche eine erste elektrische Repräsentation des Bildes ergeben;
die Graustufensignale werden zur Bildung einer zweiten elektrischen Repräsentation des Bildes (Fig. 3a) mit Objektpixeln (1) und Hintergrundpixeln (0) weiterverarbeitet;
gekennzeichnet durch folgende Maßnahmen:
die zweite elektrische Repräsentation (Fig. 3a) wird in eine dritte elektrische Repräsentation (Fig. 3b) umgewandelt, wobei die Information "Objektpixel (1)" bzw. "Hintergrundpixel (0)" jedes Bildelementes (x, y) unter Berücksichtigung des Informationsgehaltes der angrenzenden Bildelemente (a-h) in einen Konturwert (P (x, y)) eingebettet wird, der zusammen mit den anderen Konturwerten (P (x, y)) die dritte elektrische Repräsentation des Bildes bildet;
die dritte Repräsentation wird abgetastet, bis ein erster Konturwert (P (x, y)) ungleich Null erreicht wird;
aus diesem Konturwert (P (x, y)) wird mit Hilfe einer Nachschlagtabelle (A) die nächste Stelle für einen Konturwert ungleich Null bestimmt, wobei dieser letztere Konturwert Teilglied eines zu bildenden Kettencodes ist;
die Abtastung und Kettencodeerzeugung wird fortgesetzt, bis alle Konturwerte (P (x, y)) ungleich Null lokalisiert worden sind.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Repräsentation gespeichert wird.

19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß jedem bei der Kettencodeerzeugung bereits berücksichtigten Konturwert (P (x, y)) der Wert "Null" zugeordnet wird, wonach mit dem weiteren Suchvorgang fortgefahren wird, um die nächste Stelle eines Konturwertes ungleich Null festzustellen.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Umwandlung "erste zur zweiter Repräsentation" jedes Graustufensignal mit einem vorbestimmten Schwellenwertsignal verglichen wird.