DE3633157A1

DE3633157A1 - Data memory which can be read in a structured way

Info

Publication number: DE3633157A1
Application number: DE19863633157
Authority: DE
Inventors: Eike Prof Dr Muehlenfeld; Rolf-Dieter Dr Therburg; Joachim Dipl Phys Beushausen
Original assignee: OPTROMATION GmbH
Current assignee: OPTROMATION GmbH
Priority date: 1986-09-30
Filing date: 1986-09-30
Publication date: 1988-04-07

Abstract

The core of the invention is a data memory which can be used universally and which can be read under microprogram control without help from a higher-level computer. For image processing tasks, a freely programmable scan control in an image memory, not linked to a fixed row or column structure, can be implemented using the invention. In this way, image scenes can be searched quickly for specified image segments, for contour detection and pattern recognition purposes. The scan pattern can be preset by hard wiring, or loaded from (by) a higher-level computer into the microprogram memory, according to the application.

Description

Die Erfindung betrifft einen Datenspeicher mit der Fähigkeit zum selbständigen Adressieren einer Folge von Speicherplätzen ohne Mitwirkung des übergeordneten Rechners.The invention relates to a data memory with the Ability to independently address a sequence of Storage spaces without the involvement of the parent Calculator.

Zur Automatisierung industrieller Fertigungs- und Prüfprozesse stellt sich der modernen Meßtechnik in zunehmendem Umfang die Aufgabe, auch die Information zu erfassen, die im Erscheinungsbild von Objekten oder der räumlichen Verteilung physikalischer Größen Art, Lage und Beschaffenheit eines Objekts kennzeichnet. Auch in der medizinischen Diagnostik, der Werkstofftechnik und der Luft- bzw. Satellitenbildauswertung gewinnt die automatische Bildauswertung zunehmend an Bedeutung.For the automation of industrial manufacturing and Test processes face modern measuring technology increasing the task, including the information capture that in the appearance of objects or the spatial distribution of physical quantities type, location and nature of an object. Also in medical diagnostics, materials technology and the aerial or satellite image evaluation wins Automatic image evaluation is becoming increasingly important.

Technische Bildverarbeitungssysteme bringen das von einer Kamera aufgenommene Bild fast immer zunächst in einen externen Datenspeicher. Spezielle Prozessoren sind in der Lage, das gesamte Bild oder rechteckige Aus schnitte davon, Standardtransformationen, wie Faltung und Korrelation nach Spezifikationen in "Lookup-Tables" zu unterwerfen und rechteckige Teilbilder über DMA in den übergeordneten Rechner zu transferieren. Zum Trans fer der Bilddaten aus dem Externspeicher in den Arbeits speicher des übergeordneten Rechners kann jede DMA- Steuerung das Fortschalten der Speicheradressen über nehmen, so daß der Transfer zeilenweise erfolgt.Technical image processing systems do that picture taken by a camera almost always first in an external data storage. Special processors are able to frame the entire image or rectangular cuts of it, standard transformations, like folding and correlation according to specifications in "lookup tables" to submit and rectangular drawing files via DMA in to transfer the higher-level computer. To the trans fer the image data from the external storage in the work memory of the higher-level computer, any DMA Control the advancement of the memory addresses via take so that the transfer takes place line by line.

Die Bildauswertung muß oft auf bestimmte Bildstrukturen konzentriert werden. Beispielsweise ist sehr viel Information in Objektkonturen oder anderen linienhaften Strukturen enthalten. Daher kann sich die Bildauswertung in vielen Fällen auf die unmittelbare Umgebung dieser linienhaften Konturen beschränken. Diese Auswertung muß zunächst Bildstörungen eliminieren, die durch Unter brechungen oder Deformationen des Konturverlaufs erzeugt werden, oder von Rost, Schmutz und Kratzern auf der Bildoberfläche herrühren. Diese Störungen lassen sich durch Mittelung über eine Anzahl von Bildpunkten redu zieren, die einerseits möglichst groß sein sollte, andererseits nur Bildpunkte in statistisch homogenen Bereichen umfassen darf. Zu diesem Zweck ist es sinn voll, die Helligkeit von Bildpunkten auf zur Kontur parallelen Linien aus dem Bildspeicher auszulesen und aufzusummieren. Ergibt sich zwischen den Summen benach barter Abtastlinien eine Differenz, so zeigt dies eine Kontur zwischen Flächen unterschiedlicher mittlerer Helligkeit an. Durch entsprechende Auswertung der auf einer Linie liegenden Bildpunkte lassen sich auch Momente höherer Ordnung bilden, um Texturkonturen zu detektieren.The image evaluation often has to focus on certain image structures be concentrated. For example, is a lot Information in object contours or other linear ones Contain structures. Therefore, the image evaluation in many cases on the immediate area surrounding this limit linear contours. This evaluation must first eliminate image interference caused by sub breaks or deformations of the contour or rust, dirt and scratches on the Image surface originate. These disorders can be by averaging over a number of pixels redu grace, which on the one hand should be as large as possible, on the other hand, only pixels in statistically homogeneous May include areas. For this purpose it makes sense full, the brightness of pixels towards the contour read out parallel lines from the image memory and add up. Result between the sums adj barter scan lines a difference, so this shows a Contour between surfaces of different mean Brightness on. By appropriate evaluation of the Pixels lying on a line can also be Form higher order moments to create texture contours detect.

