DE2065927C3

DE2065927C3 - Schwellwertschaltung

Info

Publication number: DE2065927C3
Application number: DE2065927A
Authority: DE
Inventors: Roger Roy Adams Penfield N.Y. Morton (V.St.A.)
Original assignee: Bausch and Lomb Inc
Current assignee: Bausch and Lomb Inc
Priority date: 1969-06-23
Filing date: 1970-06-22
Publication date: 1979-08-16
Also published as: DE2065927B2; BE752352A; DE2065927A1; GB1328124A; DE2030662B2; DE2065764A1; FR2047034B1; GB1328123A; GB1328121A; NL7009146A; FR2047034A1; DE2030662C3; GB1328122A; DE2030662A1; CA930860A

Description

Die Erfindung betrifft eine Schwellwertschaltung zum Verarbeiten der Ausgangssignale einer Abtasteinrich tung, mit der ein Bildfeld zur Erfassung von im Bildfeld vorhandenen Objekten zeilenweise abgetastet wird und die ein Videosignal liefert, wenn die Abtastspur ein Objekt überstreicht, bei welcher Schwellwertschaltung unter Verwendung eines Summiergliedes ein vom Videosignal abhängiges Bezugssignal erzeugt wird, das einem mit dem Videosignal beaufschlagten Vergleichsglied zugeführt wird.

Zum Erfassen der Anzahl und/oder der Parameter von in einem Bildfeld vorhandenen Objekten, beispielsweise im Bildfeld eines Mikroskops vorhandenen Teilchen, wird das Bildfeld mit einer Abtasteinrichtung in Form einer Fernsehkamera zeilenweise abgetastet, die jeweils dann ein impulsiormiges Videosignal liefert, wenn die Abtastspur ein Objekt überstreicht. Für die von der Abtasteinrichtung gelieferten Videosignale ist eine Auswerteinrichtung vorgesehen, in der die von einem Objekt herrührenden Videosignale zu einem Zählimpuls kombiniert und/oder aus den Videosignalen Parameter der im Bildfeld vorhandenen Objekte ermittelt werden. Die einzelnen Videosignale weisen nun eine mehr oder minder unterschiedliche Impulsform auf. Zur Erzielung einwandfreier F.rgebnisse ist es

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55 erforderlich, die von der Abtasteinrichtung gelieferten Videosignale in binäre Signale umzusetzen, d.h. in Signale, die durch zwei diskrete Zustände gekennzeichnet sind, wobei der Obergang vom einen in den anderen Zustand jeweils sprunghaft erfolgt

Aus der US-PS 33 39 178 ist bereits eine Schwellwertschaltung der eingangs genannten Art bekannt, bei der das von einer Abtasteinrichtung gelieferte Videosignal einem Vergleichsglied zugeführt wird, das auch mit einem vom Videosignal abhängigen Bezugssignal beaufschlagt wird und ein Ausgangssignal liefert, wenn das anliegende Videosignal das Bezugssignal übersteigt Zur Erzeugung des Bezugssignals wird das Videosignal auf mehrere Verzögerungsglieder gegeben, deren Ausgänge an das Summierglied angeschlossen sind, dessen Ausgangssignal dem Durchschnittswert der zugeführten Ausgangssignale der Verzögerungsglieder entspricht Bei der bekannten Schaltungsanordnung liefert also das Summierglied ein Bezugssignal, dessen Wert von der Form des Videosignals abhängt Der zur Auslösung eines Ausgangssignals am Vergleichsglied erforderliche Schwellwert des Bezugssignals wird also um so eher erreicht je steiler die Anstiegsflanke eines Videosignals verläuft

