DE3922554C2

DE3922554C2 -

Info

Publication number: DE3922554C2
Application number: DE3922554A
Authority: DE
Inventors: Juergen 7524 Oestringen De Bernstein
Original assignee: Asea Brown Boveri AG Germany
Current assignee: ABB AG Germany
Priority date: 1989-07-08
Filing date: 1989-07-08
Publication date: 1993-03-18
Also published as: DE3922554A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung zur Digitalisierung des Videosignals eines Meß- und Sensorsystems mit Grautonbild und/oder Binärbild-Bildung. Das Verfahren und die Einrichtung können auf dem Gebiet der Videosensorik angewendet werden.The invention relates to a method and a Device for digitizing the video signal of a measuring and sensor systems with gray tone image and / or binary image formation. The method and the setup can be done in the field of Video sensors are used.

Ein optoelektronisches Meß- und Sensorsystem mit Grautonbild- und/oder Binärbild-Bildung ist beispielsweise aus der BBC- Druckschrift "Bildverarbeitungssystem OMS", IA 13 86 86D bekannt und dient zum Messen, Prüfen, Sortieren und Erkennen in den verschiedensten Industriebereichen mit Hilfe der Bildverarbeitung. Dabei muß beispielsweise ein von einer elektronischen Kamera erfaßtes Bild in ein Binärbild umgewandelt werden. Hierzu ist das von der elektronischen Kamera erzeugte Videosignal mit einem Schwellwert zu vergleichen. Zur optimalen Binärbilderzeugung muß der Schwellwert in Abhängigkeit des hellsten und des dunkelsten im Kamerabild auftretenden Grauwertes berechnet werden. Dieses Verfahren erfordert eine aufwendige Hardware. Die Schwellwerteinstellung kann zudem erst nach dem Bilddurchlauf und der anschließenden Schwellwertbildung erfolgen, was sehr zeitaufwendig ist. Des weiteren ist das Verfahren nur für die Binärbildverarbeitung, nicht jedoch für die Grautonbildverarbeitung geeignet. Es ist keine direkte Steuerung bezüglich der Schwellwerteinstellung durch den Anwender möglich.An optoelectronic measuring and sensor system with gray tone image and / or binary image formation is for example from the BBC Publication "Image Processing System OMS", IA 13 86 86D known and is used for measuring, checking, sorting and recognizing in the various industrial sectors with the help of image processing. For example, one of an electronic Camera captured image can be converted into a binary image. This is what is generated by the electronic camera Compare video signal with a threshold. For optimal Binary imaging must depend on the threshold the brightest and the darkest appearing in the camera image Gray values are calculated. This procedure requires one complex hardware. The threshold setting can also only after the screen run and the subsequent threshold value formation take place, which is very time consuming. Furthermore is the process for binary image processing only, not however suitable for gray tone image processing. It is not direct control regarding the threshold value setting possible for the user.

Aus der DE-OS 22 41 569 ist eine optische Zeichenerkennungseinrichtung bekannt. In dieser Einrichtung wird ein Schwellwert erzeugt, der ein Weiß-Niveau definiert, gegen das Zeichensignale verglichen werden, um schwarze und weiße Zeichenabschnitte auch bei sich ändernden Lichtverhältnissen unterscheiden zu können. Der Schwellwert wird auf Grund von Videosignalen gebildet, die bei Abtastung von Bändern auf dem von einem Fotofühlerfeld abzutastenden Dokument geliefert werden. Eine Dunkelwert-Schwelle wird von der bekannten Einrichtung nicht gebildet und sie liefert auch kein Grautonbild.From DE-OS 22 41 569 is an optical character recognition device known. In this facility, a Threshold generated that defines a white level against which Character signals are compared to black and white character sections even with changing lighting conditions to be able to distinguish. The threshold is determined on the basis of Video signals formed when scanning tapes on the supplied by a document to be scanned by a photo sensor array will. A dark value threshold is used by the known device not formed and it does not provide a gray tone image.

