DE2609648A1

DE2609648A1 - Vorrichtung zur digitalen erfassung und/oder speicherung von auf einer ebenen vorlage befindlichen analogen informationen wie punkten, linien oder anderer beliebiger graphischer gebilde

Info

Publication number: DE2609648A1
Application number: DE19762609648
Authority: DE
Inventors: Otto Dr Hofmann
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1976-03-09
Filing date: 1976-03-09
Publication date: 1977-09-15
Also published as: FR2344076A1; GB1578166A; NL7701995A; IT1077660B; FR2344076B3; CH610124A5

Description

Vorrichtung zur digitalen hr±asr.ung uru./oder Speicherung von auf einer ebenen Vorlvjfc beiindlicricn anolo-jcr. Iniormatioiien vjie tunkten, Linien oder ancerer beliebiger graphischer Gebilde

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur digitalen Erfasnun^ υικ'/odcr 5'Peicherunc von ciuf einer ebenen Vorl.icje belindlicl.en e.nr'.lo'jcn InioriiotIonen wie Punkten, Linien oder anderer neliebijcr graphischer Gebilde. v.-o;)c-i die von dti im Au₁.- oder D\irchlichtveri:ihren beschienenen Vorlaqe reflektierten bsw. diene pasrierciide Licl:tri'jn:jIe über eine O: tik 'Ui eine Fotorensorzcilc in Ilen, nit bev.e jlichem .-.Xiinaiiitieti: ch ocer be- \/cglic>ic.r uirijhr.eor toelektronik für das Abtasten eier Vorlage iii diskreten Bildelementen.

LO Sollen graphische Gebilde der Verarbeitung in einer EDV-Anlage -~uglinclich gemacht werden, co sind die analogen Informa tionen eines Südes, einer <^ichnung u.-li. unter Verwendung

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von elektronischen Erfassungsgeräten wie z.B. Abtastgriffeln, Vidikons, Fotozeilen u.a. direkt in digitale Signale umzuwandeln. Diese digitalen Signale können sofort verarbeitet oder aber auch auf einem Magnetband o.a. gespeichert werden.

Die Entwicklung sehr kleiner und effektiver Fotosensorzeilen erlaubt es, solche zu digitalisierende analoge Vorlagen nach Art eines Bildpunktrasters aufzunehmen und die aus der analogen graphischen Information resultierende optische Information in elektrische Signale umzusetzen. Zu diesem Zweck wird im allgemeinen die Vorlage von einer Lichtquelle angestrahlt oder, bei transparenter Vorlage von hinten durchleuchtet, wobei das reflektierte oder das die Vorlage passierende Licht über eine Optik auf eine Fotosensorzeile fällt, vgl.

DT-OS 2 455 973.

Bekannte Fotosensorzeilen enthalten in einer Linie von z.B. 12,5 mm Länge 500 und mehr Diodenzellen und ermöglichen daher eine hohe Auflösung. (Solche Fotosensorzeilen sind beispielsweise von der Firma Fairchild Seniiconducteur Corporation of van Nies, Calif., USA erhältlich).

Da eine Rekonstruktion bzw. Verarbeitung der Vorlage nur aus der geordneten und entsprechend gekennzeichneten Punktmenge heraus möglich ist, also erst die Lagezuordnung jedes Bildpunktes innerhalb der analogen Vorlage das digitale Signal hinreichend kennzeichnet, ist es für die Funktionsfähigkeit solcher Vorrichtungen entscheidend, da 1 mit jedem zu registrierenden Bildpunkt eine eindeutige, den geometrischen Ort des Punktes auf der Vorlage unverwechselbar kennzeichnende digitale Information mit in die EDV-Anlage bzw. der Datenträgeranlage eingegeben wird. Bei ebenen geometrischen Ge-

im Druck wegzulassen

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bilden geschieht das normalerweise dadurch, daß man die Koordinaten in X- und Y-kichtung zusammen mit dem zugehörigen Lichtpunkt digitalisiert und auf einem Magnetband u.dgl. registriert.

