DE2952453C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Bildverarbeitungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der US-PS 39 04 818 ist eine Bildverarbeitungsanordnung mit diesem Aufbau bekannt. Eine solche Bildverarbeitungsan­ ordnung dient ganz allgemein dazu, die Bildinformation eines Bildelementes für eine Weiterverarbeitung zur Verfügung zu stellen. Die Matrix bildet also eine Art Bildaufnahmeelement oder Kamera, wobei die den einzelnen Bildelementen zugeordne­ ten einzelnen Bildaufnahmeelemente eine entsprechende Informa­ tion als Bildsignal weitergeben können. Schwierigkeiten tre­ ten dann auf, wenn bei einzelnen Bildelementen Fehler auftre­ ten. Bei der bekannten Bildverarbeitungsanordnung besteht die Matrix aus einer Fotodiodenanordnung. Hier soll hinsichtlich eines beschädigte Fotodioden aufweisenden Abschnittes kom­ pensiert werden können. Zu diesem Zweck wird hinsichtlich eines zu großen Dunkelstroms erfaßt und ein entsprechendes Signal abgegeben und der Bildsignalverarbeitungseinrichtung zugeführt. In die Bildverarbeitungseinrichtung werden die über das einzige Horizontalregister ausgelesenen Zeilen bildelementweise zugeführt. Ist bei einer der Fotodioden erkannt, daß sie fehlerfrei ist, wird deren Ausgangssignal durch ein Ausgangssignal ersetzt, dessen Signalpegel ein Mittelwert derjenigen Signale ist, die bezüglich der zur in Rede stehenden Fotodiode benachbarten Fotodiode gespeichert sind. Das heißt, der Zwischenspeicher der Bildsignalverarbeitungs­ einrichtung ist so ausgebildet, daß er stets mindestens drei Bildsignale von in einer horizontalen Zeile benachbarten Bildelementen speichert und diese taktweise hindurchführt.

Aus IEEE-Transactions on Electronic Devices, Vol. ED-20 (1973) Nr. 6, S. 535-541, ist es bekannt, ein verschachtel­ tes Auslesen durchzuführen, hierbei werden Bildelementen be­ nachbarter Zeilen entsprechende Bildsignale aus der Matrix ausgelesen und in zwei Schieberegistern gespeichert, die dann simultan ausgelesen werden. Bei einer Ausführungsform werden während eines Teilbildes die den geradzahligen Zeilen ent­ sprechenden Bildinformationen und während des anderen Teil­ bildes die den ungeradzahligen Zeilen entsprechenden Bildin­ formationen ausgelesen und verarbeitet. Bei einer anderen Ausführungsform werden die Bildsignale der beiden Schiebere­ gister miteinander kombiniert und es erfolgt dann die Weiter­ verarbeitung. Auf jeden Fall ist die Verarbeitung hier äußerst kompliziert, über beispielsweise eine Fehlerkompen­ sation ist nichts ausgesagt.

Es ist andererseits jedoch erwünscht, eine möglichst schnelle jedoch auch einfache Weiterverarbeitung der Bildinformation zu erreichen.

In konsequenter Weiterbildung der bekannten Lehren könnte je­ doch nur zu einer Anordnung gemäß Fig. 1 gelangt werden, die einen Zwischenspeicher erfordert, der genauso viele Speicher­ plätze aufweist wie die Matrix Bildelemente besitzt.

Ausgehend von diesen Überlegungen ist es daher Aufgabe der Erfindung, eine Bildverarbeitungsanordnung der eingangs ge­ nannten Art so weiterzubilden, daß eine einfachere und schnellere Weiterverarbeitung der Bildinformation möglich wird.

Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des An­ spruchs 1 gelöst.

Die Erfindung wird durch die Merkmale der Unteransprüche wei­ tergebildet.

Die Erfindung geht von der grundsätzlichen Überlegung aus, daß eine einfachere und schnellere Weiterverarbeitung dann möglich ist, wenn der Zwischenspeicher eine möglichst gerin­ ge Anzahl von Speicherplätzen besitzt, wobei andererseits zu­ mindest Informationen bezüglich benachbarter Zeilen vorhanden sein müssen.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Beispiels einer Bildverar­ beitungsanordnung wie sie aus dem Stand der Technik hergeleitet werden könnte,

Fig. 2 eine Bildverarbeitungsanordnung gem. der Erfindung,

Fig. 3 schematische Darstellungen zur Erläuterung der Ar­ beitsweise der Bildverarbeitungsanordnung gem. Fig. 2.

