DE60115546T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Verbesserung des Signal-Rauschabstandes unter Verwendung von Wellenstückchen und Schwellenwertverarbeitung von Frequenzen - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Verbesserung des Signal-Rauschabstandes unter Verwendung von Wellenstückchen und Schwellenwertverarbeitung von Frequenzen Download PDF

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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verbessern des Signal-Rauschabstands eines eine Information tragenden Signals.
  • 2. Beschreibung des Standes der Technik
  • In der praktischen Ausführung vieler Technologien wird ein eine Information tragendes Signal erzeugt. Einige Beispiele derartiger Technologien sind die Bilderfassung mit einer Kamera oder einem optoelektronischen Sensor, Funk- und Fernsehübertragungen und medizinische Bildaufbereitung mit Magnetresonanz. Die Nützlichkeit des die Information tragenden Signals hängt von seiner Deutlichkeit ab, und Rauschen in dem Signal, das ein unvermeidbares Ergebnis von physikalischen und elektrischen Prozessen ist, setzt dieser Deutlichkeit eine Grenze. Somit ist es erwünscht, Rauschen im höchstmöglichen Maß zu beseitigen oder entsprechend den Signal-Rauschabstand des eine Information tragenden Signals zu erhöhen.
  • Verschiedene Vorgehensweisen sind bekannt, um den Signal-Rauschabstand zu verbessern, wie etwa die Verwendung von verschiedenen Arten von Filtern. Eine Art der Vorgehensweise, zu welcher die vorliegende Erfindung gehört, verwendet einen mathematischen Operator, der als Wavelet-Transformation bekannt ist. Es ist in diesem Zusammenhang bekannt, dass ein elektrisches Signal typischerweise eine Amplitude hat, die über die Zeit variiert und somit einen Frequenzinhalt in dem Signal erzeugt. Bestimmte Arten von Informationen, beispielsweise optische Informationen, haben auch eine räumliche Varianz und werden somit häufig in einen Zeitkontext in dem elektrischen Signal umgewandelt, der sich aus der Erfassung der optischen Information ergibt.
  • Um Rauschen zu vermeiden, kann das elektrische Signal in der Frequenzdomäne verarbeitet werden, beispielsweise mit einem einfachen Filter, oder in einer Domäne einer höheren mathematischen Ordnung, die als Transformationsdomäne bekannt ist. Beispielsweise ist auf dem Gebiet der Signalverarbeitung die Fourier-Transformation eine allgemein verwendet der Transformationsdomäne. Die Wavelet-Transformationsdomäne besitzt jedoch gegenüber der Fourier-Domäne Vorteile, und war deshalb, weil die Wavelet-Transformation den Frequenzinhalt in einen räumlichen Kontext setzt, während die Fourier-Domäne nur den Frequenzinhalt eines Signals anspricht. Somit ist die Wavelet-Transformation in der Lage, im Vergleich zu der Fourier-Transformation einen verbesserten Signal-Rauschabstand mit Signalen mit schärferen Flanken zu erzeugen.
  • Verschiedene Vorgehensweisen sind zur Verwendung der Wavelet-Transformation zum Verbessern des Signal-Rauschabstands bereits bekannt. Jede dieser Vorgehensweisen weist jedoch Nachteile auf, die von der vorliegenden Erfindung beseitigt werden. Es gibt folgende bekannte Vorgehensweisen:
    • (a) die Wavelet-Schrumpfungs-Vorgehensweise, die in Ideal Spatial Adaption via Wavelet Shrinkage, Donoho, D. L. und Johnstone, I. M., Technical Report/Revised Technical Report, Stanford University 1992, 1993 und 1994, Biometrika, 81:425-455 beschrieben ist. Diese Vorgehensweise verwendet Wavelet-Zerlegung, um die verschiedenen Frequenz/Raum-Komponenten des betreffenden Bildes oder Signals zu identifizieren. Ein statistisch hergeleiteter "Universal-Schwellenwert" auf der Basis der Standardabweichung der ursprünglichen Bildamplitude (oder eines Schätzwertes davon) wird anschließend verwendet, um die Amplituden der Wavelet-Koeffizienten durch den Schwellenwert zu beschränken oder zu schrumpfen. Nach der Durchführung einer umgekehrten Wavelet-Transformation wird das Bild oder Signal wiedergewonnen, jedoch mit einem etwas reduzierten Hochfrequenzrauschen.
    • (b) Die Vorgehensweise mit Soft-Schwellenwert wurde als eine Verbesserung der Wavelet-Schrumpfung entwickelt und verwendet einen amplitudenadaptierten Schwellenwert, um die Leistungsfähigkeit des Algorithmus auf jeder Ebene der Wavelet-Zerlegung zu optimieren. Siehe De-Noising via Soft Thresholding, Donoho, D. L., Technical Report 409, 1992 Department of Statistics, Stanford University.
    • (c) Die Cycle-Spinning-Technik, die in Translation-Invariant De-Noising, Coufman, R. R. und Donoho, D. L., Technical Report, Department of Statistics, Stanford University 1995 beschrieben ist, verwendet sowohl die Wavelet-Schrumpfungs-Vorgehensweise [a] als auch die Vorgehensweise mit Soft-Schwellenwert [b] und wendet die Techniken auf mehrere Phasenverschiebungen des Eingangssignals oder Bildes an. Die Resultate für jede Phasenverschiebung werden gemeinsam einer Durchschnittswertbildung unterzogen, was zu einer Reduzierung des Rauschens im Vergleich zu dem Eingangsignal/Bild führt.
    • (d) Die Vorgehensweise mit Cross-Validation verwendet die vorstehend unter [b] genannte Soft-Schwellenwert-Technik und verwendet eine kurzen Anpassungsannäherung an die Eingangsdaten, um eine bessere Rausch-Schätzung und damit einen besseren Schwellenwert zu entwickeln als der "Universal-Schwellenwert", der von Donoho et al. geschaffen wurde. Siehe Generalized Cross Validation for Wavelet Thresholding, Jansen, M., Malfait, M., Bultheel, A., 1996.
    • (e) Die Vorgehensweise zur Wavelet-Domänenfilterung ist in Wavelet Domain Filtering for Photon Imaging Systems, Nowak, R. D. und Baraniuk, R. G., eingereicht im April 1997 bei IEEE Transactions on Image Processing, beschrieben. In dieser Technik wird die Bilderfassungsperiode in viele kürzere Bilder unterteilt, um eine Reihe von Bildern zu schaffen, die durch den gleichen Poisson-Rauschprozess beeinflusst sind. Ein Filter des Wiener-Typs wird aufgebaut, wobei die Eingabedaten verwendet werden, um eine Cross-Validation ähnlich der Vorrichtung in [d] durchzuführen. Diese Technik soll gute Rauschentfernungseigenschaften mit einer minimalen Bildverschlechterung oder Kantenerweichung bieten.
  • In dem Artikel mit dem Titel "An Optimal Wavelet Thresholding Method for Speckle Noise Reduction", Image Processing, Bd. 1, 1994, 74-79, wird Rauschen in einem Bild durch Amplituden-Schwellenwertbearbeitung der Wavelet-Koeffizienten entfernt. Der optimale Schwellenwert wird erhalten, indem eine iterative Annäherung an das Minimum der Differenz zwischen der Standardabweichung des geschätzten Rauschens und der Standardabweichung des entfernten Rauschens erfolgt. Ein Bild des Rauschens wird erhalten und ein Maß des Rauschbildes wird verwendet, um den Amplitudenschwellenwert so einzustellen, dass ein optimaler Wert erhalten wird.
  • Ein Problem bei allen vorstehend genannten Techniken (a) bis (e) liegt in dem Erfordernis, einen Schätzwert des Rauschens in dem Bild zu entwickeln, um einen geeigneten Schwellenwert zu berechnen. Da das Rauschen sowohl aus Gauß'schen als auch aus Poisson-Komponenten zusammengesetzt sein kann, sowie sowohl aus additiven als auch multiplikativen Fehlern, wird dadurch die Effektivität jede dieser Vorgehensweisen begrenzt. Für die Techniken [a] bis [c] erscheint in der Tat eine Signal-Rauschabstand-Verbesserung von mehr als 1,2X unwahrscheinlich. Die Technik [d] hat aufgrund des Cross-Validation-Optimierungsprozesses eine Signal-Rauschabstand-Verbesserung von annähernd 1,5X gezeigt, während Technik [e] mit einer gezeigten Verbesserung von annähernd 2,4X des Signal-Rauschabstands eine etwas bessere Leistung hatte. Die Techniken [d] und [e] erfordern jedoch eine große Anzahl von Berechnungen zum Berechnen ihrer optimierten Schwellenwerte und funktionieren an komplexen Bildern auf Grund der großen Anzahl von vorhandenen Merkmalsrändern, die die Rausch-Schätzwerte dieser Algorithmen beeinträchtigen könnten, möglicherweise nicht gut.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Im Unterschied zum Stand der Technik, der wie vorstehend beschrieben Amplituden-Schwellenwertbearbeitung der Rausch-Komponenten verwendet, ver wendet die vorliegende Erfindung Frequenz-Schwellenwertbearbeitung. Die Wavelet-Transformation kann in vorteilhafter Weise an diese Vorgehensweise angepasst werden, da sie die Fähigkeit zur automatischen Klassifizierung von Informationen gemäß Frequenzen hat.
  • Die vorliegende Erfindung schafft somit ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und eine Vorrichtung gemäß Anspruch 16 zum Verbessern des Signal-Rauschabstands eines eine Information tragenden Signals.
  • Mit der Nutzung der vorliegenden Erfindung ist eine stärkere Verbesserung des Signal-Rauschabstands als nach dem Stand der Technik erreichbar. Da ferner keine Schwellenwerte berechnet werden müssen und große Mengen von Berechnungen vermieden werden, wird ein Großteil der Verarbeitung, die nach dem Stand der Technik erforderlich ist, vermieden.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die Erfindung ist unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen besser verständlich.
  • 1 ist ein Blockschaltbild eines Radar-Empfängers;
  • 2 zeigt ein optisches Bildaufbereitungssystem;
  • 3A und 3B zeigen ein Daubechies 4 (D4) Wavelet-Transformationspaar;
  • 4 ist ein Blockschaltbild, das eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeigt;
  • 5 ist eine Fotografie einer Referenzszene mit einem überlagerten Balkenziel;
  • 6 ist eine Fotografie der Referenzszene aus 5, abgebildet durch eine tatsächliche Optik, wobei das System einen Signal-Rauschabstand von 20 hat;
  • 7 ist eine Nahaufnahme des Balkenzielbereichs aus 6;
  • 8A zeigt die Wavelet-Skalierung oder Tiefpassmatrix der Wavelet-Transformation der ersten Ebene der Referenzszene;
  • 8B zeigt den Wavelet-Koeffizienten oder die Hochpassmatrix der vertikalen Komponenten der Referenzszene;
  • 8C zeigt den Wavelet-Koeffizienten oder die Hochpassmatrix der horizontalen Komponenten der Referenzszene;
  • 8D zeigt den Wavelet-Koeffizienten oder die Hochpassmatrix der diagonalen Komponenten der Referenzszene;
  • 9A ist eine Fotografie eines SCHWELLENWERTBEARBEITETEN BILDES DER EBENE 2;
  • 9B ist eine Fotografie eines SCHWELLENWERTBEARBEITETEN BILDES DER EBENE 4;
  • 9C ist eine Fotografie eines SCHWELLENWERT-BILDES DER EBENE 5;
  • 10A ist eine Fotografie eines DIFFERENZ-BILDES DER EBENE 2;
  • 10B ist eine Fotografie eines DIFFERENZ-BILDES DER EBENE 4;
  • 10c ist eine Fotografie eines DIFFERENZ-BILDES DER EBENE 5;
  • 11 zeigt, wie das Addieren von Hoch- und Niederfrequenzbildern in dem gewünschten wiedergewonnenen Bild resultiert;
  • 12 zeigt das gewünschte wiedergewonnene Bild, wenn das DIFFERENZ-BILD DER EBENE 2/5 verwendet wird;
  • 13A zeigt eine Nahaufnahme des Balkenzieles aus dem verrauschten Bild;
  • 13B zeigt eine Nahaufnahme des Balkenzieles aus dem wiedergewonnenen Bild und demonstriert eine 5X-Verbesserung des Signal-Rauschabstands;
  • 14 zeigt ein Debauchies 4 (D4) Wavelet-Transformationspaar mit äquivalentem Zerlegungs- und Rekonstruktions-Tiefpass- und Hochpassfilter;
  • 15 zeigt ein Debauchies 6 (D4) Wavelet-Transformationspaar mit äquivalentem Zerlegungs- und Rekonstruktions-Tiefpass- und Hochpassfilter;
  • 16 zeigt ein bioorthogonales 4.4 Wavelet-Transformationspaar mit äquivalentem Zerlegungs- und Rekonstruktions-Tiefpass- und Hochpassfilter;
  • 17 zeigt ein der Erfindung enthaltendes optisches Bildaufbereitungsgerät, das an einem Satelliten eingesetzt wird; und
  • 18 zeigt einen Computer und Speichermedien, die zur Umsetzung der Erfindung verwendet werden können.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
  • 1 und 2 sind zwei Beispiele der vielen verschiedenen Arten von Systemen, die Rauschen enthaltende, Informationen tragende Signale erzeugen, zu denen die vorliegende Erfindung gehört.
  • In 1 ist ein Blockschaltbild eines Radar-Empfängers dargestellt. Ein Radar-Sender (nicht gezeigt) sendet Impulse aus und während die Antenne 2 des Radar-Empfängers bewegt wird, werden aus unterschiedlichen Richtungen kommende, reflektierte Impulse empfangen und zur Verstärkung zum Hochfrequenzverstärker 4 weitergeleitet. Da bei den empfangenen Impulsen Rauschen vorhanden ist, werden sie dann, wenn die empfangenen Impulse zu klein sind, am Ausgang nicht erfasst, sondern gehen im Rauschen unter. Um den Signal-Rauschabstand zu verbessern, ist der Wavelet-Rauschprozessor 6 vorgesehen, der gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung arbeitet. Ein eine Information tragendes Signal mit verbessertem Signal-Rauschabstand kann anschließend zu der Mischeinrichtung 8 weitergeleitet werden, in der es in eine Zwischenfrequenz (I.F.) umgewandelt wird, und von dort zu dem I.F.-Verstärker 10 und dem Oszilloskop 12, wo das verbesserte Signal angezeigt wird.
  • Während die Erfindung auf das Minimieren von Rauschen in jedem allgemeinen Fall gerichtet ist, ist sie dafür in einem optischen Bildaufbereitungssystem besonders nützlich. Ein derartiges System ist in 2 dargestellt und enthält gemäß der Darstellung einen Sensor, der aus einer Optik 14 und einer Detektoranordnung 16 besteht, und einen Bildaufbereitungsprozessor 18. Rauschen in einem optischen System macht sich als Unschärfe, unscharfe Merkmalsränder oder vollständige Verdunkelung von Bildmerkmalen oder Bildbereichen bemerkbar.
  • Eine Fernsehkamera ist ein Beispiel eines optischen Bildaufbereitungssystems, aber es sind auch Systeme mit verbesserter Auflösung möglich, die aus großen Distanzen (beispielsweise aus dem Weltall) Bilder aufnehmen, anzeigen und/oder aufzeichnen können und von einer Verbesserung des Signal-Rauschabstands profitieren. Derartige Systeme sind in den gleichzeitig anhängigen Anmeldungen Nr. 08/763,610, erteilt als US-A-6,240,219, und 09/081,842, erteilt als US-A-6,295,392, eingereicht am 11. Dezember 1996 bzw. am 20. Mai 1998, aufgezeigt. In einem beispielsweise in der Anmeldung Nr. 09/081,842 beschriebenen System ist der Prozessor 18 in der dortigen 2 ein hochauflösender Prozessor, der in der Lage ist, eine Auflösung über die Grenzfrequenz der Optik 14 hinaus zu schaffen. Gemäß vorliegender Erfindung wird der Wavelet-Rauschprozessor 20 beispielsweise am Ausgang der Detektoranordnung 16 vorgesehen, um den Signal-Rauschabstand zu verbessern.
  • Wie vorstehend beschriebenen verwendet die vorliegende Erfindung Wavelet-Transformationsverarbeitung. Ein Wavelet ist ein mathematischer Operator, der aus einem Transformationspaar besteht, und es gibt unterschiedliche Typen von Wavelets, die unterschiedliche technische Namen haben, wie etwa Debauchies 4, Debauchies 6 etc. Zum Zweck der Erläuterung ist das Debauchies 4 Wavelet, das in der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, in 3A und 3B dargestellt. Gemäß der Darstellung besteht das Wavelet aus dem Transformationspaar Φ und Ψ, die jeweils eine vorbestimmte Wellenform sind. Wenn das eine Information tragende Signal jeweils mit Φ und Ψ multipliziert wird, wirkt Ψ als ein Hochpassfilter, während Φ als ein Tiefpassfilter wirkt. Auf diese Weise wird das Signal gleichzeitig einer Hochpass- und Tiefpassfilterung unterzogen. Die Ψ-Funktion nimmt effektiv ein Derivat des Signals und schafft so eine Matrix von Werten, die die Differenz zwischen benachbarten Werten in einer Matrix von Werten darstellen, die das Originalsignal enthält, und die resul tierende Hochfrequenzmatrix der Werte wird als die Skalierungsmatrix bezeichnet. Andererseits integriert die Φ-Funktion effektiv die benachbarten Werte in der ursprünglichen Signalmatrix bzw. nimmt einen Durchschnittwert derselben, und die resultierende Matrix der Werte wird als Wavelet-Koeffizientenmatrix bezeichnet. Ferner hat jede resultierende Matrix die Hälfte der Größe der Wertematrix, die das ursprüngliche Signal in einer Dimension darstellt, und die gleiche Größe in der anderen Dimension. Somit haben die Wavelet-Koeffizientenmatrix (Hochfrequenz) und die Wavelet-Skalierungsmatrix (Niederfrequenz) zusammen die gleiche Größe wie die das ursprünglichen Signal darstellende Matrix. Aus der vorstehenden Erläuterung ist verständlich, dass die Wavelet-Transformationsmatrizes sowohl Frequenzinformationen als auch räumliche Informationen aufweisen, die sich auf das erfasste Signal beziehen. Die Art der Hochpass- und Tiefpassfilterung und der resultierenden Matrizes wird im Detail in Zusammenhang mit nachfolgenden Figuren näher erläutert, aber nun wird die Erfindung in Zusammenhang mit dem Blockschaltbild in 4 beschrieben.
  • Wie 4 zeigt, wird das die Information tragende Signal/Bild zunächst erfasst und digitalisiert, wie in Block 20 dargestellt. In den von den Blöcken 22, 24, 26, 28 und 30 dargestellten Blöcken wird ein als Wavelet-Zerlegung bekannter Prozess durchgeführt. Das heißt, dass Wavelet-Transformationen wiederholt genommen werden, um Hochfrequenzkomponenten zu isolieren, die Rauschen entsprechen. Genauer ausgedrückt wird eine Wavelet-Transformation der ersten Ebene des Signals genommen (Block 22) und anschließend wird eine weitere Wavelet-Transformation (zweite Ebene) der Transformation der ersten Ebene genommen und so fort. Wie aus der vorstehenden Erläuterung des Filterungsvorgangs der Wavelet-Transformationspaare zu ersehen ist, ist in der ersten Ebene der Inhalt der Transformation hauptsächlich Signalinformation, jedoch mit dem Berechnen von Transformationen höherer Ordnung sind es hauptsächlich Hochfrequenzkomponenten, die Rauschen zuzuschreiben sind. Somit ist es der Zweck der Wavelet-Zerlegung, den Hochfre quenzinhalt des Signals zu isolieren, wobei gewöhnlich Rauschen, aber keine Informationen in diesen höheren Frequenzen vorliegen.
  • In der bevorzugten Ausführungsform wird dies durch Berechnen von Wavelet-Transformationen bis hinauf zur fünften Ebene erreicht, es versteht sich jedoch, dass die spezifische Ebene variiert werden kann, während das Prinzip der Erfindung beibehalten wird. Ferner sei angemerkt, dass die Begriffe "Hochfrequenz" und "Niederfrequenz" in ihre Verwendung hierin keine absoluten Werte betreffen, sondern relativ hohe und niedrige Werte in Verbindung mit dem Frequenzinhalt der speziellen Signal/Rausch-Kombination, die verarbeitet wird.
  • Sobald das Rauschen isoliert ist, ist es erwünscht, es von dem ursprünglichen Signal zu subtrahieren. Ein Wiederherstellungsprozess, der die Berechnung von umgekehrten Wavelet-Transformationen einschließt, ist dazu erforderlich. So wird wie vorstehend beschrieben jedesmal dann, wenn eine Wavelet-Transformation genommen wird, die Größe des Bildes in einer Dimension halbiert, und da die Transformation entlang beiden Dimensionen des Bildes genommen wird, hat das resultierende Bild in beiden Dimensionen die halbe Größe. Somit ist dann, wenn man die fünfte Wavelet-Transformation erreicht, die Größe des Bildes 1/32 des Originals. Es ist erforderlich, die ursprüngliche Größe des Bildes wiederherzustellen, bevor eine sinnvolle Subtraktion von Rauschen bewirkt werden kann.
  • Durch das Nehmen einer umgekehrten Wavelet-Transformation wird die Wavelet-Transformation zurück in ein Signal in der Zeitdomäne umgewandelt und das Nehmen der nachfolgenden Transformation niedrigerer Ordnung stellt die Größe des Signals oder des Bildes wieder her. Um die umgekehrte Wavelet-Transformation einer bestimmten Ebene zu nehmen, ist es erforderlich, die Skalierungsmatrix und die Wavelet-Koeffizientenmatrix für die darüberliegende Ebene zu verwenden. Da jedoch die Rausch-Information nur in der Koeffizientenmatrix enthalten ist, werden Blind- oder "geänderte" Wellenlängen-Skalierungsmatrizes konstruiert. In der bevorzugten Ausführungsform werden die geänderten Matrizes erhalten, indem alle Koeffizienten auf Null gesetzt wer den, während die Größe der Matrix auf der korrekten Größe für die Transformationsebene, zu der sie gehört, gehalten wird.
  • Auf diese Weise werden in dem von Block 32 dargestellten Schritt Null-gefüllte Wavelet-Skalierungmatrizes der ersten, der zweiten, der dritten, der vierten und der fünften Ebene konstruiert. Anschließend wird in Block 34 die umgekehrte Wavelet-Transformation der vierten Ebene unter Verwendung der Koeffizientenmatrix der fünften Ebene und der Null-gefüllten Wavelet-Skalierungsmatrix der fünften Ebene berechnet. In den Blöcken 36, 40 und 42 werden die dritten bis ersten umgekehrten Wavelet-Transformationen berechnet, wobei für jede Ebene die Koeffizientenmatrix und die Null-gefüllte Wavelet-Skalierungsmatrix für die darüberliegende Ebene verwendet werden. In dem von Block 44 dargestellten Schritt wird die umgekehrte Wavelet-Transformation für die Ebene unterhalb der ersten Ebene unter Verwendung der Koeffizientenmatrix der ersten Ebene und der Null-gefüllten Wavelet-Skalierungsmatrix der ersten Ebene berechnet.
  • Dies resultiert in dem SCHWELLENWERTBEARBEITETEN BILD DER EBENE 5, das dem durch die Wavelet-Transformation der fünften Ebene isolierten Rauschen entspricht, das in die Zeitdomäne umgewandelt wurde. Das SCHWELLENWERTBEARBEITETE BILD DER EBENE 5 wird in Block 44 von dem ursprünglichen Bild subtrahiert, um ein resultierendes Signal zu erzeugen, das als DIFFERENZ-BILD DER EBENE 5 bezeichnet wird. Dieses resultierende Signal hat im Vergleich zu dem ursprünglichen Bildsignal einen verbesserten Signal-Rauschabstand, da das Rauschen davon subtrahiert wurde. Dies kann als das endgültige wiedergewonnene Signal verwendet werden oder es kann weiter verbessert werden, wie nachfolgend beschrieben.
  • Es sei angemerkt, dass in bestimmten Fällen das SCHWELLENWERTBEARBEITETE BILD DER EBENE 5 eine geringe Menge von Restbildinformationen (zum Beispiel Rand- oder Eckdaten) enthalten kann. Dies kann durch die Tatsache bedingt sein, dass die Werte in der Skalierungsmatrix der Wavelet-Transformation der Ebene 5 zwar im wesentlichen Rauschen zuzuschreiben sind, sie aber doch eine geringe Menge Bildinformationen enthalten können, da es in einigen Fällen schwierig sein kann, Hochfrequenz-Bildinformationen von Rauschen zu unterscheiden.
  • Es wurde festgestellt, dass ein Signal gefunden werden kann, das zum Kompensieren der Restbildinformationen nützlich sein kann.
  • Es wurde festgestellt, dass die Informationen in einer Wavelet-Transformation einer niedrigeren Ebene für diesen Zweck verwendet werden können. In der hierin beschriebenen bevorzugten Ausführungsform ist diese niedrigere Ebene die Wavelet-Transformation der zweiten Ebene, obgleich in anderen Ausführungsformen unterschiedliche Ebenen oder Kombinationen daraus empirisch bestimmt werden können.
  • Der Prozess zum Erzeugen des Kompensationssignals ist durch die Blöcke 48, 50 und 52 dargestellt. In dem von Block 48 dargestellten Schritt wird eine Wavelet-Transformation der ersten Ebene unter Verwendung der Koeffizientenmatrix der zweiten Ebene und der Null-gefüllten Wavelet-Skalierungsmatrix der zweiten Ebene berechnet. Dann wird in Block 50 die umgekehrte Wavelet-Transformation für die Ebene unterhalb der ersten Ebene berechnet, und zwar unter Verwendung der Koeffizientenmatrix für die Wavelet-Transformation der ersten Ebene und der Null-gefüllten Wavelet-Skalierungsmatrix für die Wavelet-Transformation der ersten Ebene, wodurch das Kompensationssignal geschaffen wird. Das Resultat wird auf einer Pixel-für-Pixel-Basis von dem ursprünglichen Bild subtrahiert, wodurch ein Zwischensignal geschaffen wird, das als das DIFFERENZ-EBENENBILD DER EBENE 2 bezeichnet ist. Dies wird in Block 52 Pixel für Pixel zu dem DIFFERENZ-BILD DER EBENE 5 addiert, wodurch das verbesserte DIFFERENZ-BILD DER EBENE 2/5 geschaffen wird.
  • Eine weitere Verbesserung des Signal-Rauschabstands kann durch Einschließen des Schrittes von Block 54 möglich sein. Hier wird das SCHWELLENWERTBEARBEITETE BILD DER EBENE 5 zu dem DIFFERENZ-BILD DER EBENE 2/5 addiert. Auf Grund einer Zeichenänderung, die jedesmal dann auftritt, wenn eine Wavelet-Transformation berechnet wird, hat dies den Effekt, dass das Rauschen erneut subtrahiert wird, wobei festgestellt wurde, dass dies den Signal-Rauschabstand weiter verbessert. Das Resultat ist das RAUSCH-REDUZIERTE BILD.
  • Wie vorstehend beschrieben wird in der bevorzugten Ausführungsform das Frequenz-Schwellenwertbearbeitete Signal (SCHWELLENWERTBEARBEITETES SIGNAL DER EBENE 5 in 4) von einer Wavelet-Transformation einer höheren Ordnung hergeleitet, indem geänderte Wavelet-Skalierungmatrizes verwendet werden, die Null-gefüllt sind. In anderen Ausführungsformen können jedoch unterschiedliche geänderte Matrizes verwendet werden. Im Rahmen eines nicht einschränkenden Beispiels können die folgenden (oder andere spezifische geänderte Matrizes) verwendet werden.
    • a. Die Werte in den Wavelet-Skalierungmatrizes können auf eine andere festgelegte Zahl als Null gesetzt werden. Die am besten funktionierende Zahl kann empirisch bestimmt werden.
    • b. Eine modifizierte Version der Amplituden-Schwellenwertbearbeitung kann verwendet werden. Ein Amplituden-Schwellenwert wird für die Werte in der Wavelet-Skalierungsmatrix ausgewählt, und alle Werte unterhalb des Schwellenwerts werden auf Null gesetzt, während alle Werte über dem Schwellenwert unverändert bleiben.
  • Ein Vorrichtungsaspekt der Erfindung kann in einem programmierten Computer 90 implementiert werden, der in 18 gezeigt ist, der den vorstehend beschriebenen und in 4 dargestellten Prozess ausführt. Die ein Computerprogramm aufweisenden Befehle können auf herkömmlichen Speichermedien 92, wie z. B. Magnetdisketten oder optischen Platten gespeichert werden, die von dem Computer 90 gelesen, in dem lokalen Speicher gespeichert und unter Steuerung des Computers ausgeführt würden.
  • Die Erfindung ist unter Bezugnahme auf 5 bis 15 besser verständlich, die verschiedene Stufen des Bildbearbeitungsprozesses sowie einige der spezifischen Wavelet-Transformationen, die verwendet werden können, erläutern.
  • 5 zeigt eine Referenzszene, auf die optisch ein Balkenziel überlagert ist, sodass es als auf der Erde befindlich erscheint. Die Referenzszene enthält Gras 60, Bäume 62 und Straßen 64.
  • 6 zeigt die Referenzszene in der Abbildung durch eine tatsächliche Optik mit einer Grenzefrequenz, wobei das System einen Signal-Rauschabstand von 20 (enthält nur Gauß'sches Rauschen) hat. Es ist zu erkennen, dass der Großteil der Hochfrequenz-Details im Hintergrund verloren ist. 7 ist eine Nahaufnahme des Balkenzielbereichs aus dem Bild in 6.
  • 8A bis 8D stellen Matrixkomponenten der Wavelet-Transformation der ersten Ebene der Referenzszene dar. Es sei angemerkt, dass alle Matrixkomponenten die halbe Größe des ursprünglichen Bildes sowohl in horizontaler als auch vertikaler Richtung haben, da die Wavelet-Transformation in beiden Richtungen genommen wird. 8A ist die Wavelet-Skalierung oder Tiefpassmatrix, während 8B die Koeffizienten- oder Hochpassmatrix der vertikalen Komponenten ist. 8C ist die Koeffizientenmatrix der horizontalen Komponenten, während 8D die Koeffizientenmatrix der diagonalen Komponenten ist, das heißt die Kreuzmenge der horizontalen und der vertikalen Komponenten. Diese Figuren zeigen die Frequenzeigenschaften und die Eigenschaften der räumlichen Anordnungen der Wavelet-Transformation.
  • 9A, 9B und 9C zeigen jeweils ein SCHWELLENWERT-BILD DER EBENE 2, ein SCHWELLENWERTBEARBEITETES BILD DER EBENE 4 und ein SCHWELLENWERTBEARBEITETES BILD DER EBENE 5, die alle mit der D4-Wavelet-Transformation gebildet wurden. Das schwellenwertbearbeitete Bild der Ebene 5 wurde vorstehend in Verbindung mit 4 erörtert und es besteht aus Rauschen, das dann, wenn es von dem ursprünglichen Bild subtrahiert wird, dessen Signal-Rauschabstand verbessert. Das SCHWELLENWERTBEARBEITETE BILD DER EBENE 2 besteht größtenteils aus Informationsinhalt, während 9B ein SCHWELLENWERTBEARBEITETES BILD DER EBENE 4 zeigt, das, wie zu erkennen ist, hinsichtlich des Hochfrequenz-Inhalts zwischen den SCHWELLENWERTBEARBEITETEN BILDERN DER EBENE 2 und der EBENE 5 liegt.
  • 10A, 10B und 10C zeigen jeweils ein DIFFERENZ-BILD DER EBENE 2, ein DIFFERENZ-BILD DER EBENE 4 und ein DIFFERENZ-BILD DER EBENE 5 für die D4-Wavelet-Transformation. Es ist zu beobachten, dass das DIFFERENZ-BILD DER EBENE 4 und das DIFFERENZ-BILD DER EBENE 5 recht ähnlich sind. Diese Bilder wurden hinsichtlich des Rauschens korrigiert, scheinen jedoch einen etwas geringen Kontrast zu haben.
  • 11 zeigt, wie das Addieren von Niederfrequenz- und Hochfrequenzbildern zu dem gewünschten wiedergewonnenen Bild führt. Dies ist der Schritt, der in Block 54 in 4 durchgeführt wird, mit der Ausnahme, dass in 11 ein DIFFERENZ-BILD DER EBENE 2/4 anstatt eines DIFFERENZ-BILDES DER EBENE 2/5 dargestellt ist. Das resultierende wiedergewonnene Bild ist hinsichtlich des Rauschens korrigiert und hat einen geeigneten Kontrast.
  • Das resultierende wiedergewonnene Bild unter Verwendung des Differenz-Bildes der Ebene 2/5 und des Daubechies 4 (D4) Wavelet ist in 12 gezeigt. 13B zeigt eine Nahaufnahme des Balkenzieles aus 12, die eine 5X Verbesserung des Signal-Rauschabstands im Vergleich zu der Nahaufnahme des Balkenzieles des verrauschten Bildes aus 7 zeigt (in 13A zu Vergleichszwecken dargestellt). Dies ist im Vergleich mit den Verbesserungen von 1X bis 2,4X, die mit dem vorstehend erörterten Stand der Technik erzielt werden, vorteilhaft.
  • 14 zeigt das Daubechies (D4) Wavelet-Transformationspaar zusammen mit den entsprechenden Tiefpass- und Hochpassfiltern zur Zerlegung und Wiederherstellung, die den Funktionen Φ bzw. Ψ entsprechen. Diese sind nach dem Stand der Technik bekannt und werden hier nur der Vollständigkeit halber eingeschlossen. Das ursprüngliche Signal bildet eine Wertematrix, wie etwa bei einer Rasterabtastung eines Bildes, das Zeilen und Spalten von Werten hat. Jede Zeile oder Spalte des Signals wird aufeinanderfolgend in nachfolgender Weise durch die Filter geleitet. Die ersten acht Werte in einer Zeile oder Spalte werden mit den Amplitudenwerten entsprechend der Abszisse 0 bis 7 in dem Tiefpassfilter multipliziert, das heißt der erste Signalwert mit dem Amplitudenwert für die Abszisse Null, der zweite Signalwert mit dem Amplitudenwert für die Abszisse 1 usw. Anschließend wird ein gewichteter Durchschnittswert genommen und der resultierende Wert entspricht dem ersten Wert in der resultierenden Transformationsmatrix und so fort für die verbleibenden Werte.
  • Für das Hochpassfilter wird eine Gruppe von Differenzen zwischen benachbarten Werten berechnet und anschließend wie für das Tiefpassfilter gewichtet und kombiniert.
  • 15 zeigt die gleiche Information für die Debauchies 6 (D6) Wavelet-Transformation, während 16 diese Information für die bioorthogonale 4.4 Wavelet-Transformation zeigt. Eine beliebige andere bekannte Wavelet-Transformation, z. B. symmetrisch 8, kann auch verwendet werden. Bestimmte Wavelet-Transformationen können für bestimmte Arten von Szenen besser geeignet sein, und in einer Vorrichtung gemäß der Erfindung würden die verschiedenen Wavelets gespeichert und entweder würde eine Bedienungsperson das für die Szene am besten geeignete Wavelet auswählen oder dies würde durch eine geeignete Software automatisch durchgeführt. Das System kann auch hinsichtlich der spezifischen verwendeten Wavelet-Ebene adaptiv sein, wobei bestimmte Ebenen (z. B. die fünfte Ebene wie hierin dargestellt) bei bestimmten Bildern die besten Resultate ergeben, jedoch unter unterschiedlichen Bedingungen und/oder mit unterschiedlichen Wavelet-Transformationen andere Ebenen besser funktionieren.
  • Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass sie in der Lage ist, sowohl Poisson-Rauschen als auch Gauß'sches Rauschen zu beseitigen. Poisson-Rauschen ist schwierig zu behandeln, da es als Teil des Erfassungsprozesses auftritt und mit der erfassten Signalamplitude variiert, während das Gauß'sche Rauschen von der Signalamplitude unabhängig ist. Um Poisson-Rauschen zu reduzieren, muss die Signalabtastung mit einer zeitlichen oder räumlichen Rate erfolgen, die mindestens das Zweifache der maximalen Informationsfrequenz in dem bandbeschränkten Signal beträgt. Für einen Audiosensor, wie z. B. ein Mikrofon, bedeutet dies, dass einen Abtast-Halte/Analog-Digitalwandler, der vorhanden sein kann, mit mindestens dem Zweifachen der maximalen Frequenz vorhanden ist, die der Vorverstärker durchleiten kann. In ähnlicher Weise muss bei einem Funkempfänger ein Abtast-Halte/Analog-Digitalwandler mit mindestens dem Zweifachen der maximalen Frequenz abtasten, die von den Detektor/IF/Vorverstärker-Stufen durchgeleitet wird. Im Fall der Bildbearbeitung bedeutet dies, dass mindestens zwei Detektoren innerhalb des Zentralpunkts des Beugungsbildes des optischen Systems vorhanden sein müssen. Unter diesen Umständen ist zu sehen, dass ein von nur einem Detektor erfasstes Signal höher als die höchste Informationsfrequenz in dem Signal ist und Rauschen sein muss, das durch Frequenz-Schwellenwertbearbeitung isoliert wird. Es sei angemerkt, dass bei Verwendung in Verbindung mit dem Höchstauflösungsprozessor der Anmeldung Nr. 09/081,842 mindestens fünf Detektoren in dem Zentralpunkt des Beugungsbildes des optischen Systems vorhanden wären.
  • Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, dass der Signal-Rauschabstand bei komplexen Bildern und einfachen Bildern in gleicher Weise verbessert wird. Somit sind das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung über eine große Bandbreite von Bildtypen stabil.
  • Da Informationen tragende Signale ubiquitär sind, kann die Erfindung für zahlreiche Anwendungen verwendet werden, wozu satellitengestützte Bildaufbereitung, auch mit Satelliten, die von der Erde aus gesteuert werden, luftgestützte Bildaufbereitung, landgestützte Fernbildaufbereitung, Unterwasser-Bildaufbereitung, Infrarot-Bildaufbereitung jeglicher Art, Sonar-Bildaufbereitung, LIDAR-Bildaufbereitung, Laser-Rückstreuungs-Bildaufbereitung, die Verbesserung der Genauigkeit von Laser-Entfernungsmessung, die Verbesserung der Genauigkeit von atmosphärischen Messungen, die Reduzierung des Rauschens bei der Radar-Bildaufbereitung, die Beseitigung des Rauschens bei der Doppler-Radar-Bildaufbereitung, wie z. B. Röntgen, CAT-Scan, PET-Scan, MRI, Ultraschall-Bildaufbereitung, Doppler-Ultraschall-Bildaufbereitung, thermische Bildaufbereitung, die Beseitigung des Audio-Rauschens, die Beseitigung von Vibrationen bei Kraftfahrzeugaufhängungen, die Beseitigung des Funk-Rauschens, die Reduzierung des Rauschens in Servo-Schleifen, die Reduzierung von mechanischen Vibrationen, rauscharme Präzisions-Testmessungen, die Beseitigung von Umgebungs-Hintergrundrauschen, die Reduzierung des Rauschens bei der Analyse von seismischen Daten, die Reduzierung des Rauschens bei der Kommunikation auf sehr niedrigen Frequenzen, die Verbesserung des Fernsehsignals, die Vorverarbeitung für höchstauflösende Bildaufbereitung, die Beseitigung des Rauschens in der Radioastronomie, die Beseitigung des Rauschens in Bildern von astronomischen Instrumenten, die Signalverbesserung in der Computernetzkommunikation und die Signalverbesserung in der Internet/Intranet-Kommunikation zählen.
  • 16 zeigt eine spezifische Anwendung der Erfindung als Teil eines Satelliten-Bildaufbereitungssystems 84. Ein derartiges System entspräche im allgemeinen dem Typ des vorstehend beschriebenen Bildaufbereitungssystems und würde eine hierin beschriebene Wavelet-Rauschprozessorvorrichtung enthalten. Es würde von dem Satelliten 80 getragen, der um die Erde 82 umläuft, und Bilder von ausgewählten Zielen auf der Erde bereitstellen. Der Satellit (einschließlich des Bildaufbereitungsprozesses) kann über eine Kommunikationsverbindung 86 durch auf der Erde befindliche Steuereinrichtungen gesteuert werden. Beispielsweise könnten die Bildaufbereitungs-Verweildauer, das Gesichtsfeld und die Spektralbänder, die von Interesse sind, von der Erde aus ausgewählt und gesteuert werden, und zwar unter Verwendung von Computern mit Funk- oder Laserverbindung zu dem Satelliten.

Claims (32)

  1. Verfahren zum Verbessern des Signal-Rauschabstands eines eine Information tragenden Signals in der Signaldomäne, enthaltend die Schritte: a) Berechnen einer Wavelet-Transformation des eine Information tragenden Signals bis zu einer vorbestimmten Ebene (22-30), – wobei jede Wavelet-Transformation bis zu der vorbestimmten Ebene in i) einer Wavelet-Koeffizientenmatrix, die hohe Frequenzen enthält, und ii) einer Wavelet-Skalierungsmatrix, die niedrigen Frequenzen enthält, resultiert; und – wobei die Wavelet-Koeffizientenmatrix in der vorbestimmten Ebene aus Frequenzkomponenten über einer Schwellenfrequenz besteht, die auf Rauschen zurückzuführen sind, b) Berechnen einer umgekehrten Wavelet-Transformation, um ein zweites Signal in der Signaldomäne herzuleiten, das nur Frequenzkomponenten über der Schwellenfrequenz (32-44) hat, – wobei jede umgekehrte Wavelet-Transformation bis zu der vorbestimmten Ebene i) geänderte Wavelet-Skalierungmatrizes, die modifizierte Skalierungskoeffizienten haben, und ii) nicht in geänderte Wavelet-Koeffizientenmatrizes, die nicht modifizierte Wavelet-Koeffizienten haben, verwendet, und c) Subtrahieren des zweiten Signals in der Signaldomäne von dem eine Information tragenden Signal, um ein resultierendes Signal zu schaffen, das einen verbesserten Signal-Rauschabstand (44) hat.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die umgekehrten Wavelet-Transformationen für jede Ebene unter der vorbestimmten Ebene berechnet werden, bis hinab zu der Ebene unter der ersten Ebene, während für die Berechnung für jede Ebene die Wavelet-Koeffizientenmatrix und die geänderte Wavelet-Skalierungsmatrix entsprechend der darüberliegenden Ebene (32-44) verwendet werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, bei welchem alle Koeffizienten der geänderten Wavelet-Skalierungsmatrix auf Null (32) gesetzt sind.
  4. Verfahren nach Anspruch 2, bei welchem alle Koeffizienten der geänderten Wavelet-Skalierungsmatrix auf einen gewählten Wert gesetzt sind, der nicht Null ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 2, bei welchem nur Koeffizienten der geänderten Wavelet-Skalierungsmatrix unter einem vorbestimmten Amplituden-Schwellenwert auf Null gesetzt werden.
  6. Verfahren nach Anspruch 2, bei welchem die vorbestimmte Ebene die Wavelet-Transformation (30) der fünften Ebene ist.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, ferner enthaltend den Schritt des Vorsehens eines dritten Signals in der Signaldomäne, welcher das Berechnen von umgekehrten Wavelet-Transformationen von einer bestimmten Ebene, die unterhalb der vorbestimmten Ebene ist, bis hinab zu der Ebene unter der ersten Ebene umfasst, während für die Berechnung für jede derartige Ebene die Wavelet-Koeffizientenmatrix und die geänderte Wavelet-Skalierungsmatrix verwendet wird, die der darüberliegenden Ebene (32, 48, 50) entspricht.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, bei welchem die bestimmte Ebene unterhalb der vorbestimmten Ebene die zweite Ebene (48) ist.
  9. Verfahren nach Anspruch 7, ferner enthaltend den Schritt des Subtrahierens des dritten Signals in der Signaldomäne von dem die Information tragenden Signal, um ein Zwischensignal zu schaffen, und des Addierens des Zwischensignals zu dem resultierenden Signal (50, 52).
  10. Verfahren nach Anspruch 1 oder 9, ferner enthaltend den Schritt des Subtrahierens des zweiten Signals in der Signaldomäne von dem resultierenden Signal.
  11. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem das die Information tragende Signal durch Abtasten der Information mit mindestens dem Zweifachen der in der Information vorkommenden maximalen Frequenz erhalten wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 3, bei welchem das die Information tragende Signal durch Abtasten der Information mit mindestens dem Zweifachen der in der Information vorkommenden maximalen Frequenz erhalten wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem das die Information tragende Signal von einem Bild hergeleitet wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 12, bei welchem das die Information tragende Signal von einem Bild hergeleitet wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 13, ferner enthaltend den Schritt des Auswählens der vorbestimmten Ebene in Abhängigkeit von dem Bild.
  16. Vorrichtung zum Verbessern des Signal-Rauschabstands eines eine Information tragenden Signals in der Signaldomäne, enthaltend: einem Computer, der so programmiert ist, dass er die Schritte ausführt: a) Empfangen des die Information tragenden Signals und b) Berechnen einer Wavelet-Transformation des die Information tragenden Signals bis zu einer vorbestimmten Ebene (22-30), – wobei jede Wavelet-Transformation bis zu der vorbestimmten Ebene in i) einer Wavelet-Koeffizientenmatrix, die hohe Frequenzen enthält, und ii) einer Wavelet-Skalierungsmatrix, die niedrigen Frequenzen enthält, resultiert; und – wobei die Wavelet-Koeffizientenmatrix in der vorbestimmten Ebene aus Frequenzkomponenten über einer Schwellenfrequenz besteht, die auf Rauschen zurückzuführen sind, c) Berechnen einer umgekehrten Wavelet-Transformation, um ein zweites Signal in der Signaldomäne herzuleiten, das nur Frequenzkomponenten über der Schwellenfrequenz (32-44) hat, – wobei jede umgekehrte Wavelet-Transformation bis zu der vorbestimmten Ebene i) geänderte Wavelet-Skalierungmatrizes, die modifizierte Skalierungskoeffizienten haben, und ii) nicht geänderte Wavelet-Koeffizientenmatrizes, die nicht modifizierte Wavelet-Koeffizienten haben, verwendet, und d) Subtrahieren des zweiten Signals in der Signaldomäne von dem die Information tragenden Signal, um ein resultierendes Signal zu schaffen, das einen verbesserten Signal-Rauschabstand (44) hat.
  17. Vorrichtung nach Anspruch 16, bei welcher die umgekehrten Wavelet-Transformationen für jede Ebene unter der vorbestimmten Ebene berechnet werden, bis hinab zu der Ebene unter der ersten Ebene, während für die Berechnung für jede Ebene die Wavelet-Koeffizientenmatrix und die geänderte Wavelet-Skalierungsmatrix entsprechend der darüberliegenden Ebene (32-44) verwendet wird.
  18. Vorrichtung nach Anspruch 17, bei welcher alle Koeffizienten der geänderten Wavelet-Skalierungsmatrix auf Null (32) gesetzt sind.
  19. Vorrichtung nach Anspruch 17, bei welcher alle Koeffizienten der geänderten Wavelet-Skalierungsmatrix auf einen vorbestimmten Wert gesetzt sind, der nicht Null ist.
  20. Vorrichtung nach Anspruch 16, bei welcher nur Koeffizienten der geänderten Wavelet-Skalierungsmatrix unter einem vorbestimmten Amplituden-Schwellenwert auf Null gesetzt sind.
  21. Vorrichtung nach Anspruch 18, bei welcher die vorbestimmte Ebene die Wavelet-Transformation (30) der fünften Ebene ist.
  22. Vorrichtung nach Anspruch 16, bei welcher der Computer so programmiert ist, dass er ein drittes Signal in der Signaldomäne vorsieht, indem umgekehrte Wavelet-Transformationen von einer bestimmten Ebene berechnet werden, die unterhalb der vorbestimmten Ebene ist, bis hinab zu der Ebene unter der ersten Ebene, während für die Berechnung für jede derartige Ebene die Wavelet-Koeffizientenmatrix und die geänderte Wavelet-Skalierungsmatrix verwendet wird, die der darüberliegenden Ebene (32, 48, 50) entspricht.
  23. Vorrichtung nach Anspruch 22, bei welcher die bestimmte Ebene unterhalb der vorbestimmten Ebene die zweite Ebene (48) ist.
  24. Vorrichtung nach Anspruch 21, bei welcher der Computer so programmiert ist, dass er das dritte Signal in der Signaldomäne von dem die Information tragenden Signal subtrahiert, um ein Zwischensignal zu schaffen, und das Zwischensignal zu dem resultierenden Signal (50, 52) addiert.
  25. Vorrichtung nach Anspruch 16, bei welcher der Computer ferner so programmiert ist, dass er das zweite Signal in der Signaldomäne von dem resultierenden Signal (50, 52) subtrahiert.
  26. Vorrichtung nach Anspruch 24, bei welcher der Computer ferner so programmiert ist, dass er das zweite Signal in der Signaldomäne von dem resultierenden Signal subtrahiert.
  27. Vorrichtung nach Anspruch 16, ferner enthaltend eine Einrichtung zum Abtasten des die Information tragenden Signals mit mindestens dem Zweifachen der in der Information vorkommenden maximalen Frequenz, bevor das die Information tragende Signal von dem Computer erhalten wird.
  28. Vorrichtung nach Anspruch 18, ferner enthaltend eine Einrichtung zum Abtasten des die Information tragenden Signals mit mindestens dem Zweifachen der in der Information vorkommenden maximalen Frequenz, bevor das die Information tragende Signal von dem Computer erhalten wird.
  29. Vorrichtung nach Anspruch 16, bei welcher das die Information tragende Signal ein Bildsignal ist.
  30. Vorrichtung nach Anspruch 28, bei welcher das die Information tragende Signal ein Bildsignal ist.
  31. Vorrichtung nach Anspruch 29, bei welcher der Computer so ausgelegt ist, dass er die vorbestimmte Ebene in Abhängigkeit von dem Bild auswählt.
  32. Speichermedium, enthaltend ein Befehlswerk, das von einem Computer zur Durchführung der Schritte umgesetzt werden kann: a) Berechnen einer Wavelet-Transformation eines eine Information tragenden Signals bis zu einer vorbestimmten Ebene (22-30), – wobei jede Wavelet-Transformation bis zu der vorbestimmten Ebene in i) einer Wavelet-Koeffizientenmatrix, die hohe Frequenzen enthält, und ii) einer Wavelet-Skalierungsmatrix, die niedrige Frequenzen enthält, resultiert; und – wobei die Wavelet-Koeffizientenmatrix in der vorbestimmten Ebene aus Frequenzkomponenten über einer Schwellenfrequenz besteht, die auf Rauschen zurückzuführen sind, b) Berechnen einer umgekehrten Wavelet-Transformation, um ein zweites Signal in der Signaldomäne herzuleiten, das nur Frequenzkomponenten über der Schwellenfrequenz (32-44) hat, – wobei jede umgekehrte Wavelet-Transformation bis zu der vorbestimmten Ebene i) geänderte Wavelet-Skalierungmatrizes, die modifizierte Skalierungskoeffizienten haben, und ii) nicht geänderte Wavelet-Koeffizientenmatrizes, die nicht modifizierte Wavelet-Koeffizienten haben, verwendet, und c) Subtrahieren des zweiten Signals in der Signaldomäne von dem die Information tragenden Signal, um ein resultierendes Signal zu schaffen, das einen verbesserten Signal-Rauschabstand (44) hat.
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