DE2550645A1

DE2550645A1 - Digitale verarbeitungseinheit zur ableitung von daten aus binaeren bilddarstellungen

Info

Publication number: DE2550645A1
Application number: DE19752550645
Authority: DE
Inventors: Donald Howland Mcmahon
Original assignee: Sperry Rand Corp
Current assignee: Sperry Corp
Priority date: 1974-11-11
Filing date: 1975-11-11
Publication date: 1976-05-20
Also published as: US3968475A; JPS5165838A; FR2290707A1

Description

Digitale Verarbeitungseinheit zur Ableitung von Daten aus binären

BilddarStellungen

Die Erfindung bezieht sich auf eine digitale Verarbeitungseinheit sowie ein Verfahren zur Ableitung von Daten aus binären Bilddarstellungen, insbesondere, jedoch nieht ausschließlich zur Pingerabdruck-Identifikation .

In neuerer Zeit wurden beträchtliche Untersuchungen im Bereich der automatischen Fingerabdruck-Identifikation durchgeführt. Allgemein wurden diese Untersuchungen im Bereich der optischen Verarbeitung durchgeführt und auf diesem Bereich wurde eine Vielzahl von Einrichtungen und Verfahren entwickelt. Diese bekannten Techniken verwenden in der Hauptsache eine Anpaßfilterung oder eine Kreuzkorrelation für den direkten Vergleich des Bildes des zu identifizierenden Fingerabdruckes mit dem Bild eines vorher aufgezeichneten Pingerabdruckbildes oder für den Vergleich zwischen der Fourier-Transformation des Bildes des zu identifizierenden Fingerabdruckes und einer vorher aufgezeichneten Fourier-Transformation, die den Fingerabdruck darstellt. Höher entwickelte Einrichtungen vergleichen bestimmte Einzelheiten des Eingabe-Fingerabdruckes mit vorher aufgezeichneten Fingerabdruck-Daten, z.B. die Lage der Haut-

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leistenendungen oder die Neigung oder den Abstand der Hautleisten in einem Bereich gegenüber der Neigung oder dem Abstand der Hautleisten in einem anderen Bereich. Beispiele für diese allgemeine Gruppe von Einrichtungen sind in den deutschen Offenlegungsschriften 23 52 574 und 25 38 348 beschrieben.

Die deutsche Offenlegungsschrift 23 52 574 beschreibt eine mit kohärentem Licht arbeitende optische Verarbeitungseinrichtung, bei der die Richtungen der Hautleistenlinien des Fingerabdruckes in einer Vielzahl von vorher ausgewählten endlichen Bereichen des Pingerabdruckes mit Hilfe eines rotierenden räumlichen Schlitzfilters untersucht werden, das in der Fourier-Transformationsebene einer optischen Verarbeitungseinrichtung angeordnet ist, um aufeinanderfolgend unterschiedliche Komponenten der Fourier-Transformation in die Bildebene der Verarbeitungseinrichtung zu übertragen, in der eine Vielzahl von Photodetektoren angeordnet ist, die jeweils einem diskreten Probenbereich entsprechen. Die Zeitverzögerung einer Bezugsausrichtung des Schlitzfilters und des Auftretens eines Lichtspitzenwertes an jedem Detektor, die für die Hautleisten-Ausrichtung in dem Probenbereich des Fingerabdruckes repräsentativ ist, wird festgestellt und eine proportionale analoge oder digitale Darstellung hiervon wird zur Speicherung und für einen darauffolgenden Vergleich mit in gleicher Weise erhaltenen Signalen erzeugt, die zur Identifikation dargebotene Fingerabdrücke darstellen.

Die deutsche Offenlegungsschrift 23 38 348 beschreibt eine mit inkohärentem Licht arbeitende optische Verarbeitungseinrichtung, bei der Hautleisten-Linienausrichtungen eines Fingerabdruckes in einer Vielzahl von vorher ausgewählten Probenbereichen des Fingerabdruckes mit Hilfe eines rotierenden optischen Gitters untersucht werden, das eine maximale Lichtmenge einen Detektor, der einem vorgegebenen Probenbereich entspricht, zuführt, wenn sich das optische Gitter in räumlicher Ausrichtung mit den Hautleistenlinien des zugehörigen Probenbereiches des Fingerabdruckes befindet. Das Zeitintervall zwischen einer Bezugsausrichtung und

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dem Zeitpunkt des Auftretens der maximalen Lichtmenge an jedem Detektor bestimmt die Hautleisten-Ausrichtung für den Probenbereich dieses Detektors. Diese Offenlegungsschriften beschreiben Einrichtungen zur Messung des einen am stärksten unterscheidenden Merkmals aller Fingerabdruck-Muster, nämlich die Winkelausrichtung der Reib-Hautleisten als Punktion der Lage auf dem Fingerabdruckmuster. Zur Durchführung dieser Messungen erfordern beide Techniken ein schnell rotierendes Element zur Durchführung spezialisierter Filterungsfunktionen für die Bestimmung der Hautleisten-Ausrichtung.

