NO303555B1 - FremgangsmÕte og anordning til bildebehandling - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte til bildebehandling, omfattende å bestemme en matrise med en flerhet av enkeltelementer, der hvert element har en verdi som representerer styrken i bildet der elementet er plassert, og å bestemme et enkelt element i flerheten av elementer i matrisen som har en verdi, og en anordning til reduksjon av bakgrunnsforvirring i bildescene, der anordningen omfatter midler til dannelse av en matrise innbefattende en flerhet av elementer, og midler til dannelse av et enkelt element av flerheten av elementer i matrisen.

Bildebehandlingssystemer som selvstendig leter opp eller følger et mål som beveger seg mot en forvirrende bakgrunn er tidligere kjent. For nøyaktig å kunne følge målet må disse systemer gjøre bruk av fremgangsmåter til undertrykkelse av bakgrunnsforvirring for å redusere eller eliminere denne slik at målet kan følges på en mer pålitelig måte. Ved målopp-søkning over lange avstander har målene tilbøyelighet til å være uoppløste og er derfor vanskelige å påvise. Krav til undertrykkelse av bakgrunnen for disse typer systemer er stort sett strenge fordi målfølgesystemet må ha en lav sannsynlighet for både å bomme når det gjelder påvisning av målet og påvisning av falsk mål. Et høyt signal/støyforhold er også viktig., Noen tidligere kjente metoder har forsøkt å undertrykke bakgrunnsforvirring ved hjelp av filtre.

En tidligere kjent fremgangsmåte til filtrering av bakgrunnsforvirring i et selvstendig bildefølgende system, som er velkjent for fagfolk på området, er bruk av lineære romfiltre. Et lineært filter avgir en utgang som er en lineær kombinasjon av elementene i et spesielt behandlings-"vindu".

En andre fremgangsmåte til filtrering av bakgrunnsforvirring gjør bruk av medianfiltre og anti-medianfiltre. Medianfiltre og anti-medianfiltre er ulineære anordninger hvori de enkelte elementer i et behandlings-"vindu" blir ordnet og gitt rang på grunnlag av amplitude. Utmatningen fra et filter av denne art blir så bestemt som en spesiell rang fra samlingen av amplituder. Disse filtre eliminerer bakgrunnsforvirringen på grunnlag av størrelsen på detaljene. En mer omfattende beskrivelse av prinsippene for medianfiltre og anti-medianfiltre er gitt i det følgende.

En "median" er definert som den verdi i en gruppe av verdier som overskrider verdien for så mange deler av gruppen som den overskrides av. Se for eksempel av gruppen av tall (7, 3, 9, 8, 6, 4, 6). Siden dette sett av verdier har syv sifre, vil median for gruppen være den fjerde største (eller fjerde minste) verdi. For dette utvalg er 6 medianen siden det er tre sifre som overskrider denne og tre sifre som er like eller lavere, med andre ord blir en medianverdi for et sett verdier bestemt ved å plassere verdiene i rekkefølge etter stigende (eller fallende) størrelse og deretter velges verdien i midten av listen. Som sådan kan en median bare bestemmes i form av et sett som har ulike antall verdier eller elementer. Et medianfilter er en anordning som som utmatning gir medianverdien for en gruppe med et ulikt antall elementer.

Et "anti-median" filter er en ulineær anordning der utmatningen fra medianfilteret blir subtrahert fra verdien ved det geometriske sentrum for den opprinnelige utvalgsgruppe av elementer. Som eksempel vil sentrumsverdien for gruppen av elementer (7, 3, 9, 8, 6, 4, 6) ha en verdi på 8. For å beregne anti-medianverdien må man først subtrahere seks fra åtte (8-6). Utmatningen fra anti-medianfilteret vil dermed være to (2). Hvis medianverdien opptar det geometriske sentrum i utvalget som for eksempel i utvalgsgruppen (7, 3, 9, 6, 8, 4, 6), ville anti-medianverdien ha vært (6-6) = 0.

Hvis et anti-medianfilter behandler en tilfeldig rekkefølge av verdier fra et felles statistisk utvalg, vil medianverdien ligge i det geometriske sentrum av utvalget med en sannsynlighet på minst (l/N), der N er antallet elementer i utvalget. Hvis utvalgets størrelse er N=5, vil utmatningen fra anti-medianf ilteret være null 2056 av tiden.

