DE2011471C2 - Verfahren zum Messen der Fläche von in einem Bild enthaltenen Objekten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen der Fläche von in einem nach einem Zeilenrasterverfahren aufgenommenen Bild gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Rasterverfahren sind solche, bei denen das Bild zeilenweise, spiralförmig oder auf andere Weise linear abgetastet wird und in Abhängigkeit der Helligkeit des jeweils abgetasteten Bildpunktes ein Signal erzeugt wird. Bei derartigen Verfahren, die z. B. für bakteriologische Untersuchungen oder zur Auswertung von Metallschliffen u. dgl. dienen, werden aufgrund des elektrischen Signals bestimmte Objekte des Bildes ausgewählt und ausgewertet, wobei diese auf dem Schirm eines Sichtgerätes dargestellt werden können. Die Bilder können nach dem Grauton der Objekte ausgewertet werden. Es ist aber häufig auch erwünscht, die einzelnen Objekte nach ihrer Größe auswählen zu können. Da häufig eine Vielzahl von Objekten ausgewertet werden muß, ist m2n bestrebt, die Auswertung zu automatisieren.

Aus der DE-OS 19 22 302 ist eine Anordnung bekannt, die dazu dient, Objekte eines Bildes, das zeilenweise abgetastet wird, zu zählen und deren Fläche zu bestimmen. Hierzu werden die Längen der Sehnen, die das Abtastraster mit dem Objekt bildet, summiert Es ίο wird jeweils die Länge der gerade abgetasteten Sehne und die der zuvor abgetasteten Sehne addiert

In der britischen Patentschrift 7 32 662 ist eine Anordnung zum Zählen und zur Flächenbestimmung von Objekten eines Bildes beschrieben, mit der die Signale, die beim Abtasten der Objekte in den einzelnen Zeilen gebildet werden, auf konstante Amplitude gebracht, in einen Speicher, dessen Umlaufzeit gleich der Zeilenperiode ist, eingeschrieben und summiert werden. Aus diesem Signal wird ein weiteres Signal gebildet, dessen Amplitude proportional zur Amplitude des durch Summieren der Einzelsignale im Speicher enthaltenen Signals ist. Diese Amplitude ist proportional zur Fläche des erfaßten Objektes. Aus der britischen Patentschrift 10 46 443 ist ein weiteres Verfahren bekanntgeworden, bei dem eine Probe zeilenweise von einem Elektronenstrahl abgetastet wird und die Elektronenstreustrahlung, die bei Auftreffen des Elektronenstrahls auf Einschlüsse in der Probe entrteht, in verschiedenen Detektoren gemessen wird. Das Verfahren gestattet u.a., die Anzahl von Einschlüssen in der Probe, die Gesamtfläche der Einschlüsse sowie die Abmessungen der Einschlüsse in Abtastrichtung und senkrecht dazu zu bestimmen. Daraus kann auf die Fläche der einzelnen Einschlüsse geschlossen werden. Die Abmessungen in Zeilenrichtung werden mittels eines Impulslängendiskriminators bestimmt. Dieser besteht im wesentlichen aus einem Taktimpulsgenerator, einer diesem nachgeschalteten Torschaltung, die von den beim Abtasten von

■to Einschlüssen entstehenden Signalen geöffnet wird, und einem Zähler, der die von der Torschaltung durchgeschalteten Impulse aufsummiert. Die Anzahl der während eines Abtastsignals gezählten Impulse ist ein Maß für die Dauer des Abtastsignals und damit für die Abmessung des Einschlusses in Abtastrichtung. Die Abmessung senkrecht dazu wird durch Abzählen der Abtastzeilen, über die sich der Einschluß erstreckt, bestimmt. Die Gesamtfläche ergibt sich durch Zählen der Impulse über die gesamte Abtastdauer der Probe.

