Устройство для коррекции изображений объектов Советский патент 1992 года по МПК G06K9/36 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к устройствам для предварительной обработки изображений объектов, и может быть Ис-/ пользовано при необходимости выделения малоразмерных тонкоструктурных объектов.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем обеспечения выделения малоразмерных тонкоструктурных объектов за счет линейного растяжения локального диапазона яркости изображения объектов. Значения- верхней и нижней границ этого диапазона определяются на основе анализа значений элементов предшествующего кадра.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг. 2 - схема блока сглаживания.

Устройство содержит первый 1, второй 2, третий 3 и четвертый 4 регистры, первый 5 и второй 6 компараторы, блок 7 сглаживания, первый 8 и второй 9 вычитатели, элемент 10 памяти, умножитель 11, мультиплексор 12, первый 13, второй 14 и третий 15 информационные входы устройства, первый 16, второй 17 и третий 18 синхронизирующие входы устройства, вход Сброс 19 устройства, выход 20 устройства.

Блок сглаживания (фиг.2) содержит группу 21 сдвиговых регистров, вычитатель 22, накапливающий сумматор 23, де- . литель 24.

Устройство работает следующим образом.

Устройство реализует операцию перераспределения уровней яркости исходного изображения X {xi} путем линейного расю о

О

тяжения диапазона яркости, содержащего объекты и фон, и сжатия других уровней яркости, которые не несут информацию об объектах на изображении. Определение значений mln и max нижней и верхней границ данного диапазона яркости осуществляется адаптивно путем определения минимального и максимального значения, которые принимает оператор g{xi) на элементах изображения xi г-Х. Если объект Z имеет яркость Xz, то mln SXz max. Диапазон яркости «,/ подвергается линейному растяжению за счет сжатия диапазонов О, mln и max, М яркости, которые не содержат уровней, соответствующих объектам и фону, где М 2к-1 - максимально возможное значение яркости изображения; К- количество разрядов на входе 15 устройства. Значения mln и max определяются как минимальное и максимальное значения локального сглаживающего оператора g(xi) на изображении. Линейное растяжение сигнала, лежащего в диапазоне min, max, осуществляется при помощи вычитателя 8, элемента 10 памяти, вычитателя 9, умножителя 11 и мультиплексора 12 согласно выражению

ОприХ| mln Yi 2k-1 приХ| тэх

/ (2k-1) -(xi) - mln) -(max - mln) 1

при mln Xi max,

где Xi, Yi - текущее значение исходного и преобразованного изображения.

При этом размер локальной окрестности точки I, на основе анализа элементов которой определяется значение оператора g(xi), выбирается таким образом, чтобы не превышать размеров интересующих нас объектов на изображении. В качестве локального оператора g(xi) предполагается использовать оператор линейной фильтрации, обладающий высокой эффективностью при сглаживании шума в сигнале. Локальный оператор g(xi) обеспечивает сглаживание исходного изображения по некоторой локальной окрестности текущей точки с целью снижения уровня шума в сигнале.

Устройство реализует вычисление функции

О при Xi mln

Yt 2k-1 при Xi max

{ 2k-1 -(Xi) - mln) -(max - mln) 1 при mln : Xi max, XiC7X,

где

max

max {g (X)},

mln mln { g (X) }.

X - множество отсчетов текущего кадра на изображении;

X - множество отсчетов предыдущего

кадра изображения;

Xi, YI - значение 1-х отсчетов исходного X и преобразованного Y изображений;

К - количество разрядов на входе уст- ройства;

g(xi) - значение локального оператора в точке I изображения,

15

g(xi) - Si-N/a;

Xi

где Si - локальное среднее значение элементов текущей апертуры длины N.

Значение величин max и mln с выходов регистров 1 и 2 поступают на соответствующие входы вычитателя 8, значение () с которого поступает на вход

элемента 10 памяти, значение (2K-1) ( mln)1 с выхода которого записывается в регистр 3. В регистре 4 записано значение mln. Код текущего отсчета X сигнала поступает на соответствующий вход вычитателя 9, значение величины Xrmln с выхода которого поступает на вход умножителя 11, на выходе которого формируется значение (2K-1) (xi-mln) ()1, которое поступает на третий вход мультиплексора 12.

Таким образом, в каждом такте работы параллельно с формированием в регистрах 1 и 2 новых значений max и mln осуществляется преобразование текущего значения xt сигнала и результат YI поступает на первый вход мультиплексора 12.