Im Gegensatz zu diesen Techniken, die eine optische Verarbeitung verwenden, um die Hautleistenausrichtungs- und Hautleistenabstands-Messungen direkt durchzuführen, soll durch die vorliegende Erfindung eine digitale Verarbeitungstechnik geschaffen werden, durch die die Hautleistenausrichtung und der Hautleistenabstand aus einer binären Bilddarstellung des Fingerabdruckes bestimmt werden kann, so daß es nicht mehr notwendig ist, schnell rotierende Elemente zu verwenden. Es ist für den Fachmann zu erkennen, daß, obwohl das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung im folgenden anhand einer Fingerabdruekuntersuchung zur IdeitLfikation beschrieben wird, die Erfindung in gleicher Weise auf eine Muster- oder Zeichenerkennung anwendbar ist, weil die Linienausrichtung und die Dichte in Probenbereichen der zu erkennenden Figuren die Grundlage für die Identifikation bilden kann.

Entsprechend einem Grundgedanken der Erfindung wird eine digitale Verarbeitungseinheit zur Ableitung von Daten aus einer binären Bilddarstellung geschaffen, die aus einer Anordnung von digitalen DatenplMtzen besteht, wobei die Verarbeitungseinheit Detektoreinrichtungen zur Feststellung von binären in dem binären Bild enthaltenen Daten, erste Spei eher einrichtungen mit einem Eingangsanschluß und einem Ausgangs ans chluß, die mit ihrem Eingangsanschluß mit den Detektoreinrichtungen verbunden sind, zweite Speichereinrichtungen mit einem Eingangsanschluß und einem Ausgangsanschluß, deren Eingangsanschluß mit den Detektoreinrich-

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tungen verbunden ist, dritte Speichereinrichtungen mit einem Eingangsanschluß und einem Ausgangsanschluß, deren Eingangsanschluß mit dem Ausgangsanschluß der zweiten Speichereinrichtungen verbunden ist, Dekodiereinrichtungen zum Empfang und zur Dekodierung binärer Daten mit einer Vielzahl von Eingangsanschlussen und einer Vielzahl von Ausgangsanschlüssen, von denen die Eingangsanschlüsse mit den Ausgangsanschlüssen der ersten, zweiten und dritten Speichereinrichtungen und mit den Detektoreinrichtungen verbunden sind, eine Vielzahl von Zähleinrichtungen, die jeweils mit einem entsprechenden der Vielzahl von Ausgangsanschlüssen der Dekodiereinrichtungen verbunden sind, um die dekodierten Binärdaten zu akkumulieren und die jeweils einen Eingangsanschluß und einen Ausgangsanschluß aufweisen, mit dem Ausgangsanschluß jeder Zähleinrichtung gekoppelte Ausgangseinrichtungen zur Übertragung von Daten von jeder Zähleinrichtung an eine äußere Einrichtung, in der die übertragenen Daten weiter verarbeitet werden, und Einrichtungen zur Ansteuerung der ersten Speichereinrichtung, der zweiten Speichereinrichtung und der dritten Speichereinrichtung, jeder Zähleinrichtung und der Ausgangseinrichtung mit Taktimpulsen umfaßt, so daß die Datenübertragung und -verarbeitung zeitlich gesteuert und synchronisiert ist.

Entsprechend einem weiteren Grundgedanken der Erfindung wird ein Verfahren zur Ableitung von Daten aus einem binären Bild geschaffen, das aus einer Anordnung von digitalen Datenplätzen besteht, wobei das Verfahren die Schritte der tfasterförmigen Abtastung des binären Bildes, der Erzeugung von Taktimpulsen synchron mit der Abtastung zur Taktsteuerung von in den Datenplätzen enthaltenen Daten in ein digitales Datenverarbeitungssystem, für die Steuerung von Daten in dem Verarbeitungssystem und zur taktgesteuerten Ausleitung verarbeiteter Daten aus dem Verarbeitungssystem, wobei jeder-Taktimpuls die Abtastung eines Datenplatzes darstellt, der Ausbildung einer Anordnung von Probenplatz-Da ten aus den Datenplätzen, wobei jeder Probenplatz aus einer Untergruppe von Datenplätzen besteht, der Ausbildung einer Anordnung von Probenbereichsdaten

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von den Probenplätzen, wobei Jeder Probenbereich aus Untergruppen von Probenplätzen besteht, und der Übertragung der Probenbereichsdaten an einen digitalen Rechner über einen Ausgangspuffer umfaßt.