Aus der britischen Patentschrift 7 08 347 ist eine Anordnung bekannt, mit der eine Vorlage nach einem Rasterverfahren, wie es bei Bildtelegraphen üblich ist, abgetastet und das entstehende elektrische Signal moduliert wird. Nach Demodulation und Impulsformung werden Signale konstanter Amplitude erhalten, deren Dauer gleich der Abtastzeit der einzelnen Objekte ist, und zwar der Abtastzeit in einer Zeile. Diese Signale werden integriert und damit Impulse erzeugt, deren Amplituden proportional zu den Abtastzeiten in den einzelnen Zeilen sind. Ein Amplitudendiskriminator klassifiziert die Gesamtheit der erzeugten Impulse. Mittels mathematischer Methoden wird auf die Fläche der Objekte geschlossen. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß es mit einem methodischen Fehler behaftet ist, wenn die Objekte unregelmäßig gestaltet sind.

In der GB-PS 7 32 662 ist ferner angegeben, die Breite von Objekten dadurch zu messen, daß die beim

Abtasten der Objekte gebildeten Signale überlagert werden, derart, daß die Amplitude des entstehenden Signals nicht verändert wird. Die Dauer des nach dem Abtasten eines Objektes erhaltenen Signals ^;3t daher ein Maß für die größte Sehnenlänge und kann in einen Impuls mit zur größten Sehnenlänge proportionaler Dauer umgewandelt werden. Eine Flächenbestimmung ist danach nicht möglich. Auch kann durch Aufsummieren der Impulse mit zur maximalen Sehnenlänge proportionaler Amplitude kein der Fläche entsprechender Impuls erhalten werden.

Die bekannten Anordnungen und Verfahren weisen jeweils einen Umlaufspeicher auf bzw. arbeiten mit einem solchen, dessen Umlaufzeit gleich der Zeilenperiode ist In diesem werden die Abtastsignale eines Objektes aufsummiert, dem das jeweils neue Signal zu dem im Umlaufspeicher schon vorhandene Signal hinyuaddiert wird. Die Dauer dieses Signals entspricht der größten Abmessung des Objektes in Zei'»nrichtung. Bei dicht beieinanderliegenden Objekten kann der Fall eintreten, daß die Summensignale verschiedener Objekte sich überlagern und dadurch Fehlmessungen entstehen. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebene Verfahren zum Messen der Fläche von Objekten mit einfachen Mitteln so zu verbessern, daß das Auflösungsvermögen vergrößert wird, d. h., daß auch die Flächen von dicht beieinanderliegenden Objekten gesondert gemessen werden können. Die Objekte sollen nach ihrer Fläche klassifiziert werden können, wobei sie unregelmäßig gestaltet sein können, ohne daß die ermittelten Flächen mit einem methodischen Fehler behaftet sind, oder eine Korrektur angewandt werden muß, die nur für Objekte bestimmter Form und Lage eine tatsächliche Fehlerkorrektur ergibt. Dieses Verfahren soll mit Hilfe fernsehtechnischer Einrichtungen durchgeführt werden können oder mit Hilfe fotoelektrischer Abtasteinrichtungen hoher Abtastgeschwindigkeit vom Typ der Flying-Spot-Geräte, bei denen als abtastendes Element der Leuchtfleck einer Kathodenstrahlröhre mittels einer Beleuchtungsoptik auf das die auszuwertenden Objekte enthaltende Bild und mittels einer Beobachtungsoptik auf einen fotoelektrischen Empfänger, beispielsweise einen Sekundärelektronenvervielfacher, abgebildet wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst. Der Impuls mit zur Objektfläche proportionaler Höhe oder Dauer kann als Helligkeitswert einem Sichtgerät zugeführt und dort als Flächen- kennzeichen dargestellt werden.

Mit dem neuen Verfahren werden die durch Abtasten der Zeilen gewonnenen einzelnen Konstantspannungen nicht unmittelbar summiert, sondern es wird aus ihnen jeweils ein Impuls konstanter Dauer und mit zur Dauer der Konstantspannungen proportionaler Amplitude gebildet. Diese Impulse werden dann summiert und aus dem Summensignal durch Integration ein Signal gebildet, dessen Amplitude oder Dauer der Spannungs-Zeitfläche des Summensignals, und nicht zu dessen Amplitude proportional ist.