Im IBM Technical Disclosure Bulletin, Vol. 27, Nr. 5. Okt. 1984, Seiten 3014 bis 3016 ist ebenfalls ein Verfahren und eine Einrichtung zur Unterscheidung auf einem Dokument beim Abtasten einer elektronischen Kamera beschrieben. Dort wird ein mit einem A/D-Wandler digitalisiertes Videosignal einer Einrichtung zugeführt, die auf Grund von festvorgegebenen Absolutwerten für das Schwarz- bzw. Weiß-Niveau einem durch die Stromversorgungseinrichtung bedingten Störsignalbereich für einen vorgegebenen Schwellwert sowie einem dynamischen Einfluß, der durch Mittelwertbildung aus neun Bildpunkten erzielt wird, sicher entscheiden kann, ob eine schwarze oder weiße Dokumentfläche betrachtet wird. Eine Gewinnung von stabilisierten Grautonbildern ist nicht möglich.In IBM Technical Disclosure Bulletin, Vol. 27, No. Oct. 5. 1984, pages 3014 to 3016 is also a method and a facility for distinguishing between documents Scanning an electronic camera described. There will a video signal digitized with an A / D converter Device supplied based on predetermined absolute values for the black or white level one through the Power supply device related interference signal range for a predetermined threshold value and a dynamic influence, which is achieved by averaging from nine pixels will be able to safely decide whether a black one or white document surface is considered. Obtaining stabilized Gray tone images are not possible.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung zur Digitalisierung eines Videosignals anzugeben, mit denen ein dynamischer adaptiver A/D-Wandlungs prozeß der Bildinformation erzielt wird. The invention has for its object a method and to specify a device for digitizing a video signal, with which a dynamic adaptive A / D conversion process of image information is achieved.

Diese Aufgabe wird durch ein Digitalisierungs-Verfahren mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst sowie mit einer Einrichtung gemäß dem Anspruch 2.This task is accomplished through a digitization process solved the features specified in claim 1 and with a Device according to claim 2.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß der Anwender eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitenden optoelektronischen Meß- und Sensorsystems die Möglichkeit hat, den effektiven Wandelbereich für die A/D-Wandlung eines Videosignals durch Vorgabe der Referenz- Grautöne optimal an die Bedingungen der vorliegenden Bildszene anzupassen. Änderungen in der Lichtumgebung, wie z. B. Fremdlicht, bewirken automatisch eine Verschiebung des Wandelbereichs und werden hierdurch ausgeglichen. The advantages that can be achieved with the invention are in particular in that the user of one according to the invention Process operating optoelectronic measuring and sensor system has the opportunity to change the effective area for the A / D conversion of a video signal by specifying the reference Shades of gray optimally match the conditions of the present Adjust image scene. Changes in the lighting environment, such as B. External light, automatically cause a shift of the Area and are thereby compensated.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.Advantageous embodiments of the invention are in the Subclaims marked.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert.The invention is described below with reference to the figures illustrated embodiments explained.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 eine Anordnung zur Digitalisierung des Video signals, Fig. 1 shows an arrangement for digitizing the video signal,

Fig. 2 einen dabei einsetzbaren A/D-Wandler. Fig. 2 can be used A / D converter.

In Fig. 1 ist eine Anordnung zur Digitalisierung des Videosignals dargestellt. Das Videosignal A einer elek tronischen Kamera wird einem Kondensator 1 zugeleitet. Das am Ausgang des Kondensators 1 anstehende Videosignal A′ gelangt zu einer Klemmschaltung 2, zu einem A/D-Wand ler 3 (Analog/Digital-Wandler) und zu zwei Sample- and Hold-Schaltungen 4, 5.In Fig. 1 illustrates an arrangement for digitizing the video signal. The video signal A of an electronic camera is fed to a capacitor 1 . The video signal A 'present at the output of the capacitor 1 reaches a clamping circuit 2 , an A / D converter 3 (analog / digital converter) and two sample and hold circuits 4 , 5 .

Die Sample-and-Hold-Schaltung 4 wird mit einer Impuls spannung B beaufschlagt, wobei ein Impuls nur dann auf tritt, wenn die Videosignale eines durch ein bestimmtes erstes Fenster (z.B. erste Bildzeile links des Kamera bildes) selektierten Bildbereichs anliegen. Der Grauton in diesem bestimmten ersten Fenster wird vom Anwender vorgegeben und als hellster im Kamerabild interessieren der Grauwert interpretiert. Die Sample- and Hold-Schal tung 4 gibt dem A/D-Wandler 3 eine dem Referenz-Grauton in diesem bestimmten ersten Fenster entsprechende posi tive Referenzspannung +U_ref vor. The sample-and-hold circuit 4 is subjected to a pulse voltage B, a pulse only occurring when the video signals of a selected area through a certain first window (eg first image line to the left of the camera image) are present. The gray tone in this particular first window is specified by the user and the gray value is interpreted as the brightest in the camera image. The sample and hold circuit 4 gives the A / D converter 3 a positive reference voltage + U _ref corresponding to the reference gray tone in this particular first window.

