DE3804450C2

DE3804450C2 -

Info

Publication number: DE3804450C2
Application number: DE3804450A
Authority: DE
Inventors: Takafumi Hachiouji Tokio/Tokyo Jp Miyatake; Hitoshi Tachikawa Tokio/Tokyo Jp Matsushima
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1987-02-20
Filing date: 1988-02-12
Publication date: 1992-09-03
Also published as: JPS63204376A; GB8801483D0; US4956869A; DE3804450A1; KR880010372A; GB2201562B; GB2201562A; KR910005387B1; JP3014097B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abtastung der Kontur eines Objektes zur Ermittlung von Konturkoordinaten durch Ableiten der Konturlinien eines aufgenommenen binären Bildes.

Aus der DE 28 22 458 C2 ist eine Anordnung zum Erkennen von Schriftzeichen bekannt, bei der ein das Schriftzeichen aufweisendes Bildfeld nach zeilenweiser Abtastung digitalisiert gespeichert und zonenweise auf das Vorliegenden bestimmter zweizeiliger Formenelemente untersucht wird. Dazu wird die Länge eines schwarzen Bereichs erfaßt, und die Informationen aus aufeinanderfolgenden Abtastzeilen werden derart miteinander verknüpft, daß das Schriftzeichen unabhängig von Einzelheiten der tatsächlichen Form (der Dicke der Linien, der Größe, einer Schräglage usw.) erkannt wird.

Eine ähnliche Einrichtung, ebenfalls zum Erkennen von Schriftzeichen, ist aus der DE 15 49 930 B2 bekannt.

Es erfolgt bei diesen bekannten Anordnungen somit keine Erfassung der äußeren Kontur eines Objektes, sondern es wird im Gegenteil die äußere Form unterdrückt. Bei keiner dieser bekannten Anordnungen ist es zum Beispiel möglich, aus den gewonnenen Informationen wieder ein genaues Bild des Originalmusters zusammenzusetzen.

Die allgemeine Methode zur Ableitung der Konturkoordinaten eines abgetasteten Objektes besteht darin, daß die Koordinaten von Bild-Übergangspunkten mittels einer Abtastung in zwei Richtungen festgestellt werden, die einen rechten Winkel zueinander haben. Dazu müssen jedoch die Bild-Übergangspunkte sowohl in der horizontalen als auch in der vertikalen Richtung abgeleitet werden, was eine große Menge an zu verarbeitenden Daten ergibt. Nachdem die Koordinaten der Bild-Übergangspunkte gewonnen wurden, wird die Konturabtastung weiter dadurch bewirkt, daß eine Maske auf eine Koordinatentafel angewendet wird, wozu wiederum eine große Verarbeitungszeit erforderlich ist (vgl. z. B. die DE 25 50 645 A1).

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Konturabtastung zu schaffen, das eine Abtastung und Erfassung der Kontur eines Objektes mit hoher Geschwindigkeit ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit dem im Patentanspruch 1 beschriebenen Verfahren gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen dieses Verfahrens sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 6.

Zur Festlegung der Kontur von beliebigen zweidimensional verbundenen Komponenten oder Formen in der binären Abbildung eines Objekts werden demnach Grundmuster verwendet, die aus der relativen Lage der Bild-Übergangspunkte in zwei benachbarten Abtastzeilen bestimmt werden. Die anhand der Übergangspunkte zu einer Folge verknüpften Grundmuster werden dann in eine entsprechende Folge von Konturkoordinaten umgewandelt.

Jedes der Grundmuster besteht dabei aus einem oder drei aufeinanderfolgenden Vektoren, wobei der erste und der dritte Vektor so festgelegt sind, daß sie die Abtastrichtung unter einem bestimmten Winkel (vorzugsweise 90°) schneiden.

Durch diese Grundmuster kann jede beliebige zweidimensionale Form anhand ihrer Kontur beschrieben werden. Die festgelegte Grundmusterfolge bzw. die daraus abgeleitete Folge von Konturkoordinaten ist jeweils charakteristisch für die erfaßte Form, aus ihr läßt sich die ursprüngliche Form zum Beispiel auch wieder originalgetreu gewinnen. Die Erfassung der Form wird dabei bereits durch eine eindimensionale Abtastung erhalten, wodurch eine hohe Verarbeitungsgeschwindigkeit möglich ist.

