Устройство для коррекции телевизионных изображений Советский патент 1987 года по МПК G06K9/00 H04N5/208 

Изобретение относится к области технической кибернетики и быть иепользовано в системах автоматического распознавания изображений, например для распознавания печатных или рукописных знаков, отпечатков пальцев, чертежей и других объектов, которые могут быть однозначно представлены двоичными изображениями.

Целб изобретения - повышение помехоустойчивости устройства.

На фиг,1 показана структурная схема устройства; на фиг, 2 - блок-схема цифрового медианного фильтра, по- которого равен трем; на фиг.З - бйок-схема дискриминатора; на фиг.4 - диаграммы, поясняющие способ адаптивной строчной сегментации изображений,, который реализован в устройстве

to

15

резкий перепад яркости, Затем выполняется собственно проверка одного из двух условий наличия в текущей точке резкого перепада я кости путем сравнения крутизны (резкости перепада) в данной точке с предельно допустимой для края, Если текущая точка находится на границе объект-фон, то результат сегментации в этой точке равен 1, в противном случае - О,

Устройство работает следующим образом .

Отсчеты изображения в процессе его строчного сканирования датчиком 1 изображения последовательно поступают на вход ЩП 2. Б АЦП 2 выполняется преобразование в цифровую фор- ьгу изображения в соответствии с час25

Устройство содержит датчик изоб- 20 тотой синхроимпульсов на выходе синх- ражения, аналого-цифровой цреобразо- ронизатора 14, Частота синхроимпуль- ватель (АЦП) 2, цифровой медианный фильтр 3 р элементы 4 задержки, детектор 5 края, состоящий из первого 6 и второго 7 вьгчитателей, первого 8 и второго 9 умножителей, первого 10 и второго 11 компараторов и коммутатора (мультиплексора) 12, дискриминатор 13 и синхронизатор 14,

Цифровой медианный фильтр (фиг.2) содержит первый и второй злементы 15 задержки, два компаратора 16, узел

17постоянной памяти, мультиплексор

18и третий элемент 19 задержки, Дискриминатор 13 (фиг,3) содержит

тканнъыи с помощью двух элементов 15 задержки, В свою очередь, на выходе

два сумматора 20, два вычитателя 21 и компаратор 22,

сов выбирается таким образом, чтобы расстояние между двумя отсчетами не превышало половины дл1шы по строке минимального по протяженности возможного объекта. Медианный фильтр 3 реализует удаление импульсных помех в строке изображения, которые могут быть ошибочно ПР1Л1ЯТЫ за объекты, т,е, в этих точках могут быть резкие перепады яркости. Посредством двух компараторов 16 выполняется сравнение текущего отсчета изображения g(t;) на выходе АЦП 2 с двумя преды- 35 дущими g(t,v, ) и g(t;. ), задер30

45

третьего элемента 19 задержки з текущем такте работы устройства будет способ построчной сегментации изобра- 40 результат сравнения отсчетов g(ti, )

и g(t,), вычисленный в. предыдущем такте посредством первого компаратора 1 6 р

На основе результатов попарного сравнения трех последовательных отсчетов строки изображения g(t) с помощью узла 17 постоянной.памяти таблично вь гчисляется номер того из трех отсчетов g(t;), g(t , ) и g(t,.), который является медианой. Для этого адресный вход узла 17 соединен с выходами двух компараторов 16 и триггера 9, а его информационный выход j подключен к управляющему входу мультиплексора 18, Таким образом, в каждом такте работы устройства на выходе мультиплексора 18, т.е. на выходе цифрового медианного фильтра 3, появПредлагаемое устройство реализует

НИИ входного изображения на объект и фон путем адаптивного и помехоустойчивого обнаружения границ объект- фон, т.е. резких перепадов яркости. Предварительно, для повышения помехоустойчивости устройства выполняется цифровая медианная фильтрация входного изображения. Медианная фильтрация имеет то преимущество по сравнению с линейной фильтрацией, что она позволяет -устранить (сгладить) помехи и при этом не сгладить резких перепадов яркости. Для обнаружения , границ объект-фон, т,е. резких перепадов яркости, определяется, по-какую сторону от края находится текущая точка строки изображения, при условии, что в данной точке имеется

50

5

резкий перепад яркости, Затем выполняется собственно проверка одного из двух условий наличия в текущей точке резкого перепада я кости путем сравнения крутизны (резкости перепада) в данной точке с предельно допустимой для края, Если текущая точка находится на границе объект-фон, то результат сегментации в этой точке равен 1, в противном случае - О,

Устройство работает следующим образом .

