Устройство для экстраполяции видеосигнала изображения Советский патент 1984 года по МПК G06G7/30 

Изобретение относится к технике обработки двумерных изображений и может быть использовано в любых отраслях науки и техники, где необходимо выполнение экстраполяции или предсказания случайных видеосигнало двумерных изображений, наблюдаемых на фоне помех. В частности, необходимость решения подобных задач возникает при обработке видеосигналов растровых изображений, принимаемых в присутствии импульсного шума, появляющего ся вследствие погрешностей функционирования фотоэлектронных преобразователей. Известны экстраполяторы, основан ные на анализе наблюдений исследуемого процесса в прошлом с целью его предсказания l и 2. Известен экстраполятор, содержащий частотно-импульсный преобразова тель, триггер, блок задержки и вычи татель l. Недостатком указанного экстрапол тора является низкая точность экстр поляции при работе с сигналами, наблюдаемыми на фоне импульсных пом Наиболее близким к предлагаемому является устройство для экстраполяц видеосигнала при построчной разверт ке изображения 23, содержащее шесть линий задержки, выходы которых попарно соединены с входами трех блок линейной экстраполяции, выходы кото рых соединены с входами соответствую щих блоков вычитания, три блока выделения модуля, соединенных кажды входом - с выходом блока выделения модуля, а выходом - с входами соответствующих компараторов, подключен ных к входам дешифратора, а также переключатели, и соединенный с ними блок усреднения. Принцип действия известного устройства основан на предварительном формировании трех линейных экстраполяционных оценок сигнала - вдоль строки, вдольстолбца и вдоль диаго кали изображения с последующей селекцией результатов экстраполяции с целью фильтрации сбоев, обусловлен ных действием импульсных помех. Именно, если в участке столбца, стро ки или диагонали изображения, по которым производится экстраполяция, будет наблюдаться выброс -импульсной помехи, то соответствующая экстра-поляционная оценка должна заметно от личаться по величине от значений двух других оценок, получаемых по участкам изображения, не искаженным I импульсной помехой ,что используется известном устройстве для получения результирующей нелинейной экстраполяционной оценки изображения, значение которой формируется путем усреднения двух ближайших по величине экстраполяционных оценок из трех .формируемых линейных оценок. Значение третьей линейной оценки отбрасывается и она не учитывается при дальнейшей обработке сигнала. Таким образом, удается избежать влияния на процесс экстраполяции выбросов импульсной помехи, обеспечив тем самым приемлемую точность экстраполяции при работе на фоне шумов. Недостатком известного устройства для экстраполяции видеосигнала при Построчной развертке изображения является относительно низкая точности экстраполяции. Точность проведения экстраполяции в общем случае тем выше, чем больше значений яркостей экстраполируемого сигнала, соответствующих предшествующим моментам времени, участвуют в формировании экстраполяционной оценки. В известном же устройстве анализ наличия либо отсутствия выброса импульсной помехи в одной из пар базовых отсчетов производится по шести точкам, а собственно экстраполяция во всех случаях (т.е. как при -наличии, так и при отсутствии обнаружения възброса помехи )- по четырем точкам изображения. Две точки всегда исключаются из рассмотрения, что в случае отсутствия выброса импульсной помехи ведет к снижению точности экстраполяции(так как экстраполяция по шести точкам на участках отсутствия выбросов импульсных помех точнее реализуемой в известном устройстве экстраполяции по четырем точкам). Целью изобретения является повышение точности экстраполяции. Цель достигается тем, что устройство для экстраполяции видеосигнала изображения, содержащее шесть линий задержки, входы которых соединены с входом устройства, три блока линейной экстраполяции, первый и второй входы каждого из которых подключены к выходам двух соответствующих линий задержки, выход первого блока линейной экстраполяции соединен с первыми входами первого и второго блоков вычитания, выход второго блока линейной экстраполяции соединен с вторым входом первого и с первым входом третьего блоков вычитания, выход третьего блока линейной экстраполяции соединен с вторыми входами второго и третьего блоков вычитания, выходы первого, второго и третьего блоков вычитания соединены с входами соответствующих блоков выделения модуля, три компаратора, входы первого из которых соединены с выходами первого и второго блоков выделения модуля, входы второго - с выходами первого и третьего блоков вьаделения модуля, а входы третьего - с выходами второго и третьего блоков выделения модуля, выходы компараторов соединены с соответствующими входаи первого дешифратора, переключатель сумматор , содержит также три люча, три пороговых элемента, втоой дешифратор, блок деления и два лока задания делителя, выкоды котоых через переключатель соединены первым входом блока деления, при этом выходы первого, второго и третьего блоков выделения модуля ерез соответствующие пороговые элементы соединены с входами второго ешифратора, выходы первого, второго и третьего блоков линейной экстраполяции через соответствующие ключи соединены с входами сумматора,, выход которого соединен с вторым входом блока деления, выход которого является выходом устройства, первый, второй и третий выходы первого дешифратора соединены с первыми управляющими входами соответствующих ключей, а выход второго дешифратора соединен с управляквдим входом переключателя и с вторыми управляющими входами первого, второго и третьего ключей.

