NL8105256A

NL8105256A - Inrichting voor het dynamisch instellen van een discriminatiedrempel zwart/wit bij het bewerken van beelden met grijsheidswaarden.

Info

Publication number: NL8105256A
Application number: NL8105256A
Authority: NL
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1981-11-20
Filing date: 1981-11-20
Publication date: 1983-06-16
Also published as: GB2110449A; JPS5892070A; JPH0413748B2; GB2110449B; US4501016A; FR2517092B1; FR2517092A1; DE3242734A1

Description

1 *« PHN 10.196 1 N.V. PHILIPS' GLOEILftMPENFiffiRIEKEN TE EINDHOVEN.

"Inrichting voor het dynamisch instellen van een discriminatiedranpel zwart/wit bij het bewerken van beelden met grijsheidswaarden."

In het algemeen betreft de uitvinding een inrichting voor het dynamisch instellen van een disi^iminatiedrempel zwart/wit bij het bewerken van beelden met grijsheidswaarden. Gnder een beeld wordt ver-staan een volgens twee koordinaten regelmatig gerangschikte hoeveelheid 5 inforroatie, zoals deze aan een objekt is ontleend. Dit kan gebeurd zijn met optisch wsrkende middelen, of met andere, zoals een aftastend werkende elektranen microscoop of een radio-telescoop. Onder dynamisch instellen wardt een bewerking verstaan waarbij het toelaatbaar is dat de discriminatiedrempel zowel van beeld tot beeld kan verschillen, alsook 10 tussen verschillende plaatsen in een beeld verschillend kan zijn. Meer in het bijzonder betreft de uitvinding een inrichting voor het dynamisch instellen van een discriminatiedrempel zwart/wit bij het bewerken van beelden die zijn opgebouwd uit een matrix van beeldpunten die elk voor-zien zijn van een grijsheidswaarde en gerangschikt zijn volgens rijen 15 en kolcnmen van de matrix, welke inrichting be vat: a. een eerste ingang an de grijsheidswaarden te ontvangen; b. een drempelbepaler voorzien van: b1. eerste middelen cm de grijsheidswaarden van een eerste sekwentie van eerste lokale deelverzamelingen van beeldpunten te ontvangen en voor 20 elke eerste lokale deel-verzameling een lokale zwart/wit drempel te bepalen ter presentatie op een eerste uitgang; c. een beslisinrichting cm door vergelijking van de grijsheidswaarde van een beeldpunt met de voor dat beeldpunt geldende lokale zwart/wit drempel altematief een zwart dan wel een wit signaal te pres enter en 25 op een tweede uitgang. Zo'n inrichting is bekend uit het Amerikaanse octrooischrift 3502993, en wel voor toepassing bij het evalueren van essentieel tweewaardige signalen die op een drager zijn aangebracht. De achtergrond is bijvoorbeeld "wit" en de signalen, bijvoorbeeld karakters, daarentegen "zwart". Door middelling tussen de signalen van de achter-30 grand en van de karakters wordt een dynamisch' varierende discrimina-tiedranpej bepaald. De karakters kunnen daarna op geeigende manier worden herkend. De werking van de bekende inrichting is niet toereikend 8105256 ΡΗΝ 10.196 2 ΐ ν als een beeld behandeld moet worden dat essentieel uit meerwaardige signalen bestaat. Dan kunnen, bijvoorbeeld bij driewaardige signalen, twee opeenvolgende signaalovergangen optreden in dezelfde richting namelijk achtereenvolgens van "wit" naar "grijs" en van "grijs" naar 5 "zwart", terwijl beide signaalovergangen relevante informatie over het beeld bevatten (bijvoorbeeld: op een Witte achtergrond ligt een-grijs-voorwerp, dat weer gedeeltelijk wordt afgedekt door een zwart voor-werp). In bepaalde, bijvoorbeeld industriele, omgeving kan het noodzake-lijk zijn an juist een bepaalde funktionele overgang, bijvoorbeeld die 10 van de omtrek van een voorwerp te herkennen. Dan kan dat voorwerp door een robot worden aangevat als de orientatie bekend is. Het is dan in veel gevallen niet mogelijk am een apriori waarde voor de discriminatie-drempel te kiezen. Aan de andere kant is het vanwege de. kosten veelal niet mogelijk om de bewerkingen, zoals herkennen van de vorm, direkt op 15 de grijsheidswaarden uit te voeren. Dit stuit zowel vanwege de extra benodigde opslagkapaciteit als vanwege de veel gekornpliceerdere herken-nings- en andere logische bewerkingen, op grote moeilijkheden. Voorts moet: in vele gevallen de beeldverwerking direkt tijdsgekoppeld met de afvraagoperatie (real-time) plaatsvinden. Het onzetten tot een zwart/wit 20 beeld levert dan een welkone vermindering van de in bits per tijdseen-heid gemeten noodzakelijke verwerkingssnelheid. Cm nu een zwart-wit-beslissing te kunnen nemen waarbij de discnriminatiedrempel lokaal wordt ingesteld, waarbij artefakt-overgangen in het discriminatieresultaat als zodanig worden aangegeven en bovendien in veel gevallen ruis verwij-25 derd kan worden, een en ander realiseerbaar in tijdsgekoppelde verwer-king, heeft de uitvinding het kenmerk dat de drempelbepaler bevat: b2. een randbepaler met een tweede ingang die is aangesloten op genoaide eerste ingang om de grijsheidswaarden van een tweede sekwentie van tweede lokale deelverzamelingen van beeldpunten te ontvangen cm een lokale 30 rand tussen donkerder beeldpunten en lichter beeldpunten te detekteren en alsdan een goedkeuringss ignaal te vormen op een derde uitgang, maar bij afwezigheid van zo een lokale rand een afkeuringssignaal te vormen op de derde uitgang; en waarbij verder aanwezig zijn: d. tijdsbesturingsmiddelen om een zwart/wit signaal van een beeldpunt 35 op basis van een eerste lokale deelverzameling van beeldpunten op de tweede uitgang tesamen te presenteren met het goedkeurings/afkeurings-signaal op de derde uitgang het-welk gegenereerd is op basis van 8105256 t * * PHN 10.196 3 een bij die eerste lokale deelverzameling van beeldpunten behorende tweede lokale deelverzameling van beeldpunten. Zo'n artefakt overgang rcardt dan door bet afkeuringssignaal ongeldig gemaakt en behoeft bij * de verdere bewerking van het beeld niet in rekening te worden gebracht.

