DE4105516A1 - Verfahren und vorrichtung zur filterung von signalen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Filterung von Signalen, bei denen Signalamplituden einer quantisierten zweidimensionalen Bezugsebene zuordbar sind und bei dem zur Verstärkung eines Nutzsignalanteiles nach einer Herausfilterung von Gleichanteilen sowie hochfrequenten Anteilen ein gefiltertes Signal zu einem ungefilterten Eingangssignal addierbar ist.

Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine Vorrichtung zur Filterung von Signalen, bei denen Signalamplituden einer quantisierten zweidimensio­ nalen Bezugsebene zuordbar sind und bei dem eine das Eingangssignal verzweigende Weiche sowie ein in einem Filterzweig angeordneter frequenzabhängiger Filter vorgesehen ist.

Derartige Vorrichtungen werden insbesondere bei elektronischen Bild­ verarbeitungsgeräten verwendet, um die Bildqualität von Bildern zu verbessern. Derartige Bildverläufe kommen insbesondere im Bereich der digitalen Bildverarbeitung vor und werden mit Hilfe der Filtervorrichtung bezüglich ihrer Aussagefähigkeit verbessert. Eine nach dem Stand der Technik bekannte Filtervorrichtung wird beispielsweise in der EP-B-00 51 068 beschrieben. Es zeigt sich jedoch, daß die bekannten Filterverfahren und Filtervorrichtungen insbesondere dann keine befriedigenden Ergeb­ nisse liefern, wenn die Amplitude des Nutzsignals nicht deutlich größer als die Amplitude von überlagerten Störungen ist. Dies hat zur Folge, daß Signale mit geringem Störabstand nur unzureichend gefiltert werden können. Liegen beispielsweise bei Bildsignalen nur schwach ausgebildete vergleichsweise regelmäßige Texturen auf einer Oberfläche vor, so ist es mit den herkömmlichen Verfahren bereits bei vergleichsweise geringen Störungen nicht möglich, eine ausreichend scharfe Herausarbeitung der die Texturelemente begrenzenden Konturen vorzunehmen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren der ein­ leitend genannten Art so zu verbessern, daß eine qualitativ hochwertige Filterung von Signalen mit geringem Störabstand ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß nach einer Frequenzfilterung des zu filternden Signalanteiles in mindestens einer Konturfilterstufe Komponenten des zu filternden Signalanteiles mit einer Amplitude oberhalb eines vorgebbaren Schwellwertes eliminiert werden, der Schwellwert in Abhängigkeit von einer Amplitude des Eingangssignales adaptiv verstellt wird und vor einer Bereitstellung eines Gesamtfiltersig­ nales das Ausgangssignal der Konturfilterstufe zur Erzeugung des Gesamt­ filtersignals vom Ausgangssignal des Frequenzfilters subtrahiert wird.

Weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine Vorrichtung der einleitend genannten Art so zu verbessern, daß sie zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der frequenz­ abhängige Filter mindestens mit einer unteren Grenzfrequenz versehen ist, das Ausgangssignal des Filters im Bereich einer Filterweiche verzweigt und sowohl mindestens einem Kontursignalanteile eliminierenden Konturfilter als auch einer Subtraktionsstufe zugeführt wird, in deren Bereich zur Rauscheliminierung das Ausgangssignal des Konturfilters vom Ausgangs­ signal des Filters subtrahiert wird.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, durch eine Kaskadierung von Konturfilterstufen eine nahezu beliebig genaue Detek­ tion eines Rauschanteiles durchzuführen. Im Gegensatz zu den nach dem Stand der Technik bekannten Verfahren wird hier in einem Filterzweig nicht ausschließlich eine Verminderung von Rauschanteilen durchgeführt, sondern umgekehrt zunächst in einer untergeordneten Filterebene eine Eliminierung von Konturanteilen aus einem zu filternden Signalanteil durchgeführt. Ziel dieser untergeordneten Filterebene ist es, ein Signal bereitzustellen, das nach Möglichkeit keine Konturinformationen enthält und durch das bei einer Subtraktion vom Ausgangssignal des vorzugsweise als Hochpaß ausgebildeten Filters keine Verringerung der Konturinforma­ tionen erfolgt. Durch dieses Filterverfahren ist es möglich, in einem mit erheblichen Störungen versehenen Eingangssignal selbst äußerst schwache Konturen zu verstärken. Insbesondere ist es möglich, Konturinformationen zu verstärken, deren zugeordnete Amplituden kleiner als mit den Konturin­ formationen vermischte Rauschanteile sind. Bei einer Verarbeitung von Bildinformationen können so beispielsweise selbst bei im Bereich einer Unterlage mit geringer Intensität ausgeprägten Texturen diese innerhalb eines verrauschten Signales verstärkt werden. Diese Verstärkung kann ohne Informationen über einen Inhalt des Eingangssignales durchgeführt wer­ den. Im Gegensatz zu Bilderkennungsverfahren, bei denen zumindest bekannt sein muß, wonach gesucht wird, kann somit durch dieses Verfahren eine Auffindung von unbekannten Konturinformationen erfolgen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird vorge­ schlagen, daß nacheinander Konturen unterschiedlicher Intensität im Bereich der untergeordneten Filterebene eliminiert werden. Diese Kaskadierung hat den Vorteil, daß die Dimensionierung der verwendeten Filterelemente in jeder Stufe an den in Signalflußrichtung in bezug auf die Intensität verbleibender Konturen höher werdenden Rauschanteil ange­ paßt werden kann.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird vorgeschlagen, daß in mindestens einer der Konturfilterstufen mindestens ein anisotroper Tiefpaß angeordnet ist, der eine vorgebbare Orientierung und Länge zur Detektion von Konturanteilen aufweist. Die Verwendung von anisotropen Tiefpässen hat den Vorteil, daß für die Erkennung einer Kontur nicht lediglich eine Amplitude einer einer bestimmten Koordinate zugeordneten Information ausgewertet wird, sondern daß ausgenutzt wird, daß Konturen durch in Richtung eines bestimmten Verlaufes inner­ halb der Bezugsebene aneinander gereihte Amplitudenverläufe gekenn­ zeichnet sind. Störungen treten hingegen im wesentlichen nach statisti­ schen Verteilungen auf. Zur Auffindung von schwachen Konturen ist es deshalb zweckmäßig, anisotrope Tiefpässe zu verwenden, bei denen ver­ gleichsweise viele Koordinaten innerhalb der Bezugsebene ausgewertet werden.

Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird vorgeschlagen, daß innerhalb einer Konturfilterstufe mindestens zwei Stufenelemente angeordnet werden, denen anisotrope Tiefpässe mit unterschiedlichen Orientierungen innerhalb der Bezugsebene zugeordnet sind. Durch diese Anordnung von unterschiedlich orientierten anisotropen Tiefpässen innerhalb einer Konturfilterstufe ist es möglich, auf jeder der Konturfilterebenen eine Auffindung von Konturen vorwählbarer Intensität mit hoher Sicherheit durchführen zu können. Dies ermöglicht eine optimale Dimensionierung einer nachfolgenden Konturfilterstufe, da Konturen oberhalb einer bestimmten Intensität mit hoher Wahrscheinlichkeit in der nachfolgenden Stufe nicht mehr zu erwarten sind.

Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß eine Eliminierung von isolierten Signalanteilen innerhalb der Bezugsebene dadurch erfolgt, daß die den betreffenden Koordinaten zugeordneten Signalamplituden auf einen Wert gleich Null gesetzt werden. Dieses Zuweisen des Wertes Null hat den Vorteil, daß bei einer nachfolgen­ den digitalen Verarbeitung durchzuführende Abfragen mit sehr geringem Rechenaufwand durchgeführt werden können. Hierdurch wird eine hohe Verarbeitungsgeschwindigkeit erzielt, die insbesondere bei einer Verwen­ dung der Vorrichtung im Bereich einer Einrichtung der Bildreproduktions­ technik oder im Bereich der Telekommunikation sehr hohe Übertragungs­ geschwindigkeiten zuläßt. Isolierte Amplituden sind mit einer großen Wahrscheinlichkeit Störungen mit hoher Intensität zugeordnet.

Weitere Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Zeich­ nungen, in denen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise veranschaulicht sind. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild zur Verdeutlichung des prinzipiellen Ablaufes des Filterverfahrens,

Fig. 2 eine Blockschaltbilddarstellung einer Konturfilterstufe mit parallel geschalteten Stufenelementen,

Fig. 3 eine teilweise Blockschaltbilddarstellung einer Vorrichtung mit kaskadierten Konturfilterstufen,

Fig. 4 eine Darstellung eines anderen Bereiches der Vorrichtung mit kaskadierten Konturfilterstufen,

Fig. 5 eine Darstellung der Vorrichtung mit kaskadierten Konturfilter­ stufen im Bereich eines Ausganges,

Fig. 6 eine vereinfachte eindimensionale Darstellung eines Signalver­ laufes im Bereich eines Einganges,

Fig. 7 eine Darstellung einer im Signalverlauf gemäß Fig. 6 detektierten Kontur mit zugeordneten großen Signalamplituden,

Fig. 8 eine Darstellung des Signalverlaufes gemäß Fig. 6 nach einer Eliminierung der gemäß Fig. 7 ermittelten Kontur,

Fig. 9 einen über einen Tiefpaß gefilterten Verlauf des Signales gemäß Fig. 8 bei einem Tiefpaßfilter zur Auswertung von drei benach­ barten Koordinaten,

Fig. 10 ein Restsignal des Signalverlaufes gemäß Fig. 9 bei Berücksich­ tigung der in Fig. 9 eingezeichneten Schwellwerte,

Fig. 11 ein prinzipielles Ablaufdiagramm eines Algorithmus zur Durch­ führung des Filterverfahrens mit Hilfe eines Digitalrechners,

Fig. 12 eine prinzipielle Darstellung von Amplitudenwerten, die Koordinaten einer gerasterten Ebene zugeordnet sind und

Fig. 13 ein Ablaufdiagramm zur Eliminierung isolierter Signalanteile.

