Устройство для фильтрации бинарного изображения Советский патент 1987 года по МПК G06K9/40 

11

Изобретение относится к автоматй- ке и вычислительной.технике и может быть применено автономно или в составе специализированной быстродействую- щей вычислительной системы распознавания зрительных образов в реальном времени.

Цель изобретения - расширение функ циоНоШьных возможностей устройства за счет возможности выделения контуров и удаления на бинарном изображении шумов в виде пятен.

На фиг.1 представлена функ1щональ- ная схема устройства; на фиг.2 порядок сканирования изображения; на фиг.З - примеры фильтрации изображения; на фиг.4 - положение отсчетов для различных фильтрующих апертур.

Устройство (фиг,1) содержит блок ввода изображения, блок 2 элементов задержки, блок 3 вывода изображения, блок 4 синхронизации, сумматор-вычи- татель 5, элемент 6 задержки, сумматор 7, накапливающий сумматор 8,блок 9 сравнения.

Выход блока 1 ввода подключен к входу блока 2 задержки, два выхода кторого соединены соответственно с двумя информационными входами тора-вычитателя 5. Первый информационный вход сумматора 7 подключен к выходу сумматора-БЫчитателя 5, а второй информационный вход - к выход элемента 6 задержки. Выход сумматора 7 подключен к входу элемента 6 задержки и к информационному входу накапливающего сумматора 8.

где Р,у Первый вход блока 9 сравнения соединен с выходом сумматора 8, второй является пороговым входом устройства, а выход - с информационньм входом блока -3 вывода. Входы синхронизапии бло- i ч L-1 i-T 1 ков 1 и 3, блока 2 элементов задерж- jB(()N+j+ --- )-В( (i+k) -- )| .

Уравнение (2) требует меньше операций сложения, чем исходное уравнение (1)5 но и оно может быть упрощено аналогичным образом, если восполь-.

ки, элемента 6 задержки, сумматора- вычитателя 5, сумматоров 7 и 8 и блока 9 сравнения объединены и подключены к выходу блока 4 синхронизации. Фильтрация бинарного изображения свя- g,, зана с подсчетом числа единичкьк элементов изображения в пределах фильтрующей апертуры и со сравнением этого числа с выбранными порогами, Дпя обеспечения высокого быстродействия устройства при больших размерах фильтрующей апертуры вместо прямого подсчета числа единичных элементов реализовано рекуррентное вычисление. Воз55

зоваться результатом вычисления приращения Р на предыдущей строке

: .j- .., +(()K+j

- И-г -ь Ч-г -B(()N4-j+ b:Ij ) +

можность рекуррентного расчета существует для апертур различной формы, но пояснить ее удобно на примере фильтра с прямоугольным окном обработки. Пусть бинарное изображение размера- М х N элементов поступает поэлементно на линию 2 задержки с выхода блока 1 ввода при стандартном способе построчной развертки (фиг.2) и обрабатывается при помощи скользящей апертуры размера К х L элементов. Причем изображение таково, что областям объектов соответствуют единичные отсчеты, которые расположены на расстоянии не ближе половины соответствующего размера (К или L) фильтрующей апертуры от краев изобргщения.

Прямой расчет описывается формулой

ГЛ:11 Г--П L 2 J I.

g ,

J

2 2

4

B((H-k)N+j-H),

(О

где B(t) - элемент бинарного изображения с порядковым номером t, отсчитываемым от левого верхнего угла по направлению развертки;

..3 - целая часть числа. Изменение числа единичных элементов внутри апертуры при ее смещении на один элемент вдоль строки определяется небольшой частью изображения, выделенной на фиг. 2 штриховкой. Поэтому можно модифицировать правило расчета (1)

(2)

где Р,у i ч jB(()N+

зоваться результатом вычисления приращения Р на предыдущей строке

: .j- .., +(()K+j

- И-г -ь Ч-г -B(()N4-j+ b:Ij ) +

rB((i-i + ,5- - J- -r - 3)

Устройство работает в конвейерном режиме, при этом максимальная тактовая частота блока 4 синхронизации и быстродействие устройства определяется операцией суммирования.

Конвейерные вычисления организуют ся стандартным способом: все блоки и узлы устройства работают в синхронном режиме под управлением сигналов блока 4. Синхронный режим узлов, которые в обычном включении работают асин- хронно, достигается известным способом путем добавления регистров промежуточной памяти, входы синхронизации которых будут в этом случае входами синхронизации соответствующих узлов,

Устройство работает следующим образом.