5 Een artefakt overgang kan optreden in een sekwentie van twee opvolgende zwartingssprcngen wit/grijs en grijs/zwart. Deze kunnen in een binair ganaakt beeld alleen terug te vinden zijn als twee 0/1 overgangen (van lichter naar donkerder) gescheiden worden door een artefakt-overgang 1/0. Laatstgenoemde wordt dan ongeldig gemaakt en bij de verdere ver-10 werking van het beeld veronachtzaamd. Verder vlndt door de tijdsbestu-ringsmiddelen een korrelatie tussen een zwart/wit signaal en het daar-bij behorende goedkeinrings/afkeuringssignaal plaats. De eerste en tweede lokale deelverzameling behoren bij elkaar doordat ze een zeker gebied in het beeld gemeenschappelijk hebben. De gebieden waarin de respektieve-15 lijke deelverzamelingen beeldpunten bezitten kunnen verschillend van grootte zijn en elke deelverzameling kan ook binnen het gemeenschappelij-ke gebied op verschillende beeldpunten betrekking hebben.

Het is gunstig als de lokaal bepaalde drempelwaarde gevonnd wordt als een gemiddelde van maximale en minimale grij sheidswaarden 20 binnen de eerste lokale deelverzameling. Het gemiddelde kan op raken-kundige, meetkundige of op andere manier gevormd worden. Dit levert in vele gevallen een eenvoudige realisatiemogelijkheid.

Het is gunstig als dat de randtepaler een randbepaalt onder besturing van een verschil tussen een minimale grijsheidswaarde in een 25 eerste subverzameling en een maximale grijsheidswaarde in een tweede subverzameling binnen genoemde tweede lokale deelverzameling. Als in het beeld de veranderingen in de grij sheidswaarden als markante stappen optreden is deze bepaling voldoende akkuraat: als zo een rand de deelverzameling van beeldpunten doorsnijdt zal voor die deelverzameling een 30 goedkeuringssignaal worden gevonnd. Als dit niet zo is zal een gevorm-de overgang zwart-signalen/wit-signalen als een artefakt overgang worden herkend. Als evenwel slechts kleine verander ingen in de grij sheidswaarden, kleiner dan de variatie binnen een subverzameling, dan wordt een afkeuringssignaal gevormd.

35 Het is gunstig als telkens een eerste lokale deelverzameling van beeldpunten samenvalt met een tweede lokale deelverzameling van beeldpunten. Dit is eenvoudig implementeerbaar.

8105256

V V

PHN 10.196 4

Het is gunstig als na de eerste ingang en voor verdere bewer-kingsmiddelen een definitievergroter is aangebracht am de grij sheidswaar-de van een ontvangen beeldpunt door middel van mxn respektievelijke lo-gische bewerkingen van de informatie van dat beeldpunt en de grijsheids-5 waarden van een derde lokale deelverzameling van beeldpunten, die aan laatstgenoemd beeldpunt direkt naburig zijn, in man sekundaire grijs-heidswaarden van evenzovele sekundaire beeldpunten van een mxn deel-matrix. Elk beeldpunt wordt zo cmge2et in een groter aantal sekundaire beeldpunten. Daardoor kan het verloop van de grijsheidswaarde in het 10 aldus gefilterde beeld gladder worden. Het is dan mogelijk am meer in-formatie in het uiteindelijke, gebinariseerde beeld te bewaren. De oorspronkelijke grijswaarden geven mede de vorxn van een rand aan door-dat elke grijswaarde een elementair beeldvlakje vertegenwoordigt. Als dit door een rand vordt doorsneden zal de uiteindelijke grijsheidswaarde 15 nog medebepaald worden door de plaats waar de rand het beeldvlakje door-snijdt. Deze informatie kan nu beter behouden worden zodat het resell-terende beeld minder korrelig wordt. Bij voorkeur is m=n=2, maar grotere waarden kunnen ook toepassing vinden,. Het is ook mogelijk dat df m, of n gelijk is aan 1.

20 Het is gunstig als op de ingang van de drarpelbepaler is ge- schakeld een laag doorlaatfilter om de grij sheidswaarden van een sekwentie van derde lokale deelverzamelingen van beeldpunten te ontvangen en daarop telkens een middelingsbewerking uit te voeren. Speciaal in kombinatie met maatregelen die de maximale en minimale grij sheids-25 waarde binnen een lokale deelverzameling in aanmerking nemen geeft dit een verminderde gevoeligheid voor ruisverschijnselen, zodat ook bij aanwezigheid van veel ruis de randbepaler op de juiste manier de rand kan detekteren,

Het is gunstig als genoemde eerste middelen, en de randbepa-30 ler zijn uitgevoerd als een boomstruktuur van twee-ingangs arithmetische elementen, waarbij telkens twee uitgangen van arithmetische elementen van een hoger niveau in de bocmstruktuur zijn aangesloten op beide ingangen van een enkel arithmetisch elanent van een lager niveau in de bocmstruktuur. Dit levert een modulaire opbouw die uit goedkc^e 35 standaard bouwstenen kan worden samengesteld.

Het is gunstig als de drempelbepaler vocarts bevat: een geheugen met een derde ingang die is verbonden met de eerste uitgang 8105256 r * PHN 10.196 5 en met een derde uitgang, om een lokale zwart/wit drempel te onthouden, en een verschiltepaler met een vierde en een vijfde ingang cm de lokale zwart/wit drempels op de eerste en derde uitgang te vergelijken en bij een te groot verschil een opslag- bestur ingssignaal te geven aan het 5 geheugen, cm een nieuwe lokale zwart/wit drempel op te slaan ter presentatie aan genoemde beslisinrichting. Op die manier kan een voordelige extra opslag van de lokale zwart/wit drempel plaatsvinden, waarbij kleine en/of toevallige veranderingen in de grijsheidswaarden voor het bepalen van deze zwart/wit drempel kunnen warden genegeerd.