Die Bildverarbeitungsanordnung gem. Fig. 1 weist eine Kamera­ einrichtung A auf, die aus einer Matrix 1 besteht, die ihrer­ seits aus n · m Bildelementen (oder Pixeln) P _{n, m} besteht, mit n = 1, 2 . . . (100), m = 1, 2, . . . (100). Die Maximalwerte für n und m sind nicht auf 100 beschränkt, werden jedoch beispiel­ haft verwendet. Die Bildverarbeitungsanordnung weist ferner eine Bildsignalverarbeitungseinrichtung B auf. Die Kamera­ einrichtung A enthält ferner ein Vertikal(schiebe)register 2, das mit einem Vertikal-Taktgenerator 3 und der Matrix 1 ver­ bunden ist, wobei entsprechend den Taktsignalen vom Vertikal- Taktgenerator 3 das Vertikalregister 2 der Reihe nach die in Horizontalreihen angeordneten Bildelementgruppen der Matrix 1 wählt, nämlich die erste, die zweite, . . . die n-te Zeile. Ferner zeigt Fig. 1 ein erstes Horizontalregister 5 für unge­ radzahlige Zeilen und ein zweites Horizontalregister 6 für geradzahlige Zeilen, die jeweils mit der Matrix 1 und mit einem Horizontal-Taktgenerator 4 sowie mit einem Puffer 7 verbunden sind. Diese Horizontalregister 5, 6 empfangen die Bildsignale der in entsprechenden Horizontalzeilen angeord­ neten Bildelemente, und zwar aus denjenigen Horizontalzeilen, die von dem Vertikalregister 2 jeweils angesteuert sind, und führen sie der Reihe nach entsprechend der vom Horizontal- Taktgenerator 4 zugeführten Signale dem Puffer 7 zu. Der Puffer 7 ist mit beiden Horizontalregistern 5, 6 und dem Horizontal-Taktgenerator 4 verbunden und gibt entsprechend dem Horizontal-Taktsignal vom Horizontal-Taktgenerator 4 die Inhalte der beiden Horizontalregister 5, 6 abwechselnd als Video- oder Bildsignal v an die Bildsignalverarbeitungsein­ richtung B ab. Der mit den beiden Horizontalregistern 5, 6 verbundene Horizontal-Generator 4 gibt ferner auch ein Horizontal-Adreß- oder -Taktsignal aH an die Bildsignalver­ arbeitungseinrichtung B ab. Der Vertikal-Taktgenerator 3 gibt ein Taktsignal nicht nur an das Vertikalregister 2, sondern auch ein entsprechendes Vertikal-Adreß- oder -Taktsignal aV an die Bildsignalverarbeitungseinrichtung B ab.

Die Bildsignalverarbeitungseinrichtung B weist eine Steuer­ schaltung B 1 auf, die die Taktsignale aH und aV sowie das Bildsignal v von der Kameraeinrichtung A empfängt, d. h., wie erläutert, von den Taktgeneratoren 3, 4 und dem Puffer 7. Die Steuerschaltung B 1 gibt das Bildsignal v an einen Zwischen­ speicher B 2 ab, der Speicherzellen in einer Anzahl enthält, die der Anzahl der Bildelemente der Matrix 1 entspricht. Die einzelnen Speicherplätze, deren Anzahl n · m beträgt, sind zur Speicherung der Bildelement-Information, zweckmäßig in digitaler Form, ausgebildet. Ein Leseglied B 3 empfängt das Ausgangssignal vom Zwischenspeicher B 2 und berechnet digital die Beziehung zwischen jedem Bildelement der Matrix 1 im Speicher B 2 und führt diese Beziehung einem Register B 4 zwecks Speicherung zu.

Wie bereits erwähnt, ist bei einer derartigen Bildverarbei­ tungsanordnung nachteilig, daß der Zwischenspeicher B 2 not­ wendigerweise genausoviel Speicherplätze aufweisen muß, wie in der Matrix 1 Bildelemente P _{n, m} vorgesehen sind. Mit zuneh­ mender Anzahl der Bildelemente P _{n, m} der Matrix 1 ist der Speicherbedarf des Zwischenspeichers B 2 zunehmend größer. Die Verarbeitung kann ferner erst erfolgen, wenn ein Vollbild im Zwischenspeicher B 2 gespeichert ist, weshalb die Verarbei­ tungszeit nachteilig mit zunehmender Anzahl der Bildelemente zunimmt.

Die Nachteile einer solchen Bildverarbeitungsanordnung werden durch die Bildverarbeitungsanordnung gemäß Fig. 2 überwunden, in der entsprechende Bauelemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sind.