По очередному импульсу блока 4 синхронизации на входе блока 2 элементов задержки блоком 1 ввода устанав- ливается значение нового элемента изображения, который является крайним правым элементом в нижней строке текущего положения апертуры (в случае прямоугольной апертуры это третье слагаемое уравнение (3)).

По тому же импульсу блока 4 значение этого элемента вместе с тремя (в случае прямоугольной апертуры) другими отсчетами изображения, соответст- вующими трем последним членам уравнения (3), поступают с выходов блока 2 элементов задержки на информационные входы сумматора-вычитателя 5. Для определенности условимся, что отсчеты, отвечающие в уравнении типа (3) членам со знаком плюс и минус, вьгоодят- ся соответственно на нечетные и чет- Hbie выходы блока 2 элементов задержки, а нечетные и четные информадион- ные входы сумматора-вычитателя 5 соответственно являются входами суммирования и вычитания.

По следующему импульсу блока 4 синхронизации на выходе сумматора-вычи- тателя 5 и на первом информационном входе п-разрядного сумматора 7 устанавливается результа/г сложения-вычитания четырех одноразрядных чисел, (вьшолнение операций над четырьмя пос ледними членами уравнения (3)). Одновременно на второй информационньш вход сумматора 7 с выхода п-разрядного элемента 6 задержки поступает величина

приращения Р,-., и по следующему импульсу блока 4 на выходе сумматора 7 появляется величина приращения Р;;

По следующему импульсу эта величина загружается в элемент 6 задержки, .а результат ее сложения с числом S , единичньк элементов в предыдущем положении апертуры появляется на выходе накапливающего сумматора 8. Таким образом, на первом входе блока 9 сравнения устанавливается число единичных элементов изображения в пределах апертуры, это число сравнивается с выбранными величинами порогов и результат сравнения (ноль или единица) фиксируется на выходе блока 9 по следующему импульсу блока 4 и поступает в блок 3 вывода изображени для отображения или дальнейшей обработки.

Возможности фильтрации в значител ной степени определяются выбором порогов сравнения в узле 9. Так, устанавливая один порог равным половине полного числа элементов изображения, составляющих апертуру, и присваивая единичное значение элементу изображения, если S;- больше порога, и ноль в противном случае, получим площадной селектор, удаляющий объекты, площадь которых меньше половины площади апертуры, и сглаживающий границы фигур большего размера. Алгоритм выделения контурных элементов можно получить, если установить два близких по значению порога и присваивать элементу единичные значения, когда S;: лежит между этими порогами. Примеры обработки изображения с фильтрующей апертурой в 3x3 элемента показаны на фиг.З, где Р - исходное изображение, S - результат площадной селекции с порогом 4, а и - изображение после контурного фильтра с порогами 4 и 7.

Если для работы с прямоугольной апертурой достаточно иметь отсчета изображения, то для более сложной апертуры число отсчетов (соответственно число выходов блока 2 элементов задержки и число информационных входов сумматора-вычитателя 5) необходимо увеличить. На фиг.4 поясняется определение положения отсчетов для апертур более сложной формы. Так, для апертуры крестообразной формы (фиг.4а) область подсчета приращения PJ показана на фиг.4б, а на фиг.4в

изображено положение отсчетов, необходимых для расчета S : по уравнению типа (3) . Знаки плюс или минус на фиг.4 соответствуют знакам, с которыми отсчеты входят в уравнение типа (3). Дпя определенного вида апертур требуемое число отсчетов можно сократить, если управлять полной задержкой элемента 6. Время задержки элежения, блок синхронизации, выход которого соединен с входами синхронизации блока элементов задержки, и блоков ввода и вывода изображения, оптический вход блока ввода и оптический выход блока вывода изображения являются соответственно входом и выходом устройства, отлича юще- е с. я тем, что, с целью расширения мента 6 в. нормальном режиме составля- О его функциональных возможностей за ет N-1 тактов блока 4 синхронизации, счет возможности выделения контуров что вместе с задержкой сумматора 7 и удаления на бинарном изображении составляет задержку на одну строку. шумов в виде пятен, в устройство вве- (N тактов). Если, например, увеличить дены сумматор-вычитатель, элемент за- задержку элемента 6 на один такт, то - держки, сумматор, накапливающий сумматор и блок сравнения, причем информационные входы сумматора-вычита- теля подключены к соответствующим выходам блока элементов задержки, вычета приращения - (фиг.4д) отлича- 20 ход сумматора-вычитателя соединен с ется от соответствующей области при- первым информационным входом сумма- ращения Р-., , формируемой на выходе элемента 6 задержки, только четырьмя элементами.

Таким образом, управляя задержками элементов 2 и 6 и порогаьш в блоке 9 сравнения, устройство позволяет изменять в довольно широких пределах алдля работы с апертурой типа параллелограмм (фиг.4г) достаточно только четырех отсч-етов (фиг.4а). Это упрощение возможно, так как область рас

25

тора, второй информационный вход которого подключен к выходу элемента задержки, выход сумматора соединен с входом элемента задержки и информационным входом накапливающего сумматора, выход которого подкт очен к перг вому входу блока сравнения, второй вход которого является пороговым входом устройства, выход блока сравнения соединен с информационным входом блока вывода изображения, а входы синхронизации сумматора-вычитателя., элемента задержки, сумматора, накапгоритм фильтрации, размер и форму фильтрующей апертуры.

Формула изобретения

тора, второй информационный вход которого подключен к выходу элемента задержки, выход сумматора соединен с входом элемента задержки и информационным входом накапливающего сумматора, выход которого подкт очен к перг вому входу блока сравнения, второй вход которого является пороговым вхо дом устройства, выход блока сравнения соединен с информационным входом блока вывода изображения, а входы синхронизации сумматора-вычитателя., элемента задержки, сумматора, накапУстройство ДПЯ фильтрации бинарного изображения, содержащее блоки ввода и вывода изображения, блок эле- 35 ливающего сумматора и блока сравне- ментов задержки, вход которого под- ния подключены к выходу блока синхро ключей к выходу блока ввода изобра- низации.

жения, блок синхронизации, выход которого соединен с входами синхронизации блока элементов задержки, и блоков ввода и вывода изображения, оптический вход блока ввода и оптический выход блока вывода изображения являются соответственно входом и выходом устройства, отлича юще- е с. я тем, что, с целью расширения О его функциональных возможностей за счет возможности выделения контуров и удаления на бинарном изображении шумов в виде пятен, в устройство вве- дены сумматор-вычитатель, элемент за- - держки, сумматор, накапливающий сумматор и блок сравнения, причем информационные входы сумматора-вычита- теля подключены к соответствующим выходам блока элементов задержки, вы0 ход сумматора-вычитателя соединен с первым информационным входом сумма- 5

0

тора, второй информационный вход которого подключен к выходу элемента задержки, выход сумматора соединен с входом элемента задержки и информационным входом накапливающего сумматора, выход которого подкт очен к перг вому входу блока сравнения, второй вход которого является пороговым входом устройства, выход блока сравнения соединен с информационным входом блока вывода изображения, а входы синхронизации сумматора-вычитателя., элемента задержки, сумматора, накап35 ливающего сумматора и блока сравне- ния подключены к выходу блока синхро низации.

фиг. 2

Изобретение относится к устройствам предварительной обработки изображений и подчеркивания информационных признаков объекта. Цель изобретения - расгпирение функциональных возможностей устройства за счет возможности выделения контуров и удаления шумов в виде пятеи на бинарном изображении. Принцип работы устройства заключается в подсчете количества единичных элементов изображения в пределах фильтрующей апертуры. Это количество сравнивается с заданными порогами, что и определяет результат обработки текущего элемента изображения. Подсчет количества единичных элементов осуществляется с помощью рекурентной процедуры в процессе сканирования изображения. Устройство отличается простотой изменения алгоритма обработки, размеров и формы фильт- рующей апертуры, 4 ил. (Л С

%

I

/f

ir

I

S

J

//

Rj::

-t-,

Ч

J

..H

S

.. ,.j9fl «, ...B.J

-i-l. -I 1Ч§

CiJSA

2

чч

rq

д г Л

a

лп L- ЧН

„

4е-Составитель В.Макаренков Редактор С.Патрушева Техред и. .Кравчук Корректор В,Бутяга

Заказ 3490/52 Тираж 672Подписное

ВНШШИ Госудсгрственного комитета СССР

по делам изобретекий и открытий П3035, Москва, , Раушская наб., д.А/З

Производственногполигрз.фическое предприятие,г.Ужгород,ул.Прорктнал,4