En funksjon for sannsynlighetstettheten når det gjelder utmatningen fra anti-medianfilteret kan beregnes og den ville omfatte en viss verdi ved det utgangspunkt som representerer sannsynligheten for at anti-medianfilterets utmatning ville være lik null (0). Da den kumulative sannsynlighet som fremkommer ved integrering av funksjonen for sannsynlighetstetthet fra - 00 til + 00 må være lik én, vil verdien ved utgangspunktet for funksjonen for sannsynlighetstetthet redusere det samlede gjenværende området. Denne egenskap er årsaken til de nyttige egenskaper for anti-medianfilteret når det gjelder støyreduksjon og undertrykkelse av forvirring.

Det kan vises at et medianfilter som avsøker et utvalgssett av et bilde, vil undertrykke eller dempe forholdsvis små gjenstander mens et anti-medianfilter som avsøker et utvalgssett av et bilde vil dempe eller undertrykke forholdsvis store gjenstander. Man kan se på den følgende rekke av utvalgsverdier: 0, 0, 0, 0, 3, 3, 3, 0, 0, 0, 0, 1, 0, Det kan hjelpe å betrakte hvert siffer som representativt for verdien av styrken på bestemte piksler (bildeelementer) i et bildet. Her er verdien 0 en pikselverdi hvis styrke ikke overskrider en på forhånd bestemt grenseterskel. Verdien 3 representerer piksler med høyere styrke og delsettet 3, 3, 3 ville være en "flekk" i bildet. Verdien 1 er en styrkeverdi som såvidt overskrider terskelgrensen og kan være det mål som er av interesse.

Man skal nå se på et skanderende medianfilter som tar utvalgssettet ovenfor i fem elementsatser. Det første skanderte sett ville være (0, 0, 0, 0, 3). Av forklaringen ovenfor vil utmatningen fra medianfilteret være null (0) siden det vil være to (2) verdier - i settet som er mindre eller lik null (0) og to (2) verdier i settet som er større enn eller lik null (0). For det neste sett på fem elementer fra skanderingsforløpet, dvs. (0, 0, 0, 3, 3) ville resul-tatet være det samme. For det neste sett, dvs. (0, 0, 3, 3, 3) vil utmatningen være tre (3). Denne skanderingsrekkefølge kan fortsettes for å gi rekken av verdier på 0, 0, 3, 3, 3, 0, 0, 0, 0, 0, 0 som utmatningen fra medianfilteret. Det skal påpekes at utvalgsverdien 1 er eliminert. Av forklaringen ovenfor når det gjelder anti-medianverdien, kan det også vises at denne rekkefølge av utvalgselementer for en utgang fra anti-medianfilteret vil være 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0 . Her er de forholdsvis store verdier på 3 blitt eliminert. Som en følge av dette, er "flekken" (3, 3, 3) blitt eliminert, og det mål som er av interesse (1) er isolert.

Fra denne analyse kan det vises at et medianfilter undertrykker enhver gjenstand hvis størrelse er mindre enn (N+l)/2 piksler eller utvalgsverdier, der N er antallet elementer i utvalgssatsen. For det ovennevnte eksempel N = 5, vil dermed medianfilteret undertrykke enhver "flekk" som er mindre i størrelse enn 3 utvalgsverdier. Et anti-medianfilter vil på den annen side virke på en tilsvarende måte ved å bevare alle gjenstander hvis størrelse er mindre enn (N+l)/2.

Idémessig kan dette i praksis forståes ved å betrakte et fjernt mål mot en bakgrunnsscene. Målet vil vise seg som et meget mindre bildesignal mot bakgrunnssignalene. Anti-medianf ilteret kan da kalibreres for å undertrykke ethvert bilde (signal) som er større enn en på forhånd bestemt størrelse. Dermed kan bakgrunnssignaler som er større enn målsignalet i det vesentlige elimineres.

Selv om et anti-medianfilter reduserer eller demper store gjenstander, vil det mange ganger være tilbake bakgrunns-rester (bakgrunnslekkasje) som er uakseptabelt store. En spesielt vanskelig type av bakgrunnslekkasje skyldes linjelignende gjenstander i bakgrunnsforvirringen. Dette problem blir spesielt alvorlig hvis disse linjesegmenter er orientert perpendikulært på skanderingsretningen.

