DE3518281A1

DE3518281A1 - Sichtanzeige-interpolationsschaltung

Info

Publication number: DE3518281A1
Application number: DE19853518281
Authority: DE
Inventors: Zvi Haifa Netter
Original assignee: Elscint Ltd
Current assignee: Elscint Ltd
Priority date: 1984-05-25
Filing date: 1985-05-22
Publication date: 1985-12-19
Also published as: NL8501413A; FR2565004A1; IL71924A0; JPS6183590A

Description

Sichtanzeige-Interpolationsschaltung

Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren und Einrichtungen zum elektronischen Aufzeichnen bzw. Anzeigen von Bildern, und insbes. auf Systeme zum elektronischen Verändern der Größen solcher Bilder oder der Größen von Teilen solcher Bilder auf einer variablen Basis.

Auf so unterschiedlichen Gebieten wie der Astronomie, der Luftüberwachung, der Luftbildvermessung, der Graphik, einschließlich CAD-CAM, und der medizinischen Diagnostik werden Daten gesammelt. Bilder unter Verwendung dieser Daten erzeugt und die Bilder zur Anzeige gebracht. Vorliegende Erfindung ist auf eine beliebige Bildaufzeichnung bzw. Bilddarstellung anwendbar, wird jedoch insbes. in Verbindung mit der Verarbeitung und Beeinflussung von Bildern verwendet, die für Zwecke der medizinischen Diagnostik erhalten und zur Anzeige gebracht werden.

Eine der vielen Manipulationen, die bei aufgezeichneten Bildern zur Anwendung kommen, besteht darin, die Größe des Bildes oder ausgewählter Teile des Bildes zu vergrößern oder zu verkleinern. Die Vergrößerung wird als "Zoomen" bezeichnet.

In digitalen Systemen werden die Bilddaten in Matrizen mit diskreten Werten in Speicherplätzen umgewandelt, die den Werten der xy-Koordinaten des Bildes entsprechen. Die Dimensionen der Matrizen, die am häufigsten verwendet werden, haben die Form 2 exp(a) χ 2 exp(a), wenn a eine ganze Zahl zwischen 5 und 12 ist (z.B. 32 χ 32, 64 χ 64, ... bis 2048 χ 2048). Bei den in großem Umfang verwendeten Rasterwiederauffrisch-Sichtanzeigesystemen werden die Bilddaten aus dem Speicher entsprechend der Abtastung des elektrischen Strahles ausgelesen. Da die Bilddaten in digitaler Form vorliegen und nach diskreten xy-Koordinaten spezifiziert sind, ist die elektronische Schaltanordnung normalerweise so ausgelegt, daß

sie Daten für vorspezifizierte, diskrete XY-Speicherplätze (Pixels) annimmt. Wenn ein "Zoomen" angewendet wird, stehen die Bilddatenproben in einem Verhältnis von 1 : 1 zum Gitter von Daten, die in der Rastersichtanzeige aufgezeichnet werden. Infolgedessen müssen die Werte der Bilddaten bei den ganzzahligen Gitterwerten berechnet werden. Die Berechnung der Werte dieser Daten kann auf einer Interpolation zwischen benachbarten entsprechenden Originaldatenwerten des Bildes basieren. Für den Fall einer Vergrößerung um den Faktor F, bei dem der Ursprung des Bildes auf einem konstanten Wert gehalten wird, entsprechen die aufzuzeichnenden Daten an den Sichtanzeigegitterkoordinaten XZ, YZ denen der Position Xl/F, Yl/F der ursprünglichen Bilddatenmatrix. Wenn beispielsweise XZ = 12, YZ = 36 und Z = 1,25, müssen Datenproben zur Verfügung stehen, die bei den Koordinaten

Xl = XZ/F = 12/1,25 = 9,6
Yl = YZ/F = 36/1,25 = 28,6

aufgezeichnet werden, wobei XZ, YZ die gezoomten Koordinaten und Xl, Yl die entsprechenden Bildkoordinaten sind. Da die ursprünglichen Daten ebenfalls bei den ganzzahligen Koordinaten zur Verfügung stehen, können die Datenwerte durch Interpolation der Daten, die für die nächsten vier ganzzahligen Wert 9; 28 9; 29 10; 28 10; 29 berechnet werden. Diese Interpolation kann mit Hilfe einer Software durchgeführt werden, die die Werte bei einem Gitter erneut berechnet, das für die Sichtanzeige erforderlich ist, und sie an dem entsprechenden Speicherplatz im Sichtanzeigespeicher speichert.

