JPH05143634A - 相関演算装置 - Google Patents
相関演算装置Info
- Publication number
- JPH05143634A JPH05143634A JP3303350A JP30335091A JPH05143634A JP H05143634 A JPH05143634 A JP H05143634A JP 3303350 A JP3303350 A JP 3303350A JP 30335091 A JP30335091 A JP 30335091A JP H05143634 A JPH05143634 A JP H05143634A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- data
- fourier transform
- range
- correlation
- calculation
- Prior art date
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 短い演算時間でありながら、データ範囲につ
いて限定を付すことができるようにする。 【構成】 ウインドデータwは、画像中の限定範囲内に
ついては「1」、限定範囲外については「0」となって
いる2値データである。したがって、このウインドデー
タwと基準データrとの乗算を行なえば基準データrの
範囲について限定できる。また、ウインドデータwその
もののフーリエ変換値と、入力データpのフーリエ変換
値とを乗算し、乗算結果を逆フーリエ変換すればΣp2
w,Σpwなどが得られる。このΣp2 w,Σpwは、
ウインドデータwによって範囲が限定されたΣp2 ,Σ
pに他ならない。相関値演算手段22は、このようにし
て求めたΣp2 ,Σp等に基き相関値Cprの演算を行
う。
いて限定を付すことができるようにする。 【構成】 ウインドデータwは、画像中の限定範囲内に
ついては「1」、限定範囲外については「0」となって
いる2値データである。したがって、このウインドデー
タwと基準データrとの乗算を行なえば基準データrの
範囲について限定できる。また、ウインドデータwその
もののフーリエ変換値と、入力データpのフーリエ変換
値とを乗算し、乗算結果を逆フーリエ変換すればΣp2
w,Σpwなどが得られる。このΣp2 w,Σpwは、
ウインドデータwによって範囲が限定されたΣp2 ,Σ
pに他ならない。相関値演算手段22は、このようにし
て求めたΣp2 ,Σp等に基き相関値Cprの演算を行
う。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、画像認識あるいは音声
認識など各種データの認識に用いられる相関演算装置に
関するものである。
認識など各種データの認識に用いられる相関演算装置に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】相関演算は、画像認識処理等の分野で用
いられる演算手法であり、入力データpと基準データr
との相関性を、相関値Cprを演算することにより求め
ようとするものである。
いられる演算手法であり、入力データpと基準データr
との相関性を、相関値Cprを演算することにより求め
ようとするものである。
【0003】すなわち、入力データp及び基準データr
の平均値をpバー及びrバー、相関範囲を求める範囲の
データ量をNとすれば、自己分散Sp,Sr、共分散S
prは、
の平均値をpバー及びrバー、相関範囲を求める範囲の
データ量をNとすれば、自己分散Sp,Sr、共分散S
prは、
【0004】
【数1】 で表わされる。ここで
【0005】
【数2】 である。そして、相関値Cprは、
【0006】
【数3】 により求められる。
【0007】なお、平方根演算は煩雑なため、Spr<
0のときは、Cpr=0とし、Spr>0のときに、
0のときは、Cpr=0とし、Spr>0のときに、
【0008】
【数4】 として演算することがある。
【0009】また、簡易演算法としてSpとSrの差が
小さな場合には、
小さな場合には、
【0010】
【数5】 として相関値Cprを求めることもある。
【0011】図5は、上記の演算を行うためフーリエ変
換を利用した演算装置の一部の構成を示すブロック図で
ある。すなわち、入力データp及び基準データrはフー
リエ変換部101,102によりフーリエ変換される。
このとき、それぞれのフーリエ変換値は互に共役な複素
