DE3434624A1

DE3434624A1 - DEVICE AND METHOD FOR DETECTING AN OBJECT FEATURE OF A VIDEO SCENE

Info

Publication number: DE3434624A1
Application number: DE19843434624
Authority: DE
Inventors: Robert Albert Boie; Gabriel Lorimer Westfield N.J. Miller
Original assignee: American Telephone and Telegraph Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1983-09-23
Filing date: 1984-09-21
Publication date: 1985-04-04
Also published as: NL8402881A; FR2552608A1; GB2150384A; SE8404576L; GB8423693D0; JPS6091485A; IT8422786A1; IT1176771B; SE8404576D0; IT8422786A0

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Feststellung eines Objektmerkmals einer Videoszene Apparatus and method for determining an object feature of a video scene

Die Erfindung betrifft die Bilderkennung durch Rechner und im einzelnen eine im Zeitbereich arbeitende Anordnung zur Merkmalextrahierung unter Verwendung einer amplitudenunabhängigen Filterung.The invention relates to computer image recognition and, in particular, to one that operates in the time domain Arrangement for feature extraction using amplitude-independent filtering.

Die Merkmalextrahierung bezieht sich auf eine frühe Entwicklungsstufe von maschinellen Erkennungssystemen, bei denen Parameter, die Objekte innerhalb einer interessierenden Szene darstellen, bestimmt werden. Zu den Merkmalen zählen beispielsweise Kantenstellen, Flächen und Schwerpunkte der Objekte. In rechnergestützten Bildverarbeitungssystemen sind Merkmale die elementaren Daten für die Objekterkennung. Diese hat vielversprechende Anwendungsmöglichkeiten auf vielen Gebieten, beispielsweise eine rückgekoppelte Steuerung von Robotern und das automatische Sortieren und Klassifizieren von Objekten bei Montagebändern in Fertigungseinrichtungen.Feature extraction refers to an early stage of development of machine recognition systems, in which parameters representing objects within a scene of interest are determined. to The features include, for example, edge locations, surfaces and centers of gravity of the objects. In computer-aided image processing systems characteristics are the elementary data for object recognition. This has promising application possibilities in many areas, for example a feedback control of robots and the automatic Sorting and classifying objects Assembly lines in manufacturing facilities.

Bei einem typischen Rechnererkennungssystem erzeugt eine Videokamera ein Signal, das dem Bild des Werkstückes entspricht. Die Amplitude des Videosignals ändert sich zeitlich in Abhängigkeit von der Helligkeit aufeinander folgender Punkte der Szene. Ein üblicher erster Schritt bei der Merkmalsextrahierung beinhaltet die Digitalisierung des Videosignals, typischerweise mit 256 Graustufen für die Helligkeit, und Speichern des Bildes der Szene in einer Anordnung von 512 χ 512 Bildelementen (Pixel von Picture elements) mit je 8 Bits, die die örtliche Helligkeit des Bildes darstellen. Es werden dann arithmetische Algorithmen hoher Geschwindigkeit auf diese große Anordnung von Digitaldaten angewendet, um Objekt-In a typical computer recognition system, a video camera generates a signal that represents the image of the workpiece is equivalent to. The amplitude of the video signal changes over time as a function of the brightness on each other following points of the scene. A common first step in feature extraction involves digitizing of the video signal, typically with 256 levels of gray for brightness, and saving the image of the Scene in an arrangement of 512 χ 512 picture elements (pixels of picture elements) with 8 bits each, which represent the local Show the brightness of the image. There are then high speed arithmetic algorithms on this large array of digital data applied to object

1 Objektmerkmale zu extrahieren, beispielsweise Kanten, Flächen und Schwerpunkte.1 Extract object features, such as edges, surfaces and centers of gravity.

Der Marr-Hildreth-Algorithmus ist ein Beispiel für ein inhärent digitales Verfahren für die Feststellung von plötzlichen Intensitätsänderungen in einem videosignal. Entsprechend einem Aufsatz von E. C. Hildreth "Edge Detection for Computer Vision System", Mechanical Engineering, August 1982, S. 48-53, werden Kanten durch Lokalisierung von Null-Linienkreuzungen im Ausgangssignal einer Faltung des Bildes mit einer radial-symmetrischen Bewertungsfunktion festgestellt. Dieses Verfahren liefert außerordentlich gute Ergebnisse, ist jedoch rechenintensiv. Jedes der etwa 250 000 Bildelemente im verarbeiteten Bild erfordert etwa 1000 Multiplizier- und Addieroperationen. Im Ergebnis erhält man ein System, das einen kritischen Kompromiß zwischen Geschwindigkeit einerseits und Kompliziertheit und Kosten andererseits darstellt. Solche Kompromisse sind von Natur aus in Systemen vorhanden, die mit einer Digitalisierung der gesamten Szene beginnen.The Marr-Hildreth algorithm is an example for an inherently digital method for detecting sudden changes in intensity in a video signal. According to an article by E. C. Hildreth "Edge Detection for Computer Vision System", Mechanical Engineering, August 1982, pp. 48-53, edges are determined by locating zero line crossings in the output of a convolution of the image with a radially symmetrical evaluation function established. This method delivers extraordinarily good results, but is computationally intensive. Each of the approximately 250,000 picture elements in the processed image requires about 1000 multiply and add operations. The result is a system that is a critical compromise between Represents speed on the one hand and complexity and cost on the other. Such compromises are natural from existing in systems that begin with a digitization of the entire scene.