Fig. 2 zeigt also eine Kameraeinrichtung A mit einer Matrix 1 als Bildfühler, die aus (beispielsweise 100 · 100) Bildele­ menten P _{n, m} besteht mit n = 1, 2 . . . (100), m = 1, 2 . . . (100). Die Bildelemente P _{n, m} sind in Horizontalzeilen und Vertikal­ spalten angeordnet. Die zugehörige Bildsignalverarbeitungs­ einrichtung B ist ebenfalls im Blockschaltbild dargestellt. Die Kameraeinrichtung A und die Bildverarbeitungseinrichtung B bilden insgesamt die Bildverarbeitungsanordnung. Die Kame­ raeinrichtung A weist ferner ein Vertikalregister 2′ auf, das Vertikal-Taktsignale von einem Vertikal-Taktgenerator 3′ emp­ fängt und selektiv Signale an die Matrix 1 abgibt, insbeson­ dere an je zwei benachbarte Horizontalzeilen der Matrix 1, d. h. die erste und zweite Horizontalzeile, dann die dritte und vierte Horizontalzeile, usw. Die Kameraeinrichtung A weist ferner ein erstes Horizontalregister 5 für ungerad­ zahlige Zeilen und ein zweites Horizontalregister 6 für ge­ radzahlige Zeilen auf, die mit der Matrix 1 und dem Horizon­ tal-Taktgenerator 4 verbunden sind. Das erste Horizontal­ register 5 für ungeradzahlige Zeilen empfängt die Inhalte der ungeradzahligen Horizontalzeilen der Matrix 1 in der durch das Vertikalregister 2′ ausgewählten Weise, nämlich die Bild­ elemente P _{n, m} , n = 1 + j 2, j = 0, 1, 2 . . . (46), während das zweite Horizontalregister 6 die Inhalte der geradzahligen Horizontalzeilen in der durch das Vertikalregister 2′ ange­ steuerten Weise empfängt, nämlich die Inhalte der Bildele­ mente P _{n, m} , n = 2 + j 2, j = 0, 1, 2 . . . (46). Diese Inhalte oder Bildelementsignale werden über jeweilige Puffer 7 als unge­ radzahlige Bildsignale V _o bzw. geradzahlige Bildsignale V _e entsprechend den Signalen vom Horizontal-Taktgenerator 4 abgegeben, d. h., daß bei Zufuhr des ersten Taktsignals vom Vertikal-Taktgenerator 3′ die Bildinformation der Bildele­ mente P ₁, _m und P ₂, _m , m = 1, 2 . . . (100), zum ersten Horizontalregister 5 bzw. zweiten Horizontalregister 6 übertragen werden.

Die Horizontalregister 5, 6 empfangen ferner Horizontal-Takt­ signale vom Horizontal-Taktgenerator 4, so daß die Bildele­ mentinformationen der Bildelemente P ₁, _m und P ₂, _m in den beiden Horizontalregistern 5, 6 von diesen der Reihe nach abgegeben werden.

Beim zweiten Vertikal-Taktsignal vom Vertikal-Taktgenerator 3′ zum Vertikalregister 2′ werden die Daten der Bildelemente P ₃, _m und P ₄, _m , m = 1, 2 . . . (100), von der dritten und der vierten Horizontalzeile auf gleiche Weise verarbeitet. An­ schließend wird der gleiche Vorgang wiederholt, bis das Voll­ bild abgetastet ist. Während eines Vertikal-Taktsignals sind somit m Horizontal-Taktsignale erforderlich. Der Horizontal- Taktgenerator 4 gibt darüber hinaus Horizontal-Adreß- oder -Taktsignale aH ab und der Vertikal-Taktgenerator 3′ gibt dar­ über hinaus Vertikal-Adreß- oder -Taktsignale aV ab. Letztere Signale können den den Horizontalregistern 5, 6 bzw. Vertikal­ register 2′ zugeführten Signalen gleich sein, sie können auch binärcodiert oder dezimalcodiert sein. Die Bildsignalverarbei­ tungseinrichtung B weist wie in Fig. 1 eine Steuerschaltung B 1, einen Zwischenspeicher B 2′, ein Leseglied B 3 und ein Re­ gister B 4 auf. Die Steuerschaltung B 1 empfängt jedoch die Signale aH, aV, V _o und V _e von der Kameraeinrichtung A bzw. deren Taktgeneratoren 3′ und 4 und den beiden Puffern 7 und gibt entsprechende Bildsignale V _o ud V _e sowie ein Zeitsteu­ ersignal T an den Zwischenspeicher B 2′ ab. Das heißt, die Steuer­ schaltung B 1 enthält eine Decodierschaltung, die Taktsignale erzeugt, um Bildsignale V _o und V _e zum Zwischenspeicher B 2′ bei Empfang des Horizontal-Taktsignals aH und des Vertikal- Taktsignals aV zu übertragen, sowie eine Zählschaltung, die ein Sperrsignal erzeugt, das eine Signalübertragung vom Zwi­ schenspeicher B 2′ zum Leseglied B 3 sperrt, wenn eine Zeit­ steuerung hinsichtlich des decodierten Taktsignals nicht er­ forderlich ist, wie im Fall der Anordnung t 1 in Fig. 3, sowie eine Mischschaltung, die das Taktsignal und das Sperrsignal kombiniert, um das erwünschte Takt- oder Zeitsteuersignal t zu erzeugen.

Beim dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält der Zwischenspeicher B 2′ jedoch lediglich 4 Speicherplätze a, b, c und d, nämlich pro Horizontalregister 5, 6 mindestens zwei Speicherplätze benachbarter Bildsignale. Durch das Zeit­ steuersignal t, das in der Steuerschaltung B 1 erzeugt wird, und das auf den Adreß- oder Taktsignalen aH und aV beruht, werden die Bildsignale V _o der Bildelemente P _{n, m} , n = 2 + j 2, j = 0, 1, 2 . . . (46), der ungeradzahligen Horizontalzeilen der Matrix 1 in den Speicherplatz B aufgenommen, während die Bildsignale V _e von den Bildelementen in den geradzahligen Horizontalzeilen der Matrix 1, nämlich die Bildelemente P _{n, m} , n = 1 + j 2, j = 0, 1, 2 . . . (46), in den Speicherplatz d aufge­ nommen bzw. eingeschrieben werden, und zwar in der Reihe und Anordnung nach, wie sie durch die Adreß- bzw. Taktsignale aH und aV vorgeschrieben sind. Beim nächsten Takt wird der Spei­ cherinhalt des Speicherplatzes b in den Speicherplatz a ge­ schoben, während der Inhalt des Speicherplatzes d in den Speicherplatz c geschoben wird, und zwar abhängig vom Zeit­ steuersignal t, wie das in Fig. 3 im einzelnen näher erläu­ tert ist, bis die Bildsignale aller Bildelemente durch den Zwischenspeicher geschoben worden sind.

Das Leseglied B 3 liest die Signale aus den Speicherplätzen a, b, c und d des Zwischenspeichers B 2′ aus, klassifiziert bzw. diskriminiert sie und gibt sie an das Register B 4 zwecks Speicherung ab.

Nachfolgend wird die Arbeitsweise einer solchen Bildverarbei­ tungsanordnung näher erläutert. Eine äußere Szene, die auf die Matrix 1 der Kameraeinrichtung A als lichtelektrischen Wandler über eine Linse oder dergleichen (nicht dargestellt) projiziert wird, wird lichtelektrisch in Bild- oder Videosi­ gnale umgesetzt, während gleichzeitig ungeradzahlige und geradzahlige Bildsignale V _o und V _e sowie Adreß- oder Takt­ signale aH und aV von der Kameraeinrichtung A an die Bild­ verarbeitungseinrichtung B abgegeben werden. Die Bildsigna­ le V _o und V _e sowie die Adreß- oder Taktsignale aH und aV von der Kameraeinrichtung A werden in der Steuerschaltung B 1 der Bildsignalverarbeitungseinrichtung B verarbeitet. Insbeson­ dere wird zunächst aus den zugeführten Taktsignalen aH und aV ein Taktsignal erzeugt und wird durch den Zählerstand der Zählschaltung über die Notwendigkeit des Taktsignals ent­ schieden. Falls es nicht erforderlich ist, wird das Sperrsi­ gnal erzeugt, das die Signalübertragung vom Zwischenspeicher B 2′ zum Leseglied B 3 (oder Diskriminator) sperrt. Die von der Kameraeinrichtung A zugeführten Bildsignale V _o und V _e werden mit dem Taktsignal synchronisiert und dem Zwischenspeicher B 2′ zugeführt. Ferner werden das Taktsignal und das Sperr­ signal gemischt und dem Zwischenspeicher B 2′ als Zeitsteuer­ signal t zugeführt. Der Zwischenspeicher B 2′ speichert die von der Steuerschaltung B 1 zugeführten Bildsignale V _o und V _e in Übereinstimmung mit dem Zeitsteuersignal t und gibt diese auch an das Leseglied B 3 in Übereinstimmung mit dem Zeitsteu­ ersignal t ab. Im Leseglied B 3 wird die gegenseitige Bezie­ hung zwischen allen in den Speicherplätzen a, b, c und d des Zwischenspeichers B 2′ gespeicherten Bildsignale diskrimi­ niert, beispielsweise auf 16 Klassen klassifiziert, wobei die entsprechenden Daten dem Register B 4 zugeführt werden. Die (z. B.) 16 klassifizierten Daten, die vom Leseglied B 3 zuge­ führt werden, werden der Reihe nach im Register B 4 gespei­ chert, jedoch können, falls nicht sämtliche 16 klassifizierten Daten erforderlich sind, unnötige Daten unterdrückt werden.