数である。
換を利用した演算装置の一部の構成を示すブロック図で
ある。すなわち、入力データp及び基準データrはフー
リエ変換部101,102によりフーリエ変換される。
このとき、それぞれのフーリエ変換値は互に共役な複素
数である。
【0012】乗算部103は、これらの共役複素数の乗
算を行ない、逆フーリエ変換部104はその乗算結果に
対して逆フーリエ変換を行なう。これによりΣprが求
められる。
算を行ない、逆フーリエ変換部104はその乗算結果に
対して逆フーリエ変換を行なう。これによりΣprが求
められる。
【0013】なお、この場合、特にデータ範囲について
は限定していないためΣp2 ,Σr2 及びpバー,rバ
ーは一度だけ求めればよく、また、フーリエ変換を利用
しているので演算時間は短いものとなっている。
は限定していないためΣp2 ,Σr2 及びpバー,rバ
ーは一度だけ求めればよく、また、フーリエ変換を利用
しているので演算時間は短いものとなっている。
【0014】しかし、画像処理の都合上、どうしてもデ
ータ範囲についての限定が必要な場合がある。例えば、
対象認識などの場合は、データの半分が対象データとな
り、残り半分が背景データとなるように範囲を限定する
と相関による認識がしやすくなるので、上記の範囲限定
が必要となる。
ータ範囲についての限定が必要な場合がある。例えば、
対象認識などの場合は、データの半分が対象データとな
り、残り半分が背景データとなるように範囲を限定する
と相関による認識がしやすくなるので、上記の範囲限定
が必要となる。
【0015】そこで、このような場合には、フーリエ変
換を利用した演算装置を用いずに、図6に示す如く、原
画像のデータをそのまま用いて、マッチングの範囲を限
定する手法が採用されている。
換を利用した演算装置を用いずに、図6に示す如く、原
画像のデータをそのまま用いて、マッチングの範囲を限
定する手法が採用されている。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように、原画像のデータを用いて相関値の演算を行う
と、演算時間が非常に大きなものとなる。
ように、原画像のデータを用いて相関値の演算を行う
と、演算時間が非常に大きなものとなる。
【0017】例えば、入力画像及び基準画像の大きさを
512×512画素(全体で262,144画素)と
し、基準画像の限定範囲を256×256画素(全体で
65,536画素)とすると、Σp2 ,Σp,Σprを
求めるための演算回数は、
512×512画素(全体で262,144画素)と
し、基準画像の限定範囲を256×256画素(全体で
65,536画素)とすると、Σp2 ,Σp,Σprを
求めるための演算回数は、
【0018】
【数6】 となる。したがって、1画素あたりに要する演算時間を
100nsとすると、全体の演算時間は1718sすな
わち約28分という長い時間となる。
100nsとすると、全体の演算時間は1718sすな
わち約28分という長い時間となる。
【0019】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、短い演算時間でありながら、データ範囲について
限定を付すことができる相関演算装置を提供することを
目的とする。
あり、短い演算時間でありながら、データ範囲について
限定を付すことができる相関演算装置を提供することを
目的とする。
【0020】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するための手段として、入力データと基準データとの間
の相関関係を求める相関演算装置において、前記入力デ
ータのフーリエ変換を行う入力データフーリエ変換手段
と、前記基準データ及び前記入力データを、その相関関
係を求める範囲のみのデータに限定するデータ範囲限定
手段と、前記データ範囲限定手段により限定された範囲
のデータに基いて、このデータから導かれる関連値を演
算する関連値演算手段と、前記データ範囲限定手段から
出力されるデータのフーリエ変換を行う限定データフー
リエ変換手段と、前記入力データフーリエ変換手段から
出力されるデータと、前記限定データフーリエ変換手段
から出力されるデータとの乗算を行う乗算手段と、前記
乗算手段から出力されるデータの逆フーリエ変換を行う
逆フーリエ変換手段と、前記逆フーリエ変換手段及び前
記関連値演算手段からのデータを入力して、前記相関関
係を表わす相関値の演算を行う相関値演算手段と、を備