Aus der DT-AS 2 357 569 ist es bekannt, daß eine solche Vorlage mit einem manuell geführten, elektrischen Abtastgritfel abgetastet wird und daß die Entfernung der Griffelspitze von in den Vorlagetisch in X- und Y-Richtung verlegten elektrischen Leitern als elektrisches Signal, welches eine eindeutige Information über den geometrischen Ort an dem sich die

Griffelspitze befindet, liefert, der Speichereinrichtung zu-. geführt wird.

Die Verwendung von hochintegrierten Halbleiter-Fotosensorzeilen zur Abfrage der graphischen Information einer Vorlage macht es möglich, analoge Datenträger, die eine große Zahl von graphischen Informationen enthalten, wie z.B. Höhenschichtlinienkarten, Werkzeichnungen aller nrt usw. mit großer Präzision und unter erträglichem Zeitciulwand zu digitalisieren und damit auf wirtschaftliche Weise einer EDV-Anlage zur Verarbeitung zuführbar zu machen. Der Zeitaufwand für die Digitalisierung einer im Maßstab von 1 : 5000 vorliegenden Höhenschicht-Linienkcirte beträgt ca. 200 bis 400 Stunden, wenn das Verfahren mit dem Abtastgriffel Verwendung findet, aber nur einen Bruchteil dieser Zeit, wenn automatische optoelektronisehe Vorrichtungen eingesetzt werden.

Entfällt somit der von einem Operateur zu bedienende Abtastgriffel als Erfassungsorgan im Interesse einer wirtschaftlichen und genaueren Methode zugunsten automatischer optoelektronischer Verfahren, so kann das in der DT-AS 2 357 569 beschriebene Verfahren zur Bestimmung des geometrischen Ortes einer graphischen Information nicht verwendet werden.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schäften, welche es erlaubt, aui eini'iche Art und Weise axe Koordinaten e-iner graphischen Information gleichzeitig mit deir. dazugehörigen, die Imorrr.ation cerstt !lender. Lichtsignal zu digitalisieren, um die dadurch gev/onnene digitale Information einer Speichereinrichtung oder einer kechonanlage zufinrbar zu uuichen.

Liese Aufgabe ist gemäß der Erfindung dadurcn gelöst, daß ein Y-In.puls geber rr.iL ciritr Y-Vorscraibeinrichtun·-.: des Aulnahme-

"0 tiscriGS oder aor Auf nähnoo; toc-li-ktroiilk jOko;;>"lt i: L, welcher "ibc.r einen Y-Imr ulszUhler einen jt--irtir-.t.uls χ "ir ale serielle Austastung einer in X-Rici.tung liegenden iOtoBonsorzeile mi ceren .-uir tt-uerun-jrelektronik abgibt uno gleichzeitig den Y-I;npulszählcr hochzählt, ca5 sowor.i oer «.usgang des Y-

Ib I: ip-ulr.i'.illilori; .:l5 auc!. 'Aec Ausging eir.es die analooen Signale eines j ecen Biiupunktes der ι OLOicr^oi-L.cilo In eit, clgitales iiort wc-.riaeluden Ani-.loj-Liijital-W.iridlerr; mit den Eingängen einer Multiplexers verbunden sind, an üessen Ausgang die digitalen Bildpunktsigruilc und cie zugeordneten Y-Kooroinaten der Bildzeilen abnehmbar sine, und daß cie X-Koorcini.ten der einzelnen Bildnunkte innerhalb einer Zeile durch ihre laufende i unktnuiiiiner aus tier Y-rCoorc.iiiü te bes timi-ibcir l.xhC.

