DE3044761A1 - Digitales vergroesserungssystem fuer ein abgetastetes bild - Google Patents

Description

Bild

Die Erfindung betrifft ein digitales Vergrößerungssystem für ein abgetastetes Bild mit einem ersten Zähler, welcher auf ein horizontales Synchronisations signal und ein hochfrequentes Taktsignal zur Erzeugung eines ersten, den horizontalen Teil jeder Zeile des abgetasteten Bildes definierenden Gattersignals anspricht, und mit einem zweiten Zähler, welcher auf das horizontale und ein vertikales Synchronisationssignal zur Erzeugung eines zweiten, eine vorgegebene Anzahl von Abtastzeilen des abgetasteten Bildes definierenden Gattersignals anspricht, sowie ferner mit Speichern, um in Abhängigkeit von den ersten und zweiten Gattersignalen sowie dem hochfrequenten Taktsignal durch die Abtastung gewonnenen Video-Datenwerte des ausgewählten Bildabschnitts zu speichern.

Es ist allgemein bekannt, zum Abtasten und Vergrößern von Bildern optische Einrichtungen zu benutzen. Diese optischen Einrichtungen sind in der Regel nicht in der Lage, einen Auflösungsverlust zu vermeiden. Es ist ferner bekannt, digitale Rechner dazu zu benutzen, um die abgetasteten Video-Datenwerte entsprecnena einem vorgegebenen Programm zu verarbeiten und daraus vergrößerte Abbildungen Fs/ai zu erzeugen

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zu erzeugen. Diese Verfahren können ohne Auflösungsverluste arbeiten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein digitales Vergrößerungssystem weiter zu verbessern. Ausgehend von dem eingangs erwähnten Vergrößerungssystem wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß Schaltungseinrichtungen vorhanden sind, um einerseits bei der Ansteuerung der Speicher die gespeicherten Video-Datenwerte mit einem Takt auszulesen, welcher von dem des hochfrequenten Taktsignals verschieden ist, und um andererseits bei der Erzeugung der vergrößerten Abbildung das Auslesen der Video-Datenwerte zu wiederholen.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Ein nach den Merkmalen der Erfindung ausgeführtes digitales Vergrößerungssystem verwendet einen Abtaster herkömmlicher Art, der sowohl ein Videosignal als auch ein horizontales und ein vertikales Synchronisations signal liefert. Das horizontale Synchronisations signal wird zusammen mit einem bezüglich der digitalen Daten vom Abtaster synchronisierten Taktsignal an den Eingang einer Verzögerungsstufe angelegt, um ein Gattersignal zu erzeugen, welches den Anteil der Zeilen des Bildes bestimmt, welche zu vergrößern sind. In entsprechender Weise wird das vertikale Synchronisations signal an eine vertikale Verzögerungsstufe angelegt, um den Anteil der Zeilen des Bildes zu bestimmen, welcher zu vergrößern ist. Die Videodatenwerte gemäß dem vertikalen und horizontalen Gattersignal werden als digitale Signale gespeichert. Die in dem Datenspeicher enthaltenen Video-

Daten-

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Datenwerte werden während der Abtastung des nächsten Vollbildes ausgelesen und sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung wiederholt, um das vergrößerte Abbild zu schaffen, das dieselben Abmessungen wie das Originalbild hat. Diese Verwirklichung der Erfindung ermöglicht die digitale Vergrößerung von Bildausschnitten mit besonders einfachen Mitteln und sehr hoher Präzision, wobei keine Auflösungsverluste auftreten.

Die Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit den Ansprüchen und der Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm eines digitalen Vergrößerungs-

systems gemäß der Erfindung;

Fig. 2 und 3 Taktsignaldiagramme;

Fig. 4 ein detailliertes Schaltbild der Logikschaltung, wie

sie in dem System zur Vergrößerung eines Bildausschnittes Verwendung findet.