Analoge Merkmalextrahieranordnungen sind ebenfalls bekannt. Ein typisches Verfahren zur Kantenfeststellung verwendet eine Schwellenwertschaltung. Entsprechend der US-PS 4 017 721 wird beispielsweise das Ausgangssignal der Kamera an eine Schaltung angelegt, die das Kreuzen des Videosignals durch eine bestimmte Spannung feststellt, welche so gewählt ist, daß sie die Lichtintensität in der Mitte zwischen Weiß und Schwarz darstellt. Das Ausgangssignal der Schwellenwertschaltung liefert einen Spannungsübergang, der einer Kante beim Objekt im Bild entspricht. Solche Amplitudenschwellenwertverfahren weisen jedoch Ungenauigkeiten auf, da die Steigung des Signals bei einer Kante sich entsprechend der maximalen Amplitude des Signals ändert. Demgemäß kann der Ort der festgestellten Kante sich ändern • oder "wandern", wenn die einfallende Beleuchtung, die Geometrie oder der Reflexionsgrad des Objekts sich ändern. Solche Änderungen sind jedoch üblich in vielen praktischen Anwendungsfällen, beispielsweise in Verbindung mit Robotern, und können unerwünscht dann sein, wenn hohe GenauigkeitAnalog feature extraction arrangements are also known. A typical method for edge detection uses a threshold circuit. According to US Pat. No. 4,017,721, for example, the output signal becomes the camera is connected to a circuit that detects the crossing of the video signal by a certain voltage, which is chosen so that it represents the light intensity in the middle between white and black. The output signal the threshold circuit supplies a voltage transition which corresponds to an edge in the object in the image. Such However, amplitude threshold methods have inaccuracies because the slope of the signal at an edge changes according to the maximum amplitude of the signal. Accordingly, the location of the detected edge may change • or "wander" when the incident lighting, geometry, or reflectance of the object changes. However, such changes are common in many practical applications, for example in connection with robots, and can be undesirable when high accuracy

erforderlich ist.is required.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die sich daraus ergebende Aufgabe zu lösen. Die Lösung ist im Patentanspruch 1 für eine Vorrichtung und im Patentanspruch 8 für ein Verfahren angegeben. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.The invention is based on the object of solving the problem arising therefrom. The solution is in the claim 1 for a device and in claim 8 for a method. Developments of the invention are the subject of the subclaims.

Die Erfindung ist demgemäß gerichtet auf neue Merkmaldetektoranordnungen für Bildverarbeitungssysteme. Eine Kamera erzeugt ein Videosignal, das dem Bild eines Objekts in einer Szene entspricht. Das Videosignal gelangt an ein Merkmalfeststellfilter. Das Ausgangssignal des Merkmalfilters kreuzt einen vorbestimmten Pegel zu einem Zeitpunkt, der unabhängig von der Amplitude und Steigung des Videosignals ist und dem Ort des Merkmals in der Szene entspricht. Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird as Videosignal an ein Kantenfeststellfilter angelegt, das eine dreihöckrige Bewertungsfunktion besitzt. Das Ausgangssignal des Kantenfeststellfilters kreuzt einen vorbestimmten Pegel zu einem Zeitpunkt, der zu einem festen Bruchteil des Videosignalwertes korreliert ist.Accordingly, the invention is directed to new feature detector assemblies for image processing systems. A camera generates a video signal that is the image of an object corresponds in a scene. The video signal is passed to a feature detection filter. The output of the feature filter crosses a predetermined level at a time that is independent of the amplitude and slope of the video signal and corresponds to the location of the feature in the scene. In one embodiment of the invention The video signal is applied to an edge detection filter that has a three-humped evaluation function. The output of the edge detection filter crosses a predetermined one Level at a point in time that is correlated to a fixed fraction of the video signal value.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird das Videosignal einem Schwerpunktfeststellfilter mit einer zweihöckrigen Bewertungsfunktion zugeführt. Das Ausgangssignal des Schwerpunktfeststellfilters kreuzt einen vorbestimmten Pegel zu einem Zeitpunkt, der zum Ort des Schwerpunktes des Videosignals korreliert ist.In another embodiment of the invention, the video signal is passed to a centroid detection filter fed with a two-humped evaluation function. That The output signal of the center of gravity detection filter crosses one predetermined level at a point in time which is correlated to the location of the center of gravity of the video signal.

Bei beiden Ausführungsbeispielen wird das Ausgangssignal des Merkmalfilters einer Kreuzungs-Detektorschaltung zugeführt. Das Ausgangssignal der Kreuzungsdetektorschaltung ist ein Impuls, der zum Ort des Merkmals in der Szene korreliert ist. Der Impuls wird an eine Verbrauchereinrichtung gegeben, beispielsweise an einen Fernsehmonitor oder an einen Rechner.In both exemplary embodiments, the output signal of the feature filter is an intersection detector circuit fed. The output of the intersection detector circuit is a pulse that goes to the location of the feature in the scene is correlated. The pulse is given to a consumer device, for example a television monitor or to a computer.

In den Zeichnungen zeigen:In the drawings show:

Fig. 1 ein allgemeines Blockschaltbild eines Merkmaldetektors als Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 2 ein genaueres Blockschaltbild eines Kanten-Fig. 1 is a general block diagram of a feature detector embodying the invention;
Fig. 2 is a more detailed block diagram of an edge

feststellfilters, das für den Merkmaldetek-detection filter that is used for the feature detection

tor nach Fig. 1 brauchbar ist;gate of Figure 1 is useful;

Fig. 3 ein genaueres Blockschaltbild eines bipolaren Kreuzungsdetektors, der für den Merkmaldetektor nach Fig. 1 brauchbar ist;Figure 3 is a more detailed block diagram of a bipolar intersection detector used for the feature detector according to Figure 1 is useful;

Fig. 4 ein genaueres Blockschaltbild eines Erster-Augenblick-Filters, das beim Merkmaldetektor nach Fig.1 verwendet werden kann. Es sei jetzt auf den Merkmaldetektor 100 in Fig. 1 Bezug genommen. Dort ist im Blickfeld einer Kamera ein Objekt 110 gezeigt. Die Kamera 120 kann beispielsweise ein Vidicon sein, bei dem die interessierende Szene rasterförmig abgetastet wird. Die graphische Darstellung 125 zeigt die Kurvenform des Videoausgangssignals der Kamera für eine Abtastzeile. Die graphische Darstellung entspricht einer Abtastung des Objekts 110 entlang dem Weg 126. Es wird angenommen, daß das Objekt 110 hell mit Bezug auf den Hintergrund ist. Zum Zeitpunkt t+ führt das Videosignal demgemäß einen positiven Übergang oder Sprung von einem niedrigeren Spannungspegel zu einem höheren Spannungspegel durch, und zwar entsprechend dem Zeitpunkt, zu dem die Abtastzeile 126 die linke Kante des Objekts 110 kreuzt. Vom Zeitpunkt t+ bis zum Zeitpunkt t- bleibt die Spannung auf dem höheren Pegel entsprechend der Zeit, während der die Abtastzeile 126 das Objekt 110 kreuzt.4 shows a more detailed block diagram of a first-moment filter; which can be used in the feature detector according to FIG. Reference is now made to feature detector 100 in FIG. 1 referred to. An object 110 is shown there in the field of view of a camera. The camera 120 can, for example be a vidicon in which the scene of interest is rasterized is scanned. The graph 125 shows the waveform of the video output signal from the camera for one scan line. The graphical representation corresponds to a scan of the object 110 along the path 126. Es Assume that the object 110 is bright with respect to the background is. At time t +, the video signal accordingly has a positive transition or jump from from a lower voltage level to a higher voltage level, according to the point in time to which the scan line 126 crosses the left edge of the object 110. Remains from time t + to time t- the voltage at the higher level corresponding to the time that the scan line 126 crosses the object 110.

Zum Zeitpunkt t- führt das Videosignal an der rechten Kante des Objektes 110 einen negativ gerichteten Übergang zurück zum niedrigeren Spannungspegel entsprechend dem dunklen Hintergrund aus.At the time t- the video signal leads a negatively directed transition at the right edge of the object 110 back to the lower voltage level according to the dark background.

Das Videosignal wird Merkmalextrahierfiltern zugeführt. In Fig. 1 sind zwei beispielhafte Filter gezeigt, nämlich ein Kantenfeststellfilter 130 und ein Schwerpunktfeststellfilter 140. Das Impulsansprechen der Filter bestimmt, welche Merkmalinformation extrahiert wird. Entsprechend der Erfindung ist das Ausgangssignal eines Merkmalextrahierfilters ein Signal, das die Null-Linie zu einem Zeitpunkt kreuzt, der in einem weiten Szenenbereich und in einem weiten Bereich der Objektbeleuchtung genau zumThe video signal is fed to feature extraction filters. Two exemplary filters are shown in FIG. 1, namely an edge detection filter 130 and a center of gravity detection filter 140. The impulse response of the filters determines what feature information is extracted. Corresponding of the invention is the output of a feature extraction filter a signal that crosses the zero line at a point in time that covers a wide range of scenes and in a wide range of object lighting exactly to

Ort des Merkmals in der Szene korreliert ist.Location of the feature in the scene is correlated.

