NL8501413A - Weergave-interpolator. - Google Patents

Description

N.O. 33185 1

Weergave-interpolator.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op werkwijzen en middelen voor het elektronisch weergeven van afbeeldingen en heeft meer in het bijzonder betrekking op stelsels voor het elektronisch, op een variabele basis, veranderen van de afmetingen van dergelijke afbeeldingen 5 of de afmetingen van delen van dergelijke afbeeldingen.

In de stand der techniek wordt data verzameld en worden afbeeldingen geproduceerd op basis van deze data en weergegeven. Dit gebeurt in uiteenlopende omgevingen zoals in de astronomie, luchtbewakings- en controlediensten, het genereren van grafische afbeeldingen zoals in de 10 CAD/CAM-techniek, de medische diagnostiek, enz. Alhoewel de onderhavige uitvinding kan worden toegepast bij een willekeurig weergeefstelsel is ze in het bijzonder bestemd voor toepassing bij het bewerken van afbeeldingen verkregen en weergegeven in medische diagnostische omgevingen.

15 Een van de vele manipulaties die op weergegeven afbeeldingen kun nen worden uitgevoerd is het vergroten of verkleinen van de afmetingen van de afbeelding of geselecteerde delen daarvan. Het vergroten van een afbeelding wordt ook wel aangeduid met de term "zoombewerking".

In digitale systemen wordt de afbeeldingsdata bemonsterd in de 20 vorm van discrete waarden opgeslagen in lokaties van een matrix, corresponderend met de waarden van de X en Y coördinaten van de afbeelding. De afmetingen van de meest gebruikte matrices kunnen worden uitgedrukt in de vorm 2exp(a) x 2exp(a), waarin a een geheel getal is tussen 5 en 12 (b.v. 32 x 32, 64 x 64, enz.... tot 2048 x 2048). In de al-25 gemeen toegepaste rasterweergeefsystemen wordt de afbeeldingsdata gelezen uit een beeldgeheugen tezamen met de aftasting van het scherm door de elektronenbundel. Omdat de afbeeldingsdata digitaal is en gespecificeerd is door discrete x, y coördinaten is de elektronische schakeling normaal gesproken zodanig georganiseerd dat ze data accepteert voor te-30 voren gespecificeerde discrete X, Y lokaties (pixels of beeldelementen).

Wanneer de zoomfunctie wordt gebruikt dan worden de afbeeldingda-tamonsters niet volgens een een-op-een relatie ten opzichte van het da-taraster op het weergeefscherm weergegeven. Als gevolg daarvan moeten 35 waarden voor de afbeeldingsdata op de tussenliggende rasterpunten worden berekend. De berekening van deze datawaarden kan gebaseerd zijn op interpolatie tussen aangrenzende corresponderende oorspronkelijke datawaarden van de fabeelding. In het geval van vergroting met een factor 850 1 4 13 2 * ^ F, waarbij de oorsprong van het afbeeldingscoördinatenstelsel vastgehouden wordt, correspondeert de data die op de rastercoördinaten XZ, YZ moet worden weergegeven met die voor de positie Xl/F, Yl/F van de oorspronkelijke afbeeldingsdatamatrix. Als bijvoorbeeld XZ = 12, YZ = 36 5 en F = 1,25, dan moet een datamonster beschikbaar zijn voor weergave op de coördinaten XI = XZ/F = 12/1,25 = 9,6 Y1 = YZ/F = 36/1,25 = 28,8 10 waarin XZ, YZ de ingezoomde coördinaten zijn en XI, Y1 de corresponderende afbeeldingscoördinaten zijn. Omdat de oorspronkelijke data alleen beschikbaar is op de geheeltallige coördinaten moeten de datawaarde op de coördinaten 9,6; 28,8 worden berekend door interpolatie van de data 15 die beschikbaar is voor de vier dichtst bij xijnde geheeltallige waarden 9;28 9;29 10;28 10;29

Deze interpolatie kan uitgevoerd worden door software die de waar-20 den van het voor de weergave benodigde raster opnieuw berekent en deze opbergt op de corresponderende plaats in het beeldgeheugen.

