CN1162005C

CN1162005C - 检测及修细目标的轮廓图象的方法与装置

Info

Publication number: CN1162005C
Application number: CNB951166913A
Authority: CN
Inventors: 李敏燮
Original assignee: Daewoo Electronics Co Ltd
Current assignee: Fengye Vision Technology Co Ltd
Priority date: 1995-06-30
Filing date: 1995-08-31
Publication date: 2004-08-11
Anticipated expiration: 2015-08-31
Also published as: CN1139862A; KR970004890A; US5650828A; JPH0916783A; KR0174454B1; JP4049831B2

Abstract

一种用于检测及修细视频帧中的目标的轮廓图象的方法，包括下述步骤：(a)计算该视频帧中的象素的边缘值及检测边缘点，(b)生成一个由检测到的边缘点构成的一个轮廓图象，以及(c)通过将各该边缘点的边缘值与包含在多个边缘值组中的各该边缘值进行比较而修细该轮廓图象，各该边缘值组具有选自对应于包围所述各该边缘点的边缘值的三个边缘值的一个系列。

Description

检测及修细目标的轮廓图象的方法与装置

技术领域

本发明涉及用于检测及修细(thinning)视频帧中的目标的轮廓图象，从而有可能用少量数字数据来表示该轮廓图象的方法与装置。

背景技术

在诸如电视电话、电视会议及高清晰度电视系统等数字电视系统中，由于视频帧信号中的一个视频行信号包括一序列称作象素值的数字数据，因此需要大量的数字数据来定义各视频帧信号。然而，由于一条传统的传输信道可资利用的频带宽度是有限的，为了通过它来传输可观数量的数字数据，不可避免地要通过采用各种数据压缩技术来压缩或减少数据量，尤其是在诸如电视电话及电视会议系统等低比特率视频信号编码器的情况中。

用于编码低比特率编码系统的视频信号的方法之一便是所谓的面向目标的分析综合编码技术(见Michael Hotter的“基于运动二维目标的面向目标的分析综合编码”，信号处理：图象通讯2，409-428(1990))。

按照面向目标的分析综合编码技术，将一个输入视频图象分成目标；并通过不同的编码信道处理用于定义各目标的运动、轮廓及象素数据的三组参数。

不用说，在处理一个目标的轮廓图象中，轮廓信息对于目标形状的分析与综合是重要的。在基于特征点的运动估算技术中，轮廓信息对于特征点的选择也是必要的，其中定义为能够代表目标在帧中的运动的象素的特征点是根据轮廓信息选择的。

表示轮廓图象的方法之一为应用诸如中和(sobel)算子等梯度算子的边缘检测技术。在这一方案中，用sobel算子计算视频帧中所有象素的象素亮度方向梯度，并通过采用方向梯度得出它们的梯度大小。通过将视频帧中各象素的梯度大小与一个预定的阈值进行比较，便能检测出该视频帧中的边缘点。(其梯度大小超过预定的阈值的象素点称作边缘点)。检测到的这些边缘点构成一个轮廓图象。然而，用传统的边缘检测技术表示的轮廓图象通常具有两个或两个以上的象素宽度，而需要大量的数据来表示。

发明内容

因此，本发明的主要目的为提供一种用于检测及修细视频帧中的一个目标的轮廓图象的改进的方法与装置，从而提供带有减少了的数字数据的轮廓图象的经济表示。

按照本发明，提供了一种用在视频信号编码器中的装置，用于检测及修细视频帧中的一个目标的轮廓图象，该装置包括：用于计算视频帧中的象素的边缘值及检测边缘点的单元，其中各该边缘点表示其边缘值大于一个预定的阈值的一个象素位置，并且各所述边缘值表示视频帧中的一个象素与包围该象素的相邻象素之间的一个象素差；用于生成由检测到的边缘点构成的轮廓图象的单元，其中该轮廓图象提供用于描绘视频帧中的目标边界的边界信息，所述边界信息包含沿视频帧中的目标的边界的象素的位置数据及对应于各象素位置的边缘值；以及修细单元，用于通过将各该边缘点的边缘值与包含在多个边缘值组中的各边缘值进行比较而修细轮廓图象，各该边缘值组具有选自对应于包围所述各边缘点的相邻象素的边缘值的三个边缘值的一个系列；

其中所述修细单元包括：一个寄存器组，用于存储一个目标边缘值及包围所述目标边缘值的8个相邻的边缘值，其中该目标边缘值表示对应于该轮廓图象中的边缘点之一的一个边缘值；划分器，用于将该8个相邻的边缘值分成多个边缘值组，各该边缘值组具有选自对应于包围所述各边缘点的相邻象素的边缘值的三个边缘值的一个系列；比较器，用于将该目标边缘值与包含在各边缘值组中的各边缘值进行比较，其中所述比较器在该目标边缘值小于各边缘值组中的各该边缘值时，生成一个逻辑低信号；否则，生成一个逻辑高信号；以及“与”运算器，用于对比较器输出的逻辑信号执行逻辑“与”运算，并生成逻辑高或逻辑低信号。

按照本发明，还提供了一种用于检测及修细视频帧中的目标的轮廓图象的方法，该方法包括下述步骤：(a)计算该视频帧中的象素的边缘值及检测边缘点，其中各该边缘点表示其边缘值大于一个预定的阈值的一个象素位置，以及各所述边缘值表示该视频帧中的一个象素与包围该象素的相邻象素之间的一个象素差；(b)生成由这些检测到的边缘点构成的一个轮廓图象，其中该轮廓图象提供用于描绘该视频帧中的目标的边界的边界信息，所述边界信息包含沿该视频帧中的目标的边界的象素的位置数据以及对应于各象素位置的边缘值；以及(c)通过将各该边缘点的边缘值与包含在多个边缘值组中的各边缘值进行比较而修细该轮廓图象，各该边缘值组具有选自对应于包围所述各该边缘点的相邻象素的边缘值的三个边缘值的一个系列；

其中所述步骤(c)包括下述步骤：(c1)存储一个目标边缘值及包围所述目标边缘值的8个相邻的边缘值，其中该目标边缘值表示对应于该轮廓图象中的边缘点之一的一个边缘值；(c2)将8个相邻的边缘值分成多个边缘值组，各该边缘值组具有选自对应于包围所述各边缘点的相邻象素的边缘值的三个边缘值的一个系列；(c3)将该目标边缘值与包含在各边缘值组中的各边缘值进行比较，其中在该目标边缘值小于对应边缘值组中的各该边缘值时生成一个逻辑低信号；否则则生成一个逻辑高信号；以及(c4)对所述比较生成的逻辑信号执行逻辑“与”运算，并生成逻辑高或逻辑低信号。

附图说明

从下述结合附图给出的较佳实施例的描述中，本发明的上述及其它目的与特征将是显而易见的，附图中：

图1描述按照本发明的轮廓图象检测及修细装置的方框图；

图2示出本发明中所采用的边缘点检测方法的说明图；

图3描绘一个示例性目标边缘值及其相邻边缘值；及

图4示出说明按照本发明的轮廓图象修细过程的示例性帧。

具体实施方式

参见图1，其中示出了按照本发明的轮廓图象检测及修细装置的方框图。将一个输入数字视频信号作为一个当前的或前面的帧信号存储在一个第一帧存储器100中，该帧存储器与一个轮廓检测单元200相连。将来自第一帧存储器100的帧信号输入到轮廓检测单元200，供检测视频帧中目标边界上的边缘点及生成该目标的轮廓图象。

轮廓检测单元200用诸如下面给出的式1计算视频帧中所有象素的边缘值；并通过将计算出的边缘值分配给它们各目的象素位置而提供轮廓图象。式1表示在一个象素位置(x，y)上的边缘值，该值定义为：

E(x，y)＝max{I(x，y)-I(x+i，y+i)}

(其中-1≤i，j≤1) 式1

其中I(x，y)及I(x+i，y+i)表示图象在象素位置(x，y)及(x+i，y+i)上的象素值。

更具体地，为了确定视频帧中的一个象素(“目标象素”)的边缘值，从第一帧存储器100中检索出该目标象素并将其提供给一个最大值检测器210。此后，在一个系统控制器(未示出)的控制下顺序地从第一帧存储器100中检索出包围该目标象素的8个相邻象素并将它们提供给最大值检测器210。最大值检测器210从目标象素中减去各该相邻的8个象素，并将具有最大值的一个最大象素差提供给一个比较器220。在比较器220中，将来自最大值检测器210的最大象素差与一个预定的阈值TH进行比较以检测边缘点。通常，该预定的阈值TH为6，所述值6为消除噪声影响的一个适当的值。如果最大象素差大于TH，便将其馈送到一个第二帧存储器230并作为该目标象素的边缘值存储在其中；否则将“零”馈送给第二帧存储器230并作为该目标象素的边缘值存储在其中。如果最大象素差超过TH，该象素位置表示一个边缘点。以这一方式，确定视频帧中所有象素的边缘值并将它们存储在第二帧存储器230中，其中，检测到的边缘点的位置构成了轮廓图象。该轮廓图象提供了描绘图象中的目标边界的边界信息，基中的边界信息包含沿视频帧中的目标的边界的象素的位置数据及对应于各象素位置的边缘值。

参见图2，其中示出本发明中所采用的边缘点检测方法的说明图。假定有两个一维象素A与B，它们的象素值为15与55，并采用应用sobel算子的已知边缘检测技术，用象素位置上的一个方向梯度的绝对值来定义该象素位置上的梯度大小，其中一个边缘点表示其梯度大小超过该预定的阈值TH的一个象素位置。相应地，如果TH值小于A与B之间的绝对象素差，则A与B都作为边缘点检测出来。

另一方面，按照本发明，选择B而不是A作为一个边缘点，因为象素差A-B，即-40，小于预定的阈值TH，即6。

参见图1，将轮廓检测单元200所生成的轮廓图象数据提供给一个轮廓修细单元300供进一步处理。该轮廓修细单元300将轮廓图象中的边缘点的各边缘值与若干个边缘值组进行比较，借此修细轮廓图象，各该边缘组具有选自对应于包围所述各边缘点的8个相邻象素的边缘值的三个边缘值的一个系列。

按照本发明，系统控制器(未示出)从第二帧存储器230中检索一个边缘值(“目标边缘值”)及包围该目标边缘值的8个相邻的边缘值，将它们提供给一个寄存器组310，其中的目标边缘值代表对应于轮廓图象中的边缘点的边缘值之一。寄存器组310由传统的寄存器构成，并连接到若干比较器320至350上。

具体地，目标边缘值存储在寄存器REG.1中，而8个相邻的边缘值则分别存储在寄存器REG.2至REG.9中。在图3中，示出了一个示例性目标边缘值a1及其8个相邻的边缘值a2至a9。所述a1存储在REG.1中，而a2至a9则分别存储在REG.2至9中。

在本发明的一个较佳实施例中，将来自REG.1的目标边缘值a1通过一条线10馈送给四个比较器320至350的每一个并与四个边缘值组，即(a2、a3、a5)，(a3、a4、a6)，(a6，a8，a9)及(a5，a7，a8)，中的每一个边缘值进行比较，各边缘值组具有选自包围该目标边缘值a1的8个相邻的边缘值a2至a9的三个边缘值的一个系列。四个比较器中的每一个具有四个边缘值组中的任何一组作为其输入。

在本发明的另一实施例中，将目标边缘值a1馈送给8个比较器供与8个边缘值组，即(a2，a3，a4)，(a3，a4，a6)，(a4，a6，a 9)，(a6，a8，a9)，(a7，a8，a9)，(a5，a7，a8)，(a2，a5，a7)及(a2，a3，a5)，中的每一个边缘值进行比较，各该8个比较器也具有这8个边缘值组中之一作为其输入。

在本发明的一个较佳实施例中，如果目标边缘值a1小于各边缘值组内所有边缘值，比较器320至350中的各个便生成一个逻辑低信号到一个“与”门360；否则便生成一个逻辑高信号到“与”门360。换言之，比较器320将来自REG.1的线10上的目标边缘值a1与来自REG.2、REG.3及REG.5的线20，30及50上的边缘值a2，a3及a5进行比较，如果a1小于a2，a3及a5便生成一个逻辑低信号到“与”门360；否则便生成一个逻辑高信号到“与”门360。类似地，比较器320至350相对于它们的输入执行与比较器320相同的功能，借此生成逻辑低或高信号到“与”门360。“与”门360执行其四个输入的逻辑“与”运算，并生成一个逻辑低或高信号到一个第三帧存储器370。只有当其所有输入都是逻辑高时，“与”门360才生成逻辑高信号。来自“与”门360的逻辑信号更新被系统控制器(未示出)预置为“零”的第三帧存储器370。以此方式，通过本发明的轮廓修细单元300处理轮廓图象中的所有边缘点的边缘值。

参见图4，其中示出了10×10个象素的一个示例性帧。如果轮廓检测单元200检测到的边缘点及它们的边缘值和图4中所示的相同，则通过轮廓修细单元300消除了带有X标记的边缘点。这便是通过应用轮廓修细单元300消除带X标记的边缘点，轮廓图象35得到了修细，并将修细后的轮廓图象存储在第三帧存储器370中。因此，来自帧存储器370的修细后的轮廓图象能以减少的边缘点数目表示视频帧中的目标边界。

虽然相对于特定的实施例示出与描述了本发明，但对于熟悉本技术的人员而言显然可以在不脱离所附的权利要求书中所定义的发明精神与范围的情况下作出许多改变与修正。

Claims

1、一种用在视频信号编码器中的装置，用于检测与修细视频帧中一个目标的轮廓图象，该装置包括：

用于计算视频帧中的象素的边缘值及检测边缘点的单元，其中各该边缘点表示其边缘值大于一个预定的阈值的一个象素位置，以及各所述边缘值表示该视频帧中的一个象素与包围该象素的相邻象素之间的一个象素差；

用于生成由检测到的边缘点所构成的轮廓图象的单元，其中该轮廓图象提供用于描绘该视频帧中的目标的边界的边界信息，所述边界信息包含沿该视频帧中的目标的边界的象素的位置数据及对应于各象素位置的边缘值；以及

修细单元，用于通过将各该边缘点的边缘值与包含在多个边缘值组中的各边缘值进行比较而修细轮廓图像，各该边缘值组具有选自对应于包围所述各边缘点的相邻象素的边缘值的三个边缘值的一个系列；

其中所述修细单元包括：

一个寄存器组，用于存储一个目标边缘值及包围所述目标边缘值的8个相邻的边缘值，其中该目标边缘值表示对应于该轮廓图象中的边缘点之一的一个边缘值；

划分器，用于将该8个相邻的边缘值分成多个边缘值组，各该边缘值组具有选自对应于包围所述各边缘点的相邻象素的边缘值的三个边缘值的一个系列；

比较器，用于将该目标边缘值与包含在各边缘值组中的各边缘值进行比较，其中所述比较器在该目标边缘值小于各边缘值组中的各该边缘值时，生成一个逻辑低信号；否则，生成一个逻辑高信号；以及

“与”运算器，用于对比较器输出的逻辑信号执行逻辑“与”运算，并生成逻辑高或逻辑低信号。

2、一种方法，用于检测及修细视频帧中的目标的轮廓图象，该方法包括下述步骤：

(a)计算该视频帧中的象素的边缘值及检测边缘点，其中各该边缘点表示其边缘值大于一个预定的阈值的一个象素位置，以及各所述边缘值表示该视频帧中的一个象素与包围该象素的相邻象素之间的一个象素差；

(b)生成由这些检测到的边缘点构成的一个轮廓图象，其中该轮廓图象提供用于描绘该视频帧中的目标的边界的边界信息，所述边界信息包含沿该视频帧中的目标的边界的象素的位置数据以及对应于各象素位置的边缘值；以及

(c)通过将各该边缘点的边缘值与包含在多个边缘值组中的各边缘值进行比较而修细该轮廓图象，各该边缘值组具有选自对应于包围所述各该边缘点的相邻象素的边缘值的三个边缘值的一个系列；

其中所述步骤(c)包括下述步骤：

(c1)存储一个目标边缘值及包围所述目标边缘值的8个相邻的边缘值，其中该目标边缘值表示对应于该轮廓图象中的边缘点之一的一个边缘值；

(c2)将8个相邻的边缘值分成多个边缘值组，各该边缘值组具有选自对应于包围所述各边缘点的相邻象素的边缘值的三个边缘值的一个系列；

(c3)将该目标边缘值与包含在各边缘值组中的各边缘值进行比较，其中在该目标边缘值小于对应边缘值组中的各该边缘值时生成一个逻辑低信号；否则则生成一个逻辑高信号；以及

(c4)对所述比较生成的逻辑信号执行逻辑“与”运算，并生成逻辑高或逻辑低信号。