10 Het is gunstig als de verschilbepaler in het geval van een vol- doende klein verschil een increment/decrement signaal geeft cm de op-geslagen lokale zwart/wit drempel te incrementeren/decrementeren in dezelfde richting als het verloop van de grijsheidswaarden. De situatie kan bij het verwerken van onder belichting gedetekteerde objekten nog 15 gecoirpliceerd warden als de verlichtingssterkte niet overal even groot is. Dan kan een wit-grijs overgang in een helverlicht gedeelte van het beeld funktioneel overeenkemen met een grijs-zwart overgang in een zwakverlicht gedeelte van het beeld. Door het beschreven mechanisms kan de langzaam toenemende verlichtingssterkte buiten fceschouwlng 20 blijven voor het bepalen van randen, een en ander zander dat artefakt-randen ontstaan.

ΚΟΚΓΕ BESCHRUVING VSN DE FIGDREN

De uitvinding vordt nader uitgelegd aan de hand van enkele figuren, waarbij achtereenvolgens aan de orde kemen de problemen die 25 dcor de uitvinding warden opgelost, met bijzandere nadruk op een e£ndi-mensionale, respektievelijk een tweedimensionale situatie, een schanatische opzet van een voorkeursuitvoering van een inrichting vol-gens de uitvinding, en een aantal belangrijke onderdelen van zo een inrichting.

30 Fig. 1a - 1e illustreren de problemen die door de uitvinding warden opgelost, si wel in een eendimensionale situatie.

Fig. 2a, b illustreren de problemen die door de uitvinding warden opgelost en wal in een tweedimensionale situatie.

Fig. 3 geeft een globale opzet van een inrichting volgens de 35 uitvinding als blokschema.

Fig. 4 geeft een tweede uitvoeringsvoorbeeld van zo'n inrichting.

8105256 PHN 10.196 6

Fig. 5a, b geven een derde uitvoeringsvoorbeeld van zo'n inrichting.

Fig. 6 geeft een element an hoogste/laagste grijsheidswaarden te bepalen.

5 Fig. 7a, b geven een element am een rand tussen donkerder en lichter beeldpunten te detekteren en een goed/afkeuringssignaal te vormen.

fig. 8 geeft een schakeling am het detekeren van een randsig-naal uit te spreiden, en 10 Fig. 9a - e geven een definitievergroter.

DOOR DE UITVINDING OP TE LOSEN PFOBEEMEN..

Fig. 1a.....1f illustreren de problemen die door de uitvin-ding worden opgelost, en wel in een §&ndimensionale situatie.

De figuur betreft een simulatie. De getrokken lijn geeft de sekwentie 15 van signalen die de grijsheidswaarden representeren; in dit eenvoudige voorbeeld komen slechts vier verschillende grijsheidswaarden voor. Vertikaal is uitgezet de amplitudo. Bij indikatie 378 geeft een schaal-verzameling de periode van de beeldpunten aan; elk vakje indiceert een beeldpunt.. Bij indikatie 380 geeft een pijl de afmeting van een eer-20 ste lokale deelverzameling van vijf beeldpunten aan. m andere geval-len kan het gunstig zijn om binnen een aaneengesloten gebied van beeldpunten er §§n of meer, ter besparing van onderdelen, niet in de desbetreffende eerste of tweede lokale deelverzameling van beeldpunten op te netnen. De indikatiecijfers op de horizontale as (348...376) 25 geven spec’iale punten in de kurves aan en zijn hier niet aequidistant. De onderbroken lijn geeft de waarde van de discrimnatiedrempel tussen zwart en wit: voor elk beeldpunt wordt deze bepaald als de gemiddelde waarde van de hoogste en de laagste grijsheidswaarde voor de eerste lokale deelverzameling waarvan het betreffende beeldpunt het middelste 30 beeldpunt is. Elk beeldpunt behoort dus ook tot vijf opeenvolgende eerste lokale deelverzamelingen. De discrinunatiedrempel is telkens in een bepaald gebied konstant, bij voorbeeld tussen de indikaties 348/352, 352/354 enzovoorts. Bij de indikaties 352, 354, 358... treedt telkens een sprong op in de discriminatiewaarde. Als nu in Fig. 1a de 35 lokale grijsheidswaarde hoger is dan de discriminatiewaarde, dan is de uiteindelijke uitkomst "binair zwart". =Als de lokale grijsheidswaarde lager is dan, of gelijk is aan de discriminatiewaarde (zwart-wit-dreirpel), dan is de uiteindelijke uitkomst "binair wit". Het verloop 8105256 f / t EHN 10.196 7 van deze gebinariseerde zwarting is in Pig. 1b aangegeven; deze figuur geeft tien overgangen tussen de binaire uitkcmsten. Fig. 1c geeft pulsvacmige signalen die overeenkcmen met de posities van de stapsgewijze verandering in de discriminatiewaarden (352, 354, 358): 5 deze maken de bijbehorende signaalovergangen in fig. 1b ongeldig omdat dit artefakten zijn, die alleen veroorzaakt zijn door de binarisering van de signalen. In dit eenvoudige gevai betekent differentieren het detekteren van een rand tussen een donkerder en een lichter beeldpunt, dus qp basis van een twsede lokale deelverzameling van slechts twee 10 beeldpunten. Fig. id geeft pulsvormige signalen die overeenkanen met de resterende, geldige, signaalovergangen in fig. 1b. In dit eenvoudige gevai kan een artefakt-blokkeringssignaal (Fig. 1c) warden afgeleid door het signaal van de discriminatiedrempel te differentieren, en dit tesamen met het differentie-resultaat van fig. 1b aan een logische 15 schakeling toe te voeren. Fig. 1e geeft het resultaat van een ander algorithms cm het vorrnen van artefakt-randen te deteketeren en daarmee tegen te gaan; deze figuur geeft binnen elke tweede lokale deelverzameling van telkens drie opeenvolgende beeldpunten het verschil tussen hoogste grijsheidswaarde en laagste grijsheidswaarde. Dit wordt volgens 20 Fig. 1f omgezet in een tweewaardig signaal (vergeleken met een drempel-waarde). Alleen als het signaal in fig. 1f de hoge waarde heeft kan een randsignaal dat op basis van fig. 1b gedetekteerd wordt, geldig zijn.

Fig. 2a, 2b illustreren de problemen die door de uitvinding 25 worden opgelost, en wal in een tweedimensionale situatie. Het beeld wordt gevormd door twee voorwerpen: een vierkant 60 met een lage grijsheidswaarde 2, en een vierkant 62 met een hoge grijsheidswaarde 4.