In der bevorzugten Ausführungsform ergibt sich erfindungsgemäß eine digitale Verarbeitungstechnik zur Ableitung sowohl der Hautleisten-Linienwinkelmessungen als auch der Hautleisten-Abstandsmessungen aus einer binären Bilddarstellung eines Pingerabdruckmusters. Das binäre Bild kann dadurch gebildet werden, daß ein Laserstrahl, dessen Strahlbreite einem Datenplatz äquivalent ist, über eine Pingerabdruckkarte rasterförmig abgelenkt wird. Die Peststellung einer Hautleiste auf der Pingerabdruckkarte wird als eine EINS an dem passenden Datenplatz (ein abgeschatteter Datenplatz) bezeichnet, während das Fehlen einer Hautleiste als eine NULL (ein nicht abgeschatteter Datenplatz) bezeichnet wird. Das auf diese Weise gebildete binäre Bild des Pingerabdruckes kann aus einer 512 χ 512-Anordnung von Datenplätzen bestehen, die jeweils eine EINS oder eine NULL enthalten. Somit ist die Anzahl der aufgezeichneten und möglicherweise für die Verarbeitung gespeicherten Daten gleich 262144. Man könnte im Prinzip diese Informationsmenge in einem Reohnerspeicher speichern und diese Daten darauffolgend verarbeiten, um eine digitale Klassifikation zu gewinnen, die das Pingerabdruckmuster darstellt. Hierzu würde ein Rechnerspeicher mit 16384 Sechzehn-Bit-Worten erforderlich sein. Dieses binäre Bildmuster ist aus folgenden Gründen für Korrelationszwecke nicht geeignet:

1. Die große Menge der zur Verfügung stehenden Daten würde eine übermäßig lange Verarbeitungszeit erfordern, und

2. die das feinkörnige binäre Bild darstellenden gespeicherten Daten schließen die Auswirkungen von Druckverzerrungen ein, die effektiv die Anpassung und Überdeckung gesamter Muster verhindern würden.

Es ist daher erforderlich, ein Verfahren zu verwenden, das das feinkörnige Binärbild des Pingerabdruck-Musters in einen gröber gekörnten Satz von Messungen umwandelt, die die Hautleisten-Aus-

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richtung der Haut als Punktion der Lage auf dem Fingerabdruckmuster darstellen.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung werden die ursprünglichen 1Ö384 Sechzehn-BitrWorte der Bilddaten in eine zweidimensional 32 χ 32-Anordnung von Probenbereichen umgewandelt, die jeweils vier Acht-Bit-Worte enthalten, aus denen die Hautleisten-Winkel- und Hautleistenabstands-Messungen abgeleitet werden können. Damit werden die Hautleistenwinkel- und Hautleistenabstandsdaten beibehalten und der Umfang der Daten, die gespeichert und darauffolgend verarbeitet werden müssen, wird um den Faktor 8 verkleinert. Weiterhin beseitigt die hier beschriebene Verwendung einer fest verdrahteten Verarbeitungseinheit zur Durchführung dieser Datenkondensation die Notwendigkeit für die Schaffung von ungefähr ΐβΟΟΟ Worten im Rechner-Kernspeicher.

Das Datenreduktionsverfahren besteht aus der anfänglichen Reduzierung der 512 χ 512-Anordnung von Datenplätzen eines Fingerabdruckes in eine 32 χ 32-Anordnung von Probenbereichen, die aus 1β χ l6 Datenplätzen bestehen. Jeder Probenbereich wird in Probenplätze zerlegt, die aus 2 χ 2-Quadraten von binären Datenplätzen bestehen und enthält eine Anordnung von 16 χ l6 überlappenden Probenplätzen. Das schraffierte oder abgeschattete Muster jedes der Probenplätze entspricht entweder einem von acht ausgewählten Mustern, das eins von vier quantisierten Hautleisten-Ausrichtungen darstellt, oder keinem dieser Muster. Wenn sich keine Übereinstimmung ergibt, wird das Muster des Probenplatzes vernachlässigt. Eine Zählung der Probenplätze, die jedem der vier Winkel entsprechen, wird akkumuliert, um jeweils die Vektorlänge für jeden Winkel zu bestimmen. Diese vier Vektoren werden dann addiert oder subtrahiert, um den resultierenden Totalvektor möglichst groß zu machen. Die Neigung des resultierenden Vektors stellt die mittlere Hautleistenausrichtung in dem Probenbereich dar, während seine Länge die Anzahl der hierin enthaltenen Linien darstellt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbefepielen noch näher erläutert.

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In der Zeichnung zeigen:

Pig. I einen typischen Probenbereich eines binären Bildes eines Fingerabdruckmusters;

Fig. 2 die möglichen Pr'obenplatz-Muster für die quantisierten Winkel sowie das Verfahren ihrer Ableitung;

Fig. J5 die Probenbereichsmuster, die für eine tabellarische Aufstellung ausgewählt sind;

Fig. 4 eine Vektordarstellung und -suiranierung der Hautleisten-Winkeldaten nach Fig. Ij

Fig. 5 ein vereinfachtes Schaltbild einer Ausführungsform der Verarbeitungseinheit;

Fig. 6 die Datenplatz-Bezifferung und die Ablenkfolge, die bei der Abtastung eines binären Bildes eines Fingerabdruckes verwendet wird.

Fig. 1 zeigt einen typischen Probenbereich einer 16 χ l6-Anordnung von Datenplätzen, wobei die schraffierten Bereiche in dieser Figur den Hautleisten entsprechen, während die nichtschraffierten Bereiche den Abständen zwischen Hautleisten entsprechen. Die 16 χ 16-Anordnung wird in Probenplätze zerlegt, die aus 2 χ 2-Quadraten von binären Datenplätzen bestehen, von denen es 2 « 16 mögliche Kombinationen von schraffierten und nichtschraffierten Datenplätzen gibt. Von den 16 können 12 in Fig. 2 gezeigte dazu verwendet werden, eindeutig die vier Winkel von 0°, 45°, 90° und 135° darzustellen. Hautleistenrichtungen (beispielsweise Ib, 2b) sind in der linken Seite der Fig. 2 gezeigt, während die entsprechenden Muster der schraffierten Datenplätze (Ib, 2b) auf der rechten Seite von Fig. gezeigt sind. Von den 12 Informationsmöglichkeiten werden nur die in Fig. 3 gezeigten acht Möglichkeiten für Meßzwecke ausgewählt, obwohl auch andere Sätze mit gleicher Gültigkeit gewählt werden

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könnten. Jeder der vier Winkelausgänge A, B, C, D entspricht einem Paar von Mustern Tran schraffierten Datenplätzen., wie dies in Fig. 3 gezeigt ist.

Probenplätze in jedem Probenbereich werden dadurch bestimmt, daß benachbarte Reihen und Spalten überlappend kombiniert werden» Beispielsweise ist die Anzahl der Probenplätze, die in der Spalte 0 und der Spalte 1 nach Fig, 1 enthalten ist, gleich 15. Der erste Probenplatz wird dadurch gebildet, daß die ersten zwei Datenplätze in der Reihe O (O.,O} und{0,l) mit den beiden ersten Datenplätzen der der Reihe 1 (1,0) und (1,1) genommen werden, Der zweite 2x2-Probenplatz wird dadurch gebildet, daß die ersten beiden Plätze in der Reihe 1 (1,0) und (1,1) mit den ersten beiden Datenplätzen in der Reihe 2 (2,0) und (2,1) genommen werden usw. über die gesamten Spalten 1 und 2. Diese Überlappung der Probenplätze wird weiterhin anhand der Datenplatzspalten durchgeführt. Damit sind die nächsten beiden zu betrachtenden Spalten die Spalte 1 und die Spalte 2 und in der vorstehend beschriebenen Weise werden außerdem 15 Probenplätze für jedes Paar von Reihen bestimmt. Dadurch ergeben durch das Zulassen einer Überlappung der Probenbereiche die 16 χ l6-Datenplätze, die einen Probenbereieh bilden, eine Anordnung von 16 χ 16-Probenplätzen.

Eine Untersuchung der Fig. 1 auf diese Weise ergibt, daß 32, IJ, 2 und 2 Probenplätze zu finden sind, die den Winkeln 0°, 45°, 90° bzw. 135° entsprechen. Diese Information ist vektoriell in Fig. 4 dargestellt. Die Längen der Vektoren B und D, die 45° und 145° entsprechen, sind in Fig. 4 als die tatsächliche Zählung der ausgewählten repräsentativen Probenplätze gezeigt. Jede Zählung stellt eine Diagonale in eine» 2 χ 2-Probenplatz dar, der Komponenten enthält, die aus einer horizontalen und einer vertikalen Zählung be-stehen. Dies ermöglicht es, daß die direkte Zählung der ausgewählten Probenpiatzsuster für 45° und 135° sowohl für die horizontalen als auch die vertikalen Komponenten dieser Vektoren verwendet wird. Diese Zählungen werden zu den Zählungen der Probenpiatzmuster addiert oder von diesen subtrahiert, die uem ü°-¥€ktor Ä in Fig. 4

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und dem 90°-Vektor C in dieser Figur entsprechen, um die Länge des resultierenden Vektors zu maximieren. Die Neigung des resultierenden Vektors stellt die mittlere Hautleistenausrichtung in dem Probenbereich dar, während seine Länge R dividiert durch die Länge des Probenbereichs (Anzahl der Datenplätze in einer Richtung) ein Maß für die Anzahl der Hautleisten ergibt, die hierin enthalten sind. Weil sich die Hautleisten-Winkelrichtungen nach l80 wiederholen, ist die Neigung des resultierenden Vektors so gewählt, daß er inneihalb eines Bereiches von 0 bis l80° liegt.

Obwohl alle vorstehend beschriebenen Schritte ohne weiteres durch ein Rechnerprogramm durchgeführt werden können, würde ein Kernspeicher von ungefähr l6000 Worten erforderlich sein. Daher ist es wünschenswert, eine festverdrahtete elektronische Ausführung zu schaffen, um die erforderliche Datenreduktion durchzuführen.

Ein Blockschaltbild der wesentlichen Teile des Systems, die benötigt werden, um die binären Bilddaten zu Wulstlinienwinkel- und -abstandsdaten zu kondensieren, ist in Fig. 5 gezeigt. Eine digitalisierte Darstellung des Fingerabdruckes kann unter Verwendung eines nicht gezeigten linearen mechanischen Vorschubes in einer Richtung abgetastet werden, während gleichzeitig eine nicht gezeigte Abtastung in der anderen Richtung mit Hilfe eines Laserstrahls erfolgt. Die Photovervielfacherröhre 10 stellt durch die digitalisierte Darstellung des Fingerabdruckes hindurchgelangendes Licht fest. Der Ausgang der Photovervielfacherröhre 10 wird einem Verstärker 11 zugeführt, der einen Schmitt-Trigger 12 ansteuert.

Der Ausgang des Schmitt-Triggers 12 wird dem Eingang eines 512-Bit-Schieberegisters 14, dem Eingang eines J-K-Flipflops 13a und einer D'ecodierschaltung 15 zugeführt. Der Ausgang des J-K-Flipflops 13a wird andererseits der Decodierschaltung 15 zugeführt, während der Ausgang des Schieberegisters 14 der Deoodierschaltung I5 und dem Eingang eines zweiten J-K-Flipflops 13b zugeführt wird, dessen Ausgang der Decodierschaltung I5 zugeführt wird. Die Ausgänge der Decodierschaltung I5 werden vier voreinstellbaren Zählern 16

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zugeführt, deren Ausgänge jeweils vier Schieberegistern 17, mit denen die voreinstellbaren Zähler 16 Zählschaltungen bilden und einem Ausgangspuffer 18 zur Übertragung an einen Digitalrechner zugeführt werden. Die Ausgänge der Schieberegister 17 werden den Eingängen der νoreinsteilbaren Zähler 16 zugeführt.

Der erste Zweck der Elektronik besteht darin, das Vorhandensein der einzelnen 2 χ 2-Probenplatzmuster zu erkennen, die die vier elementaren quantisierten Winkelrichtungen anzeigen. Weil der Pingerabdruck Zeile für Zeile abgetastet wird, ist es erforderlich, im Speicher ausreichende Daten beizubehalten, um die Probenplatzmuster zu rekonstruieren. Tatsächlich muß die binäre Information der vorhergehenden Abtastlinie örtlich gespeichert werden. Dies wird zweckmäßigerweise mit Hilfe des 512-Bit-Sehieberegisters 14 durchgeführt. Weil die Optik und die Photovervielfaeherröhre 10,' der Verstärker 11 und der Schmitt-Trigger 12 zusammen einen Datenstrom mit binären EINSEN und NUTiTiKN mit einer vorgegebenen Taktrate synchron mit dem Abtastprozeß erzeugen, muß das Schieberegister 14 mit der gleichen Taktrate um 1 Bit weiterverschoben werden, Unter der Annahme einer vertikalen Abtastrate von 512 Datenplätzen pro Abtastlinie stellen die durch 512 Taktimpulse getrennten Datenbits benachbarte Datenplätze dar, die in derselben Höhe auf benachbarten Abtastlinien liegen. Dies ist in Fig. 6 gezeigt, in der die Datenplatzbezifferung, die Abtastfolge und die Abtastrichtung gezeigt sind. Es ist zu erkennen, daß durch Zählen von Daten anhand von Taktimpulsen vom Eingang wie in Fig. 6 die nullten, ersten, 512ten und 513ten Eingänge einen 2 χ 2-Probenplatz von Binärdaten bilden, der ohne weiteres aufgezeichnet und auf keinen oder einen der acht in Fig. 3 gezeigten Mustertypen und damit auf eine der vier möglichen quantisierten Winkelmessungen decodiert werden kann.

Wenn in Fig. 5 die Abtastung des digitalen Bildes des Fingerabdruckes beginnt, sind das Schieberegister 14 und die J-K-Flipflops 15a und iyo gelöscht. Während des nullten Ablenkvorganges werden die in den Datenplätzen 0 bis 511 (Fig. 6) enthaltenen Binärdaten

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taktgesteuert in das Schieberegister 14 eingeleitet. Während dieser Zeit ist die Deeodiersehaltung gesperrt.Za Beginn der Abtastung 1 befinden sich die Binärdaten für den nullten Datenplatz am Ausgang des Schieberegisters 14, die Binärdaten für den 511ten Datenplatz befinden sich am Eingang des Schieberegisters 14, sind taktgesteuert in das J-K-Plipflop 15a eingegeben und stehen für die Deeodiersehaltung 15 zur Verfügung während die Binärdaten für den 510ten Datenplatz aus dem J-K-Flipflop IJ taktgesteuert ausgeleitet wurden und für die Deeodiersehaltung 15 zur Verfügung stehen. Wenn die Abtastung Nr. 1 fortgesetzt wird, werden Daten von dem Datenplatz 512 in das Schieberegister 14 und das J-K-Plipflop IJa taktgesteuert eingeleitet und stehen für die Deeodiersehaltung 15 zur Verfügung und gleichzeitig werden die Daten von dem Datenplatz O aus dem Schieberegister 14 heraus und in das J-K-Flipflop 15b taktgesteuert eingeleitet und stehen für die Deeodiersehaltung 15 zur Verfügung, während die Daten von dem Datenplatz 511 taktgesteuert aus dem J-K-Plipflop 13a ausgeleitet werden und für die Deeodiersehaltung 15 zur Verfügung stehen. Zu diesem Zeitpunkt stehen Binärdaten von den Datenplätzen O, 51I und für die Deeodiersehaltung 15 zur Verfügung. Das Schieberegister 14 en thill t die Daten der Datenplätze 1 bis 512, das J-K-Plipflop 15a enthält die Daten des Datenplatzes 512 und das J-K-Plipflop 13b enthält die Daten des Datenplatzes 0. Weil 0, 51I und 512 keinen Probenplatz definieren ist die Deeodiersehaltung 15 weiterhin gesperrt. Der nächste während des Abtastvorganges erzeugte Taktimpuls führt die Daten von dem Datenplatz 513 in das Schieberegister 14 und das J-K-Flipflop 13a ein und stellt sie an der Deeodiersehaltung I5 zur Verfugung und gleichzeitig werden die Daten des Datenplatzes 512 aus dem J-K-Flipflop 13a taktgesteuert ausgeleitet« so daß sie an der Deeodiersehaltung I5 zur Verfügung stehen, die Daten des Datenplatzes 1 werden aus dem Schieberegister 14 ausgeleitet und stehen an der Deeodiersehaltung 15 und dem J-X-Flipf lop 13b zur Verfügung und schließlich werden die Daten des Datenplatzes 0 aus dem J-K-Plipflop 13b ausgeleitet und für die Deeodiersehaltung 15 zur Verfugung gestellt. An der Deeodiersehaltung 15 stehen nunmehr die Daten der Datenplätze 0,