De belangrijkste nadelen van het gebruik van software in het in-terpolatieproces zijn: a) het door software uitgevoerde interpolatieproces in een proces-25 sor (ook in een zeer snelle processor) is relatief traag. De responsie-tijd is niet acceptabel in interactief werkende stelsels, in het bijzonder wanneer de afbeeldingsafmetingen groot zijn (bijvoorbeeld 512 x 512) waardoor de tijd die benodigd is om de interpolatie te voltooien, sterk toeneemt; en 30 b) er is een extra geheugen nodig om zowel de oorspronkelijke af- beeldingsdata in zijn oorspronkelijke vorm en de geïnterpoleerde af-beeldingsdata in op te bergen. Dat geldt in het bijzonder wanneer een zoomtechniek met continu bewegende beelden moet worden gerealiseerd.

Het wordt derhalve op dit moment in toenemende mate als nadelig 35 ondervonden om procedures zoals een zoomfunctie te realiseren in software. Het zou veel wenselijker zijn om dergelijke procedures te realiseren met speciaal daartoe bestemde hardware. In het verleden was speciaal ontwikkelde hardware relatief kostbaar en bovendien was deze hardware zeker niet veelzijdig ook indien de hardware werd beschouwd 40 binnen het kader van zijn opgedragen taak. Derhalve werd in het verle- 8501413 «Γ % 3 den steeds meer software gebruikt. Op dit moment bestaat er bij grotere afbeeldingen en/of grotere weergeefmatrices een groeiende behoefte aan goedkope, op een speciaal doel toegesneden hardware, bijvoorbeeld voor een zoomfunctie in het kader van een interpolatietechniek.

5 Het is derhalve een doelstelling van de onderhavige uitvinding om hardware met een bepaald doel te verschaffen, te weten het realiseren van een interpolatie- en zoomfunctie of vergrotingsfunctie bij data die wordt bewerkt voor afbeeldingsdoeleinden.

Volgens de onderhavige uitvinding wordt een zoominterpolatorin-10 richting verschaft waarmee het mogelijk is cm een zoomfunctie uit te voeren op afbeeldingsdata, welke interpolatorinrichting voorzien is van: middelen voor het opbergen van afbeeldingsdata in geheugenelemen-ten met bepaalde X, Y posities in X- en Y-richtingen in een datageheu-15 gen, waarbij elk van de genoemde geheugenelementen behoort bij een bepaalde X, Y positie en een bepaalde afbeeldingsdatawaarde bevat, middelen voor het selecteren van afbeeldingdata-schaalfactoren voor geselecteerde X, Y posities teneinde de zoomfunctie te verkrijgen, 20 middelen voor het bepalen van interpolatiefactoren teneinde tus senliggende datawaarden tussen de reeds opgeborgen datawaarden te berekenen, middelen voor het berekenen van de genoemde tussenliggende datawaarden teneinde de genoemde selectieve zoomfunctie te verschaffen, en 25 middelen voor het overdragen van de genoemde tussenliggende data waarden naar de weergeefmiddelen voor het weergeven van de gezoomde afbeeldingen.

Volgens een kenmerk van de uitvinding kan de zoomfunctie in de X-en Y-richtingen worden gerealiseerd met verschillende schaalfactoren.

30 Nog een ander kenmerk van de uitvinding is de mogelijkheid om voor de schaalfactor een vergrotingsfactor dan wel een verkleiningsfactor te kiezen. Nog een ander kenmerk van de uitvinding maakt het mogelijk om een zoomfunctie te realiseren gebruikmakend van schaalfactoren die of-. wel gehele getallen ofwel niet gehele getallen zijn zowel voor vergro-35 ten als voor verkleinen.

De uitvinding zal beter worden begrepen na een beschrijving van voorkeursuitvoeringsvormen die geïllustreerd zijn in de bijgaande tekeningen.

Figuur 1 is een blokschema van een kenmerkend data-afbeeldings-40 stelsel.

$501413 « 4

Figuur 2 is een blokschema van het interpolatiegedeelte van het data-afbeeldingsstelsel van figuur 1.

Figuur 3 is een blokschema van een deel van het interpolatiegedeelte van figuur 2.

5 Figuur 4 illustreert de interpolatie die wordt gerealiseerd met het stelsel van figuur 2.

Figuur 1 toont een algemeen blokschema van een kenmerkend stelsel voor het weergeven van afbeeldingen. Het getoonde weergeefstelsel 11 omvat een centrale computer 12 voorzien van bijbehorende interactiemid-10 delen 13 voor de operateur. De interactie-eenheid 13 kan bestaan uit een toetsenbord, een systeem van aanraakelementen, een joy stick, schakelaars, en dergelijke. Het zal duidelijk zijn dat de uitvinding ruim genoeg is en ook geprogrammeerde sequenties omvat in plaats van of naast de voor de operateur bestemde interactiemiddelen.