De aehtergrond heeft de grijsheidswaarde 0. De voorwerpen bedekken el-kaar gedeeltelijk. De discriminatiedrempel wordt bepaald als het gemid-30 delde (rekenkundig) vanhogste en laagste grijsheidswaarde de binnen een eerste lokale deelverzameling van 3x3 punten (aangegeven bij 64).

Voorts wordt in elke tweede lokale deelverzameling van eveneens 3x3 beeldpunten het verschil tussen hoogste en laagste grijsheidswaarde bepaald en vergeleken met een drempelwaarde met grootte 1. Als het 35 verschil kleiner is dan 1 wordt een afkeurings- of artefakt-blokkeringssignaal gevormd, wat in de figuur door een kruiselingse arcering is aangegeven (Fig. 2a). Voorts is voor elk beeldpunt de discriminatie- 8105256 -m Λ.

PHN 10.196 8 drempel aangegeven. In fig. 2b is het resulterende zwart/wit signaal aangegeven voor de beeldpunten waarvoor een goedkeuringssignaal aanwezig is. Voor de andere beeldpunten is niets aangegeven. In het algemeen zijn ook in dit meerwaardige beeld alle randpunten detekteerbaar als een 5 verschil tussen twee naburige beeldpunten. Door een pijl zijn twee ge~ vallen aangegeven waarvoor de rand niet detekteerbaar is. Dit soort gevallen van elkaar snijdende randen blijkt in de praktijk redelijk zel* den voor te komen en de herkenning van vormen wordt er niet door ver-stoord. Opgemerkt wordt nog dat in fig. 2b bij gelijkheid van grijsheids-10 waarde en drenpel een "1" wordt gevormd. In het tegenovergestelde geval zou op enkele andere plaatsen de rand niet detekteerbaar zijn.

GLOBALE OPZET VAN VDOEKEORSUITVOERINGEN

Fig. 3 geeft een globale opzet van een inrichting volgens de uitvinding als blokschema. Inaang 60 ontvangt de ingangssignalen, de 15 grijsheidswaarden van de beeldpunten. Deze waarden kunnen analoog zijn/ 5 of ook wel digitaal, bijvoorbeel gekodeerd volgens 32 (=2 ) opvolgende zwartingsniveaus. Dit signaal kan eerst nog worden toegeleid aan een niet getekend initieel filter. Dit kan gebruikt worden am bepaalde beeldfouten te korrigeren/ zoals bijvoorbeeld de zogenaamde dropouts: 20 dit zijn punten waarvoor ten onrechte een van alle punten daaromheen geheel verschillende grij sheidswaarde is geregistreerd. (¾) zichzelf heeft de uitvinding geen betrekking op zo'n initiele filtering. Het aldus gefilterde signaal wordt allereerst toegevoerd aan het laagdoor-laatf liter / dit dient am ruisverschijnselen in het head te verxninderen: 25 voor elk beeldpunt wordt een vervangende gr i j sheidswaarde gekonstrueerd door middel van een middelling over de grijsheidswaarde van een aantal naburige beeldpunten: bijvoorbeeld als 1/6 x de som van tweemaal de eigen grijsheidswaarde verneerderd met de grijsheidswaarden der vier volgens rijen en kolcmmen direkt naburige beeldpunten. Zo wordt de 30 nadelige invloed van ruis op het beeld verminderd. Elanent 72 is een maximuiVminimum bepaler voor de grij shedswaarden van een lokale deel-verzameling van beeldpunten. Deze kan in een organisatie van boGrastruk-tuur telkens van twee aangeboden grijsheidswaarden.de hoogste en de laagste selekteren en aan een volgend niveau van de boomstruktuur toevoe-35 ren. Tenslotte wordt dan het absolute maximum en het absolute minimum gevonden. Daarop wordt de volgende lokale deelverzameling van beeldpunten fceschouwd. Hier zijn dus eerste en tweede lokale deelverzameling identic 8105256 * PHN 10.196 9

Zoals gesteld bij fig. 1 behoeft dit niet strikt het geval te zijn. De maximunytomimum--bepaler 72 presenteert zijn resultaten aan de elerrenten 74 , 76, via een dubbele lijn of afwisselend maximum en minimm grijsheidswaarde. Element 74 is de drempelwaarde generator; de aktuele drempelwaar-5 de wordt bepaald als het rekenkundige gemiddelde tussen maximum grijsheidswaarde en minimum grij sheidswaarde binnen de betreffende eerste lokale deelverzameling. Deze discnrimjnatiedrempelwaarde wordt toege-voerd aan vergelijkelement 64. Dit-is via vertraagelement 62 aange-sloten op ingang 60. De vertraging dient cm te kompenseren voor de 10 vertraging die optreedt tussen het ogenblik waarop de grij sheidswaarden van de voor dat beeldpunt relevante deelverzameling beeldpunten in de itaxiinuir/minimumbepaler 72 beschikbaar zijn. Vergelijkelement (beslis-inrichting) 64 geeft op uitgang 66 altematief een zwart dan wel wit uitgangssignaal af, al naar gelang de ontvangen grijsheidswaarde groter 15 of kleiner is dan de van de drempelbepaler 68 ontvangen discriminatie-drempel. Element 76 is een verschilbepaler die het verschil bepaalt tussen maximum en minimum grijsheidswaarde van de aktuele tweede lokale deelverzameling van beeldpunten. Deze grootheid, die een maat is voor het lokale konstrast, wordt afgegeven op uitgang 77, bijvoorfceeld als een 20 vijf-bits grootheid als de grij sheidswaarden ook uit vijf bits bestaan. Element 78 is een instelbare waarde generator die een voorafbepaalde kontrastwaarde genereert. Als de grij sheidswaarden als vijf bits geko-deerd zijn is deze kontrastwaarde bijvoorbeeld 00100. element 80 is evenals element 64 een vergelijkelement die aangeeft of het lokale 25 kontrast groter of kleiner is dan de door generator 78 gepresenteerde kontrastwaarde. Als dit signaal "groter dan" op uitgang 82 verschijnt werkt het als goedkeuringssignaal en geeft aan dat het signaal op uitgang 66 relevant is. Als het signaal op uitgang 66 niet relevant is (bijvoorbeeld in fig. 1 ter plaatse van indikatie 352), dan mag een 30 zwart/wit overgang ter plaatse niet voor herkenning en/of andere remarking van het beeld in rekening gebracht warden. Infig. 1 zou de vertraging door element 62 globaal overeenkcmen met de halve doorloop tijd van een tweede lokale deelverzameling van beeldpunten. De situatie in een tweediraensionaal geval is gekampliceerder en zal warden uitgelegd 35 aan de hand van een meer gedetailleerd schema cm de verschillen in presentatiemoment op ingang 60 In rekening te brengen.