Mit dem neuen Verfahren werden zum Zwecke der Ermittlung von Häufigkeitsverteilungen von Flächen unterschiedlich großer Objekte zunächst Impulse mit flächenproportionaler Amplitude, d. h. flächenproportionale Helligkeitswerte ermittelt. Diese Werte können dann zur Einstell- und Meßkontrolle auf dem Bildschirm eines Sichtgerätes neben der zugehörigen Objektfläche als Flächenkennzeichen ausgegeben und gleichzeitig gespeichert werden. Die Umsetzung von Flächen in Helligkeitswerte bietet den zusätzlichen Vorteil, daß für die durchzuführende Flächenklassifizierung die an sich bekannten Diskriminatoren für die Helligkeitsklassifizierung von Objekten herangezogen werden können. Diese Helligkeitsdiskriminatoren arbeiten entweder mit einem oder mit zwei Schwellwerten, mit denen die Amplituden des Videosignals des Gesamtbildes verglichen werden. Wird nur ein einziger Schwellwert benutzt, so kann eine Klassifizierung von Objekten nach ihrer Helligkeit nur in aufeinanderfolgenden Messungen mit jeweils geändertem Schwellwert für die Helligkeit durchgeführt werden. Die eigentlich interessierenden Objekte müssen dann durch Differenzbildung der Meßergebnisse aus zwei benachbarten Graustufen gewonnen werden. Einfacher ist diese Diskriminierung durchzuführen, wenn statt eines Schwellwertes zwei Schwellwerte zur Eingrenzung der interessierenden Helligkeitsstufen verwendet werden. Die beiden Schwellwei ic bilden dann ein sogenanntes Diskriminatorfenster, dessen Breite durch den Abstand der beiden Schwellwerte gegeben ist.

Wie erwähnt, werden bei einem bevorzugten Verfahren die flächenproportionalen Helligkeitswerte gespeichert und synchron mit dem aufgenommenen Gesamtbild ausgelesen und auf dem Bildschirm eines Sichtgerätes als Flächenkennzeichen dargestellt. Dies hat den Zweck, nicht interessierende bzw. bereits ausgewertete Bildbestandteile aus dem von der Fernsehkamera abgetasteten Gesamtbild zu entfernen.

In Sonderfällen kann es nützlich sein, Flächenkennzeichen zu verwenden, deren Leuchtdichte und Vertikalausdehnung konstant und deren Erstreckung in Abtastrichtung der jeweiligen Objektfläche proportional ist, d. h., es wird die Fläche der Objekte in eine Länge umgesetzt. Derartige Kennzeichen können von Längendiskriminatoren erfaßt werden, so daß wiederum eine eindeutige Flächenklassenvorwahl und eine Häufigkeitsermittlung von Flächenklassen möglich ist. Bei den genannten Längendiskriminatoren wird die Zeit gemessen, die der Abtaststrahl braucht, um die Kennzeichen darzustellen. Es kann dann festgestellt werden, ob diese Zeit größer oder kleiner als eine vorgegebene Zeit ist, so daß die Kennzeichen klassifiziert werden können. Werden zwei Zeiten vorgegeben, dann wird wiederum ein Diskriminatorfenster gebildet.

An Hand der Zeichnung werden im folgenden die Erfindung sowie weitere Vorteile und Ergänzungen näher beschrieben und erläutert.

F i g. 1 zeigt das Blockschaltbild einer Fernseheinrichtung zur Durchführung des neuen Verfahrens,

F i g. 2 veranschaulicht die Umwandlung von Objektflächen in flächenproportionale Helligkeitswerte, in

Fig.3 sind das Bild eines herkömmlichen Meßfeldes mit insgesamt fünf verschieden großen Objekten und ein Bild gegenübergestellt, das durch Umsetzung der Objektflächen in Flächenkennzeichen gleicher Größe, aber mit zu den Objektflächen proportionaler Helligkeit entstanden ist.