Bildpunkte, auch Linien vorgebbarer Richtung und Krüm mung, lassen sich bisher nur programmtechnisch adres sieren. Die einzelnen hierfür erforderlichen Maschinen befehle bedingen eine Reihe von Mikroprogrammschritten, einschließlich der Schritte zur Befehlsbereitstellung, und benötigen daher eine beträchtliche Rechenzeit.Pixels, including lines of definable direction and curvature mung, so far only programmatically addresses sieren. The individual machines required for this instructions require a series of microprogram steps, including the steps for command delivery, and therefore require considerable computing time.

Erfindungsgemäß wird für die Berechnung der Adressen im externen Bildspeicher ein selbständig arbeitendes digitales Schaltnetzwerk eingesetzt. Dieses digitale Schaltnetzwerk enthält als Mikroprogramm oder als fest verdrahtete Ablaufstruktur die zur Adressierung einer vorgebbaren Folge von Bildpunkten erforderlichen Rechen schritte. Der übergeordnete Rechner wählt durch Vorgabe der Startadresse des jeweiligen Mikroprogramms oder durch Ansteuerung einer fest verdrahteten Schrittfolge die gewünschte Abtaststruktur aus, die daraufhin von dem genannten digitalen Schaltnetzwerk selbständig durchlau fen wird. Die so adressierten Bildpunkte können sequen tiell für den Transfer in den Arbeitsspeicher des über geordneten Rechners in einen Pufferspeicher geschrieben, oder im Rahmen des Mikroprogramms aufsummiert bzw. anderen Rechenoperationen unterworfen werden. Gegenüber der softwaretechnischen Adressierung reduziert die beschriebene firmwaretechnische Realisierung die Rechen zeit um mehr als den Faktor 10.According to the invention for calculating the addresses in external image memory an independently working digital switching network used. This digital Switching network contains as micro program or as fixed wired process structure for addressing a predeterminable sequence of pixels required rakes steps. The higher-level computer chooses by default the start address of the respective microprogram or by controlling a hard-wired sequence of steps the desired scanning structure, which is then followed by the mentioned digital switching network independently through will. The pixels addressed in this way can be sequenced tially for the transfer into the main memory of the over ordered computer written in a buffer memory, or summed up as part of the microprogram or be subjected to other arithmetic operations. Across from the software addressing reduces the described the technical implementation of the rakes time by more than a factor of 10.

Fig. 1 zeigt das Blockschaltbild einer beispielhaften Realisierung zur Adressierung benachbarter Bildpunkte. Die Daten eines Bildsensors oder anderer peripherer Wandler seien bereits in den Matrixspeicher eingelesen und repräsentieren dort ein Bilddatenfeld. Der überge ordnete Rechner übergibt dem Schaltnetzwerk zur An steuerung des Matrixspeichers einen Adressierbefehl. Ein Teil des Adressierbefehls wird, evtl. nach Umkodierung, in den Mikroprogrammbefehlszähler geladen und legt die Abtaststruktur fest. Die Adresse des ersten Bildpunktes der auszulesenden Punktfolge wird auch im Adressierbe fehl in x- bzw. y-Adressregister geladen. Die Anzahl der auszulesenden Bildpunkte wird einem Schrittzähler übergeben. Die Mikrobefehle, die schrittweise aus dem Mikroprogrammspeicher ausgelesen werden, enthalten je ein Bit zum Inkrementieren oder Dekrementieren der Adreßregister, so daß nach jedem Bildpunkt jeder belie bige benachbarte Bildpunkt ausgewählt werden kann. Nach jedem Schritt wird der Mikroprogrammbefehlzähler und der Schrittzähler inkrementiert, wobei der Schrittzähler die Adresse im Pufferspeicher bestimmt, in die die aus dem Matrixspeicher ausgelesenen Daten einzuschreiben sind. Die Ablaufsteuerung bei Erreichen der vorgegebenen Schrittzahl ist in Fig. 1 nicht eingezeichnet. Fig. 1 is a block diagram showing an exemplary implementation for addressing adjacent pixels. The data from an image sensor or other peripheral converter are already read into the matrix memory and represent an image data field there. The higher-level computer passes an addressing command to the switching network to control the matrix memory. Part of the addressing command is loaded into the microprogram command counter, possibly after recoding, and defines the scanning structure. The address of the first pixel of the point sequence to be read is also loaded in the addressing error into the x or y address register. The number of pixels to be read is transferred to a pedometer. The microinstructions which are read out step by step from the microprogram memory each contain a bit for incrementing or decrementing the address registers, so that any adjacent pixel can be selected after each pixel. After each step, the microprogram instruction counter and the step counter are incremented, the step counter determining the address in the buffer memory into which the data read from the matrix memory are to be written. The sequence control when the predetermined number of steps is reached is not shown in FIG. 1.