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1, 512 und 513 zur Verfügung, die den ersten Probenplatz in dem Probenbereich definieren, die Sperrung der Decodierschaltung 15 wird beseitigt und diese Schaltung beginnt zu arbeiten. Der nächste Taktimpuls flihrtdie Daten von dem Datenplatz 514 in das System ein und die Daten der Datenplätze 1, 2, 513 und 514, die den zweiten Probenplatz definieren, gelangen in die Decodierschaltung 15, um dort weiterverarbeitet zu werden. Der Vorgang wird fortgesetzt, bis Daten von dem Datenplatz 102J in das System eingeführt werden und die Abtastung Nr. 1 vervollständigt wurde. Die Abtastung 2 beginnt mit der Eingabe der Daten von dem Datenplatz 1024 und die Verarbeitung wird in der vorstehend beschriebenen V/eise fortgesetzt.

Die vier möglichen Ausgänge der Decodierschaltung 15, die eine Vierleitungs-ZSechzehnleitungs-Demultiplexer-Halbleiterschaltungsplatte sein kann, wie z.B. integrierte Schaltung vom Typ TI 74154, sind mit A, B, C und D entsprechend 0°, 45°, 90⁰ bzw. I35⁰ bezeichnet und steuern jeweils einen getrennten Zähler an, der die Gesamtzahl der Zählungen akkumuliert, die in jeder der 1024 16 χ ΐβ Probenbereiche gewonnen wurden. Obwohl jedem der 1024 Probenbereiche des Pingerabdruckmusters vier Zähler zugeordnet werden könnten, ist dieses Verfahren unwirtschaftlich und unnötig. Weil Daten gleichzeitig für 32 kontinuierliche Probenbereiche, die alle entlang der Abtastrichtung liegen, akkumuliert werden, würde es scheinen, daß 128 Zählerregister für jede der 32 Spalten der Probenbereiche erforderlich wären. Wenn dies der Fall wäre, so müßten diese Register aufeinanderfolgend in Multiplex-Technik auf eine gemeinsame Ausgangssammeischiene übertragen werden, um dann zum Rechner hin übertragen zu werden. Es ist wünschenswert, die Anzahl der Zähler zu verringern, um die Verwendung von nicht wesentlichen Multiplexern zu vermeiden. Die Kombination eines voreinstellbaren 8-Bit-Zählers 16 und eines 8 χ 32-Bit-Schieberegisters 17 nach Fig. 5 verringert die Anzahl der für eine Spalte von 32 Probenbereichaierforderlichen Zähler auf lediglich Diese Kombination erlaubt eine gleichzeitige Datenakkumulation für die Durchführung der aufeinanderfolgenden Messungen in der

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Spalte von Probenbereichen, die entlang der Abtastrichtung liegt.