Die hauptsächlichen Nachteile bei der Verwendung von Software für den Interpolationsvorgang sind:

a) Der Interpolationsvorgang, wie er von der Software durchgeführt wird, z.B. in einem Prozessor (selbst einem sehr schnellen Prozessor), ist verhältnismäßig langsam. Die Ansprechzeit ist bei interaktiven Umgebungen nicht annehmbar, insbes. wenn die Bildabmessung groß ist (= 512

χ 512), wodurch die für die Vervollständigung der Interpolation erforderliche Zeitdauer weiter vergrößert wird, und

b) es ist ein zusätzlicher Speicher erforderlich, da eine Speicherung sowohl der originalen Bilddaten in ihrer ürsprungsform als auch der interpolierten Daten erforderlich ist. Dies trifft insbes. zu, wenn eine gezoomte Kine-Sichtanzeige erforderlich ist.

Es wird somit immer schwieriger, Vorgänge, z.B. das Zoomen, in die Software einzuschalten. Es wäre erwünscht, derartige Vorgänge unter Verwendung einer zweckgebundenen Hardware durchzuführen. Bisher war zweckgebundene Hardware verhältnismäßig teuer und war nicht austauschbar, selbst wenn die zweckgebundene Aufgabe durchgeführt wurde. Es wurde deshalb die Software verwendet. Heutzutage besteht bei den größeren Bildern und/oder größeren Sichtanzeigematrizen ein Bedarf an kosteneffektiver, zweckgebundener Hardware für das Zoomen mit Interpolation.

Aufgabe der Erfindung ist es somit, bei einer Interpolationsschaltung der gattungsgemäßen Art eine zweckgebundene Hardware zu schaffen, die eine Interpolation und ein Zoomen oder eine Mimifizierung der für Abbildungszwecke zu verarbeitenden Daten ergibt.

Gemäß der Erfindung ist eine Zoom-Interpolationseinrichtung zur Erzielung einer Zoom-Abbildung der Bilddaten gekennzeichnet durch

eine Vorrichtung zur Speicherung der Bilddaten in Speicherelementen, die gegebene xy-Positionen in x- und y-Richtungen in einem Datenspeicher haben, wobei jedes der Speicherelemente eine gegebene xy-Position und einen Bilddatenwert besitzt,

eine Vorrichtung zur Auswahl von Bilddatenskalenfaktoren längs ausgewählter xy-Positionen zur Erzielung eines Zoomens,

eine Vorrichtung zur Bestimmung der Interpolationsfaktoren für die Berechnung von Zwischendatenwerten zwischen gespeicherten Datenwerten,

eine Vorrichtung zur Berechnung der Zwischendatenwerte, um das selektive Zoomen zu erzielen, und eine Vorrichtung zur Übertragung der Zwischendatenwerte auf einen Monitor, um die gezoomten Bilder anzuzeigen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann das Zoomen in den x- und y- Richtungen unterschiedliche Skalenfaktoren haben.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird der Skalenfaktor so gewählt, daß er entweder ein Vergrößerungsoder Verkleinerungsfaktor ist. Des weiteren wird vorgeschlagen, das Zoomen unter Verwendung von Skalenfaktoren durchzuführen, die entweder ganze Zahlen oder Bruchzahlen zur Vergrößerung oder Verkleinerung sind.

Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer typischen Datenabbildungseinrichtung,

Fig. 2 ein Blockschaltbild des Interpolationsteiles der Datenabbildungseinrichtung nach Fig. 1,

Fig. 3 ein Blockschaltbild eines Abschnittes des Interpolationsteiles der Fig. 2, und

Fig. 4 die Interpolation, die durch die Einrichtung nach Fig. 2 durchgeführt wird.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer typischen Einrichtung für die Sichtanzeige von Bildern. Die Sichtanzeigeeinrichtung 11 weist einen zentralen Rechner 12 auf, der als Operator-Kopplungsvorrichtung 13 gezeigt ist, die mit dem Rechner 12 verbunden ist. Die Kopplungsvorrichtung 13 kann eine Tastatur, ein Berührungssystem, ein Steuerhebel, ein Schalter usw.

sein. Die Erfindung umfaßt jedoch auch programmierte Folgen anstatt oder zusätzlich zu den Operator-Kopplungsvorrichtungen .