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schwellwertschaltung der eingangs genannten Art zu schaffen, die unabhängig vom Verlauf der Anstiegsflanke der Videosignale binäre Ausgangssignale liefert die exakt die jeweils abgetastete Breite eines Objektes wiedergeben.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Schwellwertschaltung der eingangs genannten Art, die erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist daß ein Größtwertglied und ein Kleinstwertglied vorgesehen sind, die beide mit dem Videosignal beaufschlagt werden sowie auf ein bei einem Videosignalübergang erzeugtes Schaltsignal ansprechen und den daraufhin auftretenden größten und kleinsten Spitzenwert der Amplitude des Videosigniis erfassen und speichern, das Summierglied zur Erzeugung eines Schwellwertpegels mit dem größten und kleinsten Spitzenwert der Amplitude des betreffenden Videosignals beaufschlagt wird und der vom Summierglied gelieferte Schwellwertpegel und das Videosignal dem Vergleichsglied zugeführt werden, dessen Ausgang zur Erzeugung eines binären Ausgangssignals umgeschaltet wird, wenn die Amplitude des zugeführten Videosignals dem Schwellwertpegel entspricht.

Bei der Schwellwertschaltung nach der Erfindung wird für jedes Videosignal ein diskreter Schwellwert erzeugt, der nicht vom Verlauf der Anstiegs- bzw. Abfallflanke des Videosignals abhängt, sondern eindeutig durch den größten und kleinsten Amplitudenwert des Videosignals festgelegt ist. Das Videosignal wird einem Größtwertglied und einem Kleinstwertglied zugeführt, die beide durch ein in Abhängigkeit vom Videosignalübergang erzeugtes Schaltsignal angesteuert werden und daraufhin den nachfolgenden größten und kleinsten Amplitudenwert des Videosignals erfassen und speichern. Aus den gespeicherten Amplitu denwerten wird dann durch Mittelwertbildung ein eindeutiger diskreter Schwellwertpegel gewonnen. Die vom Vergleichsglied erzeugten binären Ausgangssignale entsprechen exakt der jeweils abgetasteten lireite eines Objekts, da unabhängig von flachen oder steilen Signalübergängen stets für jedes Videosignal ein diskreter Schwellwer tpegel erzeugt wird.

Die als älteres Recht entgegenstehende DIM'S

19 22 301 betrifft eine Schaltungsanordnung, bei der ähnlich wie bei der Schaltungsanordnung nach der US-PS 33 39178 während eines Videosignals kein diskreter Schwellwertpegel erzeugt wird, sondern vielmehr ein mit dem Verlauf des Videosignals schwankendes BezugssignaL Ein Hellwähler und ein Dunkelwähler werden jeweils mit dem Videosignal, dem Ausgangssignal eines mit dem Videosignal beaufschlagten ersten Verzögerungsgliedes sowie dem Ausgangäsignal eines mit dem Ausgangssignal des ersten Verzögerungsgliedes beaufschlagten zweiten Verzögerungsgliedes beaufschlagt und geben an ein Summierglied das jeweils die größte bzw. kleinste. Amplitude aufweisende Eingangssignal weiter. Im Hellwähler bzw. Dunkelwähler werden also die Amplituden der anliegenden Eingangssignale ständig miteinander verglichen und es wird das Eingangssignal jeweils auf das Summierglied weitergeleitet, das im Augenblick die größte Amplitude besitzt Das Vergleichsglied liefert daher einen in Abhängigkeit von der Amplitude des Videosignals schwankenden Bezugswert.

Bei der Schwellwertschaltung nach der Erfindung wird hingegen für jedes Videosignal ein diskreter Schwellwertpegel ohne Verwendung von Verzögerungsgliedern mit Hilfe eines Größtwert- und Kleinstwertgliedes unmittelbar aus dem Videosignal abgeleitet, da jeweils nur der größte bzw. kleinste Amplitudenwert des Videosignals erfaßt und gespeichert wird, so daß das mit den gespeicherten Amplitudenwerten beaufschlagte Summierglied für jedes Videosignal einen diskreten konstanten Schwellwertpegel erzeugt. Bei der Schaltungsanordnung nach dem älteren Vorschlag ist weiterhin zur Erzeugung des Ausgangssignals ein Schwellwertdiskriminator vorgesehen, der mit dem Ausgangssignal einer Addierstufe beaufschlagt wird, die mit dem einen Eingang über ein UND-Glied an den Ausgang des Hellwählers und mit dem anderen Eingang über ein UND-Güed an den Ausgang des Dunkelwählers angeschlossen ist. Das eine oder andere der beiden UND-Glieder wird durchgeschaltet, je nachdem, ob das verzögerte Videosignal oberhalb oder unterhalb des Bezugssignals liegt Demgegenüber wird bei der Schwellwertschaltung nach der Erfindung des binäre Ausgangssignal von dem mit dem jeweiligen Schwellwertpegel und dem Videosignal beaufschlagten Vergleichsglied geliefert