えたことを特徴としている。
するための手段として、入力データと基準データとの間
の相関関係を求める相関演算装置において、前記入力デ
ータのフーリエ変換を行う入力データフーリエ変換手段
と、前記基準データ及び前記入力データを、その相関関
係を求める範囲のみのデータに限定するデータ範囲限定
手段と、前記データ範囲限定手段により限定された範囲
のデータに基いて、このデータから導かれる関連値を演
算する関連値演算手段と、前記データ範囲限定手段から
出力されるデータのフーリエ変換を行う限定データフー
リエ変換手段と、前記入力データフーリエ変換手段から
出力されるデータと、前記限定データフーリエ変換手段
から出力されるデータとの乗算を行う乗算手段と、前記
乗算手段から出力されるデータの逆フーリエ変換を行う
逆フーリエ変換手段と、前記逆フーリエ変換手段及び前
記関連値演算手段からのデータを入力して、前記相関関
係を表わす相関値の演算を行う相関値演算手段と、を備
えたことを特徴としている。
【0021】
【作用】上記構成ではフーリエ変換を利用した手法を採
用しているので、演算時間は短いものとなる。すなわ
ち、主な演算時間は、入力データ及び基準データのフー
リエ変換に要する時間、このフーリエ変換により得られ
る複素数同士の乗算に要する時間、この乗算結果の逆フ
ーリエ変換に要する時間、限定された基準データの関連
値の演算に要する時間などであるが、これらの演算回数
は数回から十数回程度であり、全体の演算時間は短かな
ものである。
用しているので、演算時間は短いものとなる。すなわ
ち、主な演算時間は、入力データ及び基準データのフー
リエ変換に要する時間、このフーリエ変換により得られ
る複素数同士の乗算に要する時間、この乗算結果の逆フ
ーリエ変換に要する時間、限定された基準データの関連
値の演算に要する時間などであるが、これらの演算回数
は数回から十数回程度であり、全体の演算時間は短かな
ものである。
【0022】一方、データ範囲の限定については、デー
タ範囲限定手段が、基準データ及び入力データについて
相関関係を求める範囲のデータに限定している。したが
って、対象認識なども容易に行なえる。
タ範囲限定手段が、基準データ及び入力データについて
相関関係を求める範囲のデータに限定している。したが
って、対象認識なども容易に行なえる。
【0023】
【実施例】以下、本発明の実施例を図1乃至図4に基き
説明する。図1は第1実施例の構成を示すブロック図で
ある。
説明する。図1は第1実施例の構成を示すブロック図で
ある。
【0024】図1において、入力データpのフーリエ変
換を行う入力データフーリエ変換手段1は、自乗演算部
2、フーリエ変換部3,4により構成されている。入力
データp及び基準データrの範囲を限定するデータ範囲
限定手段5は、ウインドデータwの格納部6と、このウ
インドデータwと基準データrとの乗算を行う乗算部7
とから構成されている。
換を行う入力データフーリエ変換手段1は、自乗演算部
2、フーリエ変換部3,4により構成されている。入力
データp及び基準データrの範囲を限定するデータ範囲
限定手段5は、ウインドデータwの格納部6と、このウ
インドデータwと基準データrとの乗算を行う乗算部7
とから構成されている。
【0025】限定データフーリエ変換手段8は、フーリ
エ変換部9,10により構成されている。関連値演算手
段11は、自己分散Srを演算する演算部12と、平均
値rバーを演算する演算部13とから構成されている。
エ変換部9,10により構成されている。関連値演算手
段11は、自己分散Srを演算する演算部12と、平均
値rバーを演算する演算部13とから構成されている。
【0026】そして、乗算手段14は乗算部15,1
6,17により構成され、逆フーリエ変換手段18は、
逆フーリエ変換部19,20,21により構成されてい
る。相関値演算手段22は、この逆フーリエ変換手段1
8及び関連値演算手段11から出力されるデータに基い
て相関値の演算を行うようになっている。
6,17により構成され、逆フーリエ変換手段18は、
逆フーリエ変換部19,20,21により構成されてい
る。相関値演算手段22は、この逆フーリエ変換手段1
8及び関連値演算手段11から出力されるデータに基い
て相関値の演算を行うようになっている。
【0027】図2は関連値演算手段11の演算部12,
13の構成を示すブロック図である。演算部12は、自
乗部23、累積部24、自己分散算出部25により構成
され、演算部13は累積部26、平均値算出部27によ