Fig. 4 geeft een tweede uitvoeringsvoorbeeld van een blok-schema als in fig. 3. De overeenkomstige onderdelen 62, 64, 66, 70, 72, 8105256 "r ' EHN 10.196 10 74, dragen gelijke nummering. In dit geval werkt klem. 84 voor het ont-- vangen van de grij sheidswaarden. Element 86 is een definitie-vergroter om elke grij sheidswaarde van een beeldpunt am te zetten inxm grij sheidswaarden van sekundaire beeldpunten van een nxm deelmatrix. In een een-5 voudig geval is n=m-2. De grij sheidswaarden warden daarbij nog gefil-terd volgens een interpolatieregel, bijvgorbeeld middels kwadratische interpolatie: eerst krijgen alle nxm secundaire beeldpunten dezelfde grijsheidswaarde als het oorspronkelijke ene beeldpunt, en daama warden ze benaderd door een tweedegraads oppervlak. Het blijkt dat daarmee 10 een fijnkorreliger gebinariseerd beeld wordt verkregen net verder dezelfde eenvoudige hanteerbaarheid van de informatie. De drempelbepaler 88 bevat voorts een randbepaler 90 die uit een tweede lokale deelverzame-ling van beeldpunten telkens lokaal bepaalt of een rand aanwezig is. Hiertoe kunnen verschillende operator en of voorwaarden aan deze beeld-15 punten warden getest. Element 92 is eenzelfde soort vertraagelement als element 62, op zo'n manier dat de signalen op de uitgangen 66, 96 op dezelfde positie in het beeld tetrekking hebben. Aan vergelijkelement 94 wordt dan door element 92 eenkwantitatieve grootheid toegevoerd die de mate van aanwezigheid van een rand aangeeft. Deze kwantiteit wordt in 20 element 94 vergeleken met een vergelijkgrootheid die door de waarde- generator 98 wordt geproduceerd. Deze behoeft nu niet de dimensie van een grij sheidswaarde te bezitten. Het signaal qp uitgang 96 geeft daarbij aan of het signaal dat tesamen daarmee op uitgang 66 verschijnt, relevant is.

25 Fig. 5a geeft een derde uitvoeringsvorm van een blokschema als in fig. 3. Overeenkomsticponderdelen zijn gelijk genummerd. Het element 20 ontvangt de grij sheidswaarden van een eerste lokale deelverzameling van beeldpunten en bepaalt daaruit een gemiddelde grijsheidswaarde die op lijn 42 verschijnt. Het is bijvoorbeeld mogelijk, dat de be-30 werking in element 20 geheel met analoge grij sheidswaarden gebeurt.

In dit uitvoeringsvoorbeeld wordt verondersteld dat het beeld volgens televisie- of dergelijke aftastlijnen wordt onderzocht: per lijn van links naar rechts, de lijnen volgen elkaar van boven naar beneden op.

Het signaal "A" wordt naar bewerkingselement 46 gevoerd, waarin een 35 nader te expliceren bewerking wordt uitgevoerd. Het bewerkjngsresultaat E wordt gebruikt als drempelwaarde en toegevoerd aan de beslisinrich-ting 28 die in serie met vertraagelement 62 is opgencmen. Element 22 is 8105256 Γ t ΡΗΝ 10.196 11

een geheugen voor de gemiddelde grijsheidswaarden en werkt als schuif-register. De doorlooptijd kcmt overeen met de lengte van een televisie-lijn. Element 24 kant overeen met element 22, mar heeft een doorloop-tijd die overeenkant met de aftastperiode van de beeldpunten. De ligging 5 van de beeldpunten waarop de signalen "C" en "D" betrekking hebben is in fig. 4b aangegeven ten opzichte van het aktuele beeldpunt (X) . Element 48 is een opteller, element 50 een deler door 2. Zo wordt ook het O+D

signaal "B” = —aan bewerkingselement 46 toegevoerd. In bewerkings-element 46 warden de signalen "A” en "B" vergeleken. Er zijn nu meer-10 dere mogelijkheden: 1) jA-BJ^ C* .B, waarbij o/ een kleine fraktie is, bijvoorbeeld 5%: in dat geval wordt in bewerkingselement 46 de waarde B toegevoerd aan lijn 44 cm verder te worden gebruikt.

2) ^. B<A-B£^.B waarbij ^ een grotere fraktie is dan ^ , bijvoor- 15 beeld 10%. In dat geval wordt in bewerkingselement 46 berekent de waarde 1,05. B en toegevoerd aan de lijn 44 3) c*. B < B-A$^.B In dat geval wordt in bewerkingselement D46 berekend de waarde 0,95 B en toegevoerd aan lijn 44.

4) j B-a]^ In dat geval wordt in bewerkingselement 46 de waarde A

20 toegevoerd aan lijn 44.

Het bewerkingselement 46 kan worden uitgevoerd als een een-voudige microprocessor. De waarden van ex' , en de waarden 0,95 en 1,05 kunnen anders worden gekozen. In een eenvoudiger organisatie kan gekozen worden voor de uitvoering 0( =β en worden de gevallen 2) en 3) 25 dus niet geirrplsnenteerd. De gevallen 2) en 3), waarin iQde-crerrentsigtram worden. gegeven hangt samen met het verschijnsel dat in het beeld langzame gradienten in de grijsheidswaarden kunnen optreden welke gradienten dan geen relatie hebben tot de beeldinhoud. Deze warden bijvoorbeeld veroorzaakt door een cngelijkmatige verlichtingssterkte 30 van een voorwerp. Een gradient in de x-richting kan gekombineerd zijn met een licht-donker overgang in de y-richting of een andere richting. Door het in/de-crementeren wordt toch de juiste richting van een grens-overgang gevonden.

