DE2659427A1 - Verfahren und vorrichtung zum linearen filtern von zweidimensionalen signalen - Google Patents

Description

N.V. Optische Industrie "De Oude DeIft"
Van Miereveltlaan 9, DeIft, Niederlande

Verfahren und Vorrichtung zum linearen Filtern von zweidimensionalen Signalen.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum linearen Filtern von zweidimensionalen Signalen.

Es ist bekannt, dass ein Bild einem zweidimensionalen Signal entspricht. Oft ist es von Belang, erhaltene Bildinforraation eine Filterbearbeitung erfahren lassen zu können, um in dem Bild vorhandene Verzerrungen, die z.B. Unscharfe verursachen, zu entfernen, oder um vorher schon eine Kompensation für später noch auftretende Verzerrungen herbeizuführen. Auf diese Weise ist est möglich, die Bildschärfe von z.B. Raumfalirtlichtbildern, astronomischen Aufnahmen, Radarbildern usw. zu vergrössem.

In verschiedenen Laboratorien wurde bereits versucht, zweidimensionale Filterung zu realisieren, wobei dann von (Laser-)lichtbeugung Gebrauch gemacht wurde. Ein solches Verfahren bringt jedoch viele Schwierigkeiten mit sich, die einer praktischen Anwendung im Wege stehen.

Gemäss einem anderen Verfahren zum zweidimensionalen Filtern wird das Bild in eine Anzahl Bildpunkte zerlegt, deren Angaben in einen elektronischen

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Speicher eingespeichert werden, wonach mit Hilfe eines Computers durch Kombination der eingespeicherten Angaben ein gefiltertes Bild zusammengesetzt wird. Es ist ein Nachteil dieses Verfahrens, dass man eine grosse Speicherkapazität braucht und dass es verhältnismässig lange dauert, bis das Resultat zur Verfügung steht.

Die Erfindung bezweckt, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, wobei die obengenannten Nachteile nicht auftreten.

Dazu wird erfindungsgemäss ein Verfahren der vorbeschriebenen Art dadurch gekennzeichnet, dass das zu filternde Signal einem bildformenden Organ zugeführt wird und darin zum Herbeiführen einer Abtastbewegung abgelenkt wird längs wenigstens einer Maske, in der eine gewünschte korrigierende Filterfunktion in Form eines spezifischen Transmissionsverlaufe festgelegt ist; und dass das durch die Maske durchgelassene Licht detektiert wird mittels wenigstens eines hinter der Maske angeordneten Lichtdetektors, dessen Ausgangssignal eine Repräsentation des gefilterten zweidimensionalen Signals als Funktion der Zeit ist.

Im Nachfolgenden wird die Erfindung unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen darin:

Fig. 1 schematisch eine die Erfindung verkörpernde Vorrichtung;

Fig. 2 eine spezielle Form einer MaskentransmissicnsEunktion mit zugeordneten positiven und negativen Maskenteilen;

Fig. 3 eine besondere Ausführungsform eines Bündelspalters.

Fig. 1 zeigt ein Objekt, das ein Gegenstand oder ein Bild sein kann und das über, ein optisches System 2 auf der Kathode eines Helligkeitsverstärkers 3 abgebildet wird. Der Helligkeitsverstärker formt auf der Anodenseite ein Bild 1·.

Der Helligkeitsverstärker 3 weist Ablenkspulen 4 auf, die derart erregt werden, dass das Bild I¹ über die Anode bewegt. Es ist deutlich, dass die

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Nachleuchtzeit des Phosphors der Anode so kurz sein muss, dass die aufeinanderfolgenden Bildpunkthelligkeiten sich nicht oder kaum beeinflussen. Mit Vorteil kann ein Ablenkraster benutzt werden, wie in der Fernsehtechnik angewendet, so dass das endgültige Resultat unmittelbar auf einem Fernsehmonitor wiedergegeben werden kann.

Dem Helligkeitsverstärker 3 folgt ein schematisch v/iedergegebenes optisches System 5, das das bewegende Anodenbild auf Masken 6 und 6¹ projizieren kann, welche die gewünschte, korrigierende Filterung verursachen. Die gesamten Translationen des Bildes sind mindestens ebenso gross wie die volle Bildhöhe bzw. Bildbreite, so dass jedes Bildelement den wirksamen Teil der Maske ganz passiert. Das durch das optische System 5 verschaffte Bild schwenkt daher gleichsam über die Maske, so dass alle Bildpunkte abgetastet werden.