Das in Fig. 1 dargestellte Funktionsschaltbild stellt eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dar. Ein Abtaster 10 erzeugt digitale Videosignale sowie horizontale und vertikale Synchronisationssignale. Bei der bevorzugten Ausführungsform besteht der Abtaster 10 aus einem Laser mit einem Auflösungsvermögen von etwa 500Q Zeilen . Derartige Abtaster sind kommerziell erhältlich.

Jede Zeile des Videosignals wird digitalisiert und derart verarbeitet, daß ein einzelnes Bit-Signal entsteht, welches einerseits

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seits den logischen Wert 1 annimmt, wenn das analoge Videosignal einen vorgegebenen Wert übersteigt, und andererseits den Wert einer logischen 0 hat, wenn das analoge Videosignal unter einem vorgegebenen Wert liegt. Der Abtaster 10 liefert ferner ein Taktsignal, welches mit den Videosignalen synchronisiert ist. Die horizontalen Synchronisationssignale, von welchen zwei in Fig. 2 mit dem Bezugszeichen-12 angedeutet sind, sowie ein hochfrequentes Taktsignal 14 gemäß Fig. 2 werden als Eingangssignale an ein Horizontalgatter 16 angelegt, welches ausgangsseitig ein horizontales Gattersignal 18 zur Verfügung stellt. Die Frequenz des Taktsignals 14 wird derart ausgewählt, daß pro Videozeile 4096 Impulse entstehen. Diese Impulse sind mit dem horizontalen Synchronisations signal 12 synchronisiert. Das horizontale Gattersignal 18 ist ebenfalls mit dem Tastsignal 14 synchronisiert und hat eine Signallänge, welche ein Intervall von 64 Impulsen des Taktsignals 14 bestimmt.

Das horizontale Synchronisationssignal 12 und das vertikale Synchronisationssignal 20 gemäß Fig. 3 werden als Eingangssignale an ein Vertikalgatter 22 angelegt. Ausgangsseitig steht ein vertikales Gattersignal 24 zur Verfügung, welches mit den vertikalen Synchronisationsimpulsen synchronisiert ist und eine Länge von 64 Videozeilen hat. Das vertikale Synchronisations signal 20 wird ferner auch an eine Betriebsartschaltung 25 übertragen, um Speicher- und Ausdracksignale für alternierende Vollbilder des Videosignals zu liefern.

Es sei angenommen, daß die Betriebsartschaltung 25 im Speicherbetrieb arbeitet. In diesem Zustand wird ein Schreibsignal an den einen Eingang eines Gatters 26 angelegt, dessen

beide

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beide andere Eingänge mit dem horizontalen und vertikalen Gattersignal vom Horizontalgatter 16 und vom Vertikalgatter 22 beaufschlagt werden. Wenn alle diese Signale den Wert einer logischen 1 haben, nimmt auch das Ausgangs signal des Gatters 26 diesen logischen Wert 1 an und überträgt damit ein Schreibsignal an einen Datenspeicher 27. Der zweite Eingang des Datenspeichers 27 wird mit den Videosignalen vom Abtaster 10 beaufschlagt. Wenn immer das horizontale und das vertikale Gattersignal eine logische 1 annehmen, wird das digitale Videosignal im Datenspeicher 27 gespeichert. Dies führt dazu, daß digitale Videosignale im Datenspeicher 27 gespeichert werden, welche einem Teil des abgetasteten Bildes entsprechen, wobei dieser Teil nebeneinanderliegende Abtastwerte von 64 nebeneinanderliegenden Zeilen umfaßt. Diese Daten entsprechen auch dem Teil des zu vergrößernden Bildausschnittes.

Der nächste Impuls des vertikalen Synchronisations signals schaltet die Betriebsartschaltung 25 in den Druckbetrieb um. Die Impulse des Taktsignals 14 werden an den Eingang eines ersten Teilers 28 angelegt, der ein Taktsignal erzeugt, das eine Frequenz von 1/64 der Speicherfrequenz hat. Zusätzlich werden die horizontalen und die vertikalen Synchronisations impulse auch an die Eingänge eines zweiten Teilers 30 übertragen, um ausgangsseitig ein Gattersignal su erzeugen, das jede 64. Zeile des Abtasters 10 festlegt. Die Ausgangssignale des ersten und zweiten Teilers 28 und 30 sowie das Lesesignal von der Betriebsartschaltung 25 werden einem Lesegatter 32 zugeführt, dessen Ausgangssignal an den Datenspeicher 27 übertragen wird, um das Auslesen von 64 abgetasteten Datenwerten bei jeder 64. Zeile des Abtasters 10 zu veranlassen. Die Daten vom Datenspeicher 27 werden an einen Kopierspeicher 34 übertragen. Die 64 abgetasteten Datenwerte entsprechen einem einzigen Zeilenabschnitt des abgetasteten und zu vergrößernden

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Bildausschnittes. Diese Datenwerte werden im Kopierspeicher gespeichert und dann für 64 Zeilen mit der Geschwindigkeit des Lesetaktsignals von dem Teiler 28 wiederholt, um am Ausgang des Kopierspeichers 34 die Datensignale des vergrößerten Bildausschnittes zur Verfügung zu stellen. Der vergrößerte Bildausschnitt hat im wesentlichen dieselbe Größe wie das ursprüngliche Bild, d. h. jede Zeile enthält 4096 Datenwerte und jedes Vollbild enthält 4096 Zeilen.

Die Ausgangssignale der beiden Teiler 28 und 30 zusammen mit dem Datensignal vom Kopierspeicher 34 werden an ein Datengatter 36 angelegt, dessen Ausgangssignal einen Drucker 39 ansteuert. Die Signale von den Teilerschaltungen liefern dünne horizontale und vertikale Linien, welche die Grenzen desursprünglichen abgetasteten Datenbereichs identifizieren. Da das digitale Videosignal im Datenspeicher 27 zwei Signalniveaus entsprechend einer schwarzen bzw. weißen Wiedergabe für das resultierende Videobild hat, wird in entsprechender Weise das vom Drucker 39 ausgedruckte Bild in schwarz-weiß wiedergegeben. Es ist offensichtlich, daß auch die Vergrößerung eines Videosignals mit einer besseren Auflösung der Grauskala möglich ist, wenn die Datenwerte des Videosignals als Mehrfach-Bit-Signal durch eine geeignete Expansion des Datenspeichers 27 sowie des Kopierspeicher 34 und des Datengatters 36 gespeichert und verarbeitet werden.

In Fig. 4 ist ein detailliertes Blockschaltbild der digitalen Schaltung zur Vergrößerung eines ausgewählten Bildausschnittes dargestellt. Die Schaltung kann, wie bereits erwähnt, sowohl im Eingabe- sowie im Ausgabe-Mode arbeiten und kann aus

kommerziell

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kommerziell erhältlichen Komponenten aufgebaut sein.