Element 28 is een vergelijkelanent, zodat op uitgang 30 een 35 gebinariseerd zwart/wit overgang kan verschijnen. De elementen 32 en 34 kemen overeen met elementen 90 en 92 in fig. 4. Element 26 kant overeen met element 98 in fig. 4. Zo verschijnt ook nu op uitgang 38 8105256

Jt < PHN 10.196 12 een binair signaal dat aangeeft of de signalen op uitgang 30 relevant zijn of niet.

Het bovenstaande is geexpliceerd voor seriele ontvangst van de informatie der grij sheidswaarden. Op gebruikelijke wijze kan bij paral-5 lelpresentatie van de informatie het relevante deel van de inrichting meervoudig zijn uitgevoerd. Verder zijn in het bovenstaande geen synchroniser ende kloksignalen aangegeven. Voorts kunnen in bepaalde ge~ vallen de signalen "begin nieuw beeld", "einde beeld", "einde beeld-lijn" noodzakelijk zijn.

10 BESCHRIJVING VAN DE QNDERDELEN VAN FIG. 3.

In het hiemavolgende worden uitvoeringsvormen beschreven van de onderdelen van fig. 3. Het zal blijken dat in bepaalde gevallen ver-schillende funkties in een deelinrichting zijn belichaamd. Er is ver-ondersteld dat het tweedirnensionale beeld rardt afgetast volgens een 15 volgorde van beeldlijnen, zoals bijvoorbeeld bij een televisiekamera gebruikelijk is.

fig. 6 geeft een uitvoeringsvorm van element 70 om in een lo-kale deelverzameling van 3x3 beeldpunten de hoogste en laagste grijs-heidswaarden te bepalen. Elanenten zoals element 102, gemerkt L, 20 zijn vertraagelementen met een vertraagtijd die overeenkomt met de lengte van een televisielijn. Elementen, zoals element 104, gemerkt T. zijn vertraagelementen met een vertraagtijd die overeenkomt met de aftasttijd van een beeldpunt. Door middel van twee elementen L en zes elementen T wordt aan de rest van de schakeling steeds de informatie van 25 een deelverzameling van 3x3 beeldpunten aangeboden, Deze informaties worden op ingang 100 ontvangen. Elementen gemerkt C, zoals elementen 106 108 zijn vergelijkelementen die telkens twee ontvangen grijsheidswaarden met elkaar vergelijken. Als element 106 detekteert dat het laatst ontvai-gen beeldpunt een hogere grijsheidswaarde heeft dan dat waarvan de 30 grijsheidswaarde aan de uitgang van vertraagelement 110 besehikbaar is (een televisielijn eerder) dan bestuurt het element 106 de demultiplexer 112 om eerstgenoemde grijsheidswaarde door te laten. In het tegenovergestelde geval wordt laatstgenoemde grijsheidswaarde doorge-laten. De bovenste helft van de figuur bevat acht van zulke kombinaties 35 waardoor tenslotte op uitgang 114 de hoogste grijsheidswaarde van de negen grijsheidswaarden verschijnt. Op dezelfde manier wordt door de acht kombinaties van vergelijkelement plus selektor in de onderste helft de laagste grijsheidswaarde van de negen aan uitgang 116 toege\cad.

8105256 PHN 10.196 13

Voor andere aantallen tesamen te behandelen beeldpunten kan een over-eenkorostige Inrichtlng worden gebouwd.

fig. 7a geeft een uitvoeringsvom van elementen 76 en 80 in Fig. 3 cm te bepalen of In een bepaalde verzameling (tweede lokale deel-5 verzameling) van beeldpunten een rand tussen donkerder en lichter beeld-punten aanwezig is. Het aantal tesamen beschouwde beeldpunten is 6x6 zoals in fig. 7b is aangegeven. De ingang 114 ontvangt telkens van een groep van negen beeldpunten (Fig. 6) de hoogste grijsheidswaarde, de ingang 116 van deze zelfde groep de laagste grijsheidswaarden. Door ID middel van zes vertraagelementen L en twaalf vertraagelementen T worden de hoogste en laagste grijsheidswaarde van elk der vier vakken A, B, C

D in Fig. 7b toegevoerd aan de verschilbepalers 206......220. Er wordt nu verondersteld dat een gradient aanwezig is als de laagste grijsheidswaarde in een vakje van 3x3 beeldpunten tenminste een voorafbepaald 15 bedrag hoger is dan de hoogste grijsheidswaarde in een ander vakje van 3x3 beeldpunten. Zo worden de volgende verschillen bepaald: in element het verschil tussen 206 D laag , A hoog 208 C laag , A hoog 20 210 B laag , A hoog 212 B laag , C hoog 214 C laag , B hoog 216 A laag , B hoog 218 A laag , C hoog 25 220 A laag , D hoog

De elementen gemerkt "C" zoals element 202 zijn weer vergelijkelementen die het gevormde verschil, dat zowel positief als negatief kan zijn, vergelijken net eeicpklem 206 (bijvoorbeeld van uit element 78 in fig. 3) toegevoerd nom-verschil. Alleen als het verschil groter is dan het 30 positieve nonnverschil geeft het betreffende vergelijkelement een logische "1" af. Deze uitgangssignalen worden samengencmen in OF-poort 204. Alleen als klem 206 dan een logische "1" voert, ontstaat een goedkeuringssignaal zoals eerder (Figs. 1, 2) is beschreven. De toe-voeging van de schakeling van Fig. 7a is gunstig als het beeld ruis-35 verschijnselen vertfont. Als er slechts weinig ruis is kan direkt de verschiltepaler 202 (een enkele is dan voldoende) verbonden worden met de aansluitingen 114, 116.

8105256 PHN 10.1^6 14

In bepaalde beelden kanen zogenaairde veriopende schaduwen voor, dat zijn gebieden met een grote, doch konstante gradient in de grij sheidswaarden. Deze mogen dus geen aanleiding zijn tot een goed-keuringssignaai, hetgeen als volgt wordt bereikt. De uitgangssignalen 5 van de schakeling van fig. 6 warden gebruikt. Nu wordt eerst bepaald de absolute waarde van het verschil van deze signalen. Dit absolute verschil wordt nu op analoge manier behandeld als de maximale en mini-male grijsheidswaarden in fig. 7a warden behandeld; de notatie voor dit verschil zij VA, VB, VC, VD, waarbij de letters A.. .D de lokatie 10 volgens fig. 7b aangeven. De klemmen 114, 116 zijn nu doorverbonden; dit betekent dat ter vereenvoudiging de vertragingselementen L, T dubbel gebruikt kunnen warden. Ook nu wordt op de OF-poort aan de uitgang een signaal verkregen als er een gradients verandering is opgetreden. De vergelijkingsgrootheid op ingang 206 kan warden gevormd door de ge-15 middelde gradient.