15 Een data-ingangseenheid 14 verschaft de benodigde data. Deze een heid kan bestaan uit een CT-eenheid (ladingoverdracht-eenheid), een NMR-eenheid (kernspinresonantie-eenheid), een fluorescoop, een gammacamera of een willekeurige andere afbeeldingsbron zoals bijvoorbeeld ge-heugenmiddelen, d.w.z. geheugenschijven, banden, enz. De ingangsdata 20 wordt ofwel opgeborgen in het centrale geheugen 16 ofwel in het beeld-geheugen 17, ofwel in beiden. De data kan verder worden verwerkt voorafgaand aan de weergave ervan. Als deel van het rasterweergeefproces kan de data worden geïnterpoleerd door de zoominterpolator 18. De bewerking daarin vindt over het algemeen plaats onder besturing van een 25 afzonderlijke stuureenheid, getoond als de beeldstuureenheid 19 die ook het beeldgeheugen 17 bestuurt. Na de verwerking wordt de data in het algemeen overgedragen naar de monitorweergeefeenheid 21.

In overeenstemming met de onderhavige uitvinding worden hardware-middelen verschaft die bestemd zijn voor de zoom-functie en de interpo-30 latiebewerking. Meer in het bijzonder toont figuur 2 details van de zoominterpolator 18 uit figuur 1. In figuur 2 zijn een rij-interpolator 18a en een kolominterpolator 18b aangebracht voor het realiseren van de interpolatie. In figuur 2 zijn de kolommen aangeduid met Y, Y + 1... Y + n en de rijen zijn aangeduid met X, X + 1... X + n.

35 De stuureenheid 19 zendt de afbeeldingsdatawaarden van de eerste en tweede rij van het geheugen, d.w.z. de eerste rij en de eerste rij plus een, kolom voor kolom naar de interpolator. Als de interpolatie tussen de eerste rij en de tweede rij voor de eerste kolom is voltooid dan wordt de geïnterpoleerde data naar het register 22 gezonden. Als de 40 interpolatie tussen de eerste rij en de tweede rij is voltooid voor de $5 5?4 1 3 5 tweede kolom, dan wordt de geïnterpoleerde data voor deze kolom direct naar de kolominterpolator 18 gezonden voor kolominterpolatie. Terwijl de kolominterpolatie plaats vindt zorgt de stuureenheid 19 ervoor dat de rij-interpolator 18a gaat interpoleren tussen de eerste rij en de 5 tweede rij voor de derde kolom. De data resulterend uit de interpolatie tussen de eerste en tweede rij wordt dan toegevoerd aan het register 22 en de interpolatiedata tussen de eerste en tweede rij voor de derde kolom wordt direct toegevoerd aan de kolominterpolator 18b. Deze procedure gaat door totdat de interpolatie voltooid is voor alle data in de 10 eerste twee rijen. De procedure wordt vervolgens op dezelfde wijze voortgezet dat wil zeggen met data van de tweede en derde rij (X + 1 en X + 2) voor het interpoleren van de data tussen de tweede en derde rijen in alle kolommen. De procedure gaat op soortgelijke wijze verder totdat de interpolatie voor alle data voltooid is.

15 Figuur 3 toont details van beide interpolatie-eenheden 18a en 18b.

Er wordt op gewezen dat weliswaar in deze beschrijving wordt aangegeven dat eerst de rijen worden geïnterpoleerd en daarna de kolommen, maar dat binnen het kader van de uitvinding ook interpolatie in een andere volgorde kan worden uitgevoerd. Het is in feite zelfs mogelijk om alle 20 vier de aangrenzende punten tegelijkertijd te verwerken en ook dit ligt binnen het kader van de uitvinding.

Zoals getoond is in figuur 3 is een aftrekeenheid 26 aangebracht voor het aftrekken van de datawaarden van de geselecteerde lokaties teneinde verschilwaarden uit deze geselecteerde data te verkrijgen.

25 Middelen, zoals een vermenigvuldiger 27 zijn aangebracht voor het vermenigvuldigen van de uit de aftrekker 26 resulterende verschillen met een factor die ofwel wordt bepaald door de operateur ofwel afhankelijk is van een programmasequentie. De operateur bepaalt bijvoorbeeld hoever de gemeten datapunten uit elkaar moeten komen te liggen door een be-30 paalde zoomfactor F in te voeren. Het aantal geïnterpoleerde punten dat daarna zal worden gebruikt wordt dan automatisch geselecteerd tezamen met de tussenafstand tussen de geïnterpoleerde punten.

In figuur 4 is bij wijze van voorbeeld in de vorm van een getrokken lijn een reeks datawaarden PO tot en met P5 getoond uitgezet langs 35 de tijd-as. De geïnterpoleerde data zijn in de vorm van streepjeslijnen tussen de meetdata getoond. De zoominterpolator 18 bepaalt de waarde van de geïnterpoleerde data op die posities die bij de vereiste zoom-factor binnen een raster moeten worden weergegeven. In figuur 4 bepaalt bijvoorbeeld de zoomfactor dat er vijf schaaleenheden liggen tussen el-40 ke gemeten datawaarde terwijl er slechts twee schaaleenheden tussen de FS & 4 t & © 5t ? & :· Λ IQ ^ m v 6 geïnterpoleerde waarden met dienverstanden dat er een schaaleenheid aanwezig is tussen de eerste gemeten datawaarde en de eerste geïnterpoleerde waarde.

Deze kriteria resulteren in het feit dat de eerste factor voor de 5 eerste interpolatie, geleverd door de factoreenheid 28 gelijk is aan 0,2, welke factor in de vermenigvuldiger 27 wordt vermenigvuldigd met het verschil verkregen uit de eenheid 26. De factor die voor de tweede interpolatie wordt aangevoerd bedraagt 0,6.

Het product dat wordt afgegeven aan de uitgang van de eenheid 27 10 wordt dan opgeteld bij de data-ingangswaarde (Y) van de eenheid 26. Deze optelling wordt uitgevoerd in de opteller 29. De som die ontstaat aan de uitgang 29 wordt in een register 31 geplaatst voor overdracht naar de beeldstuureenheid 19.

In overeenstemming met het aan de hand van figuur 4 beschreven 15 voorbeeld gelden de volgende factoren voor interpolatie tussen: (1) de ingangswaarden P(0) en P(l), en (2) de ingangawaarden P(l) en P(2): (1) a) P(0) + 0,2xD(0) waarin: D(0) = P(l) - P(0) 20 b) P(0) + 0,6xD(0) c) P(0) + 1 x D(0) (2) d) P(l) + 0,4xD(l) waarin: D(0) * P(2) - P(l) e) P(l) + 0,8xD(1) 25

De factoren worden dus bepaald door de afstand op de horizontale as tussen de geïnterpoleerde waarde en elk van de omgevende gemeten data-waarden. De factoren zorgen ervoor dat met behulp van de geïnterpoleerde data een relatief geleidelijk verlopende curve wordt verkregen zoals 30 getoond is in figuur 4.

Als voorbeeld van de werking van het stelsel voert de operateur de gewenste vergrotingsfactor in, en de voor dit doel bestemde hardware voert de voor de zoomoperatie vereiste interpolatie uit. De voor de zoomfunctie toegepaste vergrotingsfactor wordt geleverd door een algo-35 ritme in de software van het stelsel. Bij wijze van voorbeeld kan de algoritme-zoomfactor in een voorkeursuitvoeringsvorm de volgende vorm hebben: F = m/n 40 % 5 0 1 4 1 -> 7 , > % waarin: m en n gehele getallen zijn. De waarde van n kan een willekeurige waarde zijn tussen 1 en 32 en de waarde van m is over het algemeen niet kleiner dan n en wordt bij voorkeur ingesteld op 32.

De eenheid kan worden gebruikt langs elke geselecteerde as of com-5 binatie van assen. Het systeem functioneert met de videosnelheid voor verschillende zoomfactoren op een betrouwbare wijze met een tot nu toe ongekende veelzijdigheid aan mogelijkheden.

De interpolatiefactor is tot op zekere hoogte afhankelijk van de vergrotingsfactor of zoomfactor. Voor vergrotingen met een waarde gro-10 ter dan twee kunnen bijvoorbeeld tenminste twee interpolatiewaarden toegevoegd worden. Voor grotere vergrotingswaarden zullen vijf of meer interpelatiewaarden toegevoegd moeten worden.

Alhoewel de uitvinding is beschreven aan de hand van voorkeursuitvoeringsvormen zal het duidelijk zijn dat deze voorkeursuitvoeringsvor-13 men slechts bij wijze van voorbeeld zijn gegeven en dat de uitvinding daartoe niet is beperkt.