Bortsett fra denne ulempen har anti-medianfiltre spesielle egenskaper som gjør dem overlegne som lineære filtre for undertrykkelse av bakgrunnsforvirring. For eksempel reagerer de ikke for svakt eller for sterkt og skaper ikke ringe-fenomener når deres innganger omfatter pulser eller trinn-lignende funksjoner. Videre vil de ikke dempe signalkompo-nenter som en funksjon av frekvens.

Det er således et behov for et filter som undertrykker bakgrunnsforvirring og som oppviser de spesielle egenskaper man finner ved et anti-medianf ilter og som i høy grad reduserer mange av de bakgrunnslekkasjeproblemer som generelt er knyttet til denne type filtre. Det er derfor en hensikt med foreliggende oppfinnelse å komme frem til et sådant filter.

Det er beskrevet en ny familie av ulineære filtre til bruk i teknologi for undertrykkelse av bakgrunnsforvirring. Disse filtre vil bli betegnet som minimum differanse prosessor (MDP) filtre. Et MDP-filter kan innbefatte en rommessig eller tidsmessig filtreringsprosess. Imidlertid medfører de mer praktiske anvendelser rommessig filtrering.

Et MDP-filter, ifølge en foretrukket utførelsesform for oppfinnelsen, omhandler i alminnelighet en gruppe av anti-medianf iltre som er anbragt i et på forhånd bestemt geo-metrisk mønster. Dette geometriske mønsteret kan innbefatte, men er ikke begrenset til, en utvalgssats med fire anti-medianf iltre orientert vertikalt, horisontalt og diagonalt i forhold til hverandre. Behandlingen av hver filtersats kan utføres enten i serie eller i parallell. Da komponet-operasjonene for et MDP-filter er hierarkisk ekvivalente, er de kommutative. Derfor er rekkefølgen i den seriemessige utførelse ikke av interesse.

I en speiell utførelsesform blir en utvalgsmatrise skandert over et bilde, slik at ved hver individuelle skanderingsstans bestemmes en anti-medianverdi for en horisontal sats av matrisen som innbefatter matrisens sentrumsverdi. En anti-medianverdi for en vertikal sats bestemmes også innbefattende sentrumsverdien, og to diagonale anti-medianverdier blir bestemt også innbefattende sentrumsverdien. Fra disse fire anti-medianverdier velges den verdi som tilsvarer den minste absolutte anti-medianverdi som utgangen fra minimum differanse prosessorfilteret.

I en annen utførelsesform kan verdien av hvert av de gjenværende elementer i matrisen som ikke var innbefattet i de foregående anti-medianfiltersatser subtraheres fra sentrumsverdien for separat å bestemme en subtrahert verdi for hvert gjenværende element. Disse subtraherte verdier blir gruppert med anti-medianverdien og den laveste absolutte verdien benyttes til valg av den del av gruppen som skal føres som utmatning.

Med denne oppfinnelsen vil gjenstander som forvirrer bakgrunnen og som er større enn målet i en enkel dimensjon bli undertrykket.

Oppfinnelsen er kjennetegnet ved de i kravene gjengitte trekk, og den følgende beskrivelse under henvisning til tegningene gjengir disse og ytterligere hensikter, fordeler og særpreg ved oppfinnelsen.

Fig. l(a) - l(e) er en rekke utvalgsmatriser som viser de individuelle utvalgssatser på anti-medianfiltre med fem elementer,

fig. 2(a) - 2(h) er matrisesatsen på fig. 1 med forskjellige mønstre for elementer som ikke er undertrykket av anti-medianf Utrene ,

fig. 3(a) - 3(k) er en rekke matrisesatser fra fig. 1 vist i individuelle mønstre som vil bli undertrykket av anti-medianf Utrene ,

fig. 4 viser utvalgsmatrisen på fig. 1 der de enkeltelementer som ikke er innbefattet i den opprinnelig foretrukne utførelsesform er betegnet med "N" ,

fig. 5 er matrisesatsen på fig. 1 med de tidligere ubenyttede elementer på fig. 4,

fig. 6 er en annen versjon av utvalgsmatrisen på fig. 4,

fig. 7 viser skjematisk ehforetrukket utførelsesform for oppfinnelsen,

fig. 8(a) - 8(h) er en serie matrisesatser som viser ytterligere mulige anti-mediansatser, og

fig. 9(a) - 9(d) er en rekke fotografiske bilder som viser effektiviteten ved de foretrukne utførelsesformer for foreliggende oppfinnelse.