Fig. 8 geeft nog een schakeling an het detekteren van een rand-signaal uit te spreiden over een aantal beeldpunten (in dit geval een deelmatrix van 6x6 beeldpunten). Het randsignaal bijvoorbeeld ge-genereerd door OF-poort 204 in Fig. 7a wordt via 5 vertraaglijnen ter 20 lengte van een beeldlijn middels zes aftakpunten aan OF-poort 232 toe-gevoerd. Ditzelfde gebeurt nog eens met vijf vertraagelementen die elk over de periode van een beeidpunt vertragen en middels OF-poort 234.

In fig. 3 kan een dergelijke schakeling zowel v66r als na beslisin-richting 80 geschakeld zijn. De breedte van de opgeslagen informatie is 25 in het laatste geval kleiner.

De vertraging in element 62 in fig. 3 wordt bepaald uit de in de rest van de schakeling opgelopen vertragingen. In Fig. 6 is de maximale vertraging twee lijnen plus twee punten. In fig. 7a is de maximale vertraging drie lijnen plus drie punten. Middels een lets an-30 dere rangschikking van de vergelijkelementen van de multiplexers in fig. 6 kan op een tussen gelegen punt van de schakeling ook de informatie van maxiirale/minimale grijsheidswaarde van een twee bij twee lokale deelverzameling van beeldpunten worden geproduceerd. Daarbij kan element 74 op eenvoudige manier een opteller cum tweedeler zijn..

35 Voor het verminderen van de benodigde onderdelen in fig. 6 kan nog het ontwerp lets worden gewijzigd : eerst wordt de bepaling van maximale en minimale grijsheidswaarden uitgevoerd voor een 2x2.

8105256 « * * PHN 10.196 15 deelmatrix van beeldpunten, en wel telkens vcor wederzijds exclusieve van dergelijke deelmatrices; dat gebeurt dus bijvoorbeeld na elk even beeldpunt op een beeldlijn en verder alleen gedurende de even beeldlijnen. De aldus gevormde maximale/minimale grijsheidswaarden 5 warden vervolgens over mil, twee, vier en zes beeldlijnen vertraagd, en wedercm toegevoerd aan een element cm de aldus gepresenteerde grijsheidswaarden te behandelen en de grootste en kleinste waarden te bepalen: deze laatste resultaten gelden voor een gebied van 2x8 beeld-punten die over 8 lijnen zijn verdeeld. Laatstgenoernde bepaling kan bij-10 voorbeeld uitsluitend uitgevoerd warden tijdens de presentatie van de oneven beeldlijnen; daartoe is dan nog een extra beeldlijn vertraging nodig, maar via tijdmultiplex bedrijf kan dezelfde iraxinmi/miiiirnum. bepa-ler warden gebruikt. De zo gevormde resultaten worden daarop over 0, 2, 4, 6 beeldpunten vertraagd, waama dan weer de hoogste en laagste 15 grijsheidswaarden warden bepaald. Dit kan gebeuren afwisselend met de eerstgenoemde bepaling, middels een extra beeldpunt vertraging en tijd-rnultiplexbedrij f. De zo gevonden waarden gelden voor een vak van 8x8 beeldpunten. Telkens wordt dan zowel in vertikale als in horizontale richting voor altemerende beeldpunten de hoogste/laagste grijsheids-20 waarde voor een bijbehorende lokale deelverzameling van beeldpunten gevonden. Deze kunnen verder verwerkt warden zoals eerder is uitge-legd.

Fig. 9 geeft een definitievergroter. Bij het cmzetten van een beeld met grijsheidswaarden in een binair beeld treedt het ver-25 schijnsel op dat, door de grofkorreligheid van de definitie, vloeiend verlopende randen worden cmgezet in trapvormige strukturen. Door de grove korrel treedt dan als het ware een ruisverschij nsel op dat ten opzichte van de rand een lateraal effekt heeft. Door de definitie te vergroten wordt deze korrel verkleind: de rand in het binaire beeld 30 verlooptvloeiender. De afgebeelde definitievergroter werkt voor beel- den met een breedte van zes beeldpunten die lijnsgewijze worden afge-tast. De definitievergroting bedraagt in beide koordinaatrichtingen een faktor 2. De informatie arriveert op ingang 300 en wordt achtereen-volgens opgeslagen in een schuifregister 302. Elk van de trappen 304 35 daarvan heeft een geeigende opslagkapaciteit voor de grijsheidswaarden, bijvoorbeeld 5 bits parallel. De schuifpulsen voor dit schuif-register zijn afgebeeld in fig. 9d, ze zijn afkomstig van een niet- 8105256 PHN 10.196 16 getekende klok. Telkeas na 6 klokpulsen in fig. 9d verschijnt een ovemamebesturingspuls van de reeks, die in fig. 9c is aangegeven. Daardoor wordt de infonratie van schuifregister 302 parallelsgewij ze overgenomen in schuifregister 312: de informatie van trap 304 in de 5 twee trappen 308, 310, de informatie van trap 306 parallelsgewijze in de twee trappen 314,- 316 en zo verder.

fig. 9b geeft de schuifbesturingspulsen voor schuifregister 312: deze hebben een tweemaal hogere frekwentie dan die in fig. 9d. De rechter-kant van de bovenste helft van dit schuifregister is gekoppeld met 10 de linkerkant van de ondetste. helft zoals aangegeven. De afgegeven grijsheidswaarden verschijnen op uitgang 318: zo is de definitie in de kolomrichting met een faktor twee vergroot. Uitgang 318 is gekoppeld met een uitgangsschuifregister 322. Fig. 9e geeft de klokpulsen voor dit laatste schuifregister: telkens wordt de informatie op uitgang 15 318 tweemaal overgenomen en daarna op uitgang 320 gepresenteerd.