Das erfindungsgemäße Konturabtastverfahren wird im folgenden anhand von Beispielen und der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 den Aufbau eines Ausführungsbeispieles für eine Anordnung zur Konturabtastung;

Fig. 2 verschiedene Arten von Grundmustern;

Fig. 3 ein Beispiel zur Beschreibung einer Kontur eines Bildes unter Verwendung der Grundmuster der Fig. 2;

Fig. 4 die Datenstruktur eines Zeilenpuffers;

Fig. 5 den Abschnitt der Fig. 1 zur automatischen Ableitung eines Grundmusters;

Fig. 6 eine Tafel für eine Bild-Übergangspunkt-Analyse zur Illustration der Automatisierung nach Fig. 5 in Abhängigkeit vom Status;

Fig. 7 die Datenstruktur der Grundmuster-Verbindungstafel der Fig. 1; und

Fig. 8 ein Ablaufdiagramm der Datenverarbeitung.

Zuerst soll ein Überblick über die Arbeitsweise des Systems zur Konturabtastung gegeben werden.

Zur Ableitung eines Grundmusters, das einen Abschnitt der Konturlinie bildet, erfolgt ein Bezug auf einen Bild- Übergangspunkt einer laufenden Zeile, der gespeichert wird, und einen Bild-Übergangspunkt (X-Koordinate) einer vorhergehenden Zeile. Aus der Beziehung zwischen den entsprechenden Positionen wird ein bestimmtes Grundmuster abgeleitet und mittels eines Zeigers mit dem Grundmuster verbunden, das bei der Verarbeitung der vorhergehenden Zeile gewonnen wurde. Mit der Ableitung des Grundmusters für eine Zeile wird der Bild-Übergangspunkt der laufenden Zeile zu einem Speicher für die vorhergehende Zeile übertragen, und ein Bild-Übergangspunkt einer neuen Zeile wird einem Speicher für die laufende Zeile eingegeben. Dieser Vorgang wird für alle Zeilen ausgeführt, und dann werden die durch die Zeiger verbundenen Grundmuster integriert, um die Konturkoordinaten zu erhalten.

Mit diesem System ist es möglich, die Kontur unter Verwendung der Bild-Übergangspunkte nur einer Richtung abzutasten. Des weiteren sind die Grundmuster mit Zeigern versehen, so daß sie mit hoher Geschwindigkeit in Konturkoordinaten umgewandelt werden können.

Beim Vorgang des Übertragens der Inhalte des Speichers für die laufende Zeile zum Speicher für die vorhergehende Zeile werden die Adressen von jedem der Zeilenspeicher abwechselnd umgeschaltet, so daß die Daten nicht wirklich übertragen werden müssen.

Das Konturabtastsystem wird nun mit Bezug auf die Zeichnung näher beschrieben. Die Fig. 1 zeigt die Struktur des Verfahrens zur Konturabtastung anhand einer Anordnung zur Durchführung des Verfahrens. In der Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine Bild-Übergangspunktdatei, 2 eine Steuerung, 3 einen Eingangsabschnitt für Bild-Übergangspunkte, 4 einen Puffer für die laufende Zeile, 5 einen Puffer für die vorhergehende Zeile, 6 einen Grundmuster- Extraktor, 7 eine Grundmuster-Verbindungstafel, 8 einen Konturkoordinatenkonverter und 9 eine Konturkoordinatendatei. Die Bild-Übergangspunktdatei 1 speichert die Koordinaten von Bild-Übergangspunkten von jeder der Zeilen, die durch den Eingangsabschnitt 3 für jede der Zeilen in den Puffer 4 für die laufende Zeile eingegeben werden. Zu diesem Zeitpunkt werden die Bild-Übergangspunkte, die in dem Puffer 4 für die laufende Zeile gespeichert waren, zu dem Puffer 5 für die vorhergehende Zeile übertragen. Als nächstes liest der Grundmuster-Extraktor 6 die Inhalte der Zeilenpuffer 4 und 5 nacheinander aus und leitet auf der Basis der Werte der Koordinaten das Grundmuster ab, das einen Teil der Konturlinie bildet. Das abgeleitete Grundmuster wird in der Grundmuster-Verbindungstafel 7 gespeichert. Das Grundmuster ist hier durch einen Zeiger mit dem in der vorhergehenden Zeile abgeleiteten Grundmuster verbunden. Nachdem für die Inhalte der Zeilenpuffer 4 und 5 alle Grundmuster abgeleitet wurden, wird ein Bild-Übergangspunkt der nächsten Zeile aus der Bild- Übergangspunktdatei 1 ausgelesen. Nachdem dieser Vorgang für alle Zeilen ausgeführt wurde, integriert der Konturkoordinatenkonverter 8 die Grundmuster der Grundmuster- Verbindungstafel 7 unter Abtastung der Zeiger, erstellt die Konturkoordinaten und sendet diese zu der Konturkoordinatendatei 9, womit das Abtasten der Kontur beendet ist. Die Steuerung 2 steuert alle diese Vorgänge.