Eine Vorrichtung zur Filterung von Signalen besteht im wesentlichen aus einer Weiche (1), in der ein an einem Eingang (2) anliegendes Eingangssignal in einen durchgehenden Zweig (3) sowie einen Filterzweig (4) verzweigt wird. Der in den Filterzweig (4) geleitete Teil des Eingangssignales wird zunächst einem Hochpaß (5) zugeführt, der eine zweidimensionale Wirkungsweise aufweist. Aufgrund der zweidimen­ sionalen Wirkungsweise des Hochpasses (5) können innerhalb einer quantisierten Bezugsebene (6) bezüglich des Verlaufes von Koordinaten­ achsen (7, 8) lokalisierbare Bildpunkte mit ihren zugeordneten Amplitudenwerten bei der Hochpaßfilterung berücksichtigt werden. Statt des Hochpasses (5) kann grundsätzlich auch ein Bandpaß verwendet werden. Eine prinzipielle Anordnung von den Koordinatenachsen (7,8) in der Bezugsebene (6) zugeordneten Bildpunkten ist in Fig. 12 dargestellt. Aus dem in Fig. 1 angegebenen Blockschaltbildaufbau der Vorrichtung ist ersichtlich, daß in Signalflußrichtung hinter dem Hochpaß (5) eine Filterweiche (9) angeordnet ist, in der das den Hochpaß (5) verlassende Signal in einen Koppelzweig (10) sowie einen Konturfilterzweig (11) aufgeteilt wird. Innerhalb des Konturfilterzweiges (11) sind Konturfilter­ stufen (12) angeordnet, in denen Konturanteile detektiert und aus dem über den Konturfilterzweig (11) weitergeleiteten Signalanteil eliminiert werden. In Abhängigkeit von der zu erzielenden Filtergüte ist es möglich, lediglich eine Konturfilterstufe (12) oder eine Reihenschaltung von Konturfilterstufen (12) zu verwenden. Bei einer Reihenschaltung von Konturfilterstufen (12) ist es zweckmäßig, in Richtung des Signalflusses zunächst intensive Konturen und anschließend schwächer ausgeprägte Konturen zu eliminieren.

Das den Konturfilterzweig (11) verlassende Signal wird in einer Subtraktionsstufe (13) von dem über den Koppelzweig (10) weiterge­ leiteten Signalanteil subtrahiert. An einem Ausgang (14) der Subtraktionsstufe (13) steht somit ein weitgehend von Rauschanteilen befreites Kontursignal zur Verfügung. Dieses Signal wird in einer Verstärkungsstufe (15) verstärkt und anschließend in einer Zusam­ menführung (16) zu dem über den durchgehenden Zweig (3) weiterge­ leiteten Anteil des Eingangssignales addiert. Hierdurch entsteht ein an einem Ausgang (17) abgreifbares Signal, das einen wesentlich höheren Störabstand als das am Eingang (2) anliegende Signal aufweist.

Zwischen den Ausgang (14) und die Verstärkungsstufe (15) kann ein Selektor geschaltet werden, mit dessen Hilfe innerhalb der Bezugsebene zugeordnete isolierte Signalamplituden eliminiert werden. Koordinaten innerhalb der Bezugsebene (13), denen eine Amplitude ungleich Null zugewiesen ist, obwohl den Koordinaten in einer unmittelbaren Umgebung dieser Arbeitskoordinate keine Amplitudenwerte ungleich Null zugewiesen wurden, resultieren mit hoher Wahrscheinlichkeit aus Störungen und sind keinem Nutzsignalanteil zugeordnet. Mit Hilfe des Selektors ist es möglich, derartige Störungen herauszufiltern. Den dabei aufgefundenen Koordina­ ten wird der Wert Null, bzw. zumindest ein nicht wesentlich von Null abweichender Wert, zugeordnet.

Ein Beispiel für den Ablauf des Selektionsprozesses bei einer Amplituden­ zuordnung innerhalb der Bezugsebene (6) gemäß Fig. 12 ist in Fig. 13 dargestellt. Für die Koordinate E wird zunächst überprüft, ob sie einen Wert ungleich Null aufweist. Ist dies nicht der Fall, so kann unmittelbar eine Überprüfung eines nächsten Bildpunktes erfolgen. Ist der Koordinate E eine Amplitude ungleich Null zugeordnet, so werden die Koordinaten in ihrer unmittelbaren Umgebung nacheinander solange geprüft, bis ein Amplitu­ denwert ungleich Null gefunden wurde. Bei einem Auffinden eines derar­ tigen Amplitudenwertes wird gleichfalls der nächste Bildpunkt analysiert. Weisen sämtliche Koordinaten in der unmittelbaren Umgebung der Koordinate E den Amplitudenwert Null auf, so wird die der Koordinate E zugeordnete Amplitude auf Null gesetzt. Prinzipiell ist es möglich, bei der Überprüfung eines nächsten Bildpunktes innerhalb eines vorangegangenen Zyklus gewonnene Informationen bezüglich der Amplitudenwerte von bestimmten Koordinaten zu berücksichtigen. Aufgrund der bei einer digitalen Realisierung mit sehr geringem Zeitaufwand durchzuführenden Überprüfung auf einen Wert gleich Null bzw. einen Wert ungleich Null kann jedoch auch der in Fig. 13 dargestellte Ablauf für jeden einzelnen Bild­ punkt mit sehr geringem Zeitaufwand durchlaufen werden.

Bei der Darstellung gemäß Fig. 2 ist der Aufbau einer Konturfilterstufe (12) mit parallel geschalteten Stufenelementen (18) dargestellt. An einem Filterstufeneingang (19) wird das zu filternde Signal zugeleitet und in einer Filterverzweigung (20) zum einen den Stufenelementen (18) und zum anderen einem Detektor (21) zugeführt. Jedes der Stufenelemente (18) besteht aus einem anisotropen Tiefpaß (22) und einem Schwell­ wertelement (23). Mit Hilfe der Schwellwertelemente (23) ist es möglich, Signalanteile unterhalb eines vorgebbaren Schwellwertes (24) zu eliminieren und Signalanteile oberhalb des Schwellwertes (24) unverändert passieren zu lassen oder mit einem Verstärkungsfaktor zu multiplizieren.

Insbesondere ist daran gedacht, für positive und negative Amplituden betragsmäßig gleiche Schwellwerte (24) vorzusehen. Der anisotrope Tiefpaß (22) weist innerhalb der Bezugsebene (6) eine Filterorientierung auf. Ein einfach aufgebauter anisotroper Tiefpaß (22) ist beispielsweise in Richtung einer der Koordinatenachsen (7, 8) orientiert und wertet Bereiche innerhalb der Bezugsebene (6) aus, die eine Breite von vorzugsweise einer Quantisierungsstufe und eine Länge von einer vorgebbaren Zahl von Quantisierungsstufen haben. Als Länge für einfache Tiefpässe (22) können beispielsweise drei oder fünf Quantisierungsstufen verwendet werden. Neben einer Orientierung in Richtung einer der Koordinatenachsen (7,8) ist es aber auch möglich, zur Auffindung von schräg verlaufenden Konturen beliebige andere Orientierungen des Tiefpasses (22) vorzusehen. Die Ausgänge der Schwellwertelemente (23) sind mit einem Verknüpfungs­ element (25) verbunden, in dem eine logische ODER-Verknüpfung durchgeführt wird. Der Ausgang des Verknüpfungselementes (25) ist mit dem Detektor (21) verbunden, in dem das vom Verknüpfungselement (25) bereitgestellte Signal von dem über den Filterstufeneingang (19) zugeführten Signal subtrahiert wird. Es erfolgt somit eine Eliminierung der im Bereich der Stufenelemente (18) ermittelten Konturen.

In Fig. 3 ist eine ausführliche Schaltung von Bauelementen zur Reali­ sierung eines kaskadierten Filters im Bereich einer Eingangsstufe darge­ stellt. Die Schaltung gemäß Fig. 3 ergibt zusammen mit den Schaltungen gemäß Fig. 4 und Fig. 5 die Gesamtschaltung des Filters. Die Bauele­ mente der Filterstufe gemäß Fig. 3 sind über Anschlüsse (26, 27, 28, 29) mit den Bauelementen gemäß Fig. 4 verbunden und die Bauelemente gemäß Fig. 4 sind über Anschlüsse (30, 31, 32, 33) mit den Bauelementen gemäß Fig. 5 verbunden.

Das über die Filterweiche (9) der ersten Konturfilterstufe (12) zugeführte Signal wird in dem des Schwellwertelement (23) mit einer pegeladaptiven Schwellwertkennlinie beaufschlagt. Zur Ermittlung des Schwellwertes (24) ist ein Adaptionselement (34) vorgesehen, in das eine Adaptionskennlinie (35) implementiert ist. Mit Hilfe der Adaptionskennlinie (35) wird vorzugs­ weise der Schwellwert (24) symmetrisch für positive und negative Amplitudenanteile des zu filternden Signales vorgegeben. Hierzu wird dem Adaptionselement (34) das am Eingang (2) anliegende Eingangssignal zugeführt und in Abhängigkeit von der aktuellen Amplitude dieses Eingangssignales über die Adaptionskennlinie (35) der jeweilige Schwelle­ wert (24) ermittelt. Der Schwellwert (24) weist für eine Amplitude des Eingangssignales gleich Null einen Mindestwert auf und die Adaptions­ kennlinie (35) erstreckt sich ausgehend von diesem Mindestschwellwert in einer Parameterebene, die von einer Schwellwertachse und einer Amplitudenachse aufgespannt ist, vorzugsweise mit abnehmender Steigung. Der Verlauf der Adaptionskennlinie ist vorzugsweise proportional zum pegelabhängigen Verlauf des Störabstands des zu filternden Eingangssignals (2). Die Schwellwertkennlinie wird in Abhängigkeit vom Störabstand des zu filternden Signales, in Abhängigkeit von einer vorgenommenen Quantisierungseinheit oder in Abhängigkeit von anderen bekannten Informationen bezüglich des zu filternden Signales festgelegt. Zur Festlegung der Schwellwerte (24) unterschiedlicher Konturfilterstufen (12) können unterschiedliche Schwellwertkennlinien und Adaptionskenn­ linien (35) verwendet werden.

In einer nachfolgenden Filterstufe (12) sind vier Schwellwertelemente (23) in Reihe geschaltet, deren anisotrope Tiefpässe (22) jeweils unterschiedliche Orientierungen aufweisen. Die hier verwendeten anisotropen Tiefpässe (22) weisen jeweils eine Filterbreite von einer Quantisierungsstufe und eine Filterlänge von drei Quantisierungsstufen auf. Diese Tiefpässe sind somit insbesondere zur Auffindung von groben Konturen, d. h. von Konturen mit vergleichsweise hohen Signalamplituden, geeignet. Die Schwellwerte (24) der Schwellwertelementen (23) innerhalb der eine Verstärkungsstufe (15) ausbildenden Stufenelemente (18) werden vorzugsweise gleich gewählt.

In der Darstellung gemäß Fig. 4 sind zwei weitere die zweite Konturfilter­ stufe (12) ausbildende Stufenelemente (18) dargestellt, die zu den in Fig. 3 dargestellten ersten beiden Stufenelementen (18) in Reihe geschaltet sind. Das Ausgangssignal des vierten Stufenelementes (18) wird dem Eingang einer weiteren Konturfilterstufe (12) zugeführt. Zur Auffindung von feine­ ren Konturen weist die dritte Konturfilterstufe (12) anisotrope Tiefpässe (22) mit einer längeren Ausbildung auf. In Fig. 4 ist für die dritte Kontur­ filterstufe ein anisotroper Tiefpaß (22) mit einer Filterbreite von einer Quantisierungsstufe und einer Filterlänge von fünf Quantisierungsstufen dargestellt.

Gemäß Fig. 4 können sich an die dritte Konturfilterstufe (12) weitere Kon­ turfilterstufen (12) anschließen. Das Ausgangssignal der in Signalflußrich­ tung letzten Konturfilterstufe (12) wird der Subtraktionsstufe (13) zuge­ führt und hiervon dem über den Koppelzweig (10) geführten Signalanteil subtrahiert. Die Verstärkungsstufe (15) ist bei der Ausführungsform gemäß Fig. 5 mit einem Begrenzungselement (36) versehen, in dem eine Verstär­ kungskennlinie (37) implementiert ist und ein maximaler Ausgangswert (38) über ein Adaptionselement (39) festgelegt wird, das den maximalen Aus­ gangswert (38) in Abhängigkeit von der Amplitude des Eingangssignales am Eingang (2) verstellt. Das Adaptionselement (39) kann beispielsweise eine lineare Kennlinie aufweisen, die zu einer symmetrischen Vorgabe des maximalen Ausgangswertes (38) für positive und negative Amplitudenwerte führt. Die Kennlinie des Adaptionselementes (39) kann im wesentlichen linear ausgebildet sein und den maximalen Ausgangswert (38) linear mit der Amplitude des Eingangssignalesverknüpfen. Die Implementierung eines Offsets für die Verstärkungskennlinie (37) ist zweckmäßig.

Der Ausgang des Begrenzungselementes (36) ist mit der Zusammenführung (16) verbunden, in der das Ausgangssignal des Begrenzungselementes (36) zum Eingangssignal addiert wird.

In Fig. 6 ist ein typischer Signalverlauf (40) am Ausgang des Hochpasses (5) bezüglich einer Zeitachse (41) und einer Amplitudenachse (42) dargestellt. Fig. 7 zeigt das Ausgangssignal (43) des Schwellwertelementes (23) der ersten Konturfilterstufe (12) und in Fig. 8 ist das nach einer im Detektor (21) durchgeführten Subtraktion des Ausgangssignales (43) des Schwellwertelementes (23) vom Ausgangssignal (40) des Hochpasses (5) ermittelte Ausgangssignal (44) dargestellt.

Fig. 9 zeigt das mit Hilfe eines Tiefpasses mit entsprechendem Verstär­ kungsfaktor gefilterte Signal aus Fig. 8. Es wurde hierzu ein anisotroper Tiefpaß (22) mit einer Filterbreite von einer Quantisierungsstufe und einer Filterlänge von drei Quantisierungsstufen verwendet. Das hierdurch er­ zeugte Ausgangssignal (45) weist deshalb eine größere Amplitude und eine andere Dynamik als das Ausgangssignal (43) auf. Bei Berücksichtigung des in Fig. 9 eingezeichneten Schwellwertes (24) ergibt sich nach einer Kontur­ eliminierung das in Fig. 10 dargestellte Ausgangssignal (46).

Ein prinzipielles Ablaufdiagramm für eine Realisierung wesentlicher Ablauf­ teile als Digitalrechnerprogramme ist in Fig. 11 dargestellt. Die jeweiligen Softwaremodule wurden hier mit den gleichen Bezugsziffern versehen wie die zugeordneten Schaltungselemente in den Fig. 3 bis 5. Ein Eingangs­ signal wird zunächst über ein Softwaremodul zur Nachbildung des Hochpas­ ses (5) gefiltert und anschließend dem mit einer adaptiven Schwellwert­ kennlinie versehenen Schwellwertelement (23) zugeführt. Über ein Modul zur Nachbildung des Detektors (21) erfolgt anschließend eine Reduktion des Kontursignals im Bereich der detektierten Kontur. In einer nachfolgenden Filterstufe sind bei der in Fig. 11 dargestellten Ausführungsform zwei anisotrope Tiefpässe (22) vorgesehen, die beispielsweise Orientierungen in Richtung der Koordinatenachsen (7, 8) aufweisen. Die Ausgangswerte der anisotropen Tiefpässe (22) werden anschließend wiederum Modulen zur Nachbildung der adaptiven Schwellwertelemente (23) zugeführt. Die Aus­ gangswerte der Schwellwertelemente (23) sowie der Ausgangswert des Detektors (21) werden bei der hier vorgenommenen Parallelschaltung im Verknüpfungselement (25) zur Durchführung einer ODER-Kombination der Einzelwerte in Relation zueinander gesetzt. Der Ausgangswert des Ver­ knüpfungselementes (25) wird in einer nachfolgenden Konturfilterstufe (12) erneut über anisotrope Tiefpässe (22) und adaptive Schwellwert­ elemente (23) gefiltert und die Ausgangswerte der betreffenden Schwell­ wertelemente (23) sowie das Ausgangssignal des vorgeschalteten Verknüp­ fungselementes (25) in einem weiteren Verknüpfungselement (25) in Beziehung zueinander gesetzt. Das Ausgangssignal des in Signalflußrich­ tung letzten Verknüpfungselements (25) wird der Subtraktionsstufe (13) zur Austastung des Rauschsignales aus dem Kontursignal mit Rauschanteil zugeführt und vor einer Addition des Kontursignales zum Bildsignal im Bereich der Zusammenführung (13) erfolgt in der Verstärkungsstufe (15) eine Verstärkung und ggf. Begrenzung des Kontursignals.

Die in Fig. 11 mit gleichen Bezugsziffern versehenen Module können beispielsweise als Unterprogramme realisiert sein, die zu Zeitpunkten, die von einer Ablaufsteuerung vorgegeben sind, aufgerufen werden.

Eine Verwendung des Verfahrens und der Vorrichtung können bei einer Vielzahl von Anwendungen erfolgen, bei denen einer Bezugsebene zuord­ bare Signalverläufe gefiltert werden sollen. Ein typisches Beispiel ist die Filterung von Bildern in der Reproduktionstechnik.

Es sind aber auch eine Vielzahl anderer Anwendungsmöglichkeiten denkbar. Bei der Bildverarbeitung können dies beispielsweise die Qualitäts­ verbesserung von über Telefaxeinrichtungen oder Bildtelefone übertrage­ ner Bildinformationen sein, es ist aber auch möglich, Fernsehbilder, auf Videogeräten aufgezeichnete Bilder oder Satellitenbilder einer Filterung zu unterwerfen, um verrauschte Konturen innerhalb der Bilder herauszuar­ beiten. Generell kann das Verfahren und die Vorrichtung aber auch außer­ halb der Bildverarbeitung verwendet werden. Prinzipiell tritt überall bei der Auswertung von einer Fläche zuordbaren Signalverläufen das Problem auf, daß die Nutzsignalanteile von Störungen überlagert sind. Als Beispiel sei hier nur die Aufnahme eines Temperaturprofils einer Fläche angeführt. Bei Parameterkonstellationen, die in einem Parameterraum größerer Dimension dargestellt werden, ist es entweder möglich, jeweils drei­ dimensionale Teilstrukturen einer Filterung zu unterwerfen, oder die beispielsweise in den Fig. 11 und 13 beschriebenen Verarbeitungsalgo­ rithmen derart vektoriell durchzuführen, daß bei den jeweiligen Operatio­ nen die zu berücksichtigenden Parameter in Vektoren und Matrixen geeig­ neter Dimensionierung angeordnet werden.

Weiterhin wäre denkbar, daß das Ausgangssignal (14) ohne die Weiterver­ arbeitung in den Stufen (15, 16) als von Störungen befreite Konturinforma­ tion gewertet wird und z. B. für Aufgaben im Bereich der Mustererkennung als Eingangssignal für eine Stufe zur Merkmalsextraktion verwendet werden kann.

Bei einer gegenüber der Darstellung gemäß Fig. 1 abgewandelten Ausfüh­ rungsform kann zur Minimierung eines ggf. auftretenden Restfehlers an einem Ausgang vorzugsweise einer der Konturfilterstufen (12) eine Entzerrungskennlinie angeordnet werden. Der Verlauf der Entzer­ rungskennlinie wird vorzugsweise so gewählt, daß das Kontursignal nach einer Beaufschlagung mit der Entzerrungskennlinie einen Verlauf aufweist, der im wesentlichen unabhängig vom Verlauf des pegelabhängigen Störab­ standes des Eingangssignales ist. Hierdurch wird näherungsweise ein pegel­ unabhängiger Störabstand realisiert. Bei dieser Arbeitsweise wird berück­ sichtigt, daß die Subtraktionsstufe (13) als eine Austaststufe arbeitet, die von der in Signalflußrichtung letzten Konturfilterstufe (12) gesteuert wird. Das über den Koppelzweig (10) in den Bereich der Subtraktionsstufe (13) gelangende Signal wird immer dann auf "NULL" gesetzt, wenn das von der in Signalflußrichtung letzten Konturfilterstufe (12) bereitgestellte Signal von "NULL" verschieden ist.

Eine derartige Entzerrungskennlinie kann auch bei der in Fig. 3 darge­ stellten Ausführungsform berücksichtigt werden. Die Entzerrungskennlinie wird hier zweckmäßigerweise im Bereich des Ausganges des Detektors (21) angeordnet.

Claims (29)

1. Verfahren zur Filterung von Signalen, bei denen Signalamplituden einer quantisierten zweidimensionalen Bezugsebene zuordbar sind und bei dem zur Verstärkung eines Nutzsignalanteiles nach einer Herausfilterung von Gleichanteilen sowie hochfrequenten Anteilen ein gefiltertes Signal zu einem ungefilterten Eingangssignal addierbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß nach einer Frequenzfilterung des zu filternden Signalanteiles in mindestens einer Konturfilterstufe (12) Komponenten des zu filternden Signalanteiles mit einer Amplitude oberhalb eines vorgebbaren Schwellwertes (24) eliminiert werden, der Schwellwert (24) in Abhängigkeit von einer Amplitude des Eingangssignales adaptiv verstellt wird und vor einer Bereitstellung eines Gesamtfiltersignales das Ausgangssignal der Konturfilterstufe (12) zur Erzeugung des Gesamtfiltersignales vom Ausgangssignal des Frequenzfilters subtrahiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zu filternde Signal nacheinander mehrmals gefiltert wird und zunächst ausgeprägte Konturen und anschließend Konturen geringerer Intensität ausgefiltert werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gesamtfiltersignal vor einer Addition zum Eingangssignal verstärkt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich mindestens einer Konturfilterstufe (12) ein Konturverlauf mit Hilfe eines anisotropen Tiefpasses (22) detektiert wird, der eine vorgebbare Orientierung innerhalb der Bezugsebene (6) aufweist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zu filternde Signal im Bereich einer Konturfilterstufe (12) mit unterschiedlich dimensionierten Stufenelementen (18) gefiltert wird, die mindestens mit innerhalb der Bezugsebene (6) unterschiedlich orientierten anisotropen Tiefpässen (22) versehen sind.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Filtervorgänge im Bereich von zwei Stufenelementen (18) parallel durchgeführt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Filtervorgänge im Bereich der Stufenelemente (18) zeitlich nacheinander durchgeführt werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das zu filternde Signal im Bereich von aufeinanderfolgenden Konturfilterstufen (12) von anisotropen Tiefpässen (22) mit unterschiedlicher Tiefpaßlänge gefiltert wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß vor einer Addition des Gesamtfiltersignales zum Eingangssignal eine Begrenzung des Gesamtfiltersignales durchgeführt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die adaptive Begrenzung des Schwellwertes (24) in Abhängigkeit von einer zeitlich unmittelbar zugeordneten Amplitude des Eingangssignales durchgeführt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der verwendeten Konturfilterstufen (12) adaptiv in Abhänigigkeit von einer Analyse des Eingangsignales durchgeführt wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die Orientierung eines der anisotropen Tiefpässe (22) innerhalb der Bezugsebene (6) adaptiv durch eine Analyse des Eingangssignales festgelegt wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß nach einer Subtraktion des Rauschanteiles vom Konturinformationen enthaltenden Signal eine Löschung von innerhalb der Bezugsebene isolierten Amplitudenwerten durchgeführt wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß Signale mit Bildinformationen gefiltert werden.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß Signale im Bereich der Reproduktionstechnik gefiltert werden.

16. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß Signale im Bereich der Telekommunikationstechnik gefiltert werden.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß Bildsignale im Bereich von Einrichtungen zur Telefax-Kommunikation gefiltert werden.

18. Verfahren nach Anspruch 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß Signale im Bereich der Bildanalyse (Mustererkennung), insbesondere bei medizinischen Bildverarbeitungen, gefiltert werden.

19. Verfahren nach Anspruch 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzfilterung als Hochpaßfilterung durchgeführt wird.

20. Vorrichtung zur Filterung von Signalen, bei denen Signalamplituden einer quantisierten zweidimensionalen Bezugsebene zuordbar sind und bei der eine das Eingangssignal verzweigende Wechse sowie ein in einem Filterzweig angeordneter frequenzabhängiger Filter vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der frequenzabhängige Filter mindestens mit einer unteren Grenzfrequenz versehen ist, das Ausgangssignal des Filters im Bereich einer Filterweiche (9) verzweigt und sowohl mindestens einer Kontursignalanteile eliminierenden Konturfilterstufe (12) als auch einer Subtraktionsstufe (13) zugeführt wird, in deren Bereich zur Rauscheliminierung das Ausgangssignal der Konturfilterstufe (12) vom Ausgangssignal des Filters subtrahiert wird.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Konturfilterstufen (12) zur Filterung von Konturen unterschiedlicher Intensität in Reihe geschaltet sind.

22. Vorrichtung nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb mindestens einer Konturfilterstufe (12) mindestens zwei Stufenelemente (18) angeordnet sind, die innerhalb der Bezugsebene (6) unterschiedlich orientierte anisotrope Tiefpässe zur Auffindung von unterschiedlich orientierten Konturen aufweisen.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die anisotropen Tiefpässe (22) eine vorgebbare Breite von Quantisierungsstufen sowie eine vorgebbare Länge von Quantisierungsstufen aufweisen.

24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens das Schwellwertelement (23) oder der anisotrope Tiefpaß (22) als ein auf einem Digitalrechner ablauffähiger Algorithmus ausgebildet ist.

25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich mindestens einer der Konturfilterstufen (12) zur Erkennung von Kontursignalanteilen ein adaptives Schwellwertelement (23) angeordnet ist, das zur Verstellung seines Schwellwertes (24) mit einem eine Amplitude des Eingangssignales auswertenden Adaptionselement (34) verbunden ist.

26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignale von parallel geschalteten Stufenelementen (18) einem sie über eine ODER-Verknüpfung miteinander kombinierenden Verknüpfungselement (25) zugeführt sind.

27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß zur Eliminierung der isolierten Signalanteile die Zuweisung eines Amplitudenwertes Null zu den betreffenden Koordinaten der Bezugsebene (6) vorgesehen ist.

28. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Eliminierung der isolierten Signalanteile im Bereich eines Selektors durchgeführt wird, der mindestens diejenigen Amplitudenwerte, die Nachbarkoordinaten zu einer Arbeitskoordinate zugeordnet sind, daraufhin überprüft, ob ihr Amplitudenwert gleich Null ist und für den Fall einer vollzähligen Auffindung von Amplitudenwerten gleich Null den Amplitudenwert der Arbeitskoordinate auf Null setzt.

29. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß zur Sicherung von Konturinformationen eine das gefilterte Signal mit dem ungefilterten Eingangssignal additiv kombinierende Zusammenführung (9) vorgesehen ist.