Es sei die notwendige Schaltung für einen der vier Zähler 1β betrachtet, beispielsweise für den, der durch die A-Winkelmessung angesteuert wird. Es sei angenommen, daß eine neue Abtastlinie gerade begonnen wurde und daß die Messungen an einem neuen Satz von 32 Probenbereichen begonnen haben. Zu diesem Zeitpunkt sind alle Bits des Schieberegisters 17 auf O gesetzt. Für die ersten 16 Taktimpulse akkumuliert der voreinstellbare Zähler 16 eine Zählung der hierin enthaltenen A-Probenplätze. Nach dem sechzehnten Datenimpuls wird der Ausgang des Zählers 16 dem Eingang des entsprechenden Schieberegisters 17 zugeführt und unmittelbar danach wird der Ausgang des Schieberegisters 17 dem Zähler 16 zugeführt. Weil das Schieberegister 17 eine Null-Zählung überträgt, beginnt der Zähler 16 wieder bei O und zählt weiter die A-Probenplätze für die nächsten 16 Impulse, die dem zweiten Probenbereich entsprechen. Am Ende dieser 16 Impulse hat der Zähler l6 eine Zählung der A-Probenplätze in dem zweiten Probenbereich für die vorgegebene Abtastlinie akkumuliert. Der Ausgang des Zählers 16 wird damwieder an den Eingang des Schieberegisters 17 verschoben und der Ausgang des Schieberegisters l6 wird dem Zähler l6 zugeführt. Dieser Vorgang wird für die gesamten 32 Probenbereiche in der Spalte fortgesetzt. Am Ende jeder Abtastlinie werden die Taktimpulse bis zum Beginn der darauffolgenden Abtastlinien gesperrt. Bevor die zweite Abtastlinie beginnt, ist zu erkennen, daß die vorher akkumulierte Gesamtsumme für den ersten Probenbereich am Ausgang des Schieberegisters 17 liegt und bereit ist, in den voreinstellbaren Zähler 16 übertragen zu werden. Wenn die zweite Abtastlinie eingeleitet wird, wird der Ausgang des Schieberegisters 17 dem voreinstellbaren Zähler l6 zugeführt und die vorhergehende Zählung in dem Zähler, die dem letzten Probenbereich der vorhergehenden Abtastlinie entspricht, wird in das Schieberegister 17 eingeleitet. Wenn daher die Abtastlinie eingeleitet wird, zählt der voreinstellbare Zähler l6 weiter ausgehend von der Zählung für den Probenbereich, der über die vorhergehende Abtastung akkumuliert wwrde, vorwärts. Auf diese Weise akkumuliert

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die Kombination des Schieberegisters 17 und des voreinstellbaren Zählers 16 die Gesamtzahl von Impulsen von der Decodierschaltung 15 für alle J2 Probenbereiche während der gleichen Zeitperiode. Nach der Akkumulation der Daten für l6 Abtastlinien ist die endgültige Zählung für jeden der ^2 Probenbereiche in dem Schieberegister 17 enthalten. Diese Daten werden dann sequenziell ohne Unterbrechung der Akkumulation von Daten an einen Ausgangspuffer übertragen, von dem aus sie zum Rechner übertragen werden. Diese Schaltung stellt eine wenig aufwendige Form einer fest verdrahteten Halbleiterschaltung dar, die sowohl eine übermäßige Anzahl von Zählern als auch von Multiplexern vermeidet, um Pingerabdruck-Hautleistenwinkel- und Hautleistenabstands-Daten einer gemeinsamen Datensammelschiene zuzuführen.

Patentansprüche:

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Claims

Patentansprüche

Digitale Verarbeitungseinheit zur Ableitung von Daten aus einer binären Bilddarstellung, die aus einer Anordnung von digitalen Datenplätzen besteht, gekennzeichne t durch Detektoreinrichtungen (10, 11, 12) zur Peststellung der in dem binären Bild enthaltenen Binärdaten, eine erste Speichereinrichtung (13a) mit einem Eingangsanschluß und einem Ausgangsanschluß, deren Eingangsanschluß mit den Detektoreinrichtungen (10, 11, 12) verbunden ist, eine zweite Speichereinrichtung (l4) mit einem Eingangsanschluß und einem Ausgangsanschluß, deren Eingangsanschluß mit den Detektoreinrichtungen (10, 11, 12) verbunden ist, eine dritte Speichereinrichtung (13b) mit einem Eingangsanschluß und einem Ausgangsanschluß, deren Eingangsanschluß mit dem Ausgangsanschluß der zweiten Speichereinrichtung (14) verbunden ist, eine Decodiereinrichtung (15) zum Empfang und zur Decodierung binärer Daten mit einer Vielzahl von EingangsanschlUssen und einer Vielzahl von Ausgangsanschlüssen, von denen die Eingangsanschlüsse mit den Ausgangsanschlüssen der ersten (13a), zweiten (14) und dritten (13b) Speichereinrichtung und mit den Detektoreinrichtungen (10, 11, 12) verbunden sind, eine Vielzahl von Zähleinrichtungen (16, 17), die jeweils mit einem entsprechenden der Vielzahl von Ausgangsanschlussen der Decodiereinrichtung (I5) gekoppelt sind, um die decodierten Binärdaten zu akkumulieren, wobei jede Zähleinrichtung (l6, 17) einen Eingangsanschluß und einen Ausgangsanschluß aufweist, eine Ausgabeeinrichtung (18), die mit dem Ausgangsanschluß jeder Zähleinrichtung (16, 17) verbunden ist, um Daten von jeder Zähleinrichtung (l6, 17) einer äußeren Einrichtung zuzuführen, in der die übertragenen Daten weiter verarbeitet werden, und Einrichtungen zur Ansteuerung der ersten Speichereinrichtung (13a), der zweiten