Die Schaltsignale für die Steuerung des Größtwert- und KleinstwertgUedes werden von einem Vergleicher erzeugt der mit den Videosignalen und dem Ausgangssignal eines Schwellwertgebers beaufschlagt wird. Die Videosignale werden der Vergleichsschaltung zweckmäßigerweise über ein Verzögerungsglied zugeführt, so daß für das Größtwert- und Kleinstwertglied ausreichend Zeit zur Erfassung der für die Bereitstellung des richtigen Schwellwertpegels erforderlichen Amplitudenwerte zur Verfügung steht.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild der Schwellwertschaltung und

F i g. 2 eine graphische Darstellung von Signalformen zur Erläuterung der Arbeitsweise der Schwellwertschaltung nach Fig. 1.

1 >ie in der Zeichnung dargestellte Schwellwertschal- !ung empfängt die von einer Fernsehkamera bei der zeilenweisen Abtastung eines Bildfeldes erzeugten Videosignale und setzt diese in entsprechende binäre Videosignale um, wobei die sprunghaften Signalübergänge jeweils dann auftreten, wenn von der Fernsehkamera der Umriß oder Rand eines Objektes erfaßt wird.

Die Schwellwertschaltung kann wahlweise in einer von drei möglichen Betriebsarten beirieben werden. Bei der manuellen Betriebsart wird dei einem bestimmten Bildintensitätspegel entsprechende Schwellwertpegel, bei dem die sprunghafte Änderung des binären Videosignals auftreten soll, von Hand eingestellt Zu diesem Zweck ist ein von Hand betätigbarer Schwellwertgeber 92, beispielsweise ein Potentiometer, vorgesehen. Bei der halbautomatischen Betriebsart wird ein entsprechender Schwellwertpegel ebenfalls von Hand eingestellt Das binäre Videosignal wird jedoch nicht bereits dann eingeschaltet, wenn das zugeführte Videosignal den Schwellwertpegel erreicht Der eingestellte Schwellwertpegel legt lediglich den Bereich fest, in dem die Umschaltung des binären Videosignals zu erfolgen hat Bei der halbautomatischen Betriebsart wird der Schwellwertpegel aus dem Durchschnitt von maximalen und minimalen Amplitudenwerten hergeleitet die das anliegende Videosignal in unmittelbarer Nähe des Schnittpunktes zwischen der Amplitude des anliegenden Videosignals und dem von Hand eingestellten Schwellwertpegel aufweist Bei der automatischen Betriebsart tritt die Umschaltung des binären Videosignals bei einem durchschnittlichen Schwellwertpegel auf, der aus dem maximalen und minimalen Amplitudenwert irgendeines eine bestimmte Größe und Steigung tet wird.

Das von einer Fernsehkamera gelieferte Videosignal wird der in F i g. 1 dargestellten Schwellwertschaltung über eine Impedanzanpassungsschaltung 84 zugeführt Das zugeführte Videosignal wird im Verstärker 82 verstärkt und in invertierter Form einer Klemmschaltung 86 zugeführt, wo die Unterseite der Horizontalsynchronimpulse im Videosignal auf einem festen Gleichspannungspegel gehalten wird. Die Klemmschaltung 86 setzt also eine der Grenzen fest bis zu denen das Videosignal schwingen kann.

Das verstärkte und auf einem bestimmten Bezugspegel gehaltene Videosignal wird dann über eine Leitung 197 einer Vergleichsschaltung 81 zugeführt Beim automatischen Betrieb bestimmt die Vergleichsschaltung 81, wann ein Übergang in Abhängigkeit von

H) Videosignalen, die einen größeren Wert und eine größere Steigung als vorgegeben besitzen, auftreten soll. Beim halbautomatischen Betrieb wird dem anderen Eingang 194 der Vergleichsschaltung 81 über den Schalter 93 der am Schwellwertgeber 92 eingestellte

ίο Schwellwertpegel zugeführt. Durch die Vergleichsschaltung 81 wird somit festgestellt, wann das über die Leitung 197 zugeführte Videosignal den Schwellwertpegel schneidet. Beim automatischen Betrieb wird der Eingang 194 der Vergleichsschaltung 81 durch den

5^r> Schalter 93 an den Ausgang des automatischen Schwellwertgebers 101 angeschlossen. Bei manuellem Betrieb spielt die Vergleichsschaltung 81 keine Rolle.

Das Videosignal wird auch der Maximum-Schaltung 83 und der Minimum-Schaltung 85 zugeführt. Diese

• · beiden Schaltungen treten nur beim automatischen bzw. halbautomatischen Betrieb in Tätigkeit und bestimmen die vom Videosignal unmittelbar nach dem Umschalten der Vergleichsschaltung 81 erreichten maximalen und minimalen Werte. Der Maximum-SrHaitüi.g äl wird das Videosignal sowie das Auspangssignn! der Vergleichsschaltung 81 zugeführt. Ist das Ausgangssignal der Vergleichsschaltung 81 positiv ^fo!;r! die Maximum-Schaltung 83 dem V :■:',·. ..ignal und erfaßt dessen

Spitzenwert Dieser Spitzenwert wird in der Maximum-Schaltung 83 so lange gespeichert, bis im Ausgangssignal der Verpleichschaltung 81 der nächste positive Übergang auftritt. Bei einem negativen Übergang im Ausga^T:;-«igi.a! der Vergleichsschaltung 81 liefert dip Maximum-Schaltung 83 die größte positive Spannung, die das Videosigna! seit dem letzten positiven Übergang im Ausgangssignal der Vergleichsschaltung 81 erreicht hat. Die Minimum-Schaltung 85 liefert ähnliche Ausgangssignale wie die Maximum-Schaltung 83, wobei jedoch lediglich die Polaritäten umgekehrt sind. Die entsprechenden Ausgangssignale der Maximum- und Minimum-Schaltungen 83 und 85 werden einer Summierschaltung 87 zugeführt, welche eine dem augenblicklichen Durchschnittswert der zugeführten Signale entsprechende Ausgangsspannung liefert, die zum Festlegen eines Schwellwertpegels über einen Schalter 103 einer Vergleichsschaltung 90 zugeführt werden kann.

Der Vergleichsschaltung 90 wird auch das mit Hilfe der Verzögerungsleitung 89 verzögerte Videosignal zugeführt Die Verzögerungsleitung 89 bewirkt eine Verzögerung in der Größenordnung von einer Mikrosekunde. Durch diese Verzögerung wird gewährleistet, daß der Vergleichsschaltung 90 von der Maximum- und Minimum-Schaltung 83 bzw. 85 der erforderliche Schwellwertpegel zur Verfügung gestellt wird, bevor ein Signalübergang bewirkt wird.

Die Vergleichsschaltung 90 schaltet also bei automatischem oder halbautomatischem Betrieb immer dann um, wenn das verzögerte Videosignal den Mittelwert zwischen der maximalen und minimalen Spannung eines von der Vergleichsschaltung 81 gewähiten Überganges kreuzt Bei manuellem Betrieb schaltet die Vergleichsschaltung 90 um, wenn das verzögerte Videosignal den am Schwellwertgeber 92 eingestellten Gleichspannungspegel erreicht Der Schalter 103 wird entsprechend der gewählten Betriebsart eingestellt.