Die Sample- and Hold-Schaltung 5 wird mit einer Impuls spannung C beaufschlagt, wobei ein Impuls nur dann auf tritt, wenn die Videosignale des durch ein weiteres, bestimmtes zweites Fenster (z.B. erste Bildzeile rechts des Kamerabildes) selektierten Bildbereiches anliegen. Der Grauton in diesem zweiten Fenster wird ebenfalls vom Anwender vorgegeben und als dunkelster im Kamerabild interessierender Grauwert interpretiert. Die Sample- and Hold-Schaltung 5 gibt dem A/D-Wandler 3 eine dem Refe renz-Grauton in diesem bestimmten zweiten Fenster ent sprechende negative Referenzspannung -U_ref vor.The sample and hold circuit 5 is subjected to a pulse voltage C, a pulse only occurring when the video signals of the image area selected by a further, specific second window (for example first image line to the right of the camera image) are present. The gray tone in this second window is also specified by the user and interpreted as the darkest gray value of interest in the camera image. The sample and hold circuit 5 gives the A / D converter 3 a reference reference gray-U _ref corresponding to the reference gray tone in this particular second window.

Dem A/D-Wandler 3 ist ausgangsseitig das N-Bit-codierte Grautonbild D entnehmbar. Das Grautonbild D wird zusätz lich einem Komparator 6 zugeleitet, dem als zweite Ein gangsgröße eine Binärschwelle E anliegt. Durch Vergleich des Grautonbildes D mit der Binärschwelle E bildet der Komparator 6 das nur noch aus Schwarz- und Weißpunkten bestehende Binärbild F.The N-bit coded gray tone image D can be seen on the output side of the A / D converter 3 . The gray tone image D is additionally fed to a comparator 6 , which has a binary threshold E as the second input variable. By comparing the gray tone image D with the binary threshold E, the comparator 6 forms the binary image F consisting only of black and white points.

Durch die in Fig. 1 beschriebene Anordnung wird der für die Binärbild- und Grautonbildverarbeitung in Echtzeit notwendige A/D-Wandlungsprozeß während jedem Bilddurch lauf der entsprechenden Lichtszene angepaßt. Durch die Vorgabe von zwei Referenz-Grautönen im Kamerabild (er stes und zweites Fenster) wird der A/D-Wandlungsprozeß adaptiv ausgelegt und bietet dem Anwender die Möglich keit, den effektiven Wandelbereich, d.h. den Bereich zwischen hellstem und dunkelstem Grauwert zu steuern und ihn optimal an die Bedingungen der vorliegenden Bildsze ne anzupassen.The arrangement described in FIG. 1 adapts the A / D conversion process necessary for the binary image and gray tone image processing in real time during each image run to the corresponding light scene. By specifying two reference shades of gray in the camera image (first and second window), the A / D conversion process is designed adaptively and offers the user the ability to control and control the effective change range, ie the range between the lightest and darkest gray values adapt optimally to the conditions of the present scene.

Bei Plazierung der beiden Referenzgrautöne in der ersten Zeile des Kamerabildes erfolgt die Adaption vor jedem Bilddurchlauf. When placing the two reference gray tones in the first The line of the camera image adapts before each Scrolling.

Zu Beginn einer jeden Bildaufnahme werden die vorgegebe nen Referenz-Grautöne automatisch und in Echtzeit als hellster und dunkelster im Bild vorkommender Grauwert interpretiert und als Folge daraus der effektive Wandel bereich durch entsprechende Anpassung der Referenzspan nungen +U_ref, -U_ref des A/D-Wandlers dazwischengelegt. Der Wandelbereich kann damit beliebig (mit Ausnahme der Sättigungszone) für die Anpassung an den interessieren den Grautonbereich expandiert, komprimiert und verscho ben werden. Änderungen in der Lichtumgebung (Fremdlicht, Lichtschwankungen) veranlassen in der gleichen Weise eine entsprechende Verschiebung des Wandelbereichs und werden damit ausgeglichen.At the beginning of each image acquisition, the specified reference gray tones are automatically and in real time interpreted as the lightest and darkest gray value in the image and, as a result, the effective change range by appropriately adjusting the reference voltages + U _ref , -U _{ref of} the A / D -Intermediate converter. The change area can thus be expanded (compressed and shifted) as desired (with the exception of the saturation zone) for adaptation to the gray area of interest. Changes in the lighting environment (ambient light, light fluctuations) cause a corresponding shift in the area of change in the same way and are thus compensated.