Eine Dateneingabevorrichtung 14 ergibt die Daten. Diese Vorrichtung kann eine Kathodenstrahlröhre, eine kernmagnetische Resonanzvorrichtung, ein Fluoroskop, eine Kamera oder eine andere Bildquelle, z.B. eine Speichervorrichtung in Form von Platten, Bändern oder dergl. sein. Die Eingangsdaten werden entweder in einen zentralen Speicher 16 oder in einen Sichtanzeigespeicher 17 oder in beide eingeführt. Die Daten können vor der Sichtanzeige weiter verarbeitet werden. Als Teil des Rastersichtanzeigeverfahrens können die Daten durch den Zoominterpolierblock 18 interpoliert werden. Dieser Prozessor-Sichtanzeigespeicher 17 steht üblicherweise unter Steuerung einer getrennten Steuereinheit, z.B. einer Sichtanzeige-Steuereinheit 24. Nach dem Verarbeiten werden die Daten auf den Sichtanzeigemonitor 21 übertragen.

Gemäß der Erfindung ist eine Hardware vorhanden, die an die Zoom- und Interpolationsverarbeitung zweckgebunden ist. Insbesondere zeigt Fig. 2 Details des Zoominterpolators 18 nach Fig. 1. In Fig. 2 ist eine Einrichtung, z.B. ein Reiheninterpolator 18a und ein Spalteninterpolator 18b, zur Erzielung der Interpolation vorgesehen. In Fig. 2 sind die

Reihen mit Y, Y+l... Y+n und die Spalten mit X, X+l X+n

dargestellt.

Die Steuereinrichtung 19 sendet den Bilddatenwert der ersten Reihe und der zweiten Reihe des Speichers, z.B. der ersten Reihe und der ersten Reihen plus 1, spaltenweise in den Reiheninterpolator. Eine Interpolation zwischen der ersten Reihe und der zweiten Reihe wird für die erste Spalte durchgeführt. Die interpolierten Daten werden in das Register 22 gegeben. Wenn die Interpolation zwischen der ersten und der zweiten Reihe für die zweite Spalte durchgeführt worden ist, werden die interpolierten Daten direkt in den Spalteninterpolator 18 für eine Spalteninterpolation geschickt. Während die Spalteninterpolation durchgeführt wird, bewirkt

die Steuerung 19, daß der Reiheninterpolator 18a zwischen der ersten und der zweiten Reihe für die dritte Spalte interpoliert. Die ersten und zweiten Reiheninterpolatiosdaten werden dann in das Register 22 geschickt und die Interpolationsdaten zwischen der ersten und der zweiten Reihe für die dritte Spalte werden in den Spalteninterpolator 18b gegeben. Dieses Verfahren wird fortgesetzt, bis eine Interpolation für alle Daten in den ersten beiden Reihen durchgeführt ist. Der Vorgang wird dann in gleicher Weise fortgesetzt, d.h., daß die Daten der zweiten und dritten Reihe (X+l und X+2) verwendet werden, um die Daten zwischen den zweiten und dritten Reihen in allen Spalten zu interpolieren. Der Vorgang wird in ähnlicher Weise fortgesetzt, bis die gesamte Interpolation für alle Daten durchgeführt ist.

Fig. 3 zeigt Details der beiden Interpolationseinheiten 18a und 18b. Während die vorliegende Beschreibung angibt, daß die Reihen vor den Spalten interpoliert werden, kann nach vorliegender Erfindung die Interpolation auch in beliebiger anderer Reihenfolge durchgeführt werden, und es können auch alle vier benachbarten Punkte gleichzeitig behandelt werden.

Wie in Fig. 3 gezeigt, ist eine Vorrichtung, z.B. die Subtraktionsvorrichtung 26 vorgesehen, die die Werte der Daten an den ausgewählten Speicherplätzen subtrahiert, um die Wertedifferenzen zwischen den ausgewählten Daten zu erzielen.