Ein Kantenfeststellfilter 130, das den oben beschriebenen Kriterien entspricht, kann ein Impulsansprechen h(t) wie folgt besitzen:
. -t 0 < t < T1 (1)An edge detection filter 130 that meets the criteria described above may have an impulse response h (t) as follows:
. -t 0 <t < T1 (1)

t - 2T1 T1 < t < 4T1 t - 2T1 T1 <t < 4T1

h(t) = -t + 4T1 UT1 < t < 7T1 h (t) = -t + 4T1 UT1 <t < 7T1

t - 8T1 7T1 £ t < 8T1 t - 8T1 7T1 £ t < 8T1

Ein Filter mit diesem Impulsansprechen erzeugt ein Null-Kreuzungszeitmaß, das einem festen Bruchteil von 50 % für die Lichtintensitätsänderung an der Kante des Objekts entspricht. Anders gesagt: Das Ausgangssignal des Filters kreuzt die Null-Linie zu einem festen Zeitpunkt nach dem Zeitpunkt, zu dem das Eingangssignal·50 % seiner maximalen Amplitude erreicht. Diese Filterart läßt sich mit Vorteil entsprechend der Darstellung in Fig. 2 verwirklichen. A filter with this impulse response produces a zero crossing time measure that is a fixed fraction of 50 % for the change in light intensity at the edge of the object. In other words: the output signal of the filter crosses the zero line at a fixed point in time after the point in time at which the input signal · reaches 50 % of its maximum amplitude. This type of filter can be implemented with advantage as shown in FIG.

Gemäß Fig. 2 weisen die Operationsverstärker 210 und 220 eine negative Rückkopplung über Netzwerke auf, die einen Widerstand 232 und einen Kondensator 263 bzw. einen Widerstand 242 und einen Kondensator 264 beinhalten. Das in der graphischen Darstellung 225 gezeigte Videosignal wird über einen Kondensator 262, einen Widerstand 251, eine Verzögerungsleitung 250 und einen Widerstand 252 dem invertierenden Eingang des Verstärkers 210 zugeführt.According to FIG. 2, the operational amplifiers 210 and 220 have negative feedback via networks, which include a resistor 232 and a capacitor 263 and a resistor 242 and a capacitor 264, respectively. The video signal shown in the graphic representation 225 is passed through a capacitor 262, a resistor 251, a delay line 250 and a resistor 252 dem inverting input of amplifier 210 supplied.

Außerdem gelangt das Videosignal über einen invertierenden Verstärker 230 und einen Widerstand 231 an den invertierenden Eingang des Verstärkers 210. Das in der graphischen Darstellung 215 gezeigte Ausgangssignal des Verstärkers 210 gelangt über einen Widerstand 217, eine Verzögerungsleitung 260 und einen Widerstand 261 an den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 220. Außerdem wird das Ausgangssignal des Verstärkers 210 über einen invertierenden Verstärker 240 und einen Widerstand 241 dem invertierenden Eingang des Verstärkers 220 zugeführt. Die Verstärker 210 und 220 können Operationsverstärker vom Typ H.A-5195 sein, die von der Fa. Harris Semiconductor Products Division, Harris Corporation, Newport Beach, Kalifornien,In addition, the video signal is passed through an inverting amplifier 230 and a resistor 231 to the inverting one Input of amplifier 210. The output of the amplifier shown in graph 215 210 passes through a resistor 217, a delay line 260 and a resistor 261 to the inverting input of operational amplifier 220. Also, the Output of the amplifier 210 through an inverting amplifier 240 and a resistor 241 the inverting Input of amplifier 220 fed. Amplifiers 210 and 220 can be H.A-5195 operational amplifiers made by Harris Semiconductor Products Division, Harris Corporation, Newport Beach, California.

USA, hergestellt werden. Das obenbeschriebene Filter läßt sich auch unter Bezugnahme auf einen Aufsatz von R. Boie et al., "High Resolution Proportional Detectors with Delay Line Position Sensing for High Counting Rates", Nuclear Instruments and Methods , 201, 1982, S. 93-115, verstehen.USA. The filter described above can also be used with reference to an article by R. Boie et al., "High Resolution Proportional Detectors with Delay Line Position Sensing for High Counting Rates," Nuclear Instruments and Methods, 201, 1982, pp. 93-115.