Es kann zweckmäßig sein, dem genannten Schaltnetzwerk eine ganze Folge von Abtaststrukturen zur selbständigen, mikroprogrammgesteuerten Abwicklung zu übergeben. Dies gilt insbesondere dann, wenn pro Abtaststruktur, bei spielsweise pro Abtastlinie, nur die Summe der Hellig keitswerte oder ein anderer, einzelner Wert interes siert, so daß nur diese Summenwerte in einen Puffer speicher zu schreiben sind. Es ist unmittelbar einsich tig, daß die einzelnen Mikroprogramme für die einzelnen Abtaststrukturen hierzu in geeigneter Weise zu verketten sind. Solche komplexeren Abtastmuster können beispiels weise ein Gitter aus parallelen Abtastgraden vorgebbarer Richtung sein, wenn gradlinige Konturen zu vermessen sind, oder Kreissegmente zur Detektion und Vermessung kreisförmiger Strukturen, beispielsweise von Löchern. Wenn wenig a-priori Wissen über die zu erwartende Kontur zur Verfügung steht, ist oft ein sternförmiges Abtast muster zweckmäßig, wobei die einzelnen Abtaststrahlen des Sterns auch gebogen sein können, wenn die Krümmung der Kontur bereits bekannt ist.It may be appropriate to the switching network mentioned a whole sequence of scanning structures for independent, microprocessor-controlled processing. This applies in particular if, for each scanning structure, at for example per scan line, only the sum of the brightness values or another, individual value of interest so that only these sum values in a buffer memory to be written. It is immediately clear tig that the individual micro-programs for the individual To chain scanning structures in a suitable manner are. Such more complex scanning patterns can, for example a grid of parallel scanning degrees can be specified Be direction when measuring straight lines are, or circular segments for detection and measurement circular structures, such as holes. If little a priori knowledge about the expected contour is often a star-shaped scan pattern expedient, the individual scanning beams the star can also be curved if the curvature the contour is already known.

Die Abtastung läßt sich in besonders flexibler Weise dadurch an verschiedenartige Bildmuster anpassen, daß aufgabenspezifische Abtast-Mikroprogramme vor Einsatz beginn vom übergeordneten Rechner in den Mikroprogramm speicher des Adressgenerators heruntergeladen werden.The scanning can be carried out in a particularly flexible manner by adapting it to different types of images that task-specific scanning microprograms before use start from the higher-level computer into the microprogram memory of the address generator can be downloaded.

Claims

1. Data memory with the ability to independently address a sequence of memory locations without the involvement of the higher-level computer, characterized in that a processor assigned to the memory or another digital switching network does not simply increment the memory location addresses, but rather according to a predeterminable micro program or one selectable, hard-wired program individually calculated.

2. Data memory according to claim 1, characterized in that the memory is matrix-like is organized and two or more parts each a memory location address independently can be calculated to memory locations in predeterminable Grid spacing, direction that can be specified on lines and Curvature or generally in a predeterminable positional relation to address.

3. Data memory according to claim 1 and 2, characterized in that for each part of the Address, e.g. B. for row and column address Regis ter that are available with each addressing microcontrolled increment, decre mented or not changed to a consequence to read out data whose storage locations in the Memory matrix are adjacent in a predetermined manner.

4. Data storage according to one of the preceding An claims, characterized in that a parent Calculator the address computer of the data storage Data word passes, similar to a machine command except for an operation code for program selection the address of the first and possibly the number of contains addressing memory locations. Hereby are defined in the address calculation program Readout structures can be moved freely in the memory.

5. Data storage according to one of the preceding An claims, characterized in that the stored data represent an image, with the pixels on predefinable image structures transferred, added up or otherwise processed in the same way should.

6. Data storage according to one of the preceding An claims, characterized in that several parallel, ring or straight lines or circular segments arranged in a star shape elements by a command from the higher-level computer can be addressed.

7. Data memory according to claim 6, characterized in that the data on the individual straight lines or segments of a circle are added up separately and transfer the sums to the higher-level computer will.