Den følgende beskrivelse av det foretrukne utførelseseksempel på foreliggende oppfinnelse er bare ment som eksempel og skal ikke på noen måte begrense anvendelsene eller bruken av oppfinnelsen.

Et bildebehandllngssystem vil i alminnelighet behandle scener som omfatter en flerhet av piksler der hver piksel har en størrelse som representerer dens styrke (lyshet). I alminnelighet vil gjenstander i bakgrunnen ha form av "flekker" som dekker flere piksler. En gjenstand av interesse kan være innlagt i bakgrunnen og dermed vanskelig å skille ut fra denne.

Et MDP-filter i henhold til en foretrukket bppfinnelsesform for foreliggende oppfinnelse omfatter en matrise av separate elementer der hvert element representerer en enkelt piksel i bildet. Matrisen dekker i alminnelighet et forholdsvis lite område av bildet og blir skandert over den gjenværende del av bildet.

MDP-filteret kan trekke ut en uoppløst gjenstand fra en komplisert bakgrunnsscene uten for stor dempning selv om bildet av gjenstanden strekker seg over flere sammenhengende komponentdetektorer i en fokusplansats. For eksempel kan en enkel gjenstand som ligger innenfor en seksjon av matrisen fylle ut en eller flere detektorceller avhengig av 1) innfallsstillingen på en detektor og 2) den punktspredefunk-sjon som det optiske system har med detektorsatsen.

Et MDP-filter i henhold til en bestemt utførelsesform for foreliggende oppfinnelse er beregnet på å trekke ut gjenstander som dekker opp til 4 elementer anbragt i et kvadratisk mønster. På den annen side er denne utførelsesform nødven-digvis utført for å undertrykke eller eliminere gjenstander som dekker mer enn 2 elementer i en hvilken som helst retning. Dette' MDP-filteret består av en kvadratisk sats på 25 elementer (5 x 5). Fire anti-medianfilterkomponenter er lagt opp som (1 x 5) lineære undersatser i MDP-f ilter-matrisen. Disse anti-medianfiltre er anordnet slik at sentrumfeltet for (5x 5) matrisesatsen rommessig faller sammen med sentrumselementet for hver dimensjonene anti-medianf ilterkomponent . En anti-medianfilterkomponent er orientert horisontalt, en andre er orientert vertikalt og to andre er orientert diagonalt i en vinkel på 45° og 135"i forhold til koordinataksene som er fastlagt av de horisontale og vertikale komponenter. Den optimale størrelse og form på matrisen avhenger av den funksjonelle anvendelse av MDP-filteret .

I denne utførelse vil MDP-filteret hovedsaklig eliminere "flekker" hvis lengder dekker mer enn to piksler i en hvilken som helst retning samtidig med at det bevarer eller trekker ut gjenstander som omfatter (1 x 2) eller (1 x 1) eller (2x2) elementer. Et MDP-filter kan bygges opp for å bevare et hvilket som helst omfang av gjenstandsstørrelser'og former ved tilsvarende valg av det totale antall elementer i satsen. I praksis er filtre omfattende opptil (13 x 13) elementer med hell blitt benyttet ved simulering med datamaskin.

Det skal nå vises til fig. l(a)-(e) der det er vist en MDP-filteroppbygning omfattende den ovenfor beskrevne (5 x 5) elementmatrise. Fig. l(a) viser matrisen der hvert enkelt element som representerer en bildepiksel er nummerert. Mer bestemt er hver rad representert av en bokstav fra a-e og hver rekke er betegnet med et tall fra 1-5. Det finnes derfor 25 enkeltelementer i matrisesatsen, hver betegnet med en verdi som angir en bestemte styrke på dette piksel i bildet. Som det fremgår, erC3sentrumselementet i matrisen og som dette, vil dets styrkeverdi bli innbefattet i hver anti-medianberegning for den første foretrukne utførelsesform som beskrevet i det følgende. Med andre ord, er sentrumspik-seletC3fokus for hver enkelt skanderingsstilling av matrisen i scenen. De gjenværende piksler i bildet vil ligge i sentrum av matrisen på et eller annet tidspunkt under skanderingsprosessen.