Die Fig. 2 zeigt zehn Arten von Grundmustern, die von dem Grundmuster-Extraktor 6 abgeleitet werden. Alle Konturlinien können durch Kombinationen dieser Grundmuster ausgedrückt werden. Diese Grundmuster sind mit Bezeichnungen bis versehen und werden RD-Codes (für "Run-types Direction Codes" bzw. Laufrichtungscodes) genannt. Der Endpunkt an der Spitze des Pfeiles des RD-Codes wird Kopf und der Endpunkt an der anderen Seite Fuß genannt. In der Fig. 2 zeigen schwarze Punkte die Positionen entsprechender Punkte des RD-Codes an, die dazu bestimmt sind, diese Positionen anzugeben. Wenn die Konturlinien durch Grundmuster beschrieben werden, die RD-Codes genannt werden, wird der Zeiger so betrieben, daß der Kopf des RD-Codes notwendigerweise mit dem Fuß eines anderen RD-Codes verbunden ist.

Die Fig. 3 zeigt ein Beispiel, bei dem die Kontur eines Bildes in einer Abbildung mit einem Abbildungsmaß von 8×6 unter Verwendung von RD-Codes beschrieben wird. Die Kontur des Bildes 50 wird durch ( . . . ) mit 14 RD- Codes beschrieben. Die RD-Codes können leicht in allgemeine Konturkoordinaten umgewandelt werden. Wenn die Positionen repräsentativer Punkte nur von RD-Codes als Konturkoordinaten verwendet werden, sind die dazwischenliegenden Koordinaten nicht eingeschlossen. Die dazwischenliegenden Koordinaten können jedoch durch Verwendung der Positionen repräsentativer Punkte des vorhergehenden der aufeinanderfolgenden Codes interpoliert werden. Wenn in ( . . .) zum Beispiel die Position des repräsentativen Punktes von gleich (2,5; 1,5) und die Position des repräsentativen Punktes von gleich (1,5; 2,5) ist, dann ist die dazwischenliegende Koordinate gleich (2,5; 2,5), und die Koordinaten ergeben sich zu ((2,5; 1,5) (2,5; 2,5) (1,5; 2,5) . . .). Die Positionen der repräsentativen Punkte haben hier einen Bruchteil 0,5, da die Koordinate am Mittelpunkt des Bildpunktes als Referenz verwendet wird. Der Bruchteil kann gegebenenfalls zur Vereinfachung der Notation weggelassen werden.

Die Fig. 4 zeigt die Datenstruktur von Zeilenpuffern gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die X-Koordinaten von Bild- Übergangspunkten sind in dem Puffer 4 für die laufende Zeile und dem Puffer 5 für die vorhergehende Zeile gespeichert, und ein Endcode ∞ befindet sich am Ende der Daten. Ein Zeiger P1 wird zum Auslesen des Puffers 5 für die vorhergehende Zeile und ein Zeiger P2 zum Auslesen des Puffers 4 für die laufende Zeile verwendet.