Des weiteren ist eine Vorrichtung, z.B. eine Multiplikationsvorrichtung 27 vorgesehen, um die durch die Subtraktionsvorrichtung 26 erhaltenen Unterschiede mit einem Faktor zu multiplizieren, der entweder von dem Operator oder über eine Programmfolge bestimmt wird. Der Operator beispielsweise legt fest, wie weit die gemessenen Datenpunkte auseinander liegen, indem ein Zoomfaktor F eingegeben wird. Die Anzahl der interpolierten Punkte, die verwendet werden, wird dann automatisch zusammen mit dem Abstand zwischen den interpolierten Punkten ausgewählt.

In Fig. 4 sind beispielsweise fest ausgezogen gemessene Daten, z.B. PO - P6 auf der Zeitachse dargestellt. Es sind interpolierte Daten in gestrichelten Linien zwischen den gemessenen Daten gezeigt. Die zweckgebundene Einrichtung 18 bestimmt die Werte der interpolierten Daten an der zur Sichtanzeige bestimmten Position entsprechend der Rasterabtastposition und dem erforderlichen Zoomfaktor. Beispielsweise legt in Fig. 4 der Zoomfaktor fest, daß fünf Einheiten gemessene Punkte bei zwei Einheiten zwischen den interpolierten Punkten und bei einer Einheit zwischen dem ersten gemessenen Punkt und dem ersten interpolierten Punkt trennen.

Diese Kriterien ergeben den ersten Faktor für die erste Interpolation, die durch die Faktoreinheit 28 eingegeben wird, zu 0,2, der mit der Differenz multipliziert wird, die sich aus der Einheit 26 durch die Multipikationseinrichtung 27 ergibt. Der Faktor, der bei der zweiten Interpolation eingeführt wird, ist 0,6.

Das Produkt, das der Ausgang der Einheit 27 ist, wird dann dem Dateneingang (Y) zur Einheit 26 hinzuaddiert. Die Addiervorrichtung 29 führt diese Addition durch. Die Summe, die dem Ausgang der Einheit 29 entspricht, wird zur Übertragung in die Sichtanzeigesteuerung 19 in das Register 31 eingegeben.

Nach Fig. 4 gelten für das beschriebene Ausführungsbeispiel die folgenden Faktoren für die Interpolation zwischen:

(1) Eingängen P(O) und P(I) und

(2) Eingängen P(I) und P(2)

a) P(O) + 0,2*D(0) wobei D(O) = P(I) - P(O)

b) P(O) + 0,6*D(0)

c) P(O) + 1* D(O)

d) P(I) + 0,4*D(l) wobei D(O) = P(2) - P(I)

e) P(I) + 0,8*D(l).

Somit werden die Faktoren durch den Abstand auf der -!-Achse zwischen dem interpolierten Datenpunkt und jedem der umgebenden gemessenen Datenpunkte festgelegt. Die Faktoren wirken so, daß interpolierte Daten erzielt werden, die verhältnismäßig glatte Kurven ergeben, wie in Fig. 4 gezeigt.

Beispielsweise gibt beim Betrieb der Einrichtung der Operator den gewünschten Verstärkungsfaktor ein und die zweckgebundene Hardware führt die für die Zoombetätigung erforderliche Interpolation durch. Der Verstärkungsfaktor, der für das Zooraen verwendet wird, wird durch einen Algorithmus in der Software der Einrichtung erhalten. Ferner kann beispielsweise der Algorithmus-Zoomfaktor bei einer bevorzugten Ausführungsform die Form annehmen:

F = m/n

wobei m und η ganze Zahlen sind. Der Wert von η kann irgendein Wert zwischen 1 und 3 2 sein, der Wert von in ist üblicherweise nicht kleiner als n, vorzugsweise 32.

Die Einrichtung kann entlang jeder ausgewählten Achse oder Kombination von Achsen verwendet werden. Die Einrichtung arbeitet mit Videogeschwindigkeiten für unterschiedliche Zoomfaktoren in zuverlässiger Weise und bietet eine bisher nicht erreichte Vielfalt.

Der Interpolationsfaktor hängt bis zu einem gewissen Grad von dem Verstärkungs- oder Zoomfaktor ab. Für Verstärkungen über 2, können z.B. mindestens zwei Interpolationspunkte hinzugefügt werden. Für größere Verstärkungen, z.B. 5, werden mehr Interpolationspunkte verwendet.