In Fig. 1 ist mit 2 eine Fernsehkamera bezeichnet, welche das von einem Mikroskop 1 aufgenommene Bild in ein elektrisches Signal umwandelt und einer Zentrale 3 zuführt. Diese enthält außer den üblichen Ablenkgeneratoren für die Kamera 2 und ein Sichtgerät 7 einen Videoverstärker mit regelbarem Verstärkungsgrad. Ferner sind in der Zentrale ein Amplitudendiskriminator und weitere Auswertegeräte für das Videosignal

untergebracht. An die Zentrale ist ein Speicher 6 für Videosignale angeschlossen, in den nicht nur das vollständige von der Kamera gelieferte Videosignal, sondern auch die Ausgangssignale der Auswerteschaltungen eingeschrieben werden können. Außerdem wird der Speicher von der Zentrale so gesteuert,- daß er synchron mit dem Abtaststrahl der Kamera 2 läuft, so daß, wenn das gespeicherte Signal in die Zentrale abgerufen wird, jeweils gleichen Bildpunkten entsprechende Signale des Speichers und der Kamera gleichzeitig eintreffen. Zwischen die Zentrale 3 und den Speicher 6 ist im Ausführungsbeispiel ein Tiefpaß 5 geschaltet, der hochfrequente Störspannungsspitzen unterdrücken soll. Die Auswerteeinheiten in der Zentrale 3 werden von einer Steuereinheit 4 angesteuert, welche die Schwellwerte für den Diskriminator und Programme für die Auswertung zur Zentrale 3 liefert. Bestehen die Auswerteeinheiten der Zentrale aus einem Analogrechner, dann werden von der Steuereinheit 4 die Rechenprogramme für diesen geliefert. Das Ausgangssignal der Zentrale wird einerseits dem Sichtgerät 7 zugeführt, auf dessen Bildschirm dann zu erkennen ist, welche Bildbestandteile ausgewertet wurden, und gegebenenfalls auch Auswerteergebnisse angezeigt werden. Die eigentliche Meßwertanzeige und -ausgabe erfolgt in der Einheit 8.

In Fig.2a ist ein einzelnes Objekt im Meßfeld enthalten, das sich hell vom dunkleren Untergrund abhebt. In Fig.2b ist das Videosignal der Zeile eingezeichnet, die durch einen Pfeil gekennzeichnet ist. Bei ungleichmäßiger Helligkeit des Objekts ist für dessen Flächenermittlung lediglich erforderlich, die Schwellwerte 51 und 52, wie in Fig.2b gezeigt, so einzustellen, daß die interessierende Objektfläche — im angenommenen Fall das gesamte Objekt — innerhalb eines Diskriminatorfensters liegt, dessen Breite durch den Abstand der beiden Schwellwerte 51 und 52 bestimmt ist. Solange das Videosignal unterhalb des Schwellwertes 51 und oberhalb des Schwellwertes 52 liegt, d. h., solange das auszuwertende Objekt abgetastet wird, wird z. B. von einem Schmitt-Trigger eine Spannung konstanter Amplitude abgegeben. Der zeitliche Verlauf dieser Spannung ist in Fig.2c eingetragen. Die vom Schmitt-Trigger abgegebene Spannung wird, wie in F i g. 2d gezeigt ist, integriert und so lange gespeichert, bis ein Impuls gleicher oder zu ihr proportionaler Höhe und konstanter Breite gebildet ist (F i g. 2e), dieser dem Videosignal überlagert und dem Sichtgerät zugeführt oder amplitudengetreu gespeichert ist.

Im letztgenannten Falle besteht die Möglichkeit, die gespeicherten Impulse, deren Helligkeit direkt proportional der jeweiligen Sehnenlänge der Objekte ist, vom Speicher abzurufen und auf dem Sichtgerät darzustellen, wie dies in Fi g. 2f angedeutet ist Gibt man alle Impulse des in Fig.2f dargestellten Bildes auf eine Verzögerungsleitung, deren Verzögerung gleich der Abtastzeit einer Fernsehzeile ist und koppelt man die Ausgangsspannung dieser Leitung gleichzeitig auf den Eingang zurück, so erhält man in der letzten durch einen Pfeil angedeuteten Zeile des Bildes nach F i g. 2f, eine Videospannung entsprechend der F i g. 2g, deren schraffierte Fläche bzw. Spannungszeitintegral der Fläche des in Fig. 2a dargestellten Objekts proportional ist. Eine Integrationsstufe, der dieser Impuls zugeführt wird, liefert am Ausgang im Zeitpunkt ti (Fig.2g) eine Spannung, deren Amplitude ein Maß für die Fläche des in Fig.2a dargestellten Objektes ist und die man mit einem Vorgabewert vergleichen kann, um festzustellen, ob diese Fläche größer oder kleiner als die vorbestimmte Fläche ist. Mit dem neuen Verfahren kann somit eine echte Flächendiskriminierung durchgeführt werden.