Wie erläutert, wird bei der die Kameraeinrichtung A und die Bildsignalverarbeitungseinrichtung B aufweisenden Bildverar­ beitungsanordnung gemäß der Erfindung bei der Bildsignalver­ arbeitung das Bildsignal während der Zeit vorverarbeitet, in der die Matrix 1 abgetastet wird, so daß bei Beenden der Ab­ tastung eines Vollbildes bereits vorverarbeitete Information im Register B 4 gespeichert ist, wodurch sich eine sehr kurze Verarbeitungszeit ergibt. Während bei der Bildverarbeitungs­ anordnung gemäß Fig. 1 der Zwischenspeicher 2 eine sehr große Anzahl von (z. B.) 10 000 Speicherplätzen erfordert, sind bei der erfindungsgemäßen Bildverarbeitungsanordnung (gem. Fig. 2) lediglich vier Speicherplätze im Zwischenspeicher B 2′ erfor­ derlich, was offensichtlich kostensparend und raumsparend ist.

Selbstverständlich sind auch andere Zahlen für n und m mög­ lich, wobei m und n voneinander verschieden sein können. Fer­ ner können nicht nur die den Bildelementen zweier benachbar­ ter Horizontalzeilen zugeordneten Bildsignalinformationen gleichzeitig über entsprechende Horizontalregister ausgelesen werden, vielmehr kann die Anzahl der benachbarten Horizontal­ zeilen, die gleichzeitig ausgelesen werden, von zwei ver­ diesen sein, beispielsweise 3 oder 4 betragen, weshalb dann eine entsprechende Anzahl von Horizontalregistern der Matrix 1 zugeordnet sein muß und der Zwischenspeicher B 2′ eine ent­ sprechende Anzahl von Speicherplätzen aufweisen muß.

Claims (4)

1. Bildverarbeitungsanordnung, mit
einer Matrix (1) von Bildelementen (P _{n, m} ; n = 1, 2, . . .
m = 1, 2, . . .), einem Vertikalregister (2′) zur zeilenweisen Ansteue­ rung der Matrix (1),
einer Horizontalregisteranordnung (5, 6) zur zeilenwei­ sen Aufnahme von von den Bildelementen erzeugten Bildsi­ gnalen und zur bildelementweisen Abgabe der Bildsignale, und
Vertikal- und Horizontal-Taktgeneratoren (3′, 4) zur Zu­ fuhr von entsprechenden Taktsignalen,
wobei eine Bildsignalverarbeitungseinrichtung einen Zwi­ schenspeicher für benachbarte Bildsignale enthält,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Horizontalregisteranordnung ein erstes Hori­ zontalregister (5) für ungeradzahlige Zeilen und ein zweites Horizontalregister (6) für geradzahlige Zeilen aufweist, wobei die Ansteuerung durch das Vertikalre­ gister (2′) so erfolgt, daß jeweils gleichzeitig die Bildsignale zweier benachbarter Zeilen von der Matrix (1) in die Horizontalregister (5, 6) überführt werden, und
daß der Zwischenspeicher (B 2′) pro Horizontalregister (5, 6) mindestens zwei Speicherplätze (a, b; c, d) für benachbarte Bildsignale enthält und unter Steuerung durch ein aus den Taktsignalen (aH, aV) abgeleitetes Zeitsteuersignal (t) jeweils die Bildsignale zweier ver­ tikal benachbarter Bildelemente gleichzeitig in den Zwi­ schenspeicher (B 2′) ein- bzw. zur anschließenden Weiter­ verarbeitung ausgelesen werden.

2. Bildverarbeitungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehr als zwei benachbarte Zeilen der Matrix (1) gleichzeitig ausgelesen und verarbeitet werden.

3. Bildverarbeitungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß je ein Puffer (7) zwischen dem jeweiligen Horizon­ talregister (5, 6) und dem Zwischenspeicher (B 2′) an­ geordnet ist.

4. Bildverarbeitungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Zwischenspeicher (B 2′) ausgelesenen Bildsi­ gnale diskriminiert und klassifiziert werden und die re­ sultierenden Daten in einem Register (B 4) gespeichert werden.