Fig. l(b) viser et (1 x 5) horisontalt anti-medianfilter hvis sentrumselement faller sammen med sentrumselementetC3for

(5x5) MDP-filtermatrisen. Som det fremgår, kan filtersat-sen omfatte et sett verdierC]_ -C5. I virksomhet vil det bildedannende system bestemme en styrkeverdi for hvert enkelt element c^-C5og beregne en median (som beskrevet ovenfor) for denne verdi. En anti-medianverdi, Al, blir så beregnet ifølge den følgende formel:

der Med. (rad C) er medianverdien for rad C. I tillegg blir en absolutt verdi for Al bestemt slik:

Disse verdier blir så innført i en passende lagerenhet.

Det skal nå vises til fig. l(c) der det er vist et vertikalt (1x5) anti-medianfilter som også er sentrert omC3. Dette anti-medianfilter innbefatter fem elementstyrker a3-63. På samme måte som det horisontale anti-medianf ilter på fig. l(b), blir de følgende verdier beregnet og lagret, derA2 er anti-medianverdien for det vertikale anti-medianfilter.

Fig. l(d) og l(e) viser to diagonale én-dimensjonale (1x5) element anti-mediandelsatser som også er sentrert vedC3. Fig. l(d) er en diagonal R (høyre) valgt fra øverst til venstre nedad mot nederst til høyre som vist og innbefatter verdiene a^, b2, C3, d4, 65. Fig. l(e) er en diagonal L (venstre) som begynner øverst til høyre og går nedad nederst til venstre som vist og innbefatter verdiene a$, b4,C3, & 2> e±. Det diagonale L anti-medianfilter og det diagonale R anti-medianfilter er^orientert i vinkler på henholdsvis 45° og 135° på aksen som dannes av de horisontale og vertikale satser. På samme måte som ovenfor, blir de følgende størrelser beregnet og lagret.

MDP-filtermatrisen blir under skanderingsprosessen plassert ved hvert område av bildet slik at hvert element i matrisen blir fylt med et datautvalg. Matrisen vil med andre ord ikke strekke seg forbi grensene for bildet. Sentrum av matrisenC3blir plassert eller skandert til hvert pikselområde i bildet der dette kriterium er oppfylt. Når matrisen skanderes over bildet, velges minimumverdien for settet (I Al I, |a2| , |a3| , |a4|) valgt ved hver stilling og den tilsvarende verdi for settet (Al,A2,A3,A4) blir valgt som utgang fra MDP-filteret for hvert skanderingsområde. Etter at hvert levedyktige pikselområde i bildet er blitt behandlet av MDP-filteret, vil det være blitt dannet et nytt bilde av MDP-filteret der alle detaljer og gjenstander som er større enn (2x2) elementer er blitt eliminert eller stort sett undertrykket.

Fig. 2(a) - 2(h) viser enkelte gjenstandsformer (gjengitt med de skyggelagte pikselområder) som et (5 x 5) MDP-filter ville bevare uavhengig av deres respektive orienteringer. Disse gjenstandsformer representerer bilder i scenen som ikke dekker mer enn to (2) pikselelementer i noen retning i noen av de fire anti-medianfiltersatser. Det skal påpekes at de skyggelagte områder i disse figurer representerer gjenstander hvis pikselstyrke er målbart forskjellig fra de hvite bakgrunnsstyrker.

I motsetning til dette viser fig. 3(a) - 3(k) forskjellige gjenstandsformer (gjengitt som skyggelagte områder) som ville bli undertrykket eller eliminert ved MDP-behandlingen. I hvert av disse eksempler overskrider antallet av skyggelagte pikselelementer i i det minste en anti-medianfiltersats to (2) piksler. Ved å registrere den rommessige orientering av anti-mediansatsen som anti-medianverdien velges fra som MDP-filterutgang, kan linjer og rygger påvises i scenen og deres orienteringer bestemmes. Derfor kan MDP-filteret i tillegg utnyttes som et middel til påvisning av bestemte detaljer i en scene, dvs. veier og elver.