При этом цифровой многоразрядный телевизионный сигнал по окончании гасящего импульса, приходящего в наборе сигналов, поступает на второй вход вычитателя 9 и еход блока 7 сглаживания. Пусть в текущем 1-м такте значение xi текущего 1-го отсчета сигнала поступает на вход блока 7 сглаживания, а затем с его выхода - на второй вход вычитателя 22 и вход группы 21 сдвиговых регистров. На выходе группы сдвиговых регистров на протяжении первых N тактов работы (где N - длина блока 21) будут формироваться нулевые значения (при i N, так как группа 21

обнуляется перед окончанием гасящего импульса), а в последующих тактах работы (I N) на его выходе будет формироваться код отсчета XI-N, задержанного на N тактов работы. Значение отсчетов Xi и XI-N поступают на соответствующие входы вычитателя 22,

на выходе которого формируется код величины XI-XI-N. который затем поступает на вход накапливающего сумматора 23. При этом сформировавшееся ранее содержимое аи накапливающего сумматора 23 суммируется,со значением на его входе, т.е. в накапливающем сумматоре 23 формируется код величины ai - ai-1 + XI-XI-N (где ао m 0, xj 0 при a S 0). Значение величины с выхода накапливающего сумматора 24 поступает на вход делителя 24, в ячейках которого осуществляется вычисление результатов функции деления на константу

1 N. Код величины Si - ai с выхода делиN

теля 24 поступает на вход блока 7 сглаживания, а затем - на входы селекторов максимума (блоки 5,1) и минимума (блоки 6,2). Значение Si в селекторе максимума (блоки 5,1) поступает на вход регистра 1 и на второй вход компаратора 5, на первый вход которого поступает код величины ZM. сформированной в предыдущем (1-1)-м такте работы устройства. Если Si Zi-i, то код логической единицы с выхода Меньше компаратора 5 поступает на вход разрешения записи регистра 1 и в него записывается значение Si, в противном случае значение регистра 1 не изменяется, т.е. 2 max {Zi-i, Si} (i N. ZN 0). Аналогично в селекторе минимума (блоки 6,2) в регистре 2 формируется значение величины Pi mln {Рм, $|}.При этом, если Si PI-I, то код логической единицы с выхода Больше компаратора 6 поступает на вход разрешения записи регистра 2 и в него записывается значение Si, в противном случае значение регистра 2 не изменяется.

Таким образом, перед началом гасящего импульса в регистрах 1 и 2 сформируются значения max и mln соответственно. С началом гасящего импульса код величины mln поступает на вход регистра 4 и второй вход вычитателя 8, на первый вход которого поступает значение величины max с выхода регистра 1, Код величины с выхода вычитателя 8 поступает на вход элемента 10 постоянной памяти, в ячейках которого реализовано вычисление функ2К -1

ции (&).---Z-(где а-количество разрядов на входе устройства). Код величины

р () - L JL.. с выхода элетах - mm мента 10 памяти поступает на входрегист- ра 4. При поступлении синхронизирующего импульса с третьего синхронизирующего входа 18 устройства на входы синхронизации регистров 3 и 4 в них записываются

значения величин (р () и mln, сформировавшиеся на их входе ранее. Затем импульс Сброс с входа 19 устройства устанавливает регистр 1 в нулевое состоя- 5 ние (на выходе всех разрядов регистра нули), а регистр 2 устанавливает в единичное состояние (на выходах всех разрядов регистра единицы).

Сжатие уровней яркости оеуществляет0 ся при помощи мультиплексора 12, умножителя 11 i вычитателя 9, на первый - третий входы которого поступают значения yi, 2K-1 и 0 соответственно. Если xi mln, то значение 1 с выхода Переполнение умно5 жителя 11 поступает на соответствующий вход мультиплексора 12 и формируется код 2-1. В случае, если на управляющих входах мультиплексора сформированы нули, на его выходе формируется код YI преоб0 разованного текущего отсчета изображения. Необходимо отметить, что величина N выбирается равной геометрическим размерам минимальных наблюдаемых объектов на изображении. Для систем технического

5 зрения при наблюдении объектов размерами 5-10 м на дальности до 6 км и при матрице изображения 512 х 512 отсчетов N принимается равным 6-8.

Параллельно с рекурсивным формирова0 нием в селекторе максимума и в селекторе минимума значений величин Zi и PI значение Xi текущего отсчета сигнала поступает на второй вход вычитателя 9. На выходах регистров 3 и 4 формируются значения #()

5 и mln, сформированные на основе анализа предыдущего кадра изображения и записанные в них во время предшествующего гасящего импульса. Значение mln с выхода регистра 4 поступает на первый вход

0 вычитателя 9, значение величины X|-mln с выхода которого поступает на второй вход умножителя 11, на первый вход которого поступает значение р() с выхода

5 регистра 3. Код величины

2 -1

/ (xi

max - mm - mln) с выхода умножителя 11 поступает на первый вход мультиплексора 12, на второй и третий входы которого поступают величины (2К-1) и 0 соответственно. Выход

0 Переполнение умножителя 11 и выход знакового разряда вычитателя 9 соединены с управляющими входами мультиплексора 12, т.е в случае, если (2K-1) (Xi-mln)x x()2K-1 приXi max. на выходе

5 мультиплексора 12 формируется значение 2-1, если Xi.min (значение знакового разряда на выходе вычитателя 9 будет равно единице), то на выходе мультиплексора 12 формируется значение нуля, если же эти

условия не выполняются, то на выходе мультиплексора 12 формируется код величины (2K-1)()(max -irHn)1. Этозначит, что в i-м такте работы на выходе мультиплексора 12 будет формироваться значение yl, которое затем поступает на выход 20 устройства.