り構成されている。
13の構成を示すブロック図である。演算部12は、自
乗部23、累積部24、自己分散算出部25により構成
され、演算部13は累積部26、平均値算出部27によ
り構成されている。
【0028】次に、このように構成される第1実施例の
動作につき説明する。格納部6にはウインドデータwが
格納されているが、このウインドデータwは2値データ
であり、画像中の限定すべき範囲内には「1」が格納さ
れ、範囲外には「0」が格納されている。
動作につき説明する。格納部6にはウインドデータwが
格納されているが、このウインドデータwは2値データ
であり、画像中の限定すべき範囲内には「1」が格納さ
れ、範囲外には「0」が格納されている。
【0029】乗算部7は、このウインドデータwと基準
データrとの乗算を行うので、乗算部7からは限定され
た基準データrのみが出力される。そして、演算部1
2,13は、この限定された基準データrから自己分散
Sr,平均値rバーを演算する。また、フーリエ変換部
9は、ウインドすなわち画像中の限定範囲を示すデータ
をフーリエ変換し、フーリエ変換部10は限定された基
準データrのフーリエ変換を行う。
データrとの乗算を行うので、乗算部7からは限定され
た基準データrのみが出力される。そして、演算部1
2,13は、この限定された基準データrから自己分散
Sr,平均値rバーを演算する。また、フーリエ変換部
9は、ウインドすなわち画像中の限定範囲を示すデータ
をフーリエ変換し、フーリエ変換部10は限定された基
準データrのフーリエ変換を行う。
【0030】一方、入力データフーリエ変換手段1で
は、Σp2 を求めるため、入力データpが自乗演算部2
により自乗された後、フーリエ変換部3によりフーリエ
変換される。また、Σp及びΣprを求めるため、入力
データpがフーリエ変換部4によりフーリエ変換され
る。
は、Σp2 を求めるため、入力データpが自乗演算部2
により自乗された後、フーリエ変換部3によりフーリエ
変換される。また、Σp及びΣprを求めるため、入力
データpがフーリエ変換部4によりフーリエ変換され
る。
【0031】次いで、乗算手段14の乗算部15,1
6,17は、フーリエ変換部3,4の出力と、フーリエ
変換部9,10の出力との乗算を行ない、逆フーリエ変
換手段18の逆フーリエ変換部19,20,21はその
乗算結果について逆フーリエ変換を行う。
6,17は、フーリエ変換部3,4の出力と、フーリエ
変換部9,10の出力との乗算を行ない、逆フーリエ変
換手段18の逆フーリエ変換部19,20,21はその
乗算結果について逆フーリエ変換を行う。
【0032】この場合、逆フーリエ変換部19,20,
21からは、それぞれΣp2 w,Σpw,Σprwが出
力される。このΣp2 wはウインドデータwによって範
囲が限定されたΣp2 の値に他ならない。同様に、Σp
w,Σprwもウインドデータwにより範囲が限定され
たΣp,Σprの値である。
21からは、それぞれΣp2 w,Σpw,Σprwが出
力される。このΣp2 wはウインドデータwによって範
囲が限定されたΣp2 の値に他ならない。同様に、Σp
w,Σprwもウインドデータwにより範囲が限定され
たΣp,Σprの値である。
【0033】ところで、前述した式(1),(3)のS
p,Sprは式(4),(5)の関係を用いて下記のよ
うに表わすことができる。
p,Sprは式(4),(5)の関係を用いて下記のよ
うに表わすことができる。
【0034】
【数7】 相関値演算手段22は、この式(9),(10)により
Sp,Sprを演算し、さらに、前述した式(6)すな
わち
Sp,Sprを演算し、さらに、前述した式(6)すな
わち
【0035】
【数8】 により相関値Cprの演算を行う。
【0036】上記のような演算手法によれば、フーリエ
変換を利用しているので、極めて高速に演算を行うこと
ができ、また、データ範囲限定手段によりデータ限定が
可能となっているので、対象認識を行うのに好適なもの
となっている。
変換を利用しているので、極めて高速に演算を行うこと
ができ、また、データ範囲限定手段によりデータ限定が
可能となっているので、対象認識を行うのに好適なもの
となっている。
【0037】図3は本発明の第2実施例の構成を示すブ
ロック図である。この図における入力データフーリエ変
換手段1Aは、図1における入力データフーリエ変換手
段1から自乗演算部2及びフーリエ変換部3を削除した
ものである。同様に、演算手段14A,逆フーリエ変換
手段18Aも、それぞれ図1における演算手段14,逆
フーリエ変換手段18から演算部15,逆フーリエ変換
部19を削除したものである。
ロック図である。この図における入力データフーリエ変
換手段1Aは、図1における入力データフーリエ変換手
段1から自乗演算部2及びフーリエ変換部3を削除した
ものである。同様に、演算手段14A,逆フーリエ変換
手段18Aも、それぞれ図1における演算手段14,逆
フーリエ変換手段18から演算部15,逆フーリエ変換
部19を削除したものである。
【0038】前述した式(8)は、式(4)の関係から
下記のように表わすことができるが、
下記のように表わすことができるが、
【0039】
【数9】 図3の相関値演算手段22は、この式(11)を用いて
相関値Cprの演算を行おうとするものである。この図
3の構成によれば、図1のものよりも演算回数を少くす
できるので、さらに高速に演算を行うことができる。
相関値Cprの演算を行おうとするものである。この図
3の構成によれば、図1のものよりも演算回数を少くす
できるので、さらに高速に演算を行うことができる。
【0040】図4は本発明の第3実施例の構成を示すブ
ロック図である。この図4の構成は、図1の構成に、格
納部29,30から成る変換値記憶手段28と、格納部
32,33から成る演算値記憶手段31とを付加し、限
定データフーリエ変換手段8及び関連値演算手段11の
出力を予め記憶させておくことにより、さらに演算の高
速化を図ろうとするものである。
ロック図である。この図4の構成は、図1の構成に、格
納部29,30から成る変換値記憶手段28と、格納部
32,33から成る演算値記憶手段31とを付加し、限
定データフーリエ変換手段8及び関連値演算手段11の
出力を予め記憶させておくことにより、さらに演算の高
速化を図ろうとするものである。
【0041】この第3実施例により演算を行なった場合
の演算時間を検討してみると次のようになる。この場
合、フーリエ変換にはFFT(高速フーリエ変換)の手
法を採用し、市販の最高速のプロセッサを用いて演算を
行うものとする。
の演算時間を検討してみると次のようになる。この場
合、フーリエ変換にはFFT(高速フーリエ変換)の手
法を採用し、市販の最高速のプロセッサを用いて演算を
行うものとする。
【0042】すると、1回当りの演算時間は、FFT及
び逆FFTが1.024s、入力データpの自乗演算が
0.026s、フーリエ変換データの複素乗算が0.1
05sとなる。図4の構成では、FFT及び逆FFTの
演算が合計5回、自乗演算が1回、複素乗算が合計3回
だから、全体の演算時間は、 1.024×5+0.026+0.105×3=5.461(s) である。
び逆FFTが1.024s、入力データpの自乗演算が
0.026s、フーリエ変換データの複素乗算が0.1
05sとなる。図4の構成では、FFT及び逆FFTの
演算が合計5回、自乗演算が1回、複素乗算が合計3回
だから、全体の演算時間は、 1.024×5+0.026+0.105×3=5.461(s) である。
【0043】したがって、従来の演算時間1718s
(約28分)と比べると、約300倍の高速化が図れた
ことになる。
(約28分)と比べると、約300倍の高速化が図れた
ことになる。
【0044】また、図4の構成から、自乗演算部2、フ
ーリエ変換部3、乗算部15、逆フーリエ変換部19を
削除し、前述の式(11)により相関値Cprを求める
ようにすれば、全体の演算時間は、 1.024×3+0.105×2=3.282(s) となる。これによれば、従来と比べて、約500倍もの
高速化が図れたことになる。本発明に係る演算装置で
は、並列処理できる部分が多いので、実際には、さらに
高速化を図れるものと考えられる。
ーリエ変換部3、乗算部15、逆フーリエ変換部19を
削除し、前述の式(11)により相関値Cprを求める
ようにすれば、全体の演算時間は、 1.024×3+0.105×2=3.282(s) となる。これによれば、従来と比べて、約500倍もの
高速化が図れたことになる。本発明に係る演算装置で
は、並列処理できる部分が多いので、実際には、さらに
高速化を図れるものと考えられる。
【0045】なお、上記した図1乃至図4における各手
段は、ソフトウエアあるいはハードウエアのいずれによ
っても構成することが可能である。
段は、ソフトウエアあるいはハードウエアのいずれによ
っても構成することが可能である。
【0046】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、短い演
算時間でありながら、データ範囲について限定を付すこ
とが可能な相関演算装置を実現することができる。
算時間でありながら、データ範囲について限定を付すこ
とが可能な相関演算装置を実現することができる。
【図1】本発明の第1実施例の構成を示すブロック図。
【図2】図1における関連値演算手段の構成を示すブロ
ック図。
ック図。
【図3】本発明の第2実施例の構成を示すブロック図。
【図4】本発明の第3実施例の構成を示すブロック図。
【図5】従来例の構成を示すブロック図。
【図6】従来技術の説明図。
p 入力データ r 基準データ 1 入力データフーリエ変換手段 5 データ範囲限定手段 8 限定データフーリエ変換手段 11 関連値演算手段 14 乗算手段 18 逆フーリエ変換手段 22 相関値演算手段
Claims (1)
- 【請求項1】入力データと基準データとの間の相関関係
を求める相関演算装置において、 前記入力データのフーリエ変換を行う入力データフーリ
エ変換手段と、 前記基準データ及び前記入力データを、その相関関係を
求める範囲のみのデータに限定するデータ範囲限定手段
と、 前記データ範囲限定手段により限定された範囲のデータ
に基いて、このデータから導かれる関連値を演算する関
連値演算手段と、 前記データ範囲限定手段から出力されるデータのフーリ
エ変換を行う限定データフーリエ変換手段と、 前記入力データフーリエ変換手段から出力されるデータ
と、前記限定データフーリエ変換手段から出力されるデ
ータとの乗算を行う乗算手段と、 前記乗算手段から出力されるデータの逆フーリエ変換を
行う逆フーリエ変換手段と、 前記逆フーリエ変換手段及び前記関連値演算手段からの
データを入力して、前記相関関係を表わす相関値の演算
を行う相関値演算手段と、 を備えたことを特徴とする相関演算装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3303350A JPH05143634A (ja) | 1991-11-19 | 1991-11-19 | 相関演算装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3303350A JPH05143634A (ja) | 1991-11-19 | 1991-11-19 | 相関演算装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05143634A true JPH05143634A (ja) | 1993-06-11 |
Family
ID=17919923
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3303350A Pending JPH05143634A (ja) | 1991-11-19 | 1991-11-19 | 相関演算装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH05143634A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5999637A (en) * | 1995-09-28 | 1999-12-07 | Hamamatsu Photonics K.K. | Individual identification apparatus for selectively recording a reference pattern based on a correlation with comparative patterns |
-
1991
- 1991-11-19 JP JP3303350A patent/JPH05143634A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5999637A (en) * | 1995-09-28 | 1999-12-07 | Hamamatsu Photonics K.K. | Individual identification apparatus for selectively recording a reference pattern based on a correlation with comparative patterns |
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