Bei breiteren Vorlagen reicht die Abtastung der Vorlage mit nur einem Steifen, aessen Breite aer Bilczeiienlänge ent- 5 spricht, nici.t aus. Um eine breitere Vorlage in mehreren, ohne Zwxscherir-:Ur.· anschlieuiinden Streifen aufnehmen zu können, ist uer Auxnahmetifach oder die Au^nahmeoptoelektronik auch in X-kichtung verstellbar. Um daher auch in X-Richtüng eine eindeutige Koordinatenzuordnung zu erhalten, sieht eine weitere Ausführungsforu\ der Erfindung vor, daß mit einer

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Vorschubeinrichtung des Aufnahmetischen oder der Aufnahmeoptoelektronik in X-Richtung ein Impulsgeber gekoppelt ist, der mit jeder beginnenden Streifennusstattung ein der laufenden Nummer des Streifens entsprechendes Digitalzählwort in einem X-Streifenzähler erzeugt, welches ebenfalls am Ausgang des Multiplexers abnehmbar ist.

Eine weitere Ausiührungsform der Erfindung sieht vor, daß zwischen Multiplexer und Magnetbandgerät/Verarbeitungsanlage ein der anpassung an die Aufnahmegeschwindigkeit des Magnet-Ό bandes o.a. Datenträgers dienender Wechselspeicher geschaltet ist.

Grundsätzlich reicht es aus, in X-Richtung lediglich die Streuen einzeln zu kennzeichnen. Lriindungsgemäß kann aber auch jede Bildzeile mit der Y-Koordinate und der X-Streifennummer gekennzeichnet werden. Damit bleibt das Bildzeilenformat für die gesamte Abtastung konstant.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile sind darin zu sehen, daß beliebig große Flächen lediglich durch Veränderung der Streifenlänge und der Streifenzahl mit ε-tets gleichbleibender Kasterauflösung und mit automatischer Koordinatenzuordnung sämtlicher Rasterbildpunkte in kürzester Zeit erfaßbar sind.

Im folgenden ist anhand des in den Fijuren dargestellten Ausführungsbeispiels der Aufbau der eriincungsgemäßen Vorrichtung näher erläutert. Ls zeigen:

Figur 1 den optisch-mechanischen Aufbau; Figur 2 ein Block-Diagramm der Elektronik;

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Figur 3 ein Beispiel £ür die Aufnahme der digitalisierten Signale und deren Kennung auf einem Magnetband;

Figur 4 ein Beispiel für ein Austastungsmuster einer Vorlage.

Figur 1 zeigt den optisch-mechanischen Aufbau einer Vorrichtung der erfindungsgemäßen Art. Es wird ein Beispiel aufgezeigt mit einer in X- und Y-Richtung beweglichen Fotosensorzeile 9 und zugeordneten Optik .0.

Der Vorschub des Aufnähmetisches .3 oder der Aufnahmeoptoelek-.0 tronik 9,'O₁ wobei es für die Erfindung keinen Unterschied ausmacht, welches der beiden Organe beweglich ausgebildet wird, geschieht im Beispiel über Spindeln 2 und 6. Als Träger-bzw. Führungsbahnen dienen Achsen 7,8. Die Spindeln werden direkt oder über Getriebe von Motoren 1 und 4 gedreht und dabei von Impulsgebern 3 und 5 kontrolliert.

Eine Vorlage 12 beliebiger graphischer Art, wie z.B. eine Höhenschichtlinienkarte, Werkzeichnung usw. wird auf einen Aufnahmetisch ?3 aufgespannt. Von Lichtquellen 11 oder 14, die sowohl hinter als auch vor dem Aufnahmetisch Jingeordnet sind, wird die Vorlage beleuchtet. Bei transparenten Vorlagen wird das Durchlichtverfahren angewendet, so daß die hinter der Vorlage befindliche Lichtquelle 14 eingeschaltet ist, während bei anderen Vorlagen das Auflicht 11 benutzt wird.