Das beschriebene Verfahren ist von Vorteil sowohl für die anschließende Grautonbildverarbeitung als auch für die Binärbildverarbeitung, bei der die Notwendigkeit einer adaptiven nachgeführten Binärschwelle entfällt.The method described is advantageous for both the subsequent gray tone image processing as well for binary image processing where the need an adaptive tracked binary threshold is omitted.

In Fig. 2 ist ein bei der Anordnung nach Fig. 1 einsetz barer A/D-Wandler dargestellt. Der A/D-Wandler 3 (nicht integrierende parallele A/D-Umwandlung) weist einen aus Widerständen 7 bis 11 bestehenden Spannungsteiler auf, dessen Anschlußklemmen mit der positiven bzw. negativen Referenzspannung +U_ref, -U_ref beaufschlagt werden. Es sind Komparatoren 12 bis 15 vorgesehen, deren erste Eingänge jeweils mit Spannungsteilerabgriffen verbunden sind und deren zweite Eingänge jeweils mit dem Videosi gnal A′ beaufschlagt werden. Die Ausgänge der Komparato ren 12 bis 15 sind mit einem Verschlüssler verbunden, der das N-Bit-codierte Grautonbild D ausgangsseitig ab gibt. Die Anzahl der Widerstände und Komparatoren rich tet sich nach der geforderten Meßwertauflösung. Jeder der Komparatoren ist auf einen von den Referenzspannun gen abhängigen Schwellwert eingestellt, bei dessen Über schreitung er ein entsprechendes Signal an den Ver schlüssler 16 abgibt. Durch logische Verknüpfung von 2^N-1-Komparatoren werden die Eingangsspannungswerte mit N-Bit codiert.In Fig. 2 there is shown a insertion Barer A / D converter in the arrangement of FIG. 1. The A / D converter 3 (non-integrating parallel A / D conversion) has a voltage divider consisting of resistors 7 to 11 , the connection terminals of which are supplied with the positive or negative reference voltage + U _ref , -U _ref . Comparators 12 to 15 are provided, the first inputs of which are each connected to voltage divider taps and the second inputs of which are each acted upon by the video signal A '. The outputs of the comparators 12 to 15 are connected to an encryptor which outputs the N-bit coded gray tone image D on the output side. The number of resistors and comparators depends on the measurement resolution required. Each of the comparators is set to a threshold value which is dependent on the reference voltages and, when exceeded, it emits a corresponding signal to the encryptor 16 . The input voltage values are coded with N bits by logically combining 2 ^N-1 comparators.

Claims

1. A method for digitizing a video signal from an electronic camera of an optoelectronic measurement and sensor system with gray-tone image and / or binary image formation, which has the following features:

a) the digitization takes place by means of A / D conversion using a positive reference voltage + U _ref , which represents a lightest gray value of the camera image, and a negative reference voltage -U _ref , which represents a darkest gray value of the camera image;
b) the positive reference voltage + U _ref is formed by storing the video signal of a user-selectable first image area of the camera image and accordingly the negative reference voltage -U _{ref is} formed by storing the video signal of a user-selectable second image area of the camera image.

2. Device for performing the digitization method according to claim 1, characterized in that the video signal of an electronic camera is supplied to an A / D converter ( 3 ), which also has a positive reference voltage (+ U _ref ) and a negative reference voltage (-U _ref ) are supplied and which outputs a digitized video signal, means ( 4, 5 ) being present for generating the reference voltages (+ U _ref , -U _ref ), which use video signals from selected camera image areas to form the reference voltages.

3. Device according to claim 2, characterized in that as means for forming the reference voltages (+ U _ref , -U _ref ) sample and hold circuits ( 4, 5 ) are arranged which are controlled as a function of video signals in the selected image areas are.

4. Device according to claim 2 or 3, characterized in that the digitized gray-tone image (D) output by the A / D converter ( 3 ) is supplied as a first input signal to a comparator ( 6 ) which is supplied with a binary threshold signal (E) as the second input signal and which emits a binary image (F) on the output side.

5. Device according to one of claims 2 to 4, characterized in that a non-integrating parallel A / D converter is used as the A / D converter ( 3 ).