3501413

Claims (14)

1. Met rasteraftasting werkend videoweergeefstelsel waarin de weergegeven afbeelding periodiek wordt ververst, welk stelsel omvat: - geheugenmiddelen voor het opbergen van afbeeldingsdata die nor-5 maal correspondeert met X, Y lokaties op het weergeefscherm, - zoommiddelen voor het inzoomen van een weergegeven afbeelding, - welke zoommiddelen voorzien zijn van middelen waarmee geselecteerde zoomfactoren kunnen worden toegepast, uitgedrukt als een verhouding van gehele getallen.

2. Stelsel volgens conclusie 1, waarin de zoommiddelen voorzien zijn van een interpolator die wordt bedreven gedurende de periodieke verversing van de genoemde weergegeven afbeeldingen teneinde de interpolatie tijdens de verversingscyclus uit te voeren terwijl de data naar de weergeefmonitor wordt getransporteerd.

3. Stelsel volgens conclusie 2, waarin de genoemde weergegeven af beelding raster voor raster wordt ververst.

4. Stelsel volgens conclusie 2 waarin de genoemde interpolator voorzien is van middelen voor het selecteren van de genoemde zoomfactor langs de X- of Y-as teneinde daarbij geselecteerde X- of Y-data te in- 20 terpoleren.

5. Stelsel volgens conclusie 2, waarin de interpolator voorzien is van middelen voor het selecteren van de zoomfactor langs zowel de X-als de Y-as teneinde daardoor rij- en kolomdata te interpoleren.

6. Stelsel volgens conclusie 5, waarin de zoomfactor langs de X-as 25 verschilt van de zoomfactor langs de Y-as.

7. Stelsel volgens conclusie 2, waarin de genoemde interpolator voorzien is van Y-interpolatormiddelen en middelen voor het leveren van een Y-data van elk van twee aangrenzende Y-lokaties voor elke X-lokatie aan de genoemde Y-interpolator voor interpolatie tussen de opvolgende

30 Y-lokaties voor elke X-lokatie teneinde de geïnterpoleerde Y-data te leveren.

8. Stelsel volgens conclusie 2, waarin de interpolatiemiddelen voorzien zijn van X-interpolatiemiddelen en middelen voor het leveren van X-data voor elke twee opeenvolgende X-lokaties bij elke Y-lokatie 35 met de genoemde X-interpolator voor interpolatie tussen de opeenvolgende X-lokaties voor elke Y-lokatie teneinde geïnterpoleerde X-data te leveren.

9. Stelsel volgens conclusie 7, waarin elke interpolator voorzien is van middelen voor het verder interpoleren van opeenvolgende X-data 40 bij de genoemde geïnterpoleerde Y-data teneinde voor de zoomfunctie ge- 55 0 1 4 1 3 Interpoleerde data te verschaffen.

10. Stelsel volgens conclusie 8, waarin de genoemde Interpolator voorzien is van middelen voor het verder interpoleren van opeenvolgende Y-data bij de genoemde geïnterpoleerde X-data teneinde voor de zoomr 5 functie geïnterpoleerde data te verschaffen.

11. Stelsel volgens conclusie 1 waarin de genoemde zoommiddelen voorzien zijn van middelen voor het interpoleren tussen telkens vier aangrenzende datawaarden in een X, Y-matrixvorm.

12. Stelsel volgens conclusie 11 waarin middelen aanwezig zijn 10 voor het aftrekken van elke datawaarde van een voorafgaande aangrenzen** de waarde, - middelen voor het vermenigvuldigen van de verschilwaarden met een zoomfactor, - middelen voor het optellen van het product bij de genoemde vooraf-15 gaande waarden, en - middelen voor het registreren van de som voor verdere verwerking.

13. Stelsel volgens conclusie 12, waarin middelen aanwezig zijn voor het toevoeren van de genoemde zoomfactor.

14. Zoominterpolator waarmee het mogelijk is om een selectieve 20 zoomfunctie uit te voeren op afbeeldingsdata langs een gekozen as, voorzien van middelen voor het opbergen van datawaarden in geheugenele-menten teneinde een positie en een waarde te verschaffen voor elk van de genoemde elementen, middelen voor het selecteren van een waarde-veranderende factor langs 25 een bepaalde as teneinde de zoomfunctie te verkrijgen, en middelen die gebruik maken van een interpolatiefactor voor het berekenen van tussenliggende datawaarden en lokaties teneinde een selectieve zoomfunctie te realiseren. ******** 8501413