Die von der Vorlage 12 reflektierten bzw. diese passierenden Lichtsignale fallen über eine Optik 10 auf eine Fotosensorzeile 9. Typischerweise ist diese Optoelektronik so ausgelegt, daß ein Vorlagenstreifen von ca. 50 mm Länge optisch auf die Länge der Fotosensorzeile 9 von ca. 12,5 mm reduziert wird. Eine heute handelsübliche Fotosensorzeile besteht aus

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500 separaten Linzelzellen mit einer Ausdehnung von etwa 25 u χ 21 u, jede Sensorseile erfaßt folglich in; Ausiührungsbeispiel eine Vorlugei 1 Liehe vo:i 0,1 χ C,' n\v.\.

Selbstverständlich kann die Cf toelcktronik auch so auscjelegt werden, daß eine :'ic.-ihc:\- oder auch Liockschaltung aus im Prinzip beliebig vielen Fotosensorzeilen 9 nit entsprechend ausgelegter Ontik 10 verwendet wird.

Die Fotosensorzeile 9 wird, ausgelöst aber eine erntrile Steuerxing/Regelung 19 und eine Ansteuerungselektronik 7, Figur 2 zeigt das Block-üiagranm für die Vorrichtung nach Fig. j, seriell ausgetastet, so daß ein Videosignal erzeugt wird, welcher, aus diskreten Signalen entsprechend der Anzahl der Fotozellen in einer Fotosensorzeile 9 besteht und deren Größe der Helligkeit des betreuenden Bildpunktes entspricht. Lin Bildsignalverstärker ".5 dient der Verstärkung der von cer Fotosensorzeile 9 ausgetasteten Videosignale, 'burch eine Halte- und Speicherschaltung ";6 v/erden diese Signalwerte etwa für die Dauer einer Bildpunktperiode auf konstanter Höhe gehaltein, so daß sie während dieser Zeit ^von einen ivnalog-Diqital-VJandler 13 in ein beispielsweise O-bit-Worte digitalisiert werden können. Für jeden Bildpunkt entsteht daher ein B-bit-Vv'ort, welches über einen Multiplexer 23 parallel an einen schnellen vjechselzwischenspeicher 24,25 gegeben wird. Während i'.D. der Zwischenspeicher 24 für eine bestimmte Zeit den Bit-Strom speichert, gibt der Zwischenspeicher 25 seine Signale in der einem Hagnetband 26 angepaßten Geschwindigkeit ab. Die abwechselnd geschalteten Zwischenspeicher 24,25 dienen mithin der Anpassung der Fotosensoraustastung an die Registriergeschwindigkeit des Magnetbandes 26.

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Nach der manuell vorzunehmenden Einschaltung der Vorrichtung wird über die zentrale Steuerung/Regelung 13 von einem Y-Impulszähler 20 jeweils der Startimpuls für die Auslesung einer Bildzeile über die zentrale Steuerung/Regelung 19 an die Ansteuerungselektronik 17 gegeben und damit die serielle Fotosensorzeilenaustastung gestartet. Die serielle Bildpunkt-Austastfreguenz für die Fotosensorzeile 9 ist unabhängig von der von der Y-Fahrgeschwincigkeit abhängigen Zeilenfrequenz. Sie muß dabei so bemessen sein, daß vor dem neuen Zeilenstart die Auslesung einer Zeile beendet ist. Der Impulsgeber 5 beaufschlagt den !'-Impulszähler 20 und ordnet damit jeder Zeile ihre Y-Koordinate zu. Eine besondere X-Koordinatenkennzeichnung eines jeden Bildpunktes innerhalb einer Zeile erübrigt sich, da sich diese X-Koordinate durch die laufenden BiIdpunktnumrnern innerhalb einer Zeile von selbst ergibt und dementsprechend im Rechner den Speicherplatz zugewiesen erhält.

