DD218966A1 - Schaltungsanordnung zur eingabe von binaeren optischen sensordaten in auswerteeinrichtungen - Google Patents

Abstract

Die Schaltung dient der Uebergabe und Verarbeitung von Bildern in Auswerteeinrichtungen, insbesondere zur Schriftzeichenerkennung, zur Qualitaetskontrolle und zur Robotersteuerung. Sie soll eine schnelle Bildverarbeitung in einer Einrichtung mit geringem Speicherplatzbedarf bei hoher Bildaufloesung - Rasterpunktzahl - ermoeglichen. Dies wird durch eine Schaltungsanordnung zur zeilenweisen Eingabe von optischen Sensordaten einer Binaerkamera in eine Auswerteeinrichtung geschaffen, mit deren Hilfe eine direkte Uebergabe von Run-Length-Daten in den Speicher der Auswerteeinrichtung erfolgt. Fig. 1

Description

Schaltiingsanordnung zur Eingabe von binären optischen Sensordaten in Auswerteeinrichtungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Eingabe von binären Bilddaten eines optischen Sensors in eine Auswert eeinrichtung. Solche Schaltungen werden für die Übergabe und Verarbeitung von Bildern in Auswerteeinrichtungen, insbesondere zur Schriftzeichenerkennung, zur Qualitätskontrolle in industriellen Prozessen und zur Verarbeitung von Bildern in der Robotersensortechnik benötigt. Kennzeichnend für viele Anwendungsmöglichkeiten ist es, daß eine relativ große Anzahl von Bildrasterpunkten in der Auswerteeinrichtung, die einen Rechner beinhaltet und Bilder in hoher Geschwindigkeit verarbeitet werden müssen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Aus der Literatur sind Schaltungsanordnungen für die Kopplung von Rechnern mit Fernsehkameras bzw. Spezialkameras mit Pestkörpermatrizen, oder -zeilen als optische Sensoren bekannt·

Kennzeichnend für viele dieser Koppelschaltungen ist, daß die Bilder gepackt (z.b. 16 binäre Rasterpunkte in einem 16 Bit Datenwert) im Rechner abgespeichert werden (DE-OS 2 915 492; DD-PS 145 138). Diese Art der Abspeicherung erfordert einen relativ großen Bildspeicher und führt zu relativ hohen Verarbeitungszeiten bei der Bildauswertung. Die Zeiten zur Berechnung morpho.me tr is eher Merkmale sind annähernd proportional zur Rasterpunktzahl. Das führt dazu, daß man bei Anwendungen, in denen eine Echtzeitbildverarbeitung gefordert wird (z.B. in der Bilderkennung für Industrieroboter), entweder sehr aufwendige schnelle Rechner einsetzen muß oder die Verarbeitungsalgorithmen abrüsten muß, was die Verarbeitungssicherheit herabsetzt oder aufwendige Spezialhardware entwickeln muß

Vorteile ergeben sich bei der Bildverarbeitung, wenn die

Bilder im Bildspeicher in einer anderen Form codiert vorliegen· Eine sehr günstige Variante ist die Run-Lehgth-Codierung, unter der hier bei der Binärbildverarbeitung die Ermittlung der Adressen der V/eiß/Schwarz- bzw. Schwarz/Weiß-Übergänge während der zeilenweisen Abtastung verstanden werden soll. Aus der Literatur sind Lösungen bekannt, bei denen das während der Abtastung gepackt abgespeicherte Bild sof'twaremäßig in ein Run-Length-codiertes Bild umgewandelt wird und anschließend verarbeitet wird (Computer May 80, S. 11-21). Speicherplatzaufwand und VerarbeitungsZeitaufwand sind bei der Run-Length-Codierung nahezu proportional zu einer Dimension des Bildes.

Es ist auch eine Schaltungsanordnung bekannt geworden, bei der während der zeilenweisen Abtastung sofort morphometrische Merkmale mit Hilfe der Run-Length-Codierung errechnet werden, ^r ohne daß das Bild im Rechner gespeichert wird (DE^-OS 2 531 682). Das stellt zum einen hohe Forderungen an die Speicherhardware, die während der, Abtastung eine Verarbeitung des Bildes vor<nehmen muß zum anderen lassen sich kompliziertere Algorithmen wie Konturverfolgung und Szenenanalyse mit vertretbarem Aufwand nur ±n einem vollständig abgespeicherten Bild durchführen. Es sind auch andere Formen der gepackten Abspeicherung bekannt geworden, z.B. im Huffmann-Code (US-PS 4 103 281). Jedoch ist hier der Aufwand zur Decodierung und Codierung sehr hoch, so daß bei geringem Speicheraufwand die Verarbeitungszeiten sehr lang werden.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist eine aufwandsarme Schaltungsanordnung

. ί

zur Eingabe von binären optischen Sensordaten in Auswerteeinrichtungen, die einen geringen Speicherplatzbedarf und ' eine schnelle Bildverarbeitung bei hoher Bildauflösung (Rasterpunktzahl) in der Auswerfeinrichtung ermöglicht.