Der vertikale Synchronisationsimpuls vom Abtaster 10 wird dazu benutzt, um einen Flip-Flop 38 zur Einstellung des Eingabe- bzw. Ausgabe-Mode anzusteuern, welcher der Betriebsartschaltung 25 gemäß Fig. 1 entspricht. Zur Beschreibung desEingabe-Modes wird davon ausgegangen, daß der Flip-Flop 38 die dem Eingabe-Mode zugeordnete Schaltstellung einnimmt. Die vertikale Abmessung des zu vergrößernden Bildausschnittes wird als Zahl der abzutastenden Zeilen von zwei Zählern 40 und 42 bestimmt, welche ein Teil des Vertikalgatters 42 gemäß Fig. 1 sind. Bei der speziellen Ausführungsform der Erfindung werden die beiden Zähler 40 und 42, bevor der Eingabezyklus beginnt, auf einen Zählerstand von 176 voreingestellt und vom Ausgangssignal eines Flip-Flop 43 zählbereit gemacht, welcher vom vertikalen Synchronisationsimpuls eingestellt wird. Die horizontalen Synchronisationsimpulse werden von den Zählern 40 und 42 so lange gezählt, bis der Zählerstand von 255 erreicht ist. Zu diesem Zeitpunkt wird das Übertragssignal am Ausgang des Zählers 42 nach einer Inversion durch die Umkehrstufe 44 dazu benutzt, den Abtast-F lip-Flop 43 zurückzustellen und die Zahlung zu beenden. Beim nächsten vertikalen .Synchronisationsimpuls wird das von einem NAND-Gatter 46 gelieferte Ausgangssignal nach einer Inversion durch die Umkehrstufe 48 dazu benutzt, die Zähler 40 und 42 auf den Zählerstand 176 voreinzustellen. Der Zähler 42 liefert ein Ausgangs signal von einer Zwischenstufe, welches für die ersten 16 Abtastzeilen einen niederen Wert und für die nächstfolgenden 64 Zeilen einen hohen Wert hat, wenn der Zähler, wie erläutert, voreingestellt ist. Dieses Signal wird als vertikales Gattersignal 24 verwendet.

Das horizontale Gattersignal wird von zwei Zählern 50 und 52 erzeugt,

welche

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welche Teil des Horizontalgatters IC gemäß Fig. 1 sind. Das horizontale Synchronisations signal und das Taktsignal werden als Eingangssignale an ein 1024-Bit-Schieberegister 54 angelegt, welches die Funktion einer Verzögerungsschaltung hat. Das Schieberegister verzögert den horizontalen Synchronisationsimpuls um 1024 Takte des Taktsignals. Damit wird sichergestellt, daß der zu vergrößernde Abtastwert nicht zu Beginn einer jeden Abtastzeile abgegriffen wird, da diese Teile des abzutastenden Bildes Verzerrungen aufgrund nichtlinearer Komponenten der Ablenksignale enthalten können. Am Ende der Verzögerungszeit wird mit Hilfe des Ausgangssignals des Schieberegisters 54 ein horizontaler Freigabe-Flip-Flop 56 eingestellt, der die Zähler 50 und 52 freigibt, die zuvor auf einen Zählerstand von 191 eingestellt wurden.

Die Taktimpulse werden dann dazu benutzt, um die Zähler 50 und 52 weiterzuschalten, bis diese den Zählstand 255 erreichen. Zu diesem Zeitpunkt wird am Ausgang des zweiten Zählers ein Übertragssignal zur Verfügung gestellt, welches ein Intervall von 64 Impulsen des Taktsignals kennzeichnet. Wenn der Zähler 52 seinen Maximalwert erreicht hat, wird das mit einer Umkehrstufe 58 invertierte Ausgangssignal an den Eingang eines Gatters 60 übertragen. Dieses Gatter 60 liefert dann zu diesem Zeitpunkt am Ausgang ein Signal, welches nach einer Inversion durch die Umkehrstufe 62 dazu benutzt wird, um den horizontalen Freigabe-Flip-Flop 5G zurückzustellen und eine Weiter zählung zu verhindern. Das Ausgangssignal dieses Freigabe-Flip-Flop 56 ist das horizontale Gattersignal 18. Das Ausgangssignal der Umkehrstufe 62 wird auch an die Zähler 50 und 52 angelegt, um diese beim Zählerstand