MDP-filtrene på fig. 1-3 er formatert som (3x5) matriser med fire anti-medinfiltre representert ved forskjellige orienteringer av (1 x 5) satser. Som det fremgår av fig. 1, blir enkelte ytre ringelementer, nærmere bestemt bj_, d^, e2, e$, ds, b5, a.^ og & 2 ikke benyttet i anti-medianberegningene. Disse elementer er blitt betegnet "N" på fig. 4. Fordi disse elementer ikke er innbefattet i beregningene blir visse uønskede geometriske former ikke eliminert eller dempet så meget som ønskelig. Gjenstanden gjengitt som det skyggelagte området på fig. 4 er et eksempel på dette.

På fig. 4 er objektmønsteret (skyggelagt område) et bilde-mønster for et linjestykke og representerer et vanskeligere tilfelle når det gjelder redusert bakgrunnsundertrykkeIse med MDP-filteret som er beskrevet ovenfor. Med en linje av denne type i bildet vil den minste verdi på undertrykkelsen av denne gjenstanden finne sted hvis linjen, i form av det skyggelagte området, bli orientert i en vinkel på omtrent 26°

(arctan 1/2) i forhold til koordinataksen som er fastlagt av den horisontale, sats c^-C5. Hvis, med andre ord, vinkel-orienteringen av denne linjen var mindre eller mer enn 26°, vil enten den diagonale L anti-median eller den horisontale anti-median undertrykke mer av gjenstanden. Gjengivelsen på fig. 3(k) viser bildegjengivelsen på fig. 4 med en noe større vinkel enn 26° . I den gjengivelsen ville den diagonale L-delsats undertrykke bildet betydelig. Et eksempel med vanskeligere orientering av en linjeformet gjenstand kunne oppstå i en hvilken som helst kvadrant av satsens koordinat-aksesystem.

På fig. 4 er styrken for hver pikselplassering i satsen gjengitt som proporsjonal med den skyggelagte del. I det viste eksempel har en fullstendig skyggelagt celle en verdi på en (1), og en fullstendig uskygget celle har en verdi på null (0). Den horisontale medianverdi for den horisontale anti-mediansats (c^-C5) er representert av elementetC5. Anti-medianverdien (A) for den horisontale sats erC3minusC5som er lik 0,07, derC3er lik 1 siden skyggeleggingen er fullstendig ogC5er lik 0,3, dvs. den prosentdel av cellens areal (C5) som er skyggelagt. Medianverdien for den diagonale L-sats er utfylt av elementet b4and anti-medianverdien (B) for denne sats erC3minus D4som er lik 0,3. Denne gjenstand ville delvis overleve som uønsket lekkasje i den utførelse som er beskrevet ovenfor.

Uønsket lekkasje kan i stor grad reduseres ved å innbefatte substraksjonsverdier (C3- N) for hvert av de åtte ubrukte elementer i den ytre ring som beskrevet ovenfor og som er angitt med "N" på fig. 4. Verdien for hvert av disse elementer blir subtrahert fra sentrumsverdienC3og gjort absolutte sammen med hver av anti-medianverdiene for de horisontale, vertikale og diagonale anti-medianfiltre ovenfor. I denne utførelsesform er de resulterende åtte absolutte verdier, kanskje vektet med en vilkårlig faktor beregnet for å bytte ut egenskaper i et område med egenskaper i et annet, innbefattet i settet på de fire eksisterende anti-medianverdier for å danne et nytt sett med tolv verdier. Utmatningen fra MDP-filteret vil da være minimum for disse tolv verdier. I eksempelet på fig. 4 N-element \>^ har en verdi på D = 0,8 (den prosentdel av b5som er skyggelagt). Dette gir en utgang fra MDP-filteret med en verdi på 0,2 (C3- b5, 1 - 0,8). Derfor ville gjenstanden på fig. 4 bli betydelig undertrykket. Ved å ta gjennomsnitt fra enhver mulig form på gjenstanden fra 0°- 3b0° vil denne utførelses-form for MDP-filteret redusere den gjennomsnittlige lekkasje til tilnærmet 0,05 med inngangen på fig. 4.