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Claims

Patentansprüche:

1. Rasterwiederauffrischungs-Videosichtanzeigeeinrichtung, die periodisch das aufgezeichnete Bild auffrischt, gekennzeichnet durch

eine Speichervorrichtung (16; 17) zur Speicherung der Bilddaten, die normalerweise den XY-Speicherplätzen des aufgezeichneten Bildes entsprechen, eine zweckgebundene Zoomvorrichtung (18) zum Zoomen des aufgezeichneten Bildes,

wobei die Zoomvorrichtung (18) eine Vorrichtung (18a, 18b) aufweist, die ein Zoomen bei ausgewählten Zoomfakto ren ermöglicht, welche durch ein Verhältnis von ganzen Zahlen ausgedrückt werden können.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zoomvorrichtung (18) eine Interpolationsvorrichtung (18a) aufweist, die während des periodichen Wiederauffri schens der aufgezeichneten Bilder betätigt wird, um die Interpolation während eines Auffrischzyklus durchzuführen, wenn die Daten in den Sichtanzeigemonitor gehen.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das aufgezeichnete Bild Bildwechsel um Bildwechsel wiederaufgefrischt wird.

4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Interpolationsvorrichtung (18a) eine Vorrichtung zum Auswählen des Zoomfaktors längs der X- oder der Y-Achsen aufweist, um die ausgewählten X- oder Y-Daten zu interpolieren.

5. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Interpolator eine Vorrichtung zum Auswählen des Zoomfaktors längs der X- und der Y-Achse aufweist, um dadurch Reihen- und Spaltendaten zu interpolieren.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zoomfaktor längs der X-Achse verschieden von dem Zoomfaktor längs der Y-Achse ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Interpolationsvorrichtung eine Y-Interpolationsvorrichtung und eine Vorrichtung zum Einspeisen von Y-Daten von jeweils zwei sequentiellen Y-Speicherplätzen für jeden X-Speicherplatz in den Y-Interpolator zur Interpolation zwischen den sequentiellen Y-Speicherplätzen für jeden X-Speicherplatz aufweist, um interpolierte Y-Daten einzuspeisen.

8. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Interpolationsvorrichtung eine X-Interpolationsvorrichtung und eine Vorrichtung zum Einspeisen von X-Daten aus jeweils zwei sequentiellen X-Speicherplätzen für jeden Y-Speicherplatz in den X-Interpolator zur Interpolation zwischen den sequentiellen X-Speicherplätzen für jeden Y-Speicherplatz aufweist, um interpolierte X-Daten einzuspeisen.

9. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Interpolationsvorrichtung eine Vorrichtung zum weiteren Interpolieren sequentieller X-Daten der interpolierten Y-Daten aufweist, um interpolierte Daten zum Zoomen zu erhalten.

10. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Interpolationsvorrichtung eine Vorrichtung zum weiteren Interpolieren sequentieller Y-Daten der interpolierten X-Daten zur Erzielung interpolierter Daten für das Zoomen aufweist.

11. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Zoomvorrichtung eine Vorrichtung zum Interpolieren zwischen jeweils vier aufeinanderfolgenden Datenwerten in einer XY-Matrixform aufweist.

12. Einrichtung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zum Subtrahieren eines jeden Datenwertes von einem früheren, angrenzenden Wert, eine Vorrichtung zum Multiplizieren der Differenzwerte um einen Zoomfaktor, eine Vorrichtung zum Addieren des Produktes zu dem vorausgehenden Wert, und eine Vorrichtung zum Registrieren der Summe für eine weitere Verarbeitung.

13. Einrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zum Einspeisen des Zoomfaktors.

14. Zoominterpolator zur Erzielung eines selektiven Zoomens von Bilddaten längs einer selektiven Achse, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zur Speicherung von Datenwerten in Speicherelementen, um Position und Werte für jedes dieser Elemente zu erhalten, eine Vorrichtung zum Auswählen eines Werteänderungsfaktors längs einer ausgewählten Achse, um ein Zoomen zu erreichen,und eine Vorrichtung, die einen Interpolationsfaktor zur Berechnung von Zwischendatenwerten und Speicherplätzen verwen- *■-det, um ein selektives Zoomen zu erreichen.