Die Fig. 5a zeigt eine Automatisierung für das Ableiten von RD-Codes im Grundmuster-Extraktor 6 im Umriß und die Fig. 5b zeigt die Automatisierung im Detail. Dabei bezeichnet

eine Kombination von Läufen zwischen den oberen und unteren Zeilen für einen gegebenen Status. Die obere Reihe stellt dabei die Art der Läufe in der vorhergehenden Zeile und die untere Reihe die Art der Läufe in der laufenden Zeile dar, das Symbol B bezeichnet einen Schwarzlauf (Fortführung von 1s, das heißt Fortführung schwarzer Bildelemente in der Abbildung), und das Symbol W einen Weißlauf (Fortführung von 0s, das heißt Fortführung weißer Bildelemente). In der Fig. 5 bezeichnet weiter das Symbol X1 die Position eines Bild-Übergangspunktes, die aus dem Puffer 5 für die vorhergehende Zeile ausgelesen wurde, und das Symbol X2 die Position eines Bild-Übergangspunktes, die aus dem Puffer 4 für die laufende Zeile ausgelesen wurde. Es gibt insgesamt 6 Statusarten, und der Beginn und das Ende des Abtastens laufen notwendigerweise durch den Status 1 mit jeder Zeile als Einheit. Bei jedem Status gibt es drei Arten von Statusübergängen in Abhängigkeit von dem Ergebnis des Vergleichs von X1 mit X2, wodurch RD-Codes bis abgeleitet werden. Die Bild-Übergangspunkte X1, X2 werden aus den Zeilenpuffern 5 und 4 in der Reihenfolge ansteigender Werte für die Übergangspunkte durch Vergleich der Werte ausgelesen. Wenn die Bild-Übergangspunkte die gleichen Werte haben, werden sie aus beiden Zeilenpuffern ausgelesen. Gemäß dieser Automatisierung wird der RD-Code gemäß den folgenden Bedingungen abgeleitet; das heißt X1 <X2 gilt im Status 1, und nachdem X2 erneuert ist, gilt X1 <X2 im Status 3. Vom Standpunkt des Bildes aus betrachtet heißt dies, daß bestätigt wird, daß die obere Seite des Laufes (des Schwarzlaufes in diesem Fall), der nun betrachtet wird, der Hintergrund ist. Wie mit Bezug zu der Fig. 4 erläutert, ist der Code ∞ im Ende des Zeilenpuffers enthalten und wird vom Standpunkt der Verarbeitung als linker Rand B betrachtet. Nachdem alle Daten ausgelesen sind, wird daher wieder der Status 1 angenommen, das heißt es wird

angenommen.

Die Fig. 6 zeigt die auszuführenden Arbeitsabläufe gemäß der Automatisierung von Fig. 5, die in Abhängigkeit vom Status gruppiert sind. Die X-Koordinate der Position des repräsentativen Punktes des RD-Codes wird erneuert, der RD-Code abgeleitet, eingegeben und zu der Nummer des nächsten Status erneuert, und der nächste Bild-Übergangspunkt wird in Abhängigkeit von der Bedingung, ob X1 größer ist als X2 oder umgekehrt, ausgelesen. Wenn der RD-Code eingegeben wird, wird die Verbindung mit dem RD-Code bewirkt, der auf eine solche Verbindung wartet. Die RD-Codes können in die folgenden zwei Arten eingeteilt werden:

1. Codes, die nicht auf eine Verbindung warten:
, ---; Kopf und Fuß sind beide nach oben gerichtet;
2. Codes, die auf eine Verbindung warten: ---; Kopf oder Fuß ist abwärts gerichtet.

Die RD-Codes der zweiten Gruppe werden durch den Zeiger als die Warteliste zur Verbindung zum Zeitpunkt der Ableitung gesteuert, und der RD-Code, der nun abgeleitet wird, wird aufeinanderfolgend mit dem RD-Code in der Warteliste verbunden.