In Fig. 3 ist dies näher veranschaulicht. Werden die nach dem oben beschriebenen Verfahren gewonnenen Helligkeitswerte für die Objektflächen gespeichert, wozu eine Speicherröhre, ein Band-, Trommel- oder ein Plattenspeicher verwendet werden kann, dann können die in Fig.3a eingetragenen und mit I bis V bezeichneten Objekte unterschiedlicher Flächen in flächengleicher Ausdehnung, aber unterschiedlicher Helligkeit auf dem Bildschirm des Sichtgerätes wiedergegeben werden, wie dies in Fig. 3b angedeutet ist. Diese Flächenkennzeichen enthalten die Information über die Fläche der Objekte und sind auf dem Bildschirm an einer Stelle dargestellt, welcher etwa dem tiefsten Punkt des jeweiligen Objektes entspricht. Sie sollen möglichst wenig gegen den tiefsten Objektpunkt in Abtastrichtung verschoben sein. In Fig. 3c sind die unterschiedlichen flächenproportionalen Intensitäten / der Objekte I bis V eingezeichnet.

Ein wesentlicher Vorteil der Speicherung der flächenproportionalen Helligkeitswerte besteht darin, daß nicht interessierende oder bereits ausgewertete Objektklassen aus dem Gesamtbild in einer Subtraktionsstufe eliminiert werden können. Hierzu werden die Helligkeitswerte solcher Objekte, die ausgewertet wurden, gespeichert. Der Speicher registriert damit alle Objekte, welche bereits ausgewertet sind. Steuert die Ausgangsspannung des Speichers während der folgenden Bildabtastung einen elektronischen Schalter, der das Videosignal sperrt, solange ein gespeicherter Helligkeitswert anliegt, so gelangen nur noch neue, also noch nicht ausgewertete Helligkeitswerte zum Diskriminator und damit zur Auswertung. Gestattet der

so Flächenspeicher gleichzeitiges Aufzeichnen und Wiedergeben von Helligkeitswerten, so kann der Vorgang ständig wiederholt werden, und man kann automatisch nacheinander Teilchen komplizierter Formen auswerten.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Messen der Fläche von Objekten, die in einem Bild enthalten sind, das nach einem Zeilenrasterverfahren abgetastet und in elektrische Signale umgewandelt wird, wobei die beim Abtasten der Objekte entstehenden Signale auf eine konstante Amplitude gebracht und in Signale umgewandelt werden, die ein Maß für die Längen der von den Rasterzeilen und den Objekten gebildeten Sehnen sind und die mittels eines Laufzeitspeichers, dessen Laufzeit gleich der Abtastdauer einer Zeile ist, aufsummiert und in die Flächen der Objekte kennzeichnende Signale umgewandelt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulse mit konstanter Amplitude während der Zeit erzeugt werden, während der dis Amplitude des elektrischen Signals innerhalb eines vorgewählten Bereichs liegt, daß die so erzeugten Impulse einzeln zeitlich integriert werden, wobei in dem Zeitpunkt, in dem die Amplitude des Signals den vorgewählten Bereich verläßt, Impulse gleicher Dauer mit zur Integralspannung proportionaler Amplitude erzeugt werden, daß diese Impulse im Laufzeitspeicher aufsummiert werden, daß die beim Abtasten der jeweils letzten, die Objekte überdeckenden Zeilen erhaltenen Summensignale integriert werden und Impulse mit zum Integral der Summenspannung und damit zur Objektfläche proportionaler Höhe oder Dauer gebildet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulse mit zur Fläche der einzelnen Objekte proportionaler Höhe oder Dauer gespeichert und synchron mit dem aufgenommenen Bild ausgelesen und auf dem Bildschirm eines Sichtgerätes dargestellt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulse mit zur Fläche der einzelnen Objekte proportionaler Höhe in einem Amplitudendiskriminator nach ihrer Höhe klassifiziert werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulse mit zur Fläche der einzelnen Objekte proportionaler Dauer in einem Pulsdauerdiskriminator nach ihrer Dauer klassifiziert werden.