Таким образом, в промежутке между кадровыми гасящими импульсами устройство параллельно осуществляет сглаживание исходного сигнала и рекурсивное формирование его максимального и минимального значений и параллельно осуществляет преобразование текущего значения сигнала путем линейного растяжения диапазона яркости, границы max и которого были определены на основе анализа значений сигнала в предыдущем кадре изображения. Затем на протяжении кадрового гасящего импульса новые значения max и min будут сформированы по элементам текущего кадра изображения в регистрах 1 и 2 и на их основе корректируются значения, содержащиеся в регистрах 3 и 4. Затем производится установка регистра 1, группы 21 сдвиговых регистров и накапливающего сумматора 23 в нуль (производится обнуление), а регистр 2 устанавливается в единичное состояние (значения всех разрядов регистра равны единице). По окончании текущего гасящего импульса начинается следующий цикл работы устройства.

Параллельно-конвейерная организация вычислений в устройстве дает возможность осуществить нормировку текущего кадра телевизионного изображения в реальном масштабе времени.

Формула изобретения Устройство для коррекции изображений объектов., содержащее четыре регистра, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения выделения малоразмерных тонкоструктурных объектов, в него введены первый и второй компараторы, блок сглаживания, первый и второй вычи- татели, элемент памяти, умножитель и мультиплексор, вход блока сглаживания объединен с первым входом первого вычитателя и является информационным входом устройства, выход блока сглаживания соединен с информационными входами первого и второго регистров и с первыми информационными входами первого и второго компараторов, вторые информационные входы которых подключены к выходам соответственно первого и второго регистров и объединены соответственно с первым и вторым информационными входами второго вычитателя, выход которого соединен с входом элемента памяти, входы

Разрешение записи первого и второго регистров подключены к выходам соответственно первого и второго компараторов, выходы элемента памяти и второго регистра соединены с входами соответственно

третьего и четвертого регистров, выходы которых соединены соответственно с первым информационным входом умножителя и вторым информационным входом первого вычитателя, информационный выход кото

рого подключен ко второму информационному входу умножителя, выход которого соединен с первым информационным входом мультиплексора, второй и третий информационные входы которого являются

вторым и третьим информационными входами устройства, выход Переполнение умножителя соединен с первым управляющим входом мультиплексора, второй управляющий вход которого подключен к

знаковому выходу вычитателя, выход мультиплексора является выходом устройства, входы Синхронизация блока сглаживания и умножителя объединены и являются первым синхронизирующим входом устройства, входы Синхронизация первого и второго регистров обьединены и являются вторым синхронизирующим входом устройства, входы Синхронизация третьего и четвертого регистров объединены и являются третьим синхронизирукж1им входом устройства, входы Сброс первого-и второго регистров и блока сглаживания объединены и являются входом Сброс устройства.

2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что блок сглаживания содержит группу сдвиговых регистров, вычитатель, накапливающий сумматор и делитель, информационный вход группы сдвиговых регистров и первый информационный вход вычитателя объединены и являются информационным входом блока, выход группы сдвиговых регистров соединен с вторым информационным входом вычитателя, выход

которого соединен с входом накапливающего сумматора, выход которого соединен с входом делителя, выход которого является выходом блока, вход Синхронизация группы сдвиговых регистров и накапливающего

сумматора объединены и являются входом Синхронизация блока, входы Сброс группы сдвиговых регистров и накапливающего сумматора объединены и являются входом Сброс блока.

IS

,..

L

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к устройствам для предварительной обработки изображений объектов, и может быть использовано при необходимости выделения малоразмерных тонкоструктурных объектов. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем обеспечения выделения малоразмерных трнкоструктуряых объектов за счет линейного растяжения локального диапазона яркости изображения объектов. Значения верхней и нижней границ этого диапазона определяются на основе анализа значений элементов предшествующего кадра. Цель достигается введением двух компараторов, блока сглаживания, двух вычитателей, элемента памяти, умножителя и мультиплексора, при этом блок сглаживания содержит группу сдвиговых регистров, вычитатель, накапливающий сумматор и блок деления. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Фиг. 2