Отсчеты изображения в процессе его строчного сканирования датчиком 1 изображения последовательно поступают на вход ЩП 2. Б АЦП 2 выполняется преобразование в цифровую фор- ьгу изображения в соответствии с час

тотой синхроимпульсов на выходе синх- онизатора 14, Частота синхроимпуль-

сов выбирается таким образом, чтобы расстояние между двумя отсчетами не превышало половины дл1шы по строке инимального по протяженности возможного объекта. Медианный фильтр 3 реализует удаление импульсных помех в строке изображения, которые могут быть ошибочно ПР1Л1ЯТЫ за объекты, т,е, в этих точках могут быть резкие перепады яркости. Посредством двух компараторов 16 выполняется сравнение текущего отсчета изображения g(t;) на выходе АЦП 2 с двумя преды- дущими g(t,v, ) и g(t;. ), задер

дяется отсчет результата медианной фильтрации f(t). На фиг. 4а показан фрагмент строки изображения на входе АЦП , а на фиг. 4б - результат медианной фильтрадии этой строки.

С помощью дискриминатора 13 определяется, по какую сторону от края находится текущая точка строки изображения f(t) при условии, что в данной точке имеется резкий перепад яркости. Дискриминатор 13 вычисляет значение переменной а- по следующей формуле

1, (/f(t;)+f(t;, )-f(t, -2-)/-/f(t;M )+f(t;.2) -f(t;)/)sO;

О, в противном случае.

Если а- 1 , то отсчет fCt;;., ) находится по правую сторону от границы, если а, 0, то он расположен по левую сторону. Переменная а соответствует выходному сигналу компаратора 22, на входы которого поступают абсо лютные значения чисел на выходах вы- читателей 21, Например, на фиг.4б отсчет f(t;., ) расположен по правую сторону от границы.

С помощью детектора 5 края обнаруживаются резкие перепады яркости строки изображения на выходе медианного фильтра 3. При этом учитью-ает- ся выходной сигнал а; дискриминатора 13, который поступает на управляющий вход мультиплексора 12. Если выходной сигнал дискриминатора 13 нулевой то выходной сигнал Ь детектора 5 края определяется следующим образом,

1. / f(t;., ) - f(t;-i)/.ci/f(t,O

- f(ti-, ) ;

Ь; 1

О, в противном случае.

где о/, - заданный предельный коэффициент резкости края, который является постоянным для всех строк заданных изображений .

Значение bj вычисляется посредством первого 6 и второго 7 вычитателей, умножителя 8 и компаратора 10, Поскольку коэффициент резкости края с6 постоянный, то с целью повышения быстродействия устройства как умножитель 8, так и умножитель 9 реализованы в виде постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), на адресные входы которых поступают выходные сигналы вычитателей, т,е. операция умножения вьтолняется таблично. Если выходной сигнал дискриминатора 13 единичный, то выходной сигнал детектора края 5 определяется следующим образом

Ь.

l,/f(ti) -f(t;-, )(t;, ) -f(ti.2 ) ;

О, в противном случае,

т.е. на выход детектора 5 края поступает выходной сигнал .компаратора 11 . Вь.гходные сигналы вычитателей 6 и 7 не содержат знакового разряда результата вычитания, т,е. они соответствуют абсолютному значению разности двух чисел. Таким образом, в результате работы устройства будут выделены сегменты строк изображения с различными уровнями яркости, концы которых соответствуют единичным значениям переменной Ъ| , Например, на

фиг, 4б точка t.

будет вьзделена

5

0

5

0

5 I

как точка резкого перепада яркости, а точка - как точка плавного изменения яркости, т.е, неграничная точка.

Значение переменной aj указывает на то, является ли обнаруженная точка резкого перепада яркости началом нового сегмента или концом. В случае, если край не был обнаружен с помощью детектора 5 края, то значение переменной а; определяет возрастание или убьшание яркости строки изображения относительно трех соседних точек. Вычисления в детекторе 5 края и дискриминаторе 13 проводятся одновременно (параллельно), эти блоки работают в конвейерном режиме. Такой параллельно-конвейерный режим работы устройства значительно повьппает его быстродействие.