На фиг-. 1 представлена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2поясняется принцип экстраполяции, заложенный в устройство.

Устройство для экстраполяции видеосигнала изображения содержит линии задержки 1-6, блоки 7-9 линейной экстраполяции, блоки вычитания 10-12, блоки выделения модуля 13-15, компараторы 16-18, пороговые элементы 19-21, жлючи 22-24, сумматор 25, дешифраторы 26,27, блоки 28,29 задания делителя, переключатель 30, блок деления 31.

Устройство работает следующим образом.

Видеосигнал изображения, образующийся в результате его пострЪчной развертки, поступает на вход устройства. Длительность видеосигнала, соответствующего одной строке изображения, обозначим Т(. . Предполагается, что, в некоторые случайные моменты времени во входном видеосигнале изображения наблюдаются выбросы импульсных помех, на фоне которых производится экстраполяция. Процедура же экстраполяции сводится к следующему.

Линия задержки 1 осуществляет задержку сигнала на интервал времени ai , соответствующий требуемому интервалу экстраполяции, причем предполагается, что величина интервала /at не менее чем в-2-3 раза превышает среднюю длительность выбросовимпульсной помехи. Линия задержки 2 задерживает сигнал на величину 2ui линия задержки 3 - на величину одной строки изображения Tj-, линия задержки 4 - на две строки изображения 2Тс. Соответственно линия задержки 5 задерживает сигнал на величину Тс+ 4 , линия задержки б - на 2Тс+ +2ut. Сигналы с выходов указанных

линий задержки подаются на входы блоков 7-9 линейной экстраполяции, на выходе которых формируются экстраполяционные оценки сигнала, получаемые по двум точкам, расположенным соответственно вдоль строки изображения (блок 7), вдоль столбца изображения (блок 8)и по диагонали изображения (блок 9) .

Если в участке столбца, строки или диагонали изображения, по которым производится экстраполяция, буде наблюдаться выброс импульсной помехи, то соответствующая экстраполяционная оценка должна заметно отличаться по величине от значений.двух других оценок, получаемых по участкам -изображения, не искаженным импульсной помехой, что используется в устройстве для получения резуль|тирующей экстраполяционной оценки сигнала.

Именно, если в сигнале обнаружен выброс импульсной помехи, результирующая экстраполяционная оценка формируется путем усреднения двух ближайших по величине экстраполяционных оценок из трех формируемых линейных оценок. Значение третьей линейной оценки в этом случае отбрасывается и она не учитывается при дальнейшей обработке сигнала.

В случае же, если выброса импульной помехи не обнаружено, все три линейные экстраполяционные оценки сигнала участвуют в формировании результирующей оценки, т.е. отбрасыва значения третьей оценки не производится.

Выбор двух ближайших по величине экстраполяционных оценок и их последующее усреднение осуществляется блоками вычитания 1Q-12, блоками 13-15 выделения модуля, компараторами 16-18, дешифратором 26, ключами 22-24, сумматором 25 и блоком деления 31. Обнаружение же выбросов импульсной помехи производится пороговыми элементами 19-21 и дешифратором 27. Переключатель 30, предназначен для изменения константы усреднения. Именно, в случае необнаружения выброса импульсной помехи она равна трем, а в случае обнаружения выброса помехи(когда в сумматоре 25 суммируются значения только двух оценок)она равна двум. На выходах блоков 13-15 формируются значения трех сигналов, соответствую1чих модулям разности всех трех /гинейных экстраполяционных оценок. Указанные сигналы попарно подаются на входы компараторов 16-18. На выходе компараторов 16-18 формируется трехразрядный двоичный код, несущий информацию о том, какие две из трех сформированных линейных экстраполяционных оценок наиболее близки по величине друг к другу. .Именно они и поступают на вход сумматора 25 для .последующей обработки. Требуемая коммутация выходов блоков 7-9 линейной экстраполяции со входами сумматора 25 обеспечивается ключами 22-24, управляемыми сигналами дешиф раторов 26,27. Если хотя бы один