Zur näheren Erläuterung der Arbeitsweise der in F i g. 1 dargestellten Schwellwertschaltung sind in Fig. 2 innige beim Betrieb auftretende Signalton,«ca dargestellt. Die fest ausgesogene Linie 94 stellt das von der Abtastkamera erzeugte Videosignal dar. Das in der Verzögerungsleitung 89 verzögerte und als Eingangs-' signal der Vergleichsschaltung 90 zugeführte Videosigna! ist durch die gestrichelte Linie 95 dargestellt. Die Ausgangssignalc der Maximum-Schaltung 83 und der Minimain-Schaltung 85 sind mit den Bezugszahlen 96 und 97 bezeichnet. Das Maximum-Signal 96 ist in Form

in einer durchgezogenen Linie mit im Abstand voneinander angeordneten kleinen Kreuzen dargestellt. Das Minimum-Signal 97 ist in Form einer fest ausgezogenen Linie mit im Abstand voneinander eingezeichneten kleinen Kreisen dargestellt Das Maximum-Signal %

wird kurz nach Beginn der Vorderfianke eines Videosignals auf das Videosignal 94 heruntergeführt bzw. begrenzt Das Minimum-Signal 97 wird andererseits kurz nach Beginn der Rückflanke eines Videosignals auf das Videosignal 94 heruntergeführt bzw.

begrenzt Durch diese Begrenzung des Maximum- bzw. Minimum-Signals werden auf Drifterscheinungen bei der Bestimmung der maximalen und minimalen Werte des Videosignals zurückzuführende Fehler vermieden. Die Vergleichsschaltung 90 schaltet an den durch die

Signalpegel % und 97 festgelegten Mittelpunkten 98 »hinauf« oder »hinunter«, sobald das anliegende Videosignal den durch den Mittelpunkt festgelegten Pegel erreicht Auf diese Weise entsteht das binäre Videosignal 99, bei dem jeder binäre Videoimpuls eine

3" dem Abstand zwischen zwei Mittelpunkten 98 entsprechende Dauer aufweist

Das durch Umschalten der Vergleichsschaltung 90 erzeugte binäre Videosignal 99 wird der Auswertschaltung 91 zugeführt Das Ausgangssignal der Schwell-

wertschaltung ist also ein binäres Signal, das einen positiven Wert besitzt, wenn der Abtaststrahl der Fernsehkamera ein im Bildfeld befindliches Objekt abtastet und das den Wert Null aufweist, wenn der Elektronenstrahl lediglich den Hintergrund des Bildfel-

⁴⁽¹ des abtastet

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1 Patentansprüche:

1. Schwellwertschaltung zum Verarbeiten der Ausgangssignale einer Abtasteinrichtung, mit der ein Bildfeld zur Erfassung von im Bildfeld Vorhändenen Objekten zeilenweise abgetastet wird und die ein Videosignal liefert, wenn die Abtastspur ein Objekt überstreicht, bei welcher Schwellwertschaltung unter Verwendung eines Summiergliedes ein vom Videosignal abhängiges Bezugssignal erzeugt wird, das einem mit dem Videosignal beaufschlagten Vergleichsglied zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Größtwertglied (83) und ein Kleinstwertglied (85) vorgesehen sind, die beide mit dem Videosignal beaufschlagt werden sowie auf ein bei einem Videosignalübergang erzeugtes Schaltsignal ansprechen und den daraufhin auftretenden größten und kleinsten Spitzenwert der Amplitude des Videosignals erfassen und speichern, das Summierglied (87) zur Erzeugung eines Schwellwertpegels mit dem größten und kleinsten Spitzenwert der Amplitude des betreffenden Videosignals beaufschlagt wird und der vom Summierglied gelieferte Schwellwertpegel und das Videosignal dem Vergleichsglied (90) zugeführt werden, dessen Ausgang zur Erzeugung eines binären Ausgangssignals (99) umgeschaltet wird, wenn die Amplitude des zugeführten Videosignals dem Schwellwertpegel entspricht.

2. Schwellwertschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltsignale des Größtwertgliedes (83) und des Kleinstwertgliedes (85) von einem Vergleicher (81) erzeugt werden, der mit dem Videosignal und dem Ausgangssignal eines Schwellwertgebers (92 bzw. 101) beaufschlagt wird.

3. Schwellwertschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Videosignale dem Vergleichsglied (90) über ein Verzögerungsglied (89) zugeführt werden.

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