0

5

Таким образом, за счет возможности выделения краев строки изображения инвариантно к величине перепада яркости предлагаемое устройство обладает повышенным качеством (достоверностью) сегментации изображений, так как задается только предельный коэффициент резкости края. Введение медианного фильтра позволяет повысить помехоустойчивость устройства и при этом не снизить достоверность сегментации, так как медианный фильтр не .сглаживает резкие перепады яркости. Параллельно-конвейерная организация

вьмислений в устройстве дает возможность проводить сегментацию телевизионных изображений в реальном масштабе времени.

Формула изобретения

1, Устройство для коррекции телевизионных изображений, содержащее телевиз ионный датчик изображений,, выход которого подключен к входу аналого-цифрового преобразователя, синхронизатор, первый и второй вычитатели цервый и второй компараторы, первый умножитель, коммутатор, выход которого является информационным выходом устройства, и последовательна соединенные первый и второй элементы задержки, причем выход первого вычита- Теля подключен к входу первого умножителя, а выход синхронизатора соеди .нен с синхронизирующими входами аналого-цифрового преобразователя, элементов задержки, вычитателей первого умножителя и компараторов, о т - лич ающе е с я тем что, с целью повьшения помехоустойчивости устройства, в него введены цифровой медианный фильтр, второй умножитель и дискриминатор, информационные входы которого подключены соответственно к выходам цифрового медианного фильтра, первого и второго элементов задержки, а выход соединен с управляющим входом коммутатора и является управляющим выходом устройства, выход аналого-цифрового преобразователя подключен к входу цифрового медианного фильтра, выход которого соединен с входом первого элемента за- держки и с первым входом первого вы- читателя, выход которого подключен к первому входу второго компаратора, второй вход которого соединен с выхо

дом второго умножителя, выход перво- 45 узла постоянной памяти,

го элемента задержки подкггючен к второму входу первого вычитателя и к первому входу второго вычитатепя,второй вход которого соединен с выходом второго элемента задержки, а выход соединен с входом второго умножителя и с одним из входов первого компаратора j другой вход которого подключен к выходу первого умножителяj выходы первого и второго компараторов соединены соответственно с первым и вторым информационными входами коммутатора; а выход синхронизатора подключен к синхронизир; ющим входам цифрового медианного фильтра, второго умножителя и дискриминатора,

2 i Устройство по п., о т л и - чающееся тем, что в нем цифровой медианный фильтр содержит три элемента задержки, два компаратора;, узел постоянной памяти и мультиплексор р выход которого является вы- ходом блока, вход которого подключен

к входу первого элемента задержки, первому информационному входу мультиплексора и первым входам первого и второго компараторов 5 выходы которых соединены с первым и вторым адресными входами узла постоянной

памяти, третий информационный )зход которого подключен к выходу третьего элемента задержки, вход которого соединен с выходом первого компаратора, выходы первого и второго элементов задержки подключены соответственно к второму и третьему информационным мультиплексора и вторьм входа1«г первого и второго компараторов 5 выходы узла постоянной памяти соединены соответственно с первым и вторым управляющими входами мультиплексора, синхронизирующий вход блока подключен к входам синхронизации элементов задержки и

(Риг.1

Фиг.З

6 Син)(р.

Изобретение относится к технической кибернетике и может быть использовано в системах автоматического распознавания изображений, например для распознавания печатных или рукописных знаков, отпечатков пальцев, чертежей и других объектов,Цель изобретения - повьшение помехозащищенности устройства.. Устройство для коррекции изображений позволяет производить сегментацию изображения и содержит датчик изображения, аналого- цифровой преобразователь, цифровой медианный фильтр, элементы задержки на отсчет (регистры), детектор края, состоящий из вычитателей, умножителей на постоянный коэффициент, компараторов и коммутатора, дискриминатор и синхронизатор. Устройство отличается повышенной достоверностью сегментации изображений за счет возможности ньщеления краев строки изображения инвариантно к величине перепада яркости. Введение цифрового медианного фильтра повышает помехоустойчивость устройства, при этом не снижается достоверность сегментации,так как медианный фильтр не сглаживает резких перепадов яркости. Параллельно конвейерная организация вычислений в устройстве позволяет проводить сегментацию телевизионных изображений в реальном масштабе времени. 1 з.п, ф-лы, 4 ил. iS (/ ОС ел со СП

4-2 ii l t

к-2 tf(-j tff

Редактор В.Данко

Составитель Т.Ничипорович Техред Л.Сердюкова

Заказ 1455/49Тираж 673 .Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д,4/5

- - ------ - « ---e-fc.---------..- .-.- I-. ,«..,«„,. и..---.- .--в. .,,„., ., -

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

Фиг,

Корректор Е.Рошко