Die Ausgangskurvenform des Verstärkers 220 ist in der graphischen Darstellung 255 gezeigt. Die Kurve kreuzt die Null-Spannungslinie zu einem Zeitpunkt t+, der einer festen Verzögerungszeit nach dem Zeitpunkt entspricht, zu dem das Videosignal entsprechend der graphischen Darstellung 225 50 % der Gesamtamplitude erreicht. In ähnlicher Weise kreuzt die Kurve entsprechend der graphischen Darstellung 255 die Null-Linie wiederum zu einem Zeitpunkt t-, der der gleichen festen Verzögerungszeit nach dem Zeitpunkt entspricht, zu dem das Videosignal wieder auf 50 % der Gesamtamplitude zurückfällt. Dieses Ausgangssignal wird dem bipolaren Kreuzungsdetektor 150 in Fig. 1 zugeführt.The output waveform of amplifier 220 is shown in graph 255. The curve crosses the zero voltage line at a point in time t +, which corresponds to a fixed delay time after the point in time at which the video signal according to the graphic representation 225 reaches 50% of the total amplitude. Similarly, the curve corresponding to the graphic representation 255 again crosses the zero line at a point in time t- which corresponds to the same fixed delay time after the point in time at which the video signal falls back to 50% of the total amplitude. This output signal is fed to the bipolar intersection detector 150 in FIG.

Der bipolare Kreuzungsdetektor ist genauer in Fig. 3 gezeigt. Der Detektor 300 weist vier analoge Komparatoren 310, 320, 330 und 340 auf, die vom Typ LM 361, hergestellt von National Semiconductor, Santa Clara, Kalifornien, USA, sein können. Die Komparatoren 310 und 320 sind so geschaltet, daß sie einen Null-Durchgang aus positiver Richtung feststellen, d.h. ein Signal, das positiv beginnt, die Null-Linie kreuzt und mit einer negativen Keule endet. Die Komparatoren 330 und 340 sind so geschaltet, daß sie einen negativen Null-Durchgang feststellen, d.h. ein Signal, das negativ beginnt und mit einer positiven Keule endet. Das Eingangssignal wird über einen Kondensator 322 an den invertierenden Eingangsanschluß 'des Komparators 310 und über einen Widerstand 323 an Erde angelegt. Das Kondensator-Widerstandsnetzwerk differenziert entsprechend der graphischen Darstellung 365 das Eingangssignal. Der Komparator 310 prüft die Steigung des Eingangssignals. Der nichtinvertierende Eingang des Komparators 310 ist mit einer Spannungsquelle der Spannung -V angeschaltet. Diese Spannung ist eine Schwellenwertspannung,The bipolar intersection detector is shown in greater detail in FIG. The detector 300 has four analog comparators 310, 320, 330 and 340, which are LM 361 made by National Semiconductor, Santa Clara, California, USA, can be. The comparators 310 and 320 are switched in such a way that they detect a zero crossing from a positive direction, i.e. a signal that is positive begins, crosses the zero line and ends with a negative club. The comparators 330 and 340 are connected so that that they detect a negative zero crossing, i.e. a signal that starts negative and with a positive Club ends. The input signal is via a capacitor 322 is applied to the inverting input terminal of the comparator 310 and through a resistor 323 to ground. The capacitor-resistor network differentiates accordingly of the graphical representation 365 the input signal. The comparator 310 tests the slope of the input signal. The non-inverting input of the comparator 310 is connected to a voltage source of the voltage -V. This voltage is a threshold voltage,

die so eingestellt ist, daß sie die minimale negative Eingangssignalsteigung definiert. Wenn der invertierende Eingang auf einer Spannung kleiner als die am nichtinvertierenden Eingang anliegende Spannung -V_n liegt, so ist der Ausgang des Komparators 310 auf logisch H. Das in der Kurvendarstellung 395 gezeigte Ausgangssignal H wird an einen Eingang eines UND-Gatters 311 angelegt.which is set to define the minimum negative input signal slope. If the inverting input is at a voltage lower than the voltage -V _n applied to the non-inverting input, the output of the comparator 310 is at logic H. The output signal H shown in the graph 395 is applied to an input of an AND gate 311.