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Speichereinrichtung (l4), der dritten Speichereinrichtung (15b), jeder der Zähleinrichtungen (16, 17) und der Ausgabeeinrichtung (l8) mit Taktimpulsen, so daß die Datenübertragung und -verarbeitung zeitlich gesteuert und synchronisiert ist.
2. Digitale Verarbeitungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Speichereinrichtung (14) ein Schieberegister mit Einrichtungen zur Speicherung einer Vielzahl von digitalen Worten ist.
3. Digitale Verarbeitungseinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste (l?a) und dritte (13b) Speichereinrichtung Daten für eine Taktimpulsperiode speichert.
4. Digitale Verarbeitungseinheit nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste (IJa) und die dritte (IJb) Speichereinrichtung jeweilige J-K-Flipflops sind.
5. Digitale Verarbeitungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Binärdaten-Detektoreinrichtungen (10, 11, 12) einen Photovervielfacher (10), einen Verstärker (11) mit einem Eingangsanschluß, der mit dem Photovervielfacher (10) gekoppelt ist un3 einem Ausgangsanschluß und eine Schmitt-Triggerschaltung (12) mit einem Eingangsanschluß und einem Ausgangsanschluß umfassen, daß der Eingangsanschluß der Schmitt-Triggerschaltung (12) mit dem Ausgangsanschluß des Verstärkers (11) gekoppelt ist und daß der Ausgangsanschluß der Schmitt-Triggerschaltung (12) mit dem Eingangsanschluß der ersten Speichereinrichtung (13a) dem Eingangsanschluß der zweiten Speichereinrichtung (l4) und einem der Eingangsanschlüsse der Decodiereinrichtung (15) verbunden ist.

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6. Digitale Verarbeitungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede . der Zähleinrichtungen (16, 17) einen voreinstellbaren Zähler (l6) mit einem Eingangsanschluß, der mit einem der Ausgangsanschlüsse der Decodiereinrichtung (15) verbunden ist, und mit einem Ausgangsanschluß, der mit den Ausgabeeinrichtungen (l8) gekoppelt ist, sowie ein Schieberegister (17) mit einem Eingangsanschluß, der mit dem Ausgangsanschluß des voreinstellbaren Zählers (l6) verbunden ist, mit einem Ausgangsanschluß, der mit dem Eingangsanschluß des voreinstellbaren Zählers (ΐβ) verbunden ist und mit Speicherelementen für eine Vielzahl von digitalen Worten zwischen den Eingangs- und Ausgangsanschlüssen des Schieberegisters (17) umfaßt.
7. Verfahren zur Ableitung von Daten aus einer binären Bilddarstellung, die aus einer Anordnung von digitalen Datenplätzen besteht, gekennzeichnet durch die Schritte der rasterförmigen Abtastung des binären Bildes, der Erzeugung von Taktimpulsen synchron mit der Abtastung zur taktgesteuerten Einleitung von in den Datenplätzen enthaltenen Daten in ein digitales Datenverarbeitungssystem, für die Steuerung von Daten in dem Verarbeitungssystem und zur taktgesteuerten Ausleitung von verarbeiteten Daten aus dem Verarbeitungssystem, wobei jeder Taktimpuls die Abtastung eines der Datenplätze darstellt, der Ausbildung einer Anordnung von Probenplatzdaten von den Datenplätzen, wobei jeder Probenplatz aus Untergruppen von Datenplätzen besteht, der Ausbildung einer Anordnung von Probenbereichsdaten aus den Probenplätzen, wobei jeder Probenbereich aus Untergruppen von Probenplätzen besteht, und der Übertragung der Probenbereichsdaten über einen Ausgangspuffer in einen digitalen Rechner.
8. Verfahren nach Anspruch 7> dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Ausbildung einer Anordnung von Probenplatzdaten die Schritte der Speicherung von Daten von

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vorhergehenden Abtastungen der Datenplätze in einer Speichereinrichtung (14-) derart, daß in und aus der Speichereinrichtung (l4) taktgesteuerte ein- bzw. ausgeleitete Daten von benachbarten Plätzen bei momentanen und vorhergehenden Abtastungen stammen, der Verzögerung der Eingangs- und Ausgangsdaten um einen Taktimpuls und der Kombinierung des Einganges, des Ausganges, des verzögerten Einganges und des verzögerten Ausganges zur Bildung eines Probenplatzes umfaßt.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennze ich net, daß der Schritt der Ausbildung einer Anordnung von Probenbereichsdaten die Schritte der Akkumulation einer Zählung der Gesamtzahl von ähnlichen Probenplätzen in jedem Probenbereich für jede Abtastung in einem voreinsteilbaren Zähler (16) mit einem Eingangsanschluß und einem Ausgangsanschluß, der übertragung der akkumulierten Zählung von dem Zähler (16) in eine Speichereinrichtung (17), wenn die Abtastlinie vollständig alle Probenplätze in einem Probenbereich durchläuft, der Speicherung der Gesamtsumme in der Speichereinrichtung (17) derart, daß die aus der Speichereinrichtung (17) taktgesteuert ein- und ausgeleiteten Gesamtsummen von benachbarten Probenbereichen entlang der Abtastrichtung stammen, der Rückführung der aus der Speichereinrichtung (17) taktgesteuert ausgeleiteten Daten in den Eingangsanschluß des voreinsteilbaren Zählers (16), wobei die taktgesteuert ausgeleiteten Daten die vorher akkumulierte Zählung für den abgetasteten Probenbereich darstellen, und der Übertragung der akkumulierten Zählung von dem Ausgangsanschluß des Zählers (16) an den Ausgabespeicher (18) umfaßt, wenn jeder der Probenbereiche vollständig abgetastet wurde.

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