Zo is ook in de rijrichting de definitie met een faktor twee vergroot. De rest van het systeem wordt met een hogere klokpulsfrekwentie (vol-gens fig. 9e) bestuurd. Tenslotte wordt een niet-getekende filtering uitgevoerd. Een eenvoudige uitvoering is dat telkens van een deel-20 matrix van 2x2 beeldpunten de gemiddelde grijsheidswaarde wordt be-paald en aan een met de positie van de deelmatrix overeenkomend sekun-dair beeldpunt weergegeven. De punten van zo 'n te middelen 2x2 matrix zijn dus niet steeds afkomstig van eenzelfde oorspronkelijk beeldpunt (slechts in l/(mxn) fraktie van het totaal aantal sekundaire beeld-25 punten). In een meer uitgebreid geval wordt elk sekundair beeldpunt gevormd op basis van 4x4 beeldpunten na de definitievergroter. De wegingskoefficienten zijn dan niet gelijk. Voordelig blijkt een wegingskoefficient van 2 voor de vier centrale en van 1 voor de overige beeldpunten.

30 35 8105256

Claims

1. Inrichting voor het dynamisch instellen van een discriminatie- drempel zwart/wit bij het bewerken van beelden die zijn opgebouwd uit een matrix van beeldpunten die elk voorzien zijn van een grijsheids-waarde en gerangschikt zijn volgens rijen en kolonroen van de matrix, 5 welke inrichting be vat: a. een eerste ingang (60) cm de grijsheidswaarden te ontvangen; b. een drenpelbepaler (68) voorzien van: b1. eerste middelen (72, 74) cm de grijsheidswaarden van een eerste sekwentie van eerste lokale deelverzamelingen van beeldpunten te ont-10 vangen en voor elke eerste lokale deelverzameling een lokale zwart/wit drempel te bepalen ter presentatie op een eerste uitgang; c. een beslisinrichting (64) cm door vergelijking van de grijsheids-waarde van een beeldpunt met de voor dat beeldpunt geldende lokale zwart/wit drempel altematief een zwart dan wel een wit signaal te 15 presenter en op een tweede uitgang (66), met het kenmerk, dat de drempel-bepaler bevat: b2. een randbepaler (76) met een tweede ingang die is aangeslo- ten qp genoemde eerste ingang cm de grijsheidswaarden van een tweede sekwentie van tweede lokale deelverzamelingen van beeldpunten te ont-20 vangen om een lokale rand tussen dcnkerder beeldpunten en lichter beeldpunten te detekteren en alsdan een goedkeuringss ignaal te vormen op een derde uitgang (82) maar bij afwezigheid van zo een lokale rand een afkeuringssignaal te vormen op de derde uitgang; en waarbij verder aanwezig zijn: 25 d. tijdsbesturingsmiddelen (62) cm een zwart/wit signaal van een beeldpunt op basis van een eerste lokale deelverzameling van beeldpunten op de tweede uitgang tesamen te pres enter en met het goedkeur ings/afkeuringssignaal op de derde uitgang het-welk gegenereerd is op basis van een bij die eerste lokale deelverzameling van beeldpunten behorende 30 tweede lokale deelverzameling van beeldpunten.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de lokaal bepaalde drempelwaarde gevormd wordt als een gemiddelde van maximale en minimale grijsheidswaarden blnnen de eerste lokale deelverzameling.

3. Inrichting volgens conclusie 1 of 2, dat de randbepaler een rand bepaalt onder besturing van een verschil tussen een minimale grijs-heidswaarde in een eerste subverzameling en een maximale grijsheidswaarde in een tweede subverzameling binnen genoemde tweede lokale deelverzame- 8105256

4. Inrichting volgens conclusie 2 of 3, met het kenmerk dat tel- kens een eerste lokale deelverzameling van beeldpunten samenvalt met een tweede lokale deelverzameling van beeldpunten.

4. N PHN 10.196 18 ling.

5. Inrichting volgens έ§η der conclusies 1 tot en met 4, met het kenmerk dat na de eerste ingang en v6or verdere bewerkingsmiddelen een definitievergroter (86) is aangehracht om de grij sheidswaarde van een ontvangen heeldpunt door middel van mxn respektievelijke logische bewerkingen van. de informatie van dat beeldpunt en de grij sheidswaarden 10 van een derde lokale deelverzameling van beeldpunten, die aan laatst-genoemd beeldpunt direkt naburig zijn, in mxn sekundaire grijsheids-waarden van evenzovele sekundaire beeldpunten van een mxn deelmatrix.

6. Inrichting volgens een der conclusies 1 tot en met 5, met het kenmerk dat op de ingang van de drempelbepaler is geschakeld een 15 laagdoorlaatf liter (90) om de grijsheidswaarden van een sekwentie van derde lokale deelverzamelingen van beeldpunten te ontvangen en daarop telkens een middelingsbewerking uit te voeren.

7. Inrichting volgens conclusie 2, 3 of 4, met het kenmerk, dat genoemde eerste middelen en de randbepaler zijn uitgevoerd als een boom- 20 struktuur van twee-ingangs arithmetische elamenten, waarbij telkens twee uitgangen van arithmetische elementen van een hoger niveau in de boomstruktuur zijn aangesloten op beide ingangen van een erikel aritbme-tisch element van een lager niveau in de boomstruktuur.

8. Inrichting volgens conclusie 7, net het kenmerk dat de 25 boomstruktuur zowel de grootste als de kleinste grij sheidswaarde van de betreffende lokale deelverzameling bepaalt.

9. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de drempelbepaler voorts bevat: een geheugen (22) met een derde ingang die is verbonden met de eerste. 30 uitgang en met een derde uitgang, om een lokale zwart/wit drenpel te onthouden, en een verschilbepaler (46) met een vierde en een vijfde ingang om de lokale zwart/wit drempels op de eerste en derde uitgang te vergelijken en bij een te groot verschil een opslagbesturingssignaal te geven aan het geheugen om een nieuwe lokale zwart/wit drenpel op 35 te slaan ter presentatie aan genoemde beslisinrichting.

10. Inrichting volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat de verschilbepaler in het geval een voldoende klein verschil een in- 8105256 ► ..0 FHN 10.196 19 crement/decrenent signaal geeft cm de opgeslagen lokale zwart/wit drempel te incrementeren/decrementeren in dezelfde richting als het verloop van de grijsheidswaarden. 5 1Q * 15 20 25 30 35 8105256