Der Y-Impulszähler 20 kann so abgefragt werden, daß nach jeder ausgetasteten Zeile ein die Koordinate markierendes Digital-Wort dem Datenträger mitgeteilt wird oder aber daß nach jeweils mehreren beispielsweise vier Zeilen, die dann einen Block bilden, ein Signal entsprechendes Wort dem Datenträger mitgeteilt wird.

Für die Abtastung einer Vorlage in mehreren Streifen ist vorgesehen, daß ein zweites Führungs- und Antriebssystem nach Art des ersten Systems den Aufnahnietisch 13 bzw. die Aufnahmeoptoelektronik 9,10 in X-Richtung beweglich hält. Am Ende eines jeden Streifens wird die Bandaufzeichnung durch die manuell in der zentralen Steuerung/Regelung 19 vorprogrammierte Streifenlänge automatisch gestoppt und im Schnellgang in Y-Richtung der Streifenanfang angefahren. Gleichzeitig damit wird der Auf nahnietisch bzw. die Optoelektronik ebenfalls

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ausgelöst durch die zentrale Steuerung/Regelung 19 in X-Richtung um die Breite des ausgetasteten Streifens, z.B. 50 mm bewegt. Die Abtastung des zweiten und jeden weiteren Streifens in der gleichen Richtung wie der erste Streifen wird genau in der gleichen Weise vorgenommen. Durch Hinzufügung eines Impulsgebers 3 an der X-Achse wird vor der Austastung jedes neuen Streifens ein X-Streifenzähler 71 durch einen Impuls un Lins erhöht und diese Zahl über den Multiplexer registriert, so daß eine eindeutige Zuordnung in der X-Koordinate möglich ist. Ebenfalls über den Multiplexer kann eine Kennung durch eine Kennzifferneinstellung 22 auf das Magnetband zur Identifizierung der Vorlage gegeben werden. Vom manuell in der zentralen Steuerung/Regelung 19 vorprogrammierten Ende der Bildstreifen führt die Abtasteinrichti mg automatisch stets wieder an den Anfangspunkt in Y-Richtung zurück, während in X-Richtung ein Versatz um die Streiionbreite r.tattiindet.

Die digitalisierten Videosignale haben entsprechend der Schwärzung der Bildpunkte eine bestimmte öröße, die im Beispiel maximal 256 Stufen (<3 bit) umfaßt. Das gespeicherte Signal enthalt mithin den gesamten Schwärzungsumfang der Vorlage. Durch hinführen eines Schwellwertes im hier nicht dargestellten Rechner kann im Falle der Aufnahme und Auswertung von Schwarzweiß-Zeichnungen willkürlich definiert werden, was als schwarz und was als weiß gelten soll.

Für die Aufnahme farbiger Vorlagen können Filter in den optischen Strahlengang eingesetzt werden, die jeweils nur einen Spektralbereich durchlassen. Von farbigen Vorlagen muß daher iür jede gewünschte Farbe mit dem entsprechenden Filter eine besondere Austastung vorgenommen werden.

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In Figur 3 ist ein Aufnahmebeispiel auf einem Magnetband dargestellt, bei dem je vier Zeilen zu einem Block zusammengefaßt sind und gemeinsam gekennzeichnet werden. Jede einzelne Information wird in einem 8-bit-Wort dargestellt und aufgenomraen. Die Großbuchstaben A bis J kennzeichnen die einzelnen Magnetbandspuren. Ein Datenblock umfaßt von oben nach unten die Kennung k der Vorlage, die laufende Nummer L des auszutastenden Streifens, die Blocknummer M₁ wobei hier ein Block aus je vier Zeilen besteht, dann folgen die ersten 500 BiIdpunkte der ersten Zeile, dann die nächsten 500 Bildpunkte der zweiten Zeile, dann die nächsten 500 Bildpunkte der zweiten Zeile usw. bis einschließlich zur vierten Zeile. Vor jedem neuen Block M werden jeweils wieder die Daten für Kennung, Streifennummer und Blocknummer aufgenommen, so daß eine unverwechselbare Zuordnung auf dem Magnetband registriert wird.

