Цифровой фильтр Советский патент 1987 года по МПК H03H17/00 G06F17/17 

J12

Изобретение относится к вычислительной технике и технической кибернетика и может быть использовано в системах цифровой обработки на этапе предварительной обработки данных дно- ичных изображений.

Цель изобретения - повьпиение точности коррекции двоичных изображений путем обеспечения оптимальной двухмерной фильтрации изображений, искаженных импульсным шумом..

На фиг.1 показана структурная схема предлагаемого цифрового фильтра; на фиг,2 - в пределах окна (апертуры) размерами 5x5 три локальные области усреднения, общее число которых равно девятиj на фиг.3 - структурная схема селектора минимума.

Оптимальный фильтр содержит блок 1 регистров сдвига, состоящий из двоичных разрядов, где Е - количество элементов (отсчетов) изображения в одной строке, т.е. длина -: строки изображения, п блоков 2 постоянной памяти (ПЗУ) (п - порядок фильтра), п регистров 3 сдвига, селектор 4 минимума, коммутатор (мультиплексор) 5, синхронизатор 6, состоящий из генератора 7 тактовых импульсов и делителя 8 частоты.

Селектор минимума (фиг.З) содержи п элементов ИЛИ 9, п-входовой элемен И 10, п элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 11, п триггеров 12, дешифратор 13,

Данное устройство осуществляет оптимальную фильтрацию двоичного изображения с использованием алгоритма локального усреднения по одной из девяти возможных областей в пределах окна размерами 5x5, Первая из областей, которая иллюстрируется на фиг.2а, является симметричной и состоит из девяти точек. Остальные восемь попарно пересекающихся областей соответствуют восьми возможным направлениям и содержат по семь элементов каждая. На фиг,26 показана область второго направления, а на фиг.2в - область пятого направления. Эти восемь областей усреднения соответствуют восьми угловым фрагментам различных уравнений. Дпя каждой точк входного двоичного изображения (ijj вычисляются локальные средние значения по точкам .этих областей

, (i J)05

О, в противном случае,

13 2

где k 1,9;

Уц - k-я область усреднения; COj.. - количество точек k-й области усре,цнения (О,9, при );

а - среднее значение по k-й области.

Затем вычисляются локальные дисперсии d 1 по этим девяти областям следующим образом:

- - И- gCi,J)-aJ .

(ioKW

Значения результата оптимальной фильт рации f(i,j) определяются выражением

f(i,j) dp,

где , min frf,

1 -6 k 9,

т.е. решение принимается по минимуму локальной .дисперсии.

Цифровой фильтр работает следующим образом.

Элементы входного двоичного изображения в процессе строчной развертки изображения последовательно поступают на вход блока 1 регистра сдвига, состоящего из (4L + 5) разрядов. Частота следования элементов изображения определяется частотой импульсов синхронизации на первом выходе синхронизатора 6, который является выходом делителя 8 частоты. Частота импульсов на выходе делителя частоты в четыре раза меньще частоты ГТИ 7, При поступлении тактового импульса с синхронизатора на тактовый вход сдвигом блока проходит сдвиг в нем информации на один разряд и запись очередного элемента входного изображения в первый разряд регистрации. В каждом такте работы устройства в 25 разрядах блока 1 сдвиговых регистров, которые показаны на фиг.1 формируется окрестность текущего элемента изображения (окно) размерами 5x5. Локальные средние значения а I лpкaльныe дисперсии d|, где k I ,п вычисляются таблично с помощью п ПЗУ 2. Входы k-ro ПЗУ 2 соединены с выходами тех разрядов блока 1 регистра сдвига, в которых хранятся элементы изображения k-й локальной области. Например, п разрядов адресного входа первого ПЗУ 2 соединены с выходами пентра.пь- ньгх разрядов блока 1 регистра сдвит л И1 окна размерами 5x5, (дщержимое

3,129

ячеек памяти ПЗУ 2 программируется таким образом, что в первый разряд одного слова k-ro ПЗУ 2 записывается значение локального среднего а, а в остальные четыре разряда слова запи- сывается двоичный код локальной дисперсии d. . Таким образом, в каждом такте работы устройства на выходах всех ПЗУ 2 формируются двоичные коды локальных средних значений и дисперсий двоичного изображения для девяти заданных областей. Код i-й локальной дисперсии подается на параллельный вход i-ro регистра 3 сдвига и при поступлении тактового импульса с первого выхода синхронизатора 6 происходит его запись в этот регистр 3 сдвига. С последовательного выхода всех регистров 3 сдвига сигналы, соответствующие пер- вым (старшим) разрядам локальных дисперсий, параллельно поступают на входы селектора 4 минимума. Селектор 4 минимума предназначен для определения двоичного кода номера той локаль ной области изображения, для которой в заданном такте работы устройства локальная дисперсия минимальна. Перед началом определения минимума входной последовательности п чисел, все п триггеров 12 устанавливаются в состояние О путем синхронизирующего импульса от синхронизатора