Die Fig. 7 zeigt ein Beispiel für eine Grundmuster-Verbindungstafel. Die Verbindungstafel 7 besteht aus 5 Spalten, nämlich der Position X, Y eines repräsentativen Punktes des RD-Codes, einer Codenummer CODE dafür, einem Verbindungszeiger zum Verbinden der RD-Codes und einem W-Verbindungszeiger, der vorübergehend jene RD-Codes enthält, die auf eine Verbindung warten. Des weiteren sind drei Zeiger A, B und C für das Arbeiten mit der Grundmuster-Verbindungstafel 7 vorgesehen. Der Zeiger A zeigt eine Adresse für eine neue RD- Code-Eingabe an, der Zeiger B die erste Adresse der Warteliste für die RD-Code-Verbindung, und der Zeiger C die letzte Adresse der Warteliste für die RD-Code-Verbindung. Die Fig. 7 zeigt die Verarbeitung der Abbildung der Fig. 3.

Die Fig. 8 ist ein Ablaufdiagramm (PAD) für die Verarbeitung der Konturabtastung unter Verwendung der Steuerung 2 der Fig. 1. Im Ablaufdiagramm der Fig. 8 sind die Variablen wie folgt definiert:

C-Zeilenpuffer: Puffer 4 für die laufende Zeile;
P-Zeilenpuffer: Puffer 5 für die vorhergehende Zeile;
Status: Statusnummern (1 bis 6);
A, B, C: Zeiger;
Flag: Steuerzeichen (0 bis 1) des Zeigers B;
K: Abbildungs-Zeilennummer, die gerade abgetastet wird;
NY: Maximale Zeilenzahl der Abbildung;
RD-Liste: Grundmuster-Verbindungstafel 7.

Der Ablauf der Verarbeitung einer Konturabtastung ist folgendermaßen:

Schritt 1: Initialisierung

C-Zeilenpuffer (1) = ∞; Einstellen des Puffers 4 für die laufende Zeile auf "leer".
Status = 1; Einstellen des Anfangsstatus der Automatisierung auf 1.
A = 0, B = 1, C = 1, Flag = 0;, Initialisierung der Variablen.

Schritt 2

Ausführung der Verarbeitung zum (NY+1)ten Male.

Schritt 2.1

Verschieben des Zeilenpufferinhalts.

Die Pufferverschiebung ist hier ein System, bei dem die Daten nicht wirklich übertragen werden, sondern die Adressen der Zeilenpuffer in Abhängigkeit davon, ob K geradzahlig oder ungeradzahlig ist, umgeschaltet werden.

Der Inhalt des C-Zeilenpuffers wird so zum P-Zeilenpuffer übertragen (das heißt, es werden die Adressen des C-Zeilenpuffers und des P-Zeilenpuffers ausgetauscht).

Schritt 2.2

Bild-Übergangspunkte einer Zeile werden ausgelesen. Wenn K <NY, ist der C-Zeilenpuffer (1) = ∞. Wenn nicht, werden Bild-Übergangspunkte einer Zeile aus der Übergangspunktdatei 1 ausgelesen und zum C-Zeilenpuffer gebracht.

Schritt 2.3

Initialisierung zur Konturabtastung zwischen zwei Zeilen

Initialisierung

P₁ = 1, P₂ = 1 : Initialisierung der Lesezeiger der Zeilenpuffer 5 und 4.
X1 = P-Zeilenpuffer (P1); Einstellen der ersten Daten des Puffers 5 für die vorhergehende Zeile auf die Variable X1.
X2 = C-Zeilenpuffer (P2); Einstellen der ersten Daten des Puffers 4 für die laufende Zeile auf die Variable X2.

Schritt 2.4

Konturabtastung zwischen diesen beiden Zeilen.

Ausführen der folgenden Vorgänge, bis sowohl X1 als auch X2 den Code ∞ annehmen.

Schritt 2.4.1

Ableiten, Eingabe und Verbinden der RD-Codes.

Schritt 2.4.2

Datenerneuerung von X1 und X2.
Anmerkung: Die Schritte 2.4.1 und 2.4.2 werden auf der Basis der Tafel der Fig. 6 ausgeführt.

Schritt 3:

Umwandlung der im Schritt 2 gefundenen RD-Codes in Koordinaten.