mit dem . ,

nächst-

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nächstfolgenden Taktsignal zurückzustellen. Die Impulse des Taktsignals, des Ausgangssignals, vom horizontalen Freigabe-Flip-Flop 56 und des Zählers 42 im Vertikalgatter werden als Eingangssignale an ein Gatter 64 übertragen, um an dessen · Ausgang ein Signal zu erzeugen, welches aus 64 Nadelimpulsen des Taktsignals besteht. Das Gatter 64 entspricht dem Schreibgatter 26 gemäß Fig. 1. Diese Nadelimpulse treten immer dann auf, wenn die horizontalen und vertikalen Gattersignale zeitlich überlappen. Die Nadelimpulse werden über ein NOR-Gatter 66 an eine Taktleitung eines 4096 Bit-Speicherregisters angelegt, welches aus vier Schieberegistern 68, 70, 72 und 74 besteht und den Datenspeicher 27 gemäß Fig. 1 darstellt. Die abgetasteten Datenwerte vom Abtaster 10 werden ebenfalls an den Eingang dieses Speicherregisters übertragen. Dies bewirkt, daß die dem zu vergrößernden Bildausschnitt entsprechenden Datenwerte während des Abtastzyklus in das Speicherregister aus den Schieberegistern 68 bis 74 eingelesen werden.

Beim nächsten vertikalen Synchronisationsimpuls wird der Mode-Flip-Flop 38 in den Druckbetrieb umgeschaltet. In diesem Druckbetrieb werden die Zähler 50 und 52 sowie 40 und 42 derart geschaltet, daß sie eine Teilung durch 64 vornehmen. Da die Zähler 50 und 52 die hochfrequenten Taktimpulse auszählen, wird dadurch am Ausgang des Zählers 52 einTaktsignal wirksam, welches gleich dem 64. Teil des hochfrequenten Taktsignals ist. Die Zählung während der horizontalen Rücklaufzeit wird durch das horizontale Synchronisationssignal unterdrückt, welches über das Gatter 60,die Umkehrstufe 62 an die Zähler 50 und 52 übertragen wird. Durch dieses Unterdrückungssignal werden die Zähler 50 und 52 auf den zuvor eingestellten Zähl werten

festgehalten

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festgehalten. Die Zähler 40 und 42 zählen jeden horizontalen Synchronisationsimpuls und erzeugen ausgangsseitig ein Signal während jeder 64. Zeile des Bildes. Bei der 64. Zeile wird das Ausgangs signal des Zählers 52 sowie das Ausgangs signal des Zählers 42 einem Gatter 76 zugeführt, an welchem gleichzeitig noch das Ausgangs signal des Mode-Flip-Flop 38 liegt und welches ein Taktsignal für das Speicherregister aus den Schieberegistern 68 bis 74 liefert, um 64 abgetastete Datenwerte, d. h. eine Zeile der ursprünglichen Abtastung in den Kopierspeicher 78 zu verschieben. Das Gatter 76 entspricht dem Lesegatter 32 und der Kopierspeicher 78 dem Kopierspeicher 34 gemäß Fig. 1. Für die nächsten 64 Zeilen des . Bildes werden die im Kopierspeicher 78 gespeicherten 64 Datenwerte ausgedruckt und mit einer Frequenz von 1/64 des Taktsignals rezirkuliert, womit die Zeile 64mal wiederholt wird. Bei der 64. Zeile werden 64 weitere abgetastete Datenwerte aus dem Speicherregister in den Kopierspeicher verschoben und diese Daten werte wiederum zum Ausdrucken der nächsten 64 Zeilen rezirkuliert. Dieser Vorgang wiederholt sich solange, bis diegesamtenjin dem Speicherregister aus den Schieberegistern 68 bis 74 enthaltenen Dateninformationen dargestellt sind.

Die Datensignale vom Kopierspeicher 78 werden in einem NOR-Gatter 80 mit den invertierten horizontalen und vertikalen Datensignalen der 64 Signale zusammengefaßt. Dabei entspricht dieses NOR-Gatter 80 dem Datengatter 36 gemäß Fig. 1. Damit kann man ein Bezugsgitter in das vergrößerte Bild einblenden. Dieses Bezugsgitter identifiziert die Grenzen jedes digitalisierten Bereiches der ursprünglichen Abtastung. Dieses Bezugsgitter ist besonders nützlich, wenn eine Korrelation zwischen einem

bestimmten

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bestimmten Punkt im vergrößerten Ausschnitt und einem entsprechenden Punkt in der ursprünglichen Darstellung hergestellt werden soll. Auf das NOR-Gatter 80 kann verzichtet werden, wenn diese Funktion nicht gewünscht wird.