Figur 4 zeigt ein Beispiel für ein Raster mit dem die Vorlage überdeckt wird. Aufnahmeoptik 10 und Fotosensorzeile 9 und Y-Impulsgeber 5 sind so aufeinander abgestimmt, daß eine Bild-· punkt-Rastergröße von 0,1 mm erzeugt wird. Wie bereits geschildert, wird die Vorlage in Streifen von 500mm Breite abgetastet. Daraus ergibt sich, daß z.B. eine Vorlage der Größe 0,5 χ 0,5 m mit einem Raster von ca. 25 χ 10 Einzelbildpunkten überzogen wird.

Sind alle Zeilen eines Streifens S 1 ausgetastet, so wird, wie beschrieben, der nächste Streifen S 2 angefahren und vom Impulsgeber an der Antriebsspindel für den X-Vorschub ein entsprechender Impuls für die Kennzeichnung der laufenden Nummer des neuen Streifens erzeugt und registriert usf. bis zu Streifen S 10.

Patentansprüche: 709837/0196'

Lee rse γf e

Claims

Patentansprüche

Vorrichtung zur digitalen Erfasrun-j und/oder Speicherung von aui einer ebenen Vorlage befindlichen analogen Informationen wie Punkten, Linien oder anderer beliebiger graphischer Gebilde, wobei die von der im Auf- oder Durchlichtverfahren beschienenen Vorlage reflektieren bzw. diese passierenden Lichtsignale über eine Optik auf eine Fotosensorzeile fallen, mit einen, beweglichen Aufnahme— tisch oder beweglicher Aufnaliineoptoelektronik für das Abtasten cer Vorlage in diskreten Bildelementen, dadurch

gekennzeichnet

cufi ein Y-Impulsgeber (5)

mit einer Y-Vorrchubeinrichtung (C₁H) des Aufnahrr.etisdEs (!3) oder der Aufnahn.eoptoelektronik (9,"O) gekoppelt ist, welcher über einen Y-Irnpuls zähler (20) einen St srtimpuls für die serielle Austastung einer in X-Richtung liegenden rotosensorzeile (9) an deren Ansteuerungselektronik ('7) abgibt und gleichzeitig den Y-Ir. pulszähler (2C) hochwählt, da3 sowohl der Ausgang des Y-Impulszählers (20) eis auch der Ausgang eines die analogen Signale eines jeden Bildpunktes der Fotosensorzeile (9) in ein digitales 'Wort wandelnden Analog-Digital-Wandlers (Ib) mit den Eingängen eines Multiplexers (23) verbunden sind, an dessen Ausgang die digitalen Bildpunktsignale und die zugeordneten Y-Koordinaten der Bildzeilen abnehmbar sind, und daß die X-Koordinaten der einzelnen Bildpunkte innerhalb einer Zeile durch ihre laufende Punktnummer aus der Y-Koordinate bestimmbar sind.

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2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß mit einer Vorschubeinrichtung ( , 2) des Aufnahmetisches (".3) oder der Aufnahmeoptoelektronik (9,'O) in X-Richtung ein Impulsgeber (3) gekoppelt ist, der mit jeder beginnender! Streif er.austastung ein der laufenden Nummer des Streifens entsprechendes Digitalzählwort in einem X-Streifenzähler (21) erzeugt, welches ebenfalls am Ausgang des Multiplexers (23) abnehmbar ist.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daf3 zwischen Multiplexer (23) und Magnetbandgerät/Verarbeitungsanlage (26) ein der Anpassung an die Aufnahmegeschwindigkeit eines Magnetbandes/Datenträgers dienender Wechselspeicher (24, 25) geschaltet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß jede Bildzeile gleichzeitig mit der Y-Koordinate und mit der X-Streifennummer gekennzeichnet wird.

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