Die Maske kann in bekannter Weise, z.B. photographisch, hergestellt werden und enthält eine solche Funktion, dass die gewünschte Filterung erhalten wird. Die Form der Filterfunktion und folglich der Transmissionsverlauf der Maske hängt von der Art der 2.u beseitigenden Verzerrung ab. Wenn es gewünscht is, dass die Maskentransmissionsfunktion auch negative Teile enthält, ist es notwendig, für die negativen Teile eine zweite Maske anzuwenden. Der positive Teil kann in üblicher Weise realisiert werden. Der negative Teil der Transmissionsfunktion wird gegenüber der NulLachse gespiegelt und diese gespiegelte Funktion kann nun ebenfalls in üblicher Weise realisiert werden.

Um das abgelenkte Bild gleichzeitig auf den erhaltenen zwei Masken abbilden zu können, wird ein Bildspalter 7 angewendet, der zwischen dem Helligkeitsverstärker und den Masken angeordnet ist. Hinter jeder Maske ist ein Lichtdetektor in Form einer Photomultxplizierröhre 8, 8¹ angeordnet, um das durch die Masken durchgelassene Licht zu detektieren.

Die auf diese Weise aus den Lichtdetektoren 8, 8' erhaltenen Ausgangssignale werden elektronisch voneinander gezogen,, so dass ein endgültiges Resultat entsteht, das einem Bild entspricht, das mittels einer Maske mit sowohl positiven als auch negativen Teilen gefiltert ist.

Bei Abtastung nach einem Fernsehbildraster kann das erhaltene Ausgangssignal auf

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einem Fernsehmonitor 10 wiedergegeben werden, der das gewünschte gefilterte zweidimensionale Signal als eine zweidimensionale Helligkeitsverteilung wiedergibt.

Anwendung des optischen Systems 5 ist nicht durchaus notwendig, wird aber empfohlen, weil dann grosse handliche Masken verwendet werden können. Bei Anwendung eines oder mehrerer Bündelspalter ist ein solches optisches System jedoch notwendig. Das optische System 5 kann aus einem vorzugsweise lichtstarken Mikroskopobjektiv bestehen.

Zum Erreichen eines günstigen Signal—Schallverhältnis ist im Helligkeitsverstärker ein verhältnismässig grosser Röhrenstrom erforderlich. Dieser Röhrenstrom könnte vermindert werden, wenn ausschliesslich diejenigen Bildteile beleuchtet werden wurden, die momentan dem signifikanten Maskenteil entsprechen. Dazu kann, wenn das zweidimensionale Signal in Form eines Transparentes zur Verfügung steht, eine Projektionsröhre 11 (Fig. 1) verwendet werden, deren Lichtfleck das Transparent durchleuchtet. Der Lichtfleck wird dabei derart über die Kathode des Hellig/keitsverstärkers bewegt, dass der Lichtfleck, nachdem er nochmals von den Ablenkspulen 4 abgelenkt ist, fortwährend den wirksamen Teil der Maske vollständig umfasst.

Bei einem beleuchteten Teil des Kathodenbildes 12 von z.B. 10% der Bildhöhe und 10% der Bildbreite wird dann eine hundertfache Reduktion des Röhrenstromes im Helligkeitsverstärker bei demselben Signal-Schallverhältnis erzielt.

Eine andere Möglichkeit, bei der eine geringere Reduktion des Röhrenstroms erhalten wird, ist die, bei der über einen Spalt nur ein Streifen des Gegenstandes beleuchtet wird. Der Spalt wird synchron mit z.B. der vertikalen Ablenkung verschoben. Dazu kann ein mechanisches System benutzt werden.

Im Vorstehenden ist davon ausgegangen, dass ein zweidimensionales Signal in Form eines photographischen Bildes dem System angeboten, wurde. Es ist jedoch auch möglich, ein Fernsehbild anzubieten. Dieses Fernsehbild kann mit der Abtastung im System synchronisiert sein-. Die Nachleuchtzeit des Fernsehschirmes muss so lang sein, dass der nachleuchtende Teil des Bildes min-

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destens den signifikanten Maskenteil umfasst.