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Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung .liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur zeilenweisen Eingabe von binären optischen Sensordaten einer Binärkamera in eine Auswerteeinrichtung, bestehend aus einer Koppeleinheit und einer Recheneinheit zu schaffen, mit deren Hilfe eine direkte Übergabe von Run-Length-Dateja in den Speicher der Auswerteeinrichtung erfolgt. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die von der Kamera kommende Zeilenbildpunkttaktleitung BPGL in der Interfaceschaltung mit dem Takteingang eines Bildpunktzählers, eines Plipflops und einem Eingang eines UBDgatters verbunden ist. Die binäre Parbsignalleitung BBP ist mit dem Dateneingang des Plipflops und einem Eingang eines Antivalenzgatters verbunden, dessen Ausgang an den anderen Eingang des UNDgatters angeschlossen ist. Der Ausgang des Plipflops ist mit dem anderen Eingang des Antivalenzgatters verbunden. Der Ausgang des XJIO)-gatters ist an den Takteingang eines Zählers für Schwarz/Weißbzw. We iß/Schwarz-Übergänge und an den Schreibeingang der Auswerteeinrichtung angeschlossen. Die Signalleitung "Ausgabe Bildzeile" ist mit den Rücksetzeingängen des Bildpunktzählers des Zählers für die Übergänge, des Plipf lops und mit dem Synchronisationseingang der -Auswerteeinrichtung verbunden· Der Ausgang des BildpTinktzählera ist an den Datejieingang und der Ausgang des Übergangszählers an den Adreßeingang der Auawerteeinrichtung angeschlossen.

Die Interfaceschaltung soll anschließend in Punktion erläutert werden. Während der Aufnahme dea Bildes bzw. der Bildzeile durch die Kamera, setzt das Signal "Ausgabe Bildzeile" den Bildpunktzähler, den Zähler der Übergänge und daa Plipflop zurück» Uach Abschluß der Bildaufnahme schaltet dieses Signal um und. gibt die beiden Zähler und das Plipflop frei. Außerdem signalisiert dieses Umschalten der Auswerteeinrichtung, daß Bildinformationen übernommen werden sollen. Die Bildpunkte werden mit dem Takt BPCL in das Plipflop übernommen. Damit liegen am Antivalenzgatter der gerade aktuelle Bildpunkt und durch das Plipflop um einen Takt verzögert der vorhergehende Bildpunkt. Stimmen beide nicht überein (Schwärζ/Weiß- oder Weiß/Schwarz-Übergang) zählt der Zähler der Übergänge eine

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Stelle weiter und gibt an. s Jien Ausgängen für die Ausv/erteeinrichtung die Adresse der nächsten Speicherzelle, in die' Bilddaten geschrieben werden sollen, an. Gleichzeitig liegen an der Auswerteeinrichtung die Ausgänge des Bildpunktzählers als abzuspeichernde Daten an. Das Ausgangssignal des USDgatters wird als Schreibsignal zur Übernahme der Daten verwendet. Stimmen Bildpunkt und vorheriger Bildpunkt überein, wird kein Schreibsignal bzw. kein Taktsignal zum Weiterzählen des Zählers der Übergänge erzeugt· Nach Abschluß der Ausgabe einer Bildzelle schaltet das Signal "Ausgabe Bildzeile" wieder um, wodurch die Zähler und das Flipflop wieder zurückgesetzt werden und der Auswerteeinrichtung angezeigt wird, daß die Übergabe einer Bildzeile beendet ist.

Augführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel erläutert werden. Die dazugehörige Zeichnung in Pig. 1 zeigt ein_ Blockschaltbild mit Baugruppen der erfindungsgemäßen Anordnung. Soll ein Bild abgetastet werden, gibt die Auswerteeinrichtung 10 , bestehend aus einem Rechner und einer Koppeleinheit, das Signal "Integrationszeit" (Aufnahme eines Bildes, bzw. einer Bildzeile) aus. Während der Integration werden keine Bildinformationen ausgegeben und die Leitung "Ausgabe Bildzeile" ist inaktiv. Dadurch werden ein Bildpunktzähler 20 , ein Zähler für die Übergänge 30 und ein Flipflop 70 zurückgesetzt. Nach" Abschluß der Integrationszeit wird die Signalleitung "Ausgabe Bildzeile" aktiv und gibt die Zähler 20; 30 und das Flipf.lop 70 frei. Jetzt liegen die binäre Bildinformation BBP, die.zweckmäßigerweise aus dem analogen Fotosignal durch Vergleich mit einer von der Auswerteeinrichtung 10 ausgegebenen Binarisierungsschwelle gewonnen wird^ und zugehöriger Biidtakt an der Interfaceeinheit. Der Bildpunktzähler. 20 zählt die Bildpunkte einer Zeile. Das Flipflop 70 speichert die vorherige Bildinformation, so daß an einem Antivalenzgatter 60 der aktuelle Bildpunkt und der vorherige Bildpunkt anliegen. Stimmen beide nicht überein (Weiß/Schwarz- bzw. Schwar'z/Weiß-Übergang), wird ein UMDgatter 50 geöffnet und

der Bildpunkttakt taktet den Zähler der Übergänge 30 ♦ An der Koppeleinheit der Auswerteeinrichtung 10 liegen dann 'der Ausgang des Bildpunktzählers 20 als Dateninformation, der Ausgang des Zählers der Übergänge 30 als Adresse für die abzuspeichernde Information und der Ausgang des HNDgatter 50 als Schreibsignal· Die Koppeleinheit kann einen DMA-Zugriff zum Rechner-Speicher ermöglichen oder .aber'auch zweckmäßigerweise eine Schaltung sein, die nacheinander einen wahlweisen Zugriff von Rechner oder Kamera zu einen gemeinsamen Speicherbereich ermöglicht· Dadurch wird der Rechner nicht während der Datenübergabe abgeschaltet. Eine Synchronosation zwischen Kamera und Auswerteeinrichtung kann über Interrupt mit dem Signal "Ausgabe Bildzeile" erfolgen· .

Die Zeilenbildinformationen sind nach der Übergabe s.ehr kompakt abgespeichert und es wird eine sehr schnelle Verarbeitung möglich· Treten z.B· bei einer Auflösung von 256 Rasterpunkten/ Zeile bei der Abtastung einer Zeile Schwarzgebiete in der Form:

0 17 44 80 100 126 200 255

212 231

auf, werden im Rechner auf sechs Speicherplätzen nacheinander die Daten 17, 44, 80, 126, 212, 231 abgelegt. Als Beispiel für die Verarbeitung soll die Flächenberechnung und der Vergleich mit einem abgespeicherten Repräsentanten angeführt werden· Zur Flächenberechnung sind einfach die Summen '

⁼-^{17 + 44} - ^{80 + 126} - ^{212 +231} zu bilden. Für den Vergleich sei im Run-Lehgth-Code als Repräsentant die zugehörige Zeile 16, 42, 82, 125 abgespeichert· Die Abweichung beider Bildzeilen (Hammingdistanz) ergibt sich daraus, daß die Run-Length-Daten beider Zeilen in einer gemeinsamen Reihe der Größe nach geordnet werden und eine Summation nach der Formel: ·

4^Hzeilenelement =~¹⁶ +17-42+44-80+82 - 125 + 126 -

·' · +231 erfolgt

Auch für andere Verarbeitungsschritte ergeben sich sehr einfache und schnelle Algorithmen· .

Claims (1)

1. Erfindungsanspruch ;

   .!.Digitale Schaltungsanordnung zur Eingabe von· binären

   optischen Sensordaten in Auswerteeinrichtungen, "bestehend aus Zählern, logischen Gattern und Plipflops, dadurch
   gekennzeichnet, daß die Rücksetzeingänge eines Bildpunktzählers (20), eines Zählers der Übergänge (30), eines
   Plipflops (70) und der Synchronisationseingang der Auawerte-' einrichtung (10) mit der vom optischen Sensor kommenden
   Leitung "Ausgabe Bildzeile" verbunden sind und die Takteingänge des Bildpunktzählers und des Plipflops sowie ein Eingang eines UiRDgatter (5) an die Bildpunkttaktleituhg BPCL angeschlossen sind und die binäre Potosignalleitung BBP an den Dateneingang des Plipflops (70) und an einen Eingang
   eines Antivalenzgatter (60) angeschlossen ist und am.
   anderen Eingang des Antivalenzgatters (60) der Ausgang des Plipflops (70) angeschlossen ist und der Ausgang des UED-gatters (50) mit dem Takteingang des Zählers (30) und dem Schreibeingang der Auswerteeinrichtung (10) verbunden ist und die Ausgänge des Bildpunktzählers '(2O) .,mit dem Dateneingang und des Übergangszählers (30) mit dem Adresseneingang der Auswerteeinrichtung (10) verbunden sind·

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen