Устройство для обработки изображений Советский патент 1988 года по МПК G06F17/15 G06K9/62 

Изобретение относится к технической кибернетике и может быть использовано в системах цифровой обработки изображений, в частности, для предва рительной обработки изображений с целью уменьшения уровня шума.

Цель изобретения - повышение точности устройства..

На фиг.1 показана Ьлок-схема уст- ройства; на фиг.2 - три локальные области усреднения, возможное число которых равно девяти, в пределах апертуры размерами 5x5; на фиг.З - структурная схема блока определения среднего значения сигнала; на фиг,4 блок-схема селектора минимума сигнала; на фиг,5 - блок-схема вычислителя.

Устройство содержит телевизионный датчик 1, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 2, первый 3 и второй 4 блоки определения средней величины сигнала, первый 5 и второй 6 квадраторы, вычитатель 7,, селектор 8 мини- мума сигнала, блок 9 буферной памяти первый коммутатор 10 и генератор 11 синхроимпульсов (геи).

Блок определения средней величины сигнала образуют первый 12 и второй 13 элементы задержки на отсчет, первый сумматор 14, третий 15 и четвертый 16 элементы задержки на строку, второй сумматор 17 и элемент 18 постоянной памяти.

Селектор 8 минимума сигнала включает ПЯТЬ 19 и рестой 20 элементы, задержки на отсчет,, первый 21 и второй 22 вычислители,, с седьмого по де сятый элементы 23-26 на строку, второй коммутатор 27 и преобразователь 28 кода.

Вычислитель содержит первый 29 и второй 30 компараторы, одиннадцатый элемент 31 задержки, третий коммутатор 32 и второй элемент 33 постоянно памяти.

Предлагаемое устройство реализует алгоритм адаптивного пространственного усреднения входного видеосигнала По одной из девяти возможных областей, примеры которых иллюстрируются на фиг.2. Все девять областей усреднения имеют одинаковую форму и pai3- меры (3x3 элемента изображения), но смещены от центральной точки окна размерами 5x5 в разных йаправлениях. На фиг.2 показаны область усреднения

O 5

0 5

о

л

е

0

нулевого направления - центральная (а), область второго направления (8) и область третьего направления (Ь). Для каждой точки изображения вычисляются локальные средние значения и локальные дисперсии для девяти областей в пределах окна 5x5. Тогда результату усреднения присваивается среднее значение по той области, для которрй дисперсия минимальна.

Устройство работает следующим образом.

Входное изображение в процессе его построчного сканирования телевизионным датчиком поступает на информационный вход АЦП 2..С информационного выхода АЦП отсчеты изображения поступают на вход первого блока определения средней величины сигнала и через первьш квадратор 5 на вход второго блока определения средней величины сигнала. Блок 3 вычисляет локальное среднее значение изображения по области размерами 3x3, т.е. по девяти элементам изображения. Блок 4 осуществляет вычисление локального среднего значения квадратов девяти элементов изображения; Тогда в каждом тацте работы устройства, который определяется частотой ГСИ, на .of3,e в 1читателя 7 формируется код локальной дисперсии изображения g(i,j), вычисленной по следующей формуле для точки (i, j) : о

dMi,J)f5C& (i-m.J-)l - L m.o nroJ

)

fniO

т.е. дисперсия d(i,j) является разностью среднего значения квадратов и квадрата среднего значения. Квадраторы 5 и 6 выполняют операции возведения в квадрат отсчетов изображения и могут быть реализованы в виде ПЗУ, выполняющих табличное возведение в квадрат. Средние значения вычисляются в блоках 3 и 4 путем суммирования сначала трех элементов строки изображения в первом сумматоре 14, а затем суммирования во втором сумматоре 17 трех элементов столбца изображения на выходе первого сумматора 14. Операция деления полученной суммы на девять выполняется табличным способом с помощью элемента 18 постоянной памяти, схемотехнически реализуемого

в виде ПЗУ, на адресный вход которого поступает код суммы девяти элементов изображения, а на информационном выходе ПЗУ появляется соответствующий код результата деления. Вычисленные дисперсии для каждого элемента изображения g(i,j) последовательно построчно поступают на вход селектора минимума сигнала, В селекторе минимума сигнала определяется код номера минимальной дисперсии из девяти дисперсий для соседних областей размерами 3x3 фрагмента изображения размерами 5x5, Для вычисления минимальной дисперсии используется разделенная обработка изображения, т.е, сначала вычисляется код номера минимальной дисперсии по строкам, а затем код номера минимальной дисперсии вычисляется по столбцам -изображения. Код номера минимальной дисперсии вычисляется сначала для трех последовательных дисперсий строки изображения посредством первого вычислителя 21, Вычислитель минимума, показанный на фиг.5, имеет два информационных выхода. В каждом такте работы устройства на первом выходе, который является выходом коммутатора 32, присутствует код собственно минимального числа из трех поступающих чисел на вход вычислителя минимума.. В каждом такте работы устройства на втором выходе, который является выходом элемента 33, присутствует код номера минимального числа из трех чисел,, поступающих на вход вычислителя минимума,- Код номера минимального числа определяется посредством двух компараторов 29 и 30, элемента 31 задержки и элемента 33, Результаты попарного сравнения этих .трех чисел с выходов компараторов 29 и 30 и элемента 31 задержки параллельно поступают на соответствующие разряды адресного входа элемента 33. С первого выхода первого вычислителя 21 коды трех минимальных дисперсий через элементы 23 и 24 задержки на строку поступают параллельно на ин-« формационные входы второго вычислителя 22. Одновременно с второго выхода первого вычислителя 21 минимума коды номеров трех минимальных дисперсий через элементы 25 и 26 задержки на строку параллельно поступают на информационные входы второго коммутатора 27. С помощью второго вычислителя 22 определяется код номера мини

5

0

5

0

5

0

5

0

5

мального числа из трех последовательных чисел столбца матрицы минимальных дисперсий нл выходе первого вычислителя 21. Таким образом, на выходе второго коммутатора 27 имеем код номера минимальной дисперсии или девяти соседних областей по горизонтали, а на втором выходе второго вычислителя 22 - код номера минимальной дисперсии по вертикали. Код номера дисперсии как по горизонтали, так и по вертика-. ли содержит два разряда для определения номера одного из трех чисел. Б преобразователе 28 кода эти два двухразрядные коды объединяются в один четырехразрядный код для указания номера минимальной из девяти дисперсий для возможных областей усреднения. Преобразователь 28 кода схемотехнически может быть реализован в виде ПЗУ, на адресный вход которого поступают два кода номера минимальной дисперсии, т.е. преобразование кодов выполняется таблично. С выхода селектора 8 минимума сигнала код номера минимальной дисперсии поступает на управляющий вход первого коммутатора 10.

С выхода первого блока определения, средней величины сигнала локальные средние значения по девяти соседним элементам изображения последовательно построчно поступают на вход блока буферной памяти. Блок буферной памяти предназначен для временного хранения девяти локальных средних значГений изображения для соответствующих девяти возможных областей усреднения. Блок 9 состоит из последовательно соединенных элементов задержки на отсчет, где Е - количество элементов изображения в одной строке, для временного запоминания двух соседних строк изображения и трех элементов третьей строки. Выходы девяти соседних элементов задержки на отсчет, соответствующие девяти соседним средним значениям, являются выходами блока 9. Эти девять средних значений параллельно поступают на информационные входы первого коммутатора 10. Одновременно на управляющий вход первого коммутатора 10 поступает код номера минимальной дисперсии из девяти дисперсий, соответствующих этим девяти средним значениям. Таким образом, на выходе первого коммутатора 10, т.е. на выходе устройства, появляется код результата, адаптивного . усреднения для .текущей точки входного изображения.

Формулаиэ обр ет е ния

1.Устройство для обработки изоб- ражений содержащее телевизионный датчик, выход которого соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, первый коммутатор, выкод которого является выходом устройства, и ; генератор синхроимпульсов, о т л и - чающееся тем, что, с. целью повьппения точности устройства, оно i содержит первый и второй блоки опре- деления средней величины сигналов, ;два квадратора, вычислитель, блок ;буферной памяти и селектор минимума сигнала, выход которого соединен с управляющим входом первого коммутатора, информационные входы которого :соединены с соответствующими выходгши блока буферной памяти, вход данных селектора минимума сигнала соединен с выходом вычитателЯ), первый и второй входы которого соединены с выходШ и первого блока определения среднего значения сигналов и первого квадратора, выход второго блока определения среднего значения сигналов соединен с входами данных первого квадратора и блока буферной памяти, рькод данных аналого-цифрового преобразователя соединен с входами данных второго блока определения среднего значения сигналов и второго квадратора, выход которого соединен с входом данных Первого блока определения среднего значения сигналов, стробирующий выход аналого-цифрового преобразователя соединен с входом запуска генератора синхроимпульсов, выход которого соединен с входами син:хронизации первого и второго квадраторов, первого и вто- tJoro блоков определения среднего значения сигналов, селектора минимума сигнала и блока буферной памяти.

2.Устройство ПОП.1, отли- Чающееся тем, что блок определения средней величины сигналов Содержит четыре элемента задержки, Два сумматора и элемент постоянной 1амяти,. выход которого является выходом блока, первый вход первого сумма- огора и вход первого элемента задержки Являются входом даиньюс блока, выход первого элемента заде}жки соединен с

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

вторым входом первого сумматора и с входом второго элемента задержки, выход которого соединен с третьим входом первого сумматора, выход которого соединен с входом третьего элемента задержки и с первым входом второго сумматора, выход третьего элемента задержки соединен с вторым входом второго сумматора и с входом четвертого элемента задержки, выход которого соединен с третьим входом второго сумматора, выход которого соединен с адресным входом первого элемента постоянной памяти, управляющий вход которого является входом синхронизации блока.

3,Устройство по П.1, о т л и -. чающееся тем, что селектор минимума сигнала содержит шесть элементов задержки, два вычислителя, второй коммутатор и преобразователь кода, выход которого является выходом блока, информационный вход преобразо - вателя кода соединен с ВЬЕХОДОМ второго коммутатора, управляющий вход которого и yпpaвляюпц й вход преобразователя кода соединены с вторым входом второго вычислителя, первый выход первого вычислителя соединен с первым входом второго вычислителя и с входом пятого элемента задержки, вькод которого соединен с вторьм входом второго вычислителя и с входом шестого элемента задержки, выход которого соединен с третьим входом второго вьши.с- лителя, второй выход первого вычислителя соединен с первым информационным входом второго коммутатора и с входом седьмого элемента задержки, выход которого соединен с вторым информационным входом второго коммутатора и с входом восьмого элемента задержки, выход которого соединен с третьим информационным входом второго коммутатора, первый вход первого вычислителя и вход девятого элемента задержки являются входом данных- селектора, выход девятого элемента задержки соединен с вторым входом первого вычислителя и с входом десятого элемента задержки, вькод которого соединен с третьим входом первого вычислителя, синхронизирующие входы первого и второго вычислителей являются входом синхронизации селек тора.

4.Устройство по П.1, о т л и - чающееся тем, что каждый вы713

чиспитель содержит два компаратора, одиннадцатый элемент задержки, второй элемент постоянной памяти и третий коммутатор, выход которого явля- ется первым выходом вычислителя, выход второго элемента постоянной памяти соединен с управляющим входом третьего коммутатора и является вторым выходом вычислителя, первый ин- формационный вход третьего коммутатора и первые входы первого и второго компараторов являются первым входом вычислителя, второй информационный вход третьего коммутатора и второй

5.8.

вход первого компаратора являются вторым входом вычислителя, третий информационный вход третьего коммутатора и второй вход второго компаратора являются третьим входом вычислителя, выход первого компаратора соединен с первым адресным входом второго элемента постоянной памяти и с входом одиннадцатого элемента задержки, выход которого соединен с управляющим входом второго элемента постоянной памяти, выход второго компаратора соединен с вторым адресным входом второго элемента постоянной памяти.

Изобретение относится к области технической кибернетики и может быть использовано в системах цифровой обработки изображений. Цель изобретения - повышение точности. Это достигается введением блоков усреднения 3, 4, двух квадратов 5, 6, вычитателя 7 и селектора 8 минимума сигнала, что позволяет осуществлять адаптивное усреднение изображения по минимальной локальной дисперсии. 3 з.п, ф-лы, 5 йл.

а

/3

12

Вход

Фиг. 2

/7

18

/5

Фиг.З

ФивМ

Синлро