6. В каждом такте работы селектора минимума, который задается ГТИ 7, в синхронизаторе 6 определяется i-й разряд минимума чисел (на выходе элемента И 10) путем анализа с помощью п элементов ИЛИ 9, п-входового элемента И 10 и п элементов ИСКЛЮЧАЛ.) ЩЕЕ ИЛИ 11 i-x разрядов всех п чисел При этом в нулевом состоянии остаются только триггеры 12, соответствующими числами, которые являются кандидатами на минимум после анализа i-ro разряда все чисел. После тактов работы селектора минимума, где m - количество разрядов входных чисел (в данном случае ) с помощью дешифратора 13 выполняется преобразование входного п-разрядного кода номера минимального числа в позиционный двоичный код, состоящий из log,,N разрядов (где - знак, обо значающий округление до ближайшего целого числа, не меньшего данного). Триггер 12 (или триггеры, если имеется несколько одинаковых минимальных

5 0

5

0

34

чисел), который соответствует минимуму остается в состоянии О, а остальные триггеры 12 будут в состоянии 1. Такой преобразователь кода может быть реализован в виде ПЗУ, на п-разрядный адресньш вход которого подается код выходньпс значений п триггеров 1 2 . Код номера . минимального значения дисперсии по п локальным областям, состоящий из четьфех разрядов, поступает на управляющий вход мультиплексора 5. В результате этого, на выходе мультиплексора 5 по- является локальное среднее значение по той же области, для которой дисперсия минимальна, и это значение является -очередным элементом выходного изображения устройства.

Формула изобретения

I. Цифровой фильтр, содержащий блок регистров сдвига, п (п - порядок фильтра) блоков постоянной памяти и коммутатор, причем i-й (i,п) выход блока регистров сдвига подключен к входам i-ro разряда адреса всех блоков постоянной памяти, входы считывания которых объединены с тактовым входом блока сдвиговых регистров и подключены к первому выходу синхронизатора, а информационный вход блока регистров сдвига является информационным входом фильтра, о т л и ч а ю- щ и и с я тем, что, с целью повьше- ния точности, в него введены п регистров сдвига и селектор минимума, выход которого подключен к управляющему входу коммутатора, выход которого является информационным выходом фильтра, i-й информационный вход коммутатора подключен к выходу первого разряда i-ro блока постоянной памяти, выходы разрядов кроме первого i-ro блока постоянной памяти подключены к входам соответствующих разрядов i-ro сдвигового регистра, выход которого подключен к i-му информационному входу селектора минимума, тактовый вход которого объединен с тактовым входом i-ro регистра сдвига и подключен к первому выходу синхронизатора, второй выход которого подключен к входу управления сдвигом i-ro регистра сдвига.

2. Цифровой фильтр по п. I, о т - личающийся тем, что селектор минимума содержит п элементов

512972

ИЛИ, элемент И, п элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, п триггеров и дешифратор, выход которого является выходом се- i лектора, выход i-ro элемента ИЛИ подключен к i-му входу элемента Ни 5 первому входу i-ro элемента ИСКЛЮ- ЧАЩЕЕ ИЛИ, выход которого подключен к установочному входу i-ro триггера, выход которого подключен к вхо136

ду i-ro разряда дешифратора и первому входу i-ro элемента ИЛИ, второй вход которого является i-м информационным входом селектора, выход элеме нта И подключен к втором у входу i-ro элемента ИСКЛЮЧА1ШЦЕЕ ИЛИ, тактовые входы триггеров и тактовый вход дешифратора объединены и являются тактовым входом селектора.

фиг.З

Редактор Ю.Середа

Составитель А.Баранов

Техред М.Ходанич . Корректор М.Самборская

:Заказ 794/60 Тираж 902Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие,, г.Ужгород, ул.Проектная, 4

Фиг.1

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в системах цифровой обработки изображений на этапе предварительной обработки данных двоичных изобргокений. Цель изобретения - повышение точности. Поставленная цель достигается за счет того, что цифровой фильтр включает в себя блок 1 регистров сдвига, п (п - порядок фильтра) блоков 3 постоянной памяти, селектор 4 минимума, коммутатор синхронизатор 6, состоящий из генератора 7 тактовых импульсов и делителя 8 частоты, причем селектор минимума содержит п элементов ИЛИ, элемент И, п элементов ИСКЛЮЧАКШЩЕ ИЛИ, п триггеров и дешифраторов. 1 з.п. ф-лы, 3 ил. Q N3 х ю ;«: