ITSV970011A1 - Procedimento di filtratura passa-alto per la messa a fuoco di immagini, in particolare di immagini digitali. - Google Patents

Description

Descrizione dell'Invenzione industriale dal titolo: "Procedimento di filtratura passa-alto per la messa a fuoco di immagini , in particolare di immagini digitali"

TESTO DELLA DESCRIZIONE

L'invenzione si riferisce ad un procedimento di filtratura passa-alto per la messa a fuoco di immagini, in particolare di immagini digitali, o simili che sono composte da una pluralità di singole zone punticosiddetti pixel che presentano intensità lumivariabili separatamente tra loro, in modo da generare nell'insieme una immagine, ed il quale procedimento di filtratura prevede per ciascun pixel dell'immagine una correzione del valore d'intensità del detto pixel che viene calcolata statisticamente sulla base di combinazioni di filtrature passa-alto eseguite secondo almeno una, preferibilmente secondo almeno quattro diverse direzioni relativamente alla matrice di pixel che formano l'immagine.

Nei noti metodi, ciascun pixel in esame viene sottoposto ad una filtratura passa. -àlto secondo più direzioni, utilizzando filtri passa-alto monodirezionali. I risultati di ciascuna filtratura passa-alto monodirezionali vengono successivamente combinati, previa pesatura, in modo da ottenere delle correzioni statistiche del pixel in filtratura.

Questi noti metodi di filtratura passa-alto garantiscono da un lato la messa a fuoco dell'immagine, ovvero dei contorni netti delle immagini, però possono determinare al tempo stesso uno spostamento delle linee di contorno, lungo le quali vi sono variazioni di intensità di una certa sostanziale entità e pertanto causano un certo grado di deformazione dell'immagine riprodotta rispetto alla forma reale dell'oggetto rappresentato. Questo inconveniente è molto gravoso in particolare nei dispositivi di acquisizione di immagi -ni , come ad esempio l'acquisizione di immagini mediante ecografia, o risonanza magnetica nucleare. In questo caso infatti, è di notevole importanza che vi sia un elevato grado di corrispondenza tra la forma reale e l'immagine riprodotta e che l'immagine stessa presenti anche un elevato grado di nitidezza e chiarezza.

L'invenzione si basa quindi sul problema di realizzare un procedimento di filtratura passa-alto di immagini costituite in particolare da matrici di zone puntiformi tra loro indipendenti che consente di avere immagini nitide ed a fuoco, con il massimo grado di fedeltà rispetto all'oggetto in esame e che siano attuabili con un limitato dispendio di tempo di calcolo.

L'invenzione risolve il problema di cui sopra con un procedimento del tipo descritto all'inizio, in cui il filtro passa-alto determina la correzione di ciascun pixel di una immagine costituita da un insieme di pixel, cioè da una matrice di pixel sulla base di una media delle intensità di almeno coppie di pixel vicini, ovvero a prestabilite distanze e su lati opposti del pixel in esame, costruendo una corrispondente nuova immagine filtrata composta dai pixel corretti.

Secondo un perfezionamento, la correzione viene determinata sotto forma di una media opportunamente pesata tra valori di correzione ottenuti dalle medie intensità di almeno una coppia o di almeno più coppie di pixel della matrice di pixel in esame, su lati opposti del pixel in esame, con riferimento ad almeno due diverse direzioni nella matrice di pixel, preferibilmente a quattro direzioni della matrice di pixel, mentre la detta procedura viene ripetuta per ciascun pixel della matrice di pixel in esame, ovvero da sottoporre a filtratura.

Vantaggiosamente la correzione di ciascun pixel è determinata dalla combinazione pesata delle correzioni, cosiddette direzionali, risultanti dalle medie di almeno due coppie di pixel sui lati opposti del pixel in esame, essendo le coppie di pixel orientate rispettivamente secondo una direzione orizzontale, secondo una direzione verticale, e secondo due direzioni diagonali intermedie, cioè corrispondenti alle posizioni angolari 0°, 45°, 90°, 135°.

Secondo un primo perfezionamento, nel calcolo delle medie di intensità relative almeno a coppie di pixel su lati opposti del pixel in esame, l'intensità dei pixel viene pesata in funzione della distanza degli stessi dal pixel in esame, venendo ciascun valore di intensità moltiplicato per un fattore decrescente con l'aumentare della distanza.

In particolare il procedimento secondo l'invenzione prevede i seguenti passi:

a) Per ciascuna di almeno una, preferibilmente quattro diverse direzioni definibili con riferimento alla matrice di pixel, la determinazione delle medie dei valori di intensità, eventualmente opportunamente pesati in relazione alla distanza, di due o più pixel della matrice di pixel, ovvero dell'immagine da sottoporre a filtratura, i quali pixel sono disposti su lati opposti del pixel in esame ed allineati tra loro lungo la prestabilita direzione; b) Per ciascuna di almeno una, preferibilmente delle quattro direzioni definibili con riferimento alla matrice di pixel in esame, la determinazione di una soglia di intensità cosiddetta direzionale che equivale alla media tra le medie di intensità dei pixel sui lati opposti del pixel in esame nel seguito indicate con M(dir,l) ed M(dir,2);

c) Per ciascuna di almeno una, preferibilmente delle quattro direzioni definibili con riferimento alla matrice di pixel, la determinazione di un fattore di correzione, cosiddetto direzionale, ovvero dipenden-'te dalla direzione e che consiste nel valore assoluto della differenza tra le medie di intensità dei pixel vicini sui due lati opposti del pixel in esame nel seguito indicate con M(dir,l) e M(dir,2) ed allineati secondo la prestabilita direzione, il quale fattore di correzione viene opportunamente pesato mediante moltiplicazione per un fattore di pesatura ed a cui viene attribuito un segno positivo o negativo a seconda del fatto se l'intensità del pixel in esame è maggiore o minore del valore di soglia per la corrispondente direzione.

d) La determinazione della correzione dell'intensità del pixel in filtratura mediante somma delle singole correzioni direzionali opportunamente pesate come dal passo precedente c) e mediante la normalizzazione della detta somma con la divisione della stessa per la somma dei fattori di moltiplicazione di pesatura dei valori di correzione direzionali;

e) La somma del valore di correzione così ottenuto al valore d'intensità del pixel in esame.

f) La ripetizione dei passi precedenti a) ad e) per ciascuno di almeno una prestabilita parte o di tutti i pixel della matrice di pixel nella sua situazione antecedente alla filtratura.

La pesatura dei valori di correzione direzionali, la cui somma normalizzata costituisce la correzione d'intensità del pixel in esame può venire eseguita in vari modi, in particolare risulta opportuno pesare ciascun valore di correzione direzionale, moltiplican-·dolo per il suo stesso valore.

Il procedimento di filtratura passa-alto secondo quanto indicato consente di eliminare l'effetto di sfocatura delle linee in una immagine digitale richiedendo calcoli relativamente rapidi e quindi un minore dispendio di tempo di calcolo e soprattutto degli elaboratori con una configurazione più limitata e meno costosa. Il tutto senza causare uno spostamento od una deformazione delle linee rispetto alla situazione reale e pertanto assicurando una grandissima fedeltà tra situazione reale ed immagine visualizzata, in particolare quando l'immagine è la risultante di metodi di acquisizione del tipo ecografico o a risonanza magnetica nucleare.

In questa prima forma più generica tuttavia, il filtro passa-alto esegue tuttavia delle correzioni di tipo quasi on/off, per cui l'immagine corretta può presentare linee o bordi tra zone chiare e zone scure che presentano un andamento seghettato.

Per eliminare questo inconveniente, secondo un perfezionamento dell'invenzione, per ciascuna direzione di almeno una, preferibilmente delle quattro direzioni definibili con riferimento alla matrice di punti non viene calcolata solamente una soglia direzionale, ma è possibile definire con l'ausilio delle medie u intensità dei pixel vicini sui lati opposti del pixel in esame un numero maggiore e qualsivoglia di soglie legate alla corrispondente direzione. In questo modo l'intensità del pixel in esame può cadere nell'ambito di n+1 intervalli definiti da n soglie direzionali .

Il segno ed il valore di correzione direzionale nonché il peso attribuibile allo stesso sono quindi determinabili ora in dipendenza dell'intervallo in cui il valore d'intensità del pixel in esame viene a cadere.

In particolare, in questo caso, il metodo secondo l'invenzione prevede di attribuire un fattore di attenuazione e/o di accentuazione della correzione direzionale di intensità che è funzione dell'intervallo tra le soglie in cui cade l'intensità del pixel in esame.

La funzione da cui dipende il fattore di attenuazione/accentuazione della correzione direzionale è tale, per cui il fattore aumenta con l'aumentare del valore assoluto della differenza tra l'intensità del pixel in esame e la soglia centrale.

In particolare viene utilizzato un fattore di attenuazione che è pari ad 1 quando l'intensità del pixel in esame cade negli intervalli più lontani dalla soglia centrale. In particolare, dato un numero n dispari di soglie ed un numero n+1 di intervalli il fattore di attenuazione aumenterà di 2/(n+1) per ciascun intervallo in direzione di allontancimento dalla soglia centrale.

La determinazione del segno e del valore assoluto delle singole correzioni direzionali viene invece eseguita in modo identico come nel caso di una sola soglia, attribuendo un segno negativo o positivo a seconda che l'intensità del pixel in esame sia minore o maggiore della soglia centrale ed attribuendo come valore assoluto della correzione la differenza pesata tra le medie dei valori d'intensità dei pixel sui lati opposti del pixel in esame per la corrispondente direzione.

La correzione si ottiene quindi sommando tra loro le correzioni direzionali moltiplicate per il relativo fattore di attenuazione e per il corrispondente peso delle singole correzioni direzionali e dividendo tale somma per la somma dei pesi stessi delle correzioni direzionali .

Grazie a questo perfezionamento, le correzioni di intensità dei singoli pixel in esame vengono attenuate od accentuate a seconda del valore assoluto della differenza tra il valore d'intensità dei pixel in filtratura e la soglia centrale direzionale definita come media tra le medie definite come M(dir,l)e M(dir,2) dei valori di intensità dei pixel vicini sui lati opposti del pixel in esame e per la corrispondente direzione. Come risultato di queste attenuazioni od accentuazioni della correzione d'intensità dei pixel si ottiene sempre una eliminazione della sfocatura dell'immagine, eliminando però la seghettatura delle linee.

Il filtro passa-alto secondo l'invenzione viene vantaggiosamente applicato ad una immagine costituita da una matrice di pixel che è stata preventivamente sottoposta ad una filtratura passa-basso per l'eliminazione del rumore, ovvero delle fluttuazioni di intensità dei pixel dovute al rumore in fase di rilevamento dell'immagine stessa.

Anche nel caso di due o più soglie, il filtro passa-alto resta semplice e richiede tempi di elaborazione e potenze di calcolo limitate rispetto ai noti metodi di filtratura per l'aumento della nitidezza. Inoltre anche questo perfezionamento non causa deforinazioni dell'immagine rispetto alla situazione reale e pertanto consente di ottenere una elevata fedeltà di riproduzione.

L'invenzione presenta degli ulteriori perfezionamenti che sono oggetto delle sottorivendicazioni.

Le caratteristiche dell'invenzione ed i vantaggi da esse derivanti risulteranno meglio dalla seguente descrizione di un esempio esecutivo non limitativo illustrato nelle figure allegate, in cui:

La fig. 1 illustra una zona di una immagine digitale, costituita da due strisce verticali scure tra cui è interposta una striscia verticale chiara.

La fig. 2 illustra il diagramma che rappresenta le intensità luminose di ciascun pixel della fila indicata dalla freccia nella immagine digitale secondo la fig. 1.

La fig. 3 illustra una possibile immagine digitale corrispondente ad una situazione secondo quella' della figura 1 così come si otterrebbe in uscita da un filtro passa-basso e mediante ad esempio un sistema di rilevamento a risonanza magnetica nucleare.

La fig. 4 illustra un diagramma che rappresenta i pixel e la loro intensità per la fila orizzontale di pixel indicata dalla freccia nella fig. 3 mentre i risultati della correzione di due pixel sono illustrati con linea tratteggiata.

La fig. 5 illustra la zona dell'immagine o matrice di pixel della fig. 3 che viene presa in considerazione per la filtratura passa-alto del pixel P3,« con il procedimento secondo l'invenzione.

La fig. 6 illustra i diagrammi di tre righe orizzontali di pixel, cioè di una riga superiore, di una riga intermedia contenente il pixel in esame ed i due opposti pixel a sinistra ed a destra dello stesso e di una riga inferiore e della relativa soglia per la direzione orizzontale.

La fig. 7 illustra analogamente alla fig. 6 i diagrammi delle intensità relativi a tre colonne di pixel sinistra, intermedia e centrale, in cui la colonna intermedia presenta in posizione centrale il pixel in esame.

Le figg.8 e 9 illustrano analogamente alle precedenti figure 6 e 7 i diagrammi di intensità dei pixel' relativi alle due direzioni diagonali, essendo sempre il pixel in esame previsto nella fila diagonale intermedia ed in posizione centrale.

La fig. 10 illustra una la zona dell'immagine digitale secondo la fig. 3 presa in considerazione per la filtratura passa-alto di un ulteriore pixel in esame P3,7-Le figg. 11, 12, 13, 14 illustrano i diagrammi -telle intensità dei pixel per rispettivamente le direzioni , orizzontale e verticale, e per le due direzioni diagonali analogamente a quanto esposto nelle figure 6 a 9 ed essendo sempre il pixel in esame in posizione centrale nella corrispondente fila centrale.

La fig. 15 illustra la variante esecutiva in cui per le correzioni vengono utilizzate tre soglie direzionali per diverse intensità del pixel in filtratura.

Nelle figure 1 e 2 è illustrata una immagine digitale sotto forma di matrice di pixel, così come dovrebbe apparire se la fedeltà di acquisizione e riproduzione fosse completa, cioè in assenza di rumore e di variazioni statistiche. L'immagine è composta da 9X6 pixel illustrati sotto forma di quadratini disposti su una griglia formata da sei righe e nove colonne.

Il diagramma della fig. 2 illustra l'andamento dell'intensità nella terza riga dall'alto.

Nella seguente descrizione ciascun pixel è indicato da una coppia di numeri in cui i indica la riga orizzontale e i la colonna.

Il diagramma 2 illustra pertanto l'intensità dei pixel P3j con j=l, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, cioè dei pixel sulla terza riga dall'alto.

La figura 3 illustra un modello di quella che potrebbe essere l'immagine digitale effettivamente ottenuta da un sistema di acquisizione, come ad esempio un dispositivo per i rilevamento di immagini mediante risonanza magnetica nucleare od un sistema per il rilevamento di immagini ecografiche. L'immagine di cui alla figura 3, presenta nella zona di passaggio tra chiaro e scuro dei pixel che sono o troppo scuri o troppo chiari. L'immagine di cui alla fig. 3 potrebbe essere sia l'immagine direttamente ricevuta da un sistema di rilevamento sia una immagine risultante da una o più preventive elaborazioni per l'eliminazione del rumore, come ad esempio una prima filtratura con un filtro passa-basso di qualsivoglia tipo attualmente noto od utilizzato.

Il diagramma della fig. 4 illustra le intensità dei pixel P3j, con J=1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, cioè della medesima riga di pixel delle figure 1 e 2.

Come è chiaramente visibile, i margini tra le zone chiare e quelle più scure non sono più definiti e ciò comporta un effetto di sfocatura dell'immagine.

Allo scopo di correggere questo difetto senza determinare uno spostamento delle linee che renderebbe l'immagine corretta non più fedele alla situazione reale, l'invenzione prevede un metodo che è costituito dai seguenti passi.

Per ciascun pixel della matrice di pixel che costituiscono l'immagine da sottoporre a filtratura, viene presa in esame una zona dell'immagine comprendente un numero di righe ed un numero di colonne dispari e nel cui centro, ovvero nella zona d'incrocio della riga e della colonna centrale, e previsto il pixel in esame. Per i pixel della zona d'esame viene formata una matrice in cui nelle corrispondenti posizioni del pixel vengono memorizzati i valori intensità degli stessi.

Con riferimento alle figure 5 a 9, il pixel in esame è il pixel Ρ3,4 . La zona d'immagine considerata per la filtratura sarà la zona comprendente i pixel

Definendo il pixel in filtratura come pixel centrale della matrice di pixel e definendo per semplici-tà il pixel centrale in filtratura come Pr,r la zona comprenderà per un numero z di righe ed un numero w di<' >colonne i pixel Pk,i con

Nell'esempio illustrato z=w=5.

La matrice sottoposta al procedimento di filtratura passa-alto comprenderà quindi i valori di intensità I*,i relativi ai corrispondenti pixel Ρχ,ι, e cioè

La matrice corrispondente ai pixel di contorno al pixel da sottoporre a filtratura viene quindi moltiplicata per una matrice di filtratura per ciascuna di guattro diverse direzioni che sono corrispondenti ad assi con 0°, 45°, 90°, e 135°.

Vantaggiosamente per le direzioni 0° e 90° è possibile prendere in considerazione una matrice Ιχι, centrata sul valore d'intensità Ir,r del pixel Pr,r centrale da sottoporre a filtratura che presenta solamente tre righe e tre colonne mentre le matrici filtranti per le direzioni 45°, 135°, ovvero le due direzioni diagonali presentano nell'esempio illustrato una dimensione di cinque righe e cinque colonne.

Inoltre, i valori di intensità Ik1 dei pixel Ρk,ι che contornano il pixel in esame Pr,r possono venire moltiplicati per un fattore che è funzione della loro distanza dal pixel in esame Pr,r<

Le matrici di filtratura per le singole direzioni 0°, 45°, 90°, 135°, cioè per le direzioni orizzontale, verticale, e per le due direzioni diagonali hanno la seguente forma:

vero per una delle due direzioni diagonali indicata con D2.

In cui i fattori fi, gi, ai, bi, con i=l, 2, ...,6, sono dei fattori di pesatura dei valori di intensità dei pixel che contornano il pixel in esame, cioè il pixel centrale Pr,r·da sottoporre a filtratura, i quali fattori sono funzioni della distanza del corrispondente pixel dal pixel sotto filtratura Pr,r.

La dipendenza dei valori fi, gi, ai, bi, dalla distanza del corrispondente pixel dal pixel in esame è inversamente proporzionale alla detta distanza.

Tra le diverse possibili scelte che possono venire fatte, risulta vantaggioso scegliere fl=f3=-f4=-f6 e f2=-f5; e corrispondentemente gl=g3=-g4=-g6 e g2=-g5; al=a3=-a4—-a6 e a2=-a5; e bl=b3=-b4=-b6 e b2=-b5.

Una ulteriore scelta vantaggiosa, ma non obbligatoria è quella di porre ulteriormente fl=gl=al=bl e f2=g2=a2=b2.

Possibile compiere diverse scelte di funzioni fi, gi, ai, bi. Nella forma esecutiva illustrata si è scelto

ifl=f3=-f4=-f6=gl=g3=-g4=-g6=al=a3=-a4=-a6=bl=b3=-b4= -b6= 1

e f2=-f5=g2=-g5=a2=-a5=b2=-b5= 2 , ottenendo pertanto le seguenti matrici direzionali di filtratura.

dir

rez

per

per una delle due direzioni diagonali indicata con D2.

La moltiplicazione indicata in seguito con 0 di queste matrici è definita come la satina dei prodotti 'tiegli elementi corrispondenti delle due matrici, ossia che occupano la stessa posizione, ovvero

Eseguendo detta moltiplicazione, delle matrici di cui sopra con la corrispondente matrice 3X3 o 5X5 delle intensità Ik,i dei pixel EVi, l'effettuazione del modulo del risultato della moltiplicazione e la divisione per il modulo della somma di fi, gi, ai, bi per i=l, 2, 3 si ottiene per ciascuna direzione un valore che costituisce il modulo della differenza della media delle intensità M(dir,l) ed M(dir,2) tra i pixel Pk,i su un lato del pixel Pr,r in filtratura ed i pixel Pk,i sull'altro lato del pixel Pr,r in filtratura con riferimento alla corrispondente direzione 0°, 45°, 90°, 135° . Questo valore del modulo della differenza tra la medie delle intensità M(dir,l) e M(dir,2) dei pixel Pk,i su lati opposti del pixel in filtratura Pr,r viene utilizzata quale valore per il calcolo della correzione d'intensità del pixel in filtratura Pr,r relativamente alla corrispondente direzione e che nel testo della presente descrizione e nelle rivendicazioni è definito come correzione direzionale C(dir), in cui con riferimento agli esempi illustrati dir equivale a

La correzione definitiva del pixel in filtratura si ottiene eseguendo una somma pesata e nomata delle singole correzioni direzionali.

In particolare, la correzione direzionale è costituita dal modulo della differenza tra le medie M(dir,l) e M(dir,2) dei pixel Ρ*,ι su lati opposti del pixel in filtratura ΡΓ)Γ con riferimento alla corrispondente direzione.

La pesatura viene eseguita moltiplicando ciascuna correzione direzionale C(dir) per un fattore Q(dir) che è diverso per ciascuna delle correzioni direzionali previste e che in particolare può essere costituito dallo stesso valore C(dir) per ciascuna direzione.

Le correzioni direzionali C(dir), con dir=0 45°, 90°, 135° ed i relativi fattori di pesatura Q(dir} sono valori assoluti e pertanto privi di segno. Al fine di stabilire quale segno (+) o (-) attribuire a ciascuna correzione direzionale, nella somma delle stesse per la determinazione della correzione del pixel in filtratura Pr,r( il procedimento secondo l'invenzione prevede di utilizzare dei valori di soglia calcolati per ciascuna direzione di filtratura e con cui viene confrontato il valore dell'intensità Ir,r del pixel in filtratura Pr,r.

In una prima forma esecutiva la soglia direzionale indicata con S(dir), in cui dir=0°, 45°, 90°, 135°, viene calcolata nel modo seguente:

in cui la funzione modulo { ) è definita come la matrice dei moduli ovvero dei valori assoluti degli elementi della matrice.

Analogamente a quanto sopra si ottiene per le altre direzioni :

5 Questa inedia viene utilizzata per definire un valore di soglia S(0°), S(45°), S(90<e>), S(135°) per ciascuna direzione 0°, 45° , 90° , 135°.

Le soglie di cui sopra, cosiddette in seguito e nelle rivendicazioni soglie direzionali, vengono confrontate con l'intensità Ir,c del pixel centrale Pr,r sottoposto a filtratura. Questo confronto determina il segno della correzione della filtratura da apportare all'intensità Ir,r, del pixel Pr,r, in filtratura e la correzione è positiva se Ir,r è maggiore del valore della rispettiva soglia direzionale, mentre la correzione è negativa se Ir,r è inferiore al valore della detta soglia direzionale, venendo questa operazione eseguita per ciascuna delle quattro soglie direzionali.

dove sign (x) è la funzione che assume il valore (-1) per x<0 e (+1) per x>0.

Nell'esempio delle figure 5 a 9, il Pixel Pr,r ha valore 50 e le soglie direzionali sono indicate con s (0°), S(45°), S(90°J ed S(135°). I valori di fi, gi, ai, bi, per i= l, 2, 3, 4, 5, 6 sono quelli indicati in precedenza e cioè:

fl=f3=-f4=-f6=gl=g3=-g4=-g6=al=a3=-a4=-a6=bl=b3=-b4= -b6= 1

Il procedimento di filtratura secondo l'invenzione aumenta pertanto l'intensità del pixel Pr,r secondo le figg. 5 a 6 da 1=50 a 1=70,7.

Nelle figure 10 a 14 è illustrata la zona esaminata per la filtratura di un ulteriore pixel Px,x.

Il procedimento utilizzato è analogo a quanto descritto in precedenza relativamente alle figure 5 a 9. In questo caso, le matrici che descrivono le intensità dei pixel rilevanti al fine della filtratura e che sono centrate sul pixel in filtratura Pz>x sono le seguenti.

il pixel PXX in filtratura presenta una intensità I(PX,X)=30.

Applicando quanto sopra si ottengono le seguenti soglie:

S (0°)=32,5 >1(Px,x)=30;

segno correzione direzionale: (-1)

Il procedimento di filtratura secondo l'invenzione diminuisce pertanto l'intensità del pixel Px,x secondo le figg. 10 a 14 di 28,5 da 1=30 a 1=7.

Le correzioni ottenute per il caso secondo l'esempio delle figg. 5 a 9 ovvero per il pixel Pr,r e per il caso secondo le figg. 10 a 14, ovvero per il pixel P*r* sono inserite con linee tratteggiate nel diagramma della fig. 4.

Il procedimento di filtratura viene ripetuto per ogni pixel Pi,3 dell'immagine e fornisce una matrice di correzione alle intensità originali dei pixel che ha le stesse dimensioni dell'immagine originale o di solamente una sua parte.

Secondo un ulteriore perfezionamento dell'invenzione, le correzioni di ciascun pixel C(Pr,r)fornite dalla filtratura possono venire moltiplicate per un ulteriore peso di attenuazione e/o eventualmente di accentuazione. Il peso può venire determinato empiricamente valutando direttamente l'effetto sull'immagine visualizzata. Il peso può essere diverso per ciascuna correzione C(Pr,r) od uguale per tutte le correzioni dei singoli pixel e generalmente è un peso di attenuazione della correzione e viene definito uguale per tutti i pixel in filtratura.

Il riferimento per l'algoritmo di filtratura è costituito sempre dall'immagine digitale originale, ed i valori d'intensità corretti vengono utilizzati solamente per costruire la nuova immagine filtrata, ma non entrano in gioco durante la filtratura.

Secondo una variante del procedimento illustrato, è possibile utilizzare delle diverse matrici di filtratura direzionale ad esempio per le direzioni diagonali

zioni diagonali, è possibile prendere in considerazione una stessa matrice di dimensioni 3x3 per tutti i passi di filtratura direzionale, senza dover isolare due diversi campi dell'immagine digitale centrati sul pixel in filtratura Pr,r o P*,x.

Il resto del procedimento resta invariato e come descritto.

Il procedimento secondo questi due esempi esecutivi opera in modo molto brusco alzando o riducendo drasticamente l'intensità del pixel Pr.r o Pz,x in filtratura. Questo funzionamento discretizzato, del tipo on/off comporta tuttavia che le linee possono risultare seghettate, ovvero con un lieve andamento a zigzag.

Per poter ridurre questo effetto di seghettatura, l'invenzione prevede quale perfezionamento del metodo di stabilire un fattore statistico di pesatura delle singole correzioni direzionali C(dir) che tenga conto della distanza del valore originale del pixel in filtratura rispetto alla corrispondente soglia direzionale S(dir).

Il fattore di pesatura può essere una funzione qualsivoglia del modulo della differenza tra valore di soglia direzionale e intensità del pixel in filtratura.

Preferibilmente la dipendenza del fattore di pesatura dal modulo della differenza tra valore di soglia direzionale e intensità del pixel in filtratura è una funzione discreta che attribuisce valori fissi per campi od intervalli di grandezza della detta differenza, venendo per valori della detta differenza molto elevati scelto il fattore di pesatura 1, mentre per valori della detta differenza più piccoli il fattore di pesatura è una frazione prestabilita.

Secondo una particolare forma esecutiva, la definizione degli intervalli per la determinazione del valore di ulteriore pesatura di una correzione direzionale, viene eseguita definendo più soglie, ovvero almeno tre soglie direzionali.

Le soglie vengono calcolate sempre partendo dalla media tra i valori medi dei pixel vicini su i due lati opposti del pixel Pr,r in filtratura e con riferimento alla direzione in esame.

Definendo la media dell'intensità dei pixel Pk>1 su lati opposti del pixel Pr,r in filtratura con riferimento alla direzione come M(dir,l) e M(dir,2)f con

in cui il simbolo ® indica il particolare prodotto che è definito in precedenza.

Analogamente per le altre direzioni:

è pertanto possibile calcolare il valore delle singole soglie per un numero k, con k= Ι,.,.,η di soglia:

S(dir,k)= [(n+l-k)xM{dir,l)+kxM(dir,2)]/(n+1)

Con i valori di fi, gi, ai, bi come definiti nella precedente descrizione si ottiene per un numero n=3 di soglie:

Le soglie 1, 2, 3 dividono la differenza tra le medie dei pixel P*,i sui due lati opposti del pixel in filtratura Pr,z- e con riferimento alla corrispondente direzione in quattro intervalli.

Quando l'intensità I(Pr,r) del pixel in filtratura cade negli intervalli più esterni, ovvero sotto alla soglia più bassa S(l) o sopra alla soglia più alta S(3) allora il fattore di pesatura della correzione direzionale C(dir) da attribuire al pixel Pr,r in filtratura è 1. Quando la detta intensità I(Pr,r) del pixel in filtratura Pr,r cade negli intervalli tra le due soglie estreme S(l) e S(3) e la soglia centrale S(2) , allora il fattore di pesatura della corrispondente correzione direzionale C(dir) è pari ad una frazione di 1, ad esempio a 0,5.

Nella fig. 15 è illustrato il diagramma relativo all'intensità dei tre pixel Pr,r-i, Pr,r e Pr,r+i allineati con il pixel in filtratura Pr,r nella direzione orizzontale dell'immagine ovvero di una zona dell'immagine composta da nove pixel centrati intorno ad un pixel in filtratura Pr,r con diversi valori di

I(Pr,r)

S(0°,1), S(0°,2) ed S(0°,3) indicano le tre soglie che sono state definite come sopra indicato genericamente e S(0°,1)=50, S(0°,2)=55, S(0°,3)=60.

La correzione direzionale C(0°) che è stata calcolata nel precedente esempio è di (-400). Secondo il perfezionamento, se l'intensità del pixel Pr,r/ è pari a 48 e quindi cade nel primo intervallo inferiore alla soglia s(0°,l), la correzione direzionale C(0°) viene moltiplicata per un peso W=1. Nel calcolo della corresione complessiva, pertanto C(0°)xW sarà uguale a (-400) .

Nel caso invece che l'intensità di Pr,r fosse di 52, essa verrebbe a cadere nel secondo intervallo tra la soglia inferiore S(0°,1) e S(0°,2). In questo caso il fattore di pesatura W della correzione direzionale (-400) è ad esempio W=0.5. Pertanto nella combinazione delle singole correzioni direzionali per il calcolo della correzione dell'intensità del pixel PC,E la direzione 0° inciderà solamente per -200.

Quanto sopra esposto vale naturalmente anche per gli intervalli definiti alle soglie sopra alla soglia centrale S(2) ed ai quali sono associati simmetricamente al caso precedente il fattore di pesatura W=1 quando l'intensità del pixel in filtratura Pr>r è superiore a quella della soglia S(3) e W=0,5 quando la detta intensità è compresa tra le soglie S(2) ed S(3). Questo accorgimento consente di ridurre i valori di correzione dei pixel in filtratura in base alla maggiore o minore vicinanza del valore d'intensità alla soglia centrale ottenuta quale media delle medie dei valori d'intensità dei pixel su lati opposti del pixel in filtratura Pr,r per ciascuna direzione. Ciò rispecchia anche una certa concezione statistica che ragionevolmente tiene conto del fatto che più l'intensità del pixel Pr,r in filtratura è vicina al valore della soglia direzionale centrale, più si riduce la sicurezza del fatto che l'intensità dello stesso debba venire ridotta od aumentata.

L'introduzione delle soglie porta ad una attenuazione dell'effetto on/off e ad un effetto di spianamento delle linee, cosiddetto smoothing, senza causare deformazioni o spostamenti delle stesse rispetto alla situazione originale e quindi mantenendo una elevata fedeltà di riproduzione ed una notevole nitidezza dell'immagine.

L'algoritmo che descrive il procedimento di filtratura passa-alto secondo l'invenzione è molto semplice e non richiede una elevata potenza di calcolo. Ciò significa notevole velocità di filtratura e utilizzo di elaboratori poco dispendiosi.

Naturalmente, l'invenzione non è limitata a quanto descritto ed illustrato ma può essere ampiamente variata. Così, infatti, le scelte delle direzioni e della struttura delle matrici, nonché la scelta della zona dell'immagine o della matrice di pixel da prendere in considerazione per la filtratura del pixel Pr,r non deve essere limitata a quanto descritto ed illustrato. Infatti è possibile pendere in considerazione un maggiore numero di pixel per ciascuna direzione. Inoltre le direzioni, ancorché sia molto più semplice usare direzioni verticali, orizzontali, e diagonali; possono essere interpretate anche in senso lato, ovvero quali percorsi ideale di congiunzione di un certo numero di pixel a determinate distanze e con determinate posizioni relative tra loro e rispetto al pixel in filtratura e le cui medie eventualmente pesate vengono elaborate statisticamente tra loro ed utilizzate sotto forma di media per la determinazione di soglie di confronto e sotto forma di differenza per la definizione dei valori assoluti di correzione.

Così, ad esempio le direzioni possono essere anche linee poligonali che collegano idealmente diversi e qualsivoglia pixel della zona in esame. Anche le funzioni di pesatura dei valori d'intensità dei pixel Pk,i prescelti per la filtratura del pixel Pr,r e variabili in relazione alla distanza degli stessi dal pixel in filtratura, nonché i fattori di pesatura delle correzioni direzionali C(dir), il numero delle soglie direzionali ed i pesi statistici di attenuazione legati ai differenti intervalli definiti dalle dette soglie possono variare liberamente. Il tutto senza abbandonare il principio informatore sopra esposto ed a seguito rivendicato.

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI 1. Procedimento di filtratura passa-alto per la messa a fuoco di immagini, in particolare di immagini digitali, o simili che sono composte da una pluralità di singole zone puntiformi, cosiddetti pixel (Pi,j) che presentano intensità luminose Ι(Pi,3) variabili separatamente tra loro, in modo da generare nell'insieme una immagine, ed il quale procedimento di filtratura prevede per ciascun pixel (Pi,3) dell'immagine una correzione C(Pi,3) del valore d'intensità del detto pixel (Pi,3) che viene calcolata statisticamente sulla base di combinazioni di filtrature passa-alto eseguite secondo almeno una, preferibilmente secondo almeno quattro diverse direzioni (0°, 45°, 90°, 135°) relativamente alla matrice di pixel (Pi,3) che formano 1'immagine. caratterizzato dal fatto che il filtro passa-alto determina la correzione (c(Pr,r)) di ciascun pixel (Pr,r; Px,x) di una immagine costituita da un insieme di pixel (P1,j), cioè da una matrice di pixel sulla base di una media delle intensità di almeno una coppia, preferibilmente di almeno più coppie di pixel vicini, ovvero a prestabilite distanze e su lati opposti del pixel (Pr,r, Px,x) in filtratura, con riferimento a ciascuna delle direzioni predefinite (0°, 45°, 90°, 135°) costruendo una corrispondente nuova immagine filtrata conposta dai pixel corretti. 2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la correzione (C(Pr,r) ; C(Pz,x)) viene determinata sotto forma di una media opportunamente pesata tra valori di correzione (C(dir,Pr,r.);C(dir,Px,x)) <' >ottenuti dalle medie delle intensità di almeno coppie di pixel della matrice di pixel in esame, su lati opposti del pixel in filtratura, con riferimento ad almeno due diverse direzioni (dir= 0°, 45°, 90°, 135°) nella matrice di pixel, preferibilmente a quattro direzioni della matrice di pixel, mentre la detta procedura viene ripetuta per ciascun pixel (Pi/3) della matrice di pixel in esame, ovvero da sottoporre a filtratura. 3. Procedimento secondo le rivendicazioni 1 o 2, caratterizzato dal fatto che la correzione (C(Pr,r); C(Px,x)) di ciascun pixel è determinata dalla combinazione pesata delle correzioni (C(dir, Pr,r) , C(dir, Px,x) ) , cosiddette direzionali, risultanti dalle medie di almeno due coppie di pixel sui lati opposti del pixel in filtratura (Ρr,r·; Px,x) , essendo le coppie di pixel orientate rispettivamente secondo prestabilite direzioni (0°, 45°, 90°, 135°) rispetto alle file e colonne della matrice di pixel (P±,j) ,cioè in particolare una direzione orizzontale, una direzione verticale, e due direzioni diagonali intermedie, ovvero essendo i pixel di almeno ciascuna coppia, scelti in base ad un prestabilita disposizione reciproca tra loro e relativamente al pixel (Pr,r; Px,x) in filtratura secondo determinati schemi. 4. Procedimento secondo una o più delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che nel calcolo delle medie di intensità relative almeno a coppie di pixel su lati opposti del pixel in filtratura, l'intensità dei pixel viene pesata in funzione della distanza degli stessi dal pixel in filtratura, venendo ciascun valore di intensità moltiplicato per un fattore (fi, gi, ai, bi) dipendente dalla distanza e decrescente con l'aumentare della stessa. 5. Procedimento secondo una o più delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che prevede i seguenti passi: a) Per ciascuna di almeno una, preferibilmente quattro diverse direzioni definibili con riferimento alla matrice di pixel (Pi,3), la determinazione delle medie dei valori di intensità (Iij ) , eventualmente opportunamente pesati (fi, gi, ai, bi) in relazione alla distanza, di due o più pixel della matrice di pixel (Pi, 3) , ovvero dell'immagine da sottoporre a filtratura, i quali pixel sono disposti su lati opposti del pixel in esame (Pr,r/ Px,x) ed allineati tra loro lungo la prestabilita direzione (0°, 45°, 90°, 135°); b) Per ciascuna di almeno una, preferibilmente delle quattro direzioni (0°, 45°, 90°, 135°) definibili con riferimento alla matrice di pixel (Pi,j) in esame, la determinazione di almeno una soglia (S(dir); S{0°), S(45°), S<90°), S(135°) di intensità cosiddetta direzionale che equivale alla media tra le medie di intensità dei pixel sui lati opposti del pixel in filtratura; c) Per ciascuna di almeno una, preferibilmente delle quattro direzioni (0°, 45°, 90°, 135°) definibili con riferimento alla matrice di pixel (P(i,j)), la determinazione di un fattore di correzione, cosiddetto direzionale (C(dir)), ovvero dipendente dalla direzione e che consiste nel valore assoluto della differenza tra le medie di intensità dei pixel vicini sui due lati opposti del pixel in esame ed allineati secondo la prestabilita direzione, la quale media viene opportunamente pesata mediante moltiplicazione per un fattore di pesatura (Q(dir)) ed al valore assoluto della quale media moltiplicata per il corrispondente fattore di correzione (Q(dir)) viene attribuito un segno positivo o negativo a seconda del fatto se l'intensità del pixel in filtratura (I(Pr,r))è maggiore o minore del valore di soglia (S(dir), S(0°), S(45°), S(90°), S(135°)> per la corrispondente direzione. d) La determinazione della correzione dell'intensità del pixel in filtratura mediante somma delle singole correzioni direzionali (C(dir)) opportunamente pesate (Q(dir)) come dal passo precedente c) e mediante la normalizzazione della detta somma con la divisione della stessa per la somma dei fattori di moltiplicazione di pesatura Q(dir) dei valori di correzione direzionali (C(dir)); e) La somma della correzione (C(Pr,r), C(PX,x)) così ottenuta al valore d'intensità (I(Pr,r); I(Px,x)) del pixel in filtratura. f) La generazione di una immagine digitale sotto forma di matrice di pixel, in cui nella corrispondente posizione del pixel in filtratura (Pr,r; Px,x) viene visualizzata l'intensità corretta mediante filtratura del pixel (Pr,r; Px,*) filtrato.; g) La ripetizione dei passi precedenti a) ad e) per ciascuno di almeno una prestabilita parte o di tutti i pixel (Pi,j) della matrice di pixel nella sua situazione antecedente alla filtratura. 6. Procedimento secondo una o più delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che la pesatura (Q(dir)) dei valori di correzione direzionali (c(dir)), la cui somma normalizzata costituisce la correzione d'intensità del pixel in filtratura (Pr,r; Ρχ,χ) viene eseguita scegliendo il fattore di peso direzionale (Q(dir)) uguale al modulo della associata correzione direzionale (C(dir)). 7. Procedimento secondo una o più delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che per ciascuna direzione di almeno una, preferibilmente delle quattro direzioni definibili <0°, 45°, 90°, 135°) con riferimento alla matrice di punti (Pi,j) vengono definite con l'ausilio delle medie d'intensità dei pixel vicini sui lati opposti del pixel in filtratura (Pr,r; Px,x) un numero maggiore e qualsivoglia n di soglie direzionali (S(l), S(2), S(3)), generando un numero di intervalli (n+1) in cui può venire a cadere l'intensità del pixel in filtratura (Pr,r; Px,x) e prevedendo un fattore di attenuazione e/o accentuazione della correzione direzionale d'intensità (C(dir)) per la corrispondente direzione che varia a seconda dell'intervallo in cui cade l'intensità del pixel in filtratura (Pr,r; Ρχ,χ) , ovvero un fattore di attenuazione e/o di accentuazione della correzione direzionale di intensità che è funzione dell'intervallo tra le soglie direzionali (S(l), S(2), S(3), S{n)) in cui cade l'intensità del pixel in filtratura. 8. Procedimento secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che il fattore di attenuazione/accentuazione (W) della correzione direzionale è tale, per cui il fattore (W) aumenta con l'aumentare del valore assoluto della differenza tra l'intensità (Ixr.r) del pixel in filtratura (Pr,r) e la soglia centrale (S(2)). 9. Procedimento secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che il fattore di pesatura (W) è al massimo uguale a 1. 10. Procedimento secondo le rivendicazioni 8 o 9, caratterizzato dal fatto che la funzione di dipendenza del fattore di pesatura (W) dagli intervalli definiti dalle soglie direzionali (S(l), S(2), S (3) S(n)) è una funzione discreta che presenta decremeti fissi di valore 2/(n+l) per ciascun intervallo definito da n soglie partendo dal valore 1 per l'intervallo esterno alla soglia estrema superiore ed inferiore rispetto a quella centrale essendo in caso di un numero n dispari di soglie i detti fattori (W) di pesatura simmetrici rispetto alla soglia centrale (S[(n+1)/2], S(2)). 11. Procedimento secondo una o più delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che per ciascun pixel in filtratura (Pr,r/P*rx) viene esaminata un'area di pixel di contorno (Pk,i) della quale area il pixel in filtratura (Pr,r; P*,*) occupa la zona centrale, venendo generata una matrice di valori di intensità (I(Pk,i)) dei pixel (Ρχ,ι) con un prestabilito numero di righe (z) ed un prestabilito numero di colonne (w) venendo i valori di correzione ottenuti mediante matrici di filtratura per almeno una, preferibilmente per più di una, in special modo per quattro direzioni con dimensioni identiche (z,w) alle matrici corrispondenti alle zone esaminate: e che presentano elementi diversi da zero in corrispondenza dei pixel (Pk,i) il cui valore d'intensità viene utilizzato per il calcolo della corrispondente correzione direzionale (C(dir)). 12. Procedimento secondo la rivendicazione 11, caratterizzato dal fatto che vengono esaminate quattro direzioni con orientamento 0°, 45°, 90°, 135°, rispetto alle righe della matrice di pixel in esame (Pk,i) centrata intorno al pixel in filtratura (Pr,r; Px,,), essendo le matrici di filtratura per le singole direzioni del tipo:

   in cui i fattori fi, gi, ai, bi, con i=l, 2, ...,6, sono dei fattori di pesatura dei valori di intensità dei pixel che contornano il pixel in esame, cioè il pixel centrale (Pr,r) da sottoporre a filtratura, i quali fattori sono funzioni della distanza del corrispondente pixel dal pixel sotto filtratura (Pr-r*·). 13. Procedimento secondo la rivendicazione 12, caratterizzato dal fatto che le soglie direzionali sono definite nel seguente modo:

   in cui la funzione modulo( ) è definita come la matrice dei moduli ovvero dei valori assoluti degli elementi della matrice ed in cui il simbolo definisce un particolare prodotto di queste matrici che è definito come la somma dei prodotti degli elementi corrispondenti delle due matrici, ossia che occupano la stessa posizione, ovvero

   ed analogamente a quanto sopra si ottiene per le altre direzioni :

   ì 0 0 M 0 0Ì

   14. Procedimento secondo la rivendicazione 13, caratterizzato dal fatto che per le direzioni diagonali 45° e 135°, le matrici di filtratura possono essere anche di dimensioni uguali a quelle per le direzioni 0° e 90° , e cioè:

   15 . Procedimento secondo una o più delle precedenti rivendicazioni 11 a 14, caratterizzato dal fatto che fl=f3—-f4=-f6 e f2=-f5; e corrispondentemente gl=g3=-g4=-g6 e g2=-g5; al=a3=-a4=-a6 e a2=-a5; e bl=b3=-b4=-b6 e b2=-b5. 16. Procedimento secondo la rivendicazione 15 caratterizzato dal fatto che fl=gl=al=bl e f2=g2=a2=b2 . 7 di t d l i di i 16

   18. Procedimento secondo una o più delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che la correzione (C(Pr,r); C(PX,X)) del pixel in filtratura (P ; P ) si ottiene dalla seguente formula:

   in cui la funzione sign (x) assume il valore (-1) per x<0 e (+1) per x>0. 19. Procedimento secondo una o più delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto per ciascuna direzione vengono determinate più soglie direzionali come segue: Definendo la media dell'intensità dei pixel (Pfcfl) su lati opposti del pixel (Pr,r) in filtratura con riferimento alla direzione come M(dir,l) e M(dir,2), con per dir=0°, 45°, 90°, 135°

   in cui il simbolo ® indica il prodotto definito alla rivendicazione 13 ed analogamente per le altre direzioni :

   « ,!STO3⁄4,<( >^4

   20 .Procedimento secondo la rivendicazione 19, caratterizzato dal fatto che per tre soglie (S(l) , S(2), S<3)) i fattori di pesatura (W(s) delle correzioni direzionali (C(dir)) sono pari a 0,5 negli intervalli tra la soglia centrale (S(2)) e le due soglie (S(l), S(3)), inferiore e superiore e pari a 1 negli intervalli superiore alla soglia superiore (S(3)) ed inferiore alla soglia inferiore (S(l)>. 21. Procedimento secondo una o più delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che il valore della correzione dell'intensità del pixel in filtratura risultante dalla somma normalizzata delle correzioni direzionali associate al detto pixel in filtratura viene ulteriormente pesato con un fattore di attenuazione/accentuazione prima di venire sommato all'intensità originale del pixel in filtratura, essendo tale fattore di attenuazione/accentuazione della correzione d'intensità del pixel in filtratura definito empiricamente sulla base dell'effetto visivo sull'immagine visualizzata. 22. Procedimento secondo la rivendicazione 21, caratterizzato dal fatto che il fattore di attenuazione/accentuazione della correzione d'intensità del pixel in filtratura può essere diverso per diversi pixel o gruppi di pixel od uguale per tutta la matrice di pixel. 23. Procedimento dì filtratura passa-alto per la messa a fuoco di immagini , in particolare di immagini digitali, in tutto od in parte, come descritto, illustrato e per gli scopi su esposti.