Gemäß der beschriebenen Ausführungsform ist der Abbildungsspeicher für die Konturabtastung ein Zeilenpuffer für zwei Zeilen. Dies ist bezüglich der Wirtschaftlichkeit vorteilhaft. Des weiteren werden für die Konturabtastung die Positionen der Bild-Übergangspunkte nur in einer Richtung verwendet , wodurch es möglich ist, die Abtastoperation mit einer größeren Geschwindigkeit auszuführen als bei der Verwendung von Bild-Übergangspunktpositionen zweier Richtungen. Die zehn Grundmuster, die die Konturlinien bilden, können an Bilder jeder Art angepaßt werden, wodurch es möglich ist, die Kontur des Bildes wirklichkeitsgetreu zu beschreiben. Bilddateien von Dokumenten und Zeichnungen sind im allgemeinen in Lauflängencodes gespeichert, was gut zu dem vorliegenden Konturabtastsystem paßt. Darüber hinaus werden beim vorliegenden System keine besonderen Recheneinheiten benötigt, sondern nur gewöhnliche Allzweckrechner, womit eine schnelle Verarbeitung erreicht wird.

Wie erläutert, kann die Konturabtastung unter Verwendung von Bild-Übergangspunkten für nur eine Richtung ausgeführt werden. Da den durch Vergleich der Positionen von Bild-Übergangspunkten zwischen zwei Zeilen erhaltenen Grundmustern Zeiger zugeordnet werden, ist keine zusätzliche Suche zur Umwandlung der Grundmuster in die Konturkoordinaten erforderlich. Die Konturkoordinaten werden dadurch mit großer Geschwindigkeit erhalten.

Claims

1. Verfahren zur Abtastung einer Kontur zur Ermittlung von Konturkoordinaten durch Ableiten der Konturlinien eines aufgenommenen binären Bildes, das aus einem Satz von mehreren Zeilen besteht, mit folgenden Schritten:

a) Erfassen eines Überganges der Dichte des binären Bildes als Bild-Übergangspunkt für jede Abtastzeile bei einer sequentiellen Abtastung;
b) Feststellen der Positionen der Übergangspunkte in einer ersten Abtastzeile und der Positionen der Übergangspunkte in einer auf die erste Abtastzeile folgenden zweiten Abtastzeile;
c) Auswählen eines Grundmusters aus jeweils einem Paar von Übergangspunkt-Positionen aus der ersten und der zweiten Abtastzeile, die in der Reihenfolge ansteigender Werte ausgelesen werden, aus mehreren vorgegebenen Grundmustern (Fig. 2), wobei die Grundmuster jeweils aus einem oder drei aufeinanderfolgenden Vektoren aufgespannt sind, von denen der erste und der dritte Vektor in eine Richtung gerichtet sind, die die Abtastrichtung unter einem bestimmten Winkel schneidet;
d) mehrfaches Durchführen der Schritte b) und c);
e) Verknüpfen der so ausgewählten Grundmuster entsprechend der Positionen der Bild-Übergangspunkte in den Abtastzeilen zu einer Grundmusterfolge; und
f) Umwandeln der Grundmusterfolge in eine Folge von Konturkoordinanten für wenigstens eine von zweidimensional verbundenen Komponenten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundmuster aus zehn Grundmustern bestehen, die jede Form von zweidimensional verbundenen Komponenten durch Aneinanderreihen der zehn Grundmuster umschließen können.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der dritte Vektor eine feste Länge von 0,5 Einheiten oder 1 Einheit haben, und daß der zweite Vektor ein Vektor in Richtung der Abtastrichtung mit variabler Länge ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Richtung der Abtastzeile schneidende Richtung im wesentlichen senkrecht zur Abtastrichtung verläuft.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtung des zweiten Vektors im wesentlichen horizontal und die Richtung des ersten und des dritten Vektors im wesentlichen vertikal ist.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt d) die Registrierung von Zeigern für die bestimmten Grundmuster, die mit einem folgenden Grundmuster zu verbinden sind, gemäß der Art des bestimmten Grundmusters in eine Warteliste einschließt.