Während des Eingabebetriebs unterdrückt das Ausgangssignal des Mode-Flip-Flop 38 die Funktion des Gatters 82, um sicherzustellen, daß das Datenausgangs signal immer auf dem logischen Signalwert 0 liegt. Während dieses Eingabebetriebs wird auch das Gatter 76 durch den Mode-Flip-Flop 38 unwirksam gemacht, so daß der Ausgabetakt nicht zur Verfügung steht. Während des Ausgabebetriebs unterdrückt der Mode-Flip-Flop 38 mit seinem Ausgang s signal einerseits die Funktion des Freigabe-Flip-Flop 56 und ermöglicht andererseits über das Gatter41, daß die Zähler 40, 42, 50 und 52 für den gesamten Ausgabebetrieb weiterlaufen.

Das Ausdrucken unterschiedlicher Grauwerte kann durch eine Expansion des Speicherregisters aus den Schieberegistern 68 bis 74 des Kopierspeichers 78 und der Gatter 80 sowie 82 erreicht werden, indem für jedes Bit einer Mehrfach-Bit-Datenabtastung eine entsprechende Schaltung vorgesehen wird.

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Claims (5)

Pat-entansprüche

1. Digitales Vergrößerungssystem für ein abgetastetes Bild mit einem ersten Zähler, welcher auf ein horizontales Synchronisationssignal und ein hochfrequentes Taktsignal zur Erzeugung eines ersten, den horizontalen Teil jeder Zeile des abgetasteten Bildes definierenden Gattersignals anspricht,und mit einem zweiten Zähler, welcher auf das horizontale und ein vertikales Synchronisationssignal zur Erzeugung eines zweiten, eine vorgegebene Anzahl von Abtastzeilen des abgetasteten Bildes definierenden Gattersignals anspricht, sowie ferner mit Speichern, um in Abhängigkeit von den ersten und zweiten Gattersignalen sowie dem hochfrequenten Taktsignal durch die Abtastung gewonnene Video-Datenwerte des ausgewählten Bildabschnitts zu speichern, dadurch gekennzeichnet,

- daß Schaltungseinrichtungen vorhanden sind, um einerseits bei derAnsteuerung_ der Speicher die gespeicherten Video -Datenwerte mit einem Takt auszulesen, welcher von dem des hochfrequenten Taktsignals verschieden ist, und um andererseits bei der Erzeugung der vergrößerten Abbildung das Auslesen der Video-Datenwerte zu wiederholen.

2. Digitales Vergrößerungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

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ORIGINAL INSPECTED

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daß die Schaltungseinrichtungen einen Kopierspeicher (34; 78) zum Auslesen der Video-Daten werte mit einer zahlenmäßig vorgegebenen Wiederholungsrate umfassen.

3. Digitales Vergrößerungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

- daß in dem Kopierspeicher (34; 78) jeweils die Video-Datenwerte eines einzigen horizontalen Zeilenelementes des abgetasteten Bildes gespeichert sind.

4. Digitales Vergrößerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Schaltungseinrichtungen ferner einen ersten Teiler umfassen, welcher in Abhängigkeit von dem hochfrequenten Taktsignal ein niederfrequentes Taktsignal erzeugt und während des Auslesezyklusses an die Speicher anlegen, und daß ferner die Schaltungseinrichtungen einen zweiten Zähler umfassen, der in Abhängigkeit von dem vertikalen und dem horizontalen Synchronisations signal ein niederfrequentes vertikales Synchronisationssignal erzeugt, welches während des Auslesezyklusses ebenfalls auf die Speicher wirkt.

5. Digitales Vergrößerungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

- daß der erste Zähler und der erste Teiler sowie der zweite Zähler und der zweite Teiler mit Einrichtungen versehen sind, um mit jeweils einem weiteren Zähler zusammenzuarbeiten.

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