Das in der graphischen Darstellung 355 gezeigte Eingangssignal wird außerdem an den invertierenden Eingang des Komparators 320 angelegt. Der nichtinvertierende Eingang dieses Komparators liegt über einen Multiplexer 343 an einer Spannung +V₀, wenn der Ausgang des Komparators 320 auf H ist, und an Erdpotential, wenn der Ausgang auf logisch L liegt. Die Spannung +V ist ein Schwellenwert, der so eingestellt ist, daß ein Ansprechen auf Rauschspannungen ausgeschlossen ist. Wenn das Eingangssignal entsprechend der Kurvendarstellung 355 die Null-Linie zum Zeitpunkt t+ kreuzt, so wird die Spannung am invertierenden Eingang des Komparators 320 niedriger als die Spannung am nichtinvertierenden Eingang (der dann auf Erdpotential ist). Das Ausgangssignal des Komparators geht daher entsprechend der graphischen Darstellung 385 zum Zeitpunkt t+ auf H. Das Ausgangssignal des Komparators 320 gelangt an den Eingang eines positiv flankengetriggerten D-Flipflops 342, das auf die Vorderflanke des Signals vom Komparator 320 anspricht, wenn der Ausgang des UND-Gatters 311 auf H ist. Ein Ausgangssignal H des UND-Gatters 311 gibt die richtige Signalsteigung und außerdem an, daß die Signale außerhalb der Synchronisationsintervalle liegen. Das Ausgangssignal des Flipflops 342 triggert einen monostabilen Multivibrator 321, dessen Ausgangssignal ein binärer Impuls FIRST+ zum Zeitpunkt t+ ist, wie die graphische Darstellung 351 zeigt.The input signal shown in graph 355 is also applied to the inverting input of comparator 320. The non-inverting input of this comparator is connected via a multiplexer 343 to a voltage + V ₀ when the output of the comparator 320 is high, and to ground potential when the output is logically low. The voltage + V is a threshold value which is set so that a response to noise voltages is excluded. If the input signal crosses the zero line at time t + in accordance with curve representation 355, the voltage at the inverting input of comparator 320 becomes lower than the voltage at the non-inverting input (which is then at ground potential). The output signal of the comparator therefore goes according to the graphic representation 385 at time t + to H. The output signal of the comparator 320 reaches the input of a positive edge-triggered D-flip-flop 342, which responds to the leading edge of the signal from the comparator 320 when the output of the AND Gate 311 is high. An output signal H of the AND gate 311 indicates the correct signal slope and also indicates that the signals are outside the synchronization intervals. The output signal of the flip-flop 342 triggers a monostable multivibrator 321, the output signal of which is a binary pulse FIRST + at time t +, as the graphic representation 351 shows.

Wenn der in der graphischen Darstellung 355 gezeigte Eingangsimpuls die Null-Linie zum Zeitpunkt tkreuzt, sprechen die Komparatoren 330 und 340, der Multiplexer 346, das UND-Gatter 341, das Flipflop 343 und der monostabile Multivibrator 321 an und erzeugen einen binärenWhen the input pulse shown in graph 355 crosses the zero line at time t, the comparators 330 and 340, the multiplexer 346, the AND gate 341, the flip-flop 343 and the monostable multivibrator 321 and generate a binary one

Impuls FIRST- zum Zeitpunkt t- auf analoge Weise wie die oben erläuterten Schaltungen. Die Ausgangssignale der monostabilen Multivibratoren 321 und 331 können in einem ODER-Gatter 3 77 kombiniert werden, das dadurch ein Impulssignal zu den Zeitpunkten t+ und t- liefert. Entsprechend Fig.1 wird dieses Signal vom ODER-Gatter 3 77 im Summierer 186 mit dem ursprünglichen Videosignal zur Erzeugung eines in der graphischen Darstellung 185 gezeigten Signals kombiniert, das zum Betreiben eines Videomonitors 187 brauchbar ist. Das ursprüngliche Signal wird dem Summierer 186 von der Kamera 120 über eine Verzögerung 121 zugeführt, die die zeitliche Verzögerung des Merkmalextrahierprozesses kompensiert.Pulse FIRST- at time t- in a manner analogous to the circuits explained above. The output signals of the monostable Multivibrators 321 and 331 can be combined in an OR gate 3 77, which thereby generates a pulse signal at the times t + and t-. According to Fig.1 uses this signal from OR gate 3 77 in summer 186 with the original video signal to produce a combined signal shown in graph 185 that is useful for operating a video monitor 187 is. The original signal is fed to summer 186 from camera 120 over a delay 121 which compensates for the time lag in the feature extraction process.

Ein Schwerpunktfeststellfilter 140 ist genauer in Fig. 4 dargestellt. Das Schwerpunktfeststellfilter 400A center of gravity detection filter 140 is more accurate shown in FIG. The center of gravity locking filter 400

besitzt ein rampenförmiges Impulsansprechen. g(t) wie folgt:has a ramped impulse response. g (t) as follows:

0 t < 0 0 t < 0

g(t) = -t+T1 · 0 < t < 2T1 (2) g (t) = -t + T1 0 <t < 2T1 (2)

t > 2T1 t > 2T1

Das in der graphischen Darstellung 402 gezeigte Videosignal gelangt an eine Grundlinien-Wiederherstellschaltung, die aus einem Kondensator 464, einem verstärker 462, einem analogen Multiplexer 461 und einer Strömquelle 460 besteht. Die Grundlinie wird während der Synchronisationsintervalle wiederhergestellt. Die Wirkungsweise einer Grundlinien-Wiederherstellschaltung dieser Art ist im Aufsatz von R. Boxe et al. "High Precision Readout for Large Area Neutron Detectors", IEEE Transactions of Nuclear Science, NS-2 7, Nr. 1, Februar 1980, beschrieben. Das Sig-³Q nal vom invertierenden Verstärker 463 wird über einen Widerstand 405 und eine Verzögerungsleitung 410 an den Eingang eines invertierenden Verstärkers 420 angelegt. Das Videosignal gelangt außerdem über einen Widerstand 415 an den invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 425. Weiterhin wird das Videosignal über einen Widerstand 417 an den invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 42 7 gegeben. Das Ausgangssignal des invertierenden Verstärkers 42 0 liegt am invertierenden Eingang des Verstärkers425.The video signal shown in graph 402 is applied to a baseline restoration circuit comprised of a capacitor 464, an amplifier 462, an analog multiplexer 461, and a current source 460. The baseline is restored during the synchronization intervals. The operation of a baseline recovery circuit of this type is described in the article by R. Boxe et al. "High Precision Readout for Large Area Neutron Detectors", IEEE Transactions of Nuclear Science, NS-27, No. 1, February 1980. The signal ³ Q signal from the inverting amplifier 463 is applied to the input of an inverting amplifier 420 via a resistor 405 and a delay line 410. The video signal also reaches the inverting input of an operational amplifier 425 via a resistor 415. Furthermore, the video signal is passed to the inverting input of an operational amplifier 425 via a resistor 417. The output signal of the inverting amplifier 420 is at the inverting input of the amplifier 425.

Dieser weist eine negative Rückkopplung über einen Kondensator 431 und einen Transkonduktanzverstärker 430 auf. Dieser Verstärker 430 dient in Verbindung mit einem Multiplexer 451 und einer Stromquelle 450 zur Rückstellung des Operationsverstärker-Integrators 425 während des Synchronisationsintervalls. Der Ausgang des Verstärkers 425 und der Eingang des invertierenden Verstärkers 420 sind über Widerstände 419 bzw. 418 mit dem invertierenden Eingang des Verstärkers 42 7 verbunden. Der Verstärker 42 7 besitzt eine negative Rückkopplung über einen Kondensator 428 und einen Transkonduktanzverstärker 426 und wird auf ähnliche Weise wie der Verstärker 450 während des Synchronisationsintervalls zurückgestellt. Das Ausgangssignal des Verstärkers 42 7 kreuzt die Null-Linie zu einem Zeitpunkt, der dem Ort des Schwerpunktes des Objekts im Kamerabild entspricht. Die Verstärker 463, 420 , 425 und 427 können Verstärker vom Typ HA-5195, hergestellt von der Fa. Harris Corporation, sein. Die Verstärker 462, 430 und 426 können Verstärker vom Typ CA-3080, hergestellt von der Fa. RCA Incorporated, Somerville, New Jersey, USA, sein. Schwerpunktf eststell-Filteranordnungen sind außerdem im einzelnen in einem Aufsatz von V. Radiha et al. "Centroid Finding Method for Position Sensitive Detector", IEEE Transactions of Nuclear Science, NS-2 7, Nr. 1, Februar 1980, beschrieben.This has negative feedback via a capacitor 431 and a transconductance amplifier 430. This amplifier 430 is used in conjunction with a multiplexer 451 and a current source 450 to reset the Operational amplifier integrator 425 during the sync interval. The output of amplifier 425 and the input of the inverting amplifier 420 are connected to the inverting input via resistors 419 and 418, respectively of the amplifier 42 7 connected. The amplifier 427 has negative feedback through a capacitor 428 and a transconductance amplifier 426 and is reset in a manner similar to amplifier 450 during the sync interval. The output of the amplifier 42 7 crosses the zero line at a point in time which corresponds to the location of the center of gravity of the object in the camera image. Amplifiers 463, 420, 425 and 427 can be HA-5195 amplifiers manufactured by Harris Corporation. The amplifiers 462, 430 and 426 can be type CA-3080 amplifiers manufactured by RCA Incorporated, Somerville, New Jersey, USA. Center of gravity locking filter arrangements are also detailed in an article by V. Radiha et al. "Centroid Finding Method for Position Sensitive Detector," IEEE Transactions of Nuclear Science, NS-27, No. 1, February 1980.

Der bipolare Kreuzungsdetektor 150 in Fig. 1 erzeugt ein binäres Ausgangssignal unter Ansprechen auf das Null-Kreuzungssignal vom Schwerpunktfeststellfilter auf ähnliche Weise wie mit Bezug auf das Kantenfeststellfilter beschrieben. Signale FIRST+ sind Schwerpunktmaße heller Objekte. Signale FIRST- sind Schwerpunktmaße dunkler Objekte .The bipolar intersection detector 150 in FIG. 1 generates provides a binary output in response to the zero crossing signal from the centroid detection filter similar manner as with reference to the edge detection filter described. Signals FIRST + are center of gravity measurements of light objects. Signals FIRST- are center of gravity measurements of dark objects .

Die Erfindung ist zwar mit Bezug auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel beschrieben worden, der Fachmann kann aber zahlreiche Abänderungen im Rahmen der Erfindung treffen. Es.können andere Schaltungen zur Durchführung der Detektorfunktion mit einem festen Bruchteil für das Kantenfeststellfilter verwendet werden. Beispielsweise kann ein verzögertes und invertiertes Abbild einesWhile the invention has been described with reference to a preferred embodiment, those skilled in the art but can make numerous changes within the scope of the invention. There can be other circuits to carry out the detector function can be used with a fixed fraction for the edge detection filter. For example can be a delayed and inverted image of a

Eingangssignals von dem gedämpften Eingangssignal selbst abgezogen werden. Die sich ergebende Kurvenform kreuzt die Null-Linie zu einem Zeitpunkt, der einem festen Bruchteil der ursprünglichen Eingangssignalamplitude entspricht. Dieser Kreuzungszeitpunkt ist amplitudeninvariant.Input signal can be subtracted from the attenuated input signal itself. The resulting curve shape crosses the zero line at a point in time that corresponds to a fixed fraction of the original input signal amplitude. This point of intersection is amplitude invariant.

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Claims

American Telephone and Telegraph Company 550 Madison Avenue, New York N.Y. 10022, United States of America

Box 3-24

Claims

1 . Device for determining a feature in an object of a video scene with a device for generating a video signal representing the scene and a detector device which, in response to the video signal detects a given feature of the object,

characterized in that the feature detector device (130 and / or 140) a Having means which, in response to the video signal, generates a signal having a predetermined level crosses at a point in time which is correlated to the location of the object feature, essentially independently of the Increase and size of the video signal corresponding to the feature.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the feature is an edge of the The object is and that the device (130) for generating the intersection signal is a device (FIG. 2) for filtering of the video signal for the purpose of generating an output signal which is the predetermined level at a time which corresponds to a fixed fraction of the amplitude deflection of the video signal for the edge ..

Sonnenberger Straße 43 6200 Wiesbaden Telephone (06121) 5629-13 / 561998 Telex 4186237 Telegrams Patentconsult

Radeckestraße 43 801) 0 Munich (Ά Telephone (089) 88361) 3/883604 Telex 5212313 Telegrams Patentconsult

Fax (CCITT 2) Wiesbaden and Munich (089) 834 4618 Attention Patentconsult

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the solid fraction is substantially 50% of the amplitude deflection of the video signal and that the filter device has a three-humped evaluation function with an impulse response h (t) given by the following equations, in which T1 is a predetermined constant means:

-t o £ t < τι-t o £ t <τι

t - 2T1 T1 <. t <4T1

h (t) = -t + 4T1 4T1 1 t <7T1

t - 8T1 7T1 <t <8T1.

4. Apparatus according to claim 1,

characterized in that the feature is a focus of the object and that the means (140) for generating of the crossing signal means (Fig. 4) for filtering the video signal to generate an output signal which crosses the predetermined level at a point in time that is the center of gravity Part of the video signal.

5. Apparatus according to claim 4, characterized in that the filter device is a has a double-humped weighting function with an impulse response g (t) given by the following equations where T1 is a predetermined constant:

0 t <0

g (t) = -t + T1 0 £ t £ 2T1

0 t> 2T1 .

6. Apparatus according to claim 2 or 4, characterized in that the feature detector device means (300) for generating, in response to the output signal, a signal indicative of the point in time indicates at which the output signal crosses the predetermined level.

7. Apparatus according to claim 6,

characterized in that the device for generating the display signal includes a device (310, 320) for generating of a positive leading edge transition signal at the point in time at which the output signal

crosses the predetermined level from a higher level to a lower level, and means (330, 340) · for generating a negative leading edge transition signal at the point in time at which the output signal crosses the predetermined level from a lower level to a higher level.

8. Method for determining a feature in an object of a video scene with the procedural steps Generating a video signal representing the scene and determining a predetermined feature of the object below Responding to the video signal,

characterized in that the determination of the feature comprises the following process step:

Generating a signal in response to the video signal crossing a predetermined level at a time, which is correlated to the location of the object feature, essentially independent of the increase and the size of the video signal corresponding to the characteristic.

9. The method according to claim 8,

characterized in that the feature is an edge of the object and in that the generation of the signal is the filtering the video signal for generating an output signal which crosses the predetermined level at a time which corresponds to a fixed fraction of the amplitude swing of the video signal for the edge.

10. The method according to claim 9,

characterized in that the solid fraction is 50% of the Is amplitude swing of the video signal and that the filtering provides a three-humped weighting function that is given by an impulse response h (t) according to the following equations, in which T1 is a predetermined Constant represents:,

~ ^t O <. t <T1

^fc - ^2T1 T1 <t <4Tl

h (t) = -t + 4T1 " _m , ~

⁴ⁱ¹ 4T1 <_ t <7T1

^fc ~ ^8T1 7T1 _ <t <8T1.

11. The method according to claim 8, characterized in that the feature is a focus of the object and that the signal generation comprises filtering the video signal to generate an output signal, which crosses the predetermined level at a point in time that is the center of gravity portion of the video signal is equivalent to.

12. The method according to claim 11,

characterized in that the filtering provides a two-humped weighting function that is responsive to an impulse g (t) is given according to the following equations, in which T1 is a predetermined constant:

0 t <

g (t) = -t + τι ο 1 t £ 2T1

0 t> 2T1.