Входной двоичный код

Выходной двоичный код из управляющих сигналов ключа (с блока 26 или 21)равен единице, то ключ замкнут, в противном случае разомкнут. В таблице показаны соответствия входных и выходных сигналов(кодов) дешифратора 26.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭКСТРАПОЛЯЦИИ ВИДЕОСИГНАЛА ИЗОБРАЖЕНИЯ, содержащее шесть линий задержки, входы которых соединены с входом устройства, три блока линейной экстраполяции, первый и второй входы каждого из которых подключены к выходам двух соответствующих линий задержки, выход первого блока линейной экстраполяции соединен с первыми входами первого и второго блоков вычитания, выход второго блоки линейной экстраполяции -соединен с вторым входом первого и с первым входом третьего блоков вычитания, выход третьего блока линейной- экстраполяции соединен с вторыми входами второго и третьего блоков вычитания, выходы первого, второго и третьего блоков вычитания соединены с .входами соответствующих блоков выделения-модуля,три компаратора, входы первого из которых соединены с выходами первого и второго блоков выделения модуля, входы второго - с выходами первого и третьего блоков- выделения модуля, а входы третьего - с выходами второго и третьего блоков выделения модуля, выходы компараторов соединены с соответствующими входами первого дешифратора, переключател и. сумматор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности экстраполяции, устройство содержит три ключа, три- пороговых элемента, второй дешифратор, блок деления и два блока задания делителя, выходы Укоторых через переключатель соединены с первым входом блока деления,при,этом (Л выходы первого, второго и третьего блоков выделения модуля через соответствующие пороговые элементы соединены с входами второго дешифратора, выходы первого, второго и третье-; го блоков линейной экстраполяции . через соответствующие ключи соединены с входами сумматора, выход которого соединен с вторым входом блока деления, выход которого является выходом устройства, первый, второй сд и третий выходы первого дешифратора со о соединены с первыми управляющими . входами соответствующих ключей, а выход второго дешифратора соединен 00 с управляющим входом переключателя и с вторыми управляющими входами первого, второго и третьего ключей.

О 1 1 О

о

1 Если один или несколько отсчетов окажутся пораженными помехой, одна или несколько разностей на выходе блоков 13-15 превысит порог, на выходе пороговых элементов 19,20 или 21 появдтся сигналы, равные 1. Дешифрирование выходных сигналов пороговых элементов 19 - 21 осуществляется вторым дешифратором 27, кото рый вырабатывает на выходе логическую единицу только при наличии на его трех входах логических нулей. В этом случае все ключи 22-24 замкнуты, линейные зкстраполяционные оценки с выходов блоков 7-9 линейной экстраполяции складываются в сум маторе 25 и затем делятся на три. При наличии выброса импульсной помехи выходной сигнал дешифратора 2 равен нулю. В этом случае управление ключами 22 - 24 осуществляется выход ньгми сигналами дешифратора 26, обеспечивающего выдачу на вход сумматора 25 двух ближайших по величине линейных экстраполяционных оценок. После сложения сумл1а делится пополам в блоке деления 31.

1 о о 1 1 1

1 1 1 1 о о

о 1 1 о

1 1 Значение величины порога, обеспечивающее наилучшее в смысле заданного критерия обнаружение выбросов импульсной помехи при заданных характеристиках полезного сигнала и помехи, может быть определено расчетно подобрано экспериментально в процессе отладки устройства. Все входящие в состав предлагаемого устройства блоки являются типовыми либо легко реализуются на основе типовых функциональных элементов. Достижение положительного эффекта от использования предлагаемого устройства по сравнению с прототипом подтверждается меньшей среднеквадратической ошибкой экстраполяции. Проведенные испытания и исследования опытного образца показали, что среднеквадратическая ошибка экстраполяции видеосигнала изображения уменьшается, в зависимости от типа и статистики обрабатываемого изображения и импульсных помех, в среднем на 8-12%.

Выход

cpuf-l

(i-2}-я строка

( строка

L-я cmpo/fa