In einem besonderen Fall der Maskentransmissionsfunktion 20 (Fig. 2) hat diese beispielsweise nur eine geschlossene Schneidlinie 23 mit der Nullebene. In diesem Fall können der Bündelspalter und die positive und die negative Maske in eleganter Weise kombiniert werden.

Die Figur 3 zeigt dazu zwei eingangsseitig konzentrische Lichtleiter 30 und 31, zwischen denen kein Lichtaustausch möglich ist, und von denen die innern mit Abstand von der Eingangsfläche die Aussenwand der äusseren schneiden. Der Lichtleiter 30 kann beispielsweise aus einem Perspexstab bestehen, der eine Bohrung aufweist, die den Lichtleiter 31 enthält, der beispielsweise aus einem Bündel optischer Fasern oder auch einem Perspexstab bestehen kann.

Auf der Eingangsfläche des äusseren Lichtleiters 30 ist eine Maske angeordnet, welche die eine Polarität repräsentiert. Die Eingangsfläche des inneren Lichtleiters 31 enthält die Maske für die andere Polarität. Die Ausgänge beider Lichtleiter sind wieder je mit einem Lichtdetektor gekoppelt.

Es ist klar, dass gemäss dem obenbeschriebenen Prinzip auch mehr als zwei Lichtleiter kombiniert werden können, die auf der Eingangsseite in eine einzige Ebene münden.

Die Erfindung kann zur Bildschärfenverbesserung von z.B. Raumfahrtlichtbildern, Luftaufnahmen, astronomischen Aufnahmeradarbildern usw. angewendet werden.

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Claims (8)

ANSPRUECHE

1. Verfahren zum linearen Filtern von räumlich zweidimensionalen Signalen, dadurch gekennzeichnet, dass das zu filternde Signal einem bildformenden Organ zugeführt wird und darin zum Herbeiführen einer Abtastbewegung abgelenkt wird längs wenigstens einer Maske, in der eine gewünschte, korrigierende Filterfunktion in Form eines spezifischen Transmissionsverlaufs festgelegt ist; und dass das durch die Maske durchgelassene Licht detektiert wird mittels wenigstens eines hinter der Maske angeordneten Lichtdetektors, dessen Ausgangssignal eine Repräsentation des gefilterten zweidimensionalen Signals als Funktion der Zeit ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das in dem bildformenden Organ abgelenkte Bild über ein optisches System und einen Bündelspalter auf zwei Masken projiziert wird, von denen die eine den positiven Teil der gewünschten Filterfunktion enthält und der andere den negativen Teil; und dass die Ausgangssignale der den einschlägigen Masken zugeordneten Lichtdetektoren voneinander abgezogen werden.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtastbewegung des Bildes entsprechend einem Fernsehbildraster erfolgt und dass das Resultat auf einem Fernsehmonitor wiedergegeben wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Eingang des bildformenden Organs ein derart bewegender Lichtfleck angeboten wird, dass fortwährend nur der momentan den signifikanten Maskenteilen entsprechende Teil des bewegenden Bildes beleuchtet wird.

5. Vorrichtung zum linearen Filtern von'räumlich' zweidimensionalen Signalen, gekennzeichnet durch einen Helligkeitsverstärker, der mit Ablenkmitteln versehen ist, mit denen auf dem Anodenfenster des Helligkeitsverstärkers ein bewegendes Bild eines sich auf der Kathodenseite befindenden Gegenstandes erzeugt wird; durch wenigstens eine ausserhalb des Helligkeitsverstärkers auf der Anodenseite angeordnete Macke, deren Transmissionsverlnuf eine gewünschte, korrigierende Filterfunktion verschafft; und durch hinter der Maske angeordnete Lichtdetektionsmittel und Wiedergabemittel .

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ORIGINAL INSPECTED

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6. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch zwei Masken, von denen die eine den positiven Teil der Filterfunktion und die andere den negativen Teil der Filterfunktion enthält, wobei zwischen den Masken und der Ausgangsseite des Helligkeitsverstärkers ein Bündelspalter angeordnet ist und wobei hinter jeder Maske Lichdetektionsmittel angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtdetektionsmittel aus Photomultiplizierröhren bestehen, und dass die Wiedergabemittel einen Fernsehmonitor enthalten.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, gekennzeichnet durch eine als Bündelspalter dienende Kombination von sich teilweise einschliessenden Lichtleitern mit verschiedenen Durchmessern.

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