Fig. 5(a) - 5(f) viser matrisen på fig. 1 innbefattende horisontale, vertikale, diagonale L og diagonal R delsatser og innbefatter ytterligere en ringsats (fig. 5)) med "N"

pikslene på fig. 4. Innbefatningen av disse ytre ringver-dier i beregningen representerer en andre foretrukket utførelsesform for MDP-filteret som er omhandlet ovenfor. Selv om den andre foretrukne utførelsesform reduserer bakgrunnslekkasje, er det på bekostning av andre egenskaper så som et lite tap i signal/støyforholdet og en tilbøyelighet til å miste punktlignende gjenstander som befinner seg på kanten av store bakgrunnsgjenstander, særlig hvis den punktlignende gjenstand har samme lyshet som den tilstøtende bakgrunnsgj enstand.

Fig. 6 viser den andre utførelsesform. De hvite kvadratiske elementer er de elementer som blir brukt i den første foretrukne utførelsesformen for de horisontale, vertikale og diagonale anti-medianfiltre. De skyggelagte elementer er ringelementene for den andre foretrukne utførelsesform som beskrevet ovenfor, hver eventuelt med en egen verdi. Fig. 7 viser et system 10 som er gjengitt skjematisk til frembring-else av en MDP-filterutmatning på grunnlag av innmatningene fra anti-medianfUtrene og ringelementene som er gjengitt på fig. 6.

På fig. 7 er hvert ringelement på fig. 6 gjengitt som en innmatning fra blokker 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24 og 26. Inversverdien for hver av disse innmatninger påtrykkes et eget summerende koblingspunkt sammen med sentrumspikselen (03) som er representert av inngangsblokken 32. Utmatningen fra hvert summerende koblingspunkt for de åtte ringelementer påtrykkes en krets 38 som velger en av de åtte innmatninger som er nærmest null. I tillegg blir de inverse verdier for den diagonale L medians verdi representert av blokken 28, den diagonale R medians verdi representert av blokken 30, den horisontale medians verdi representert av blokken 34 og den vertikale medians verdi representert av blokken 36, hver påtrykt egne summerende koblingspunkter sammen med sentrum-elementets verdi fra blokken 32 for å bestemme de anti-medianverdier som er beskrevet ovenfor. Utmatningen fra hvert av disse summerende koblingspunkter blir påtrykket en krets 40 for bestemmelse av den verdi som ligger nærmest null. Utmatningene fra kretsene 38 og 40 påtrykkes en annen krets 42 for å bestemme den verdi som ligger nærmest null for disse to utganger. Sluttlig er filterutmatningen som taes fra kretsen 42 representativ for minimumverdien i 'de subtraherte ringelementverdier og anti-medianverdiene for de åtte ringelementer og de fire anti-medianfilterverdier. Denne utmatning benyttes til å frembringe et bilde der bakgrunnsforvirringen er undertrykket.

Den første utførelsesform som er beskrevet ovenfor gjelder et MMD-filter med fire anti-median delsatser. Denne beskrivelse er bare å betrakte som et eksempel. Den andre foretrukne utførelsesform benytter piksler som ikke er innbefattet i de fire anti-median delsatser i den første utførelsesform. Disse ringpiksler representerer imidlertid ikke aktuelle medianverdier og har derfor ikke de samme egenskaper. I tillegg er matrisene i de foretrukne utførelsesformer som er beskrevet ovenfor symmetriske i forhold til et sentrum, dvs. kvadratiske. Det ligger klart innenfor rammen for foreliggende oppfinnelse å innbefatet et MDP-filter med enhver fornuftig form eller størrelse så lenge det omfatter et ulikt antall pikselelementer. Derfor kan andre oppbygninger innbefattende anti-mediansatser med ulike delsatslengder (så lenge det er ulikt antall) og/eller anti-mediansatser som innbefatter flere eller færre satser ligge innenfor oppfin-nelsens ramme og ånd. Sentrumelementet behøver ikke være plassert i sentrum av matrisen så lenge det er felles for alle individuelle delsatser.

Fig. 8 viser åtte ytterligere anti-median delsatser som kunne ha vært inkludert i de opprinnelige fire anti-median delsatser. Mer bestemt, viser fig. 8(a) elementsatsen (1 x 5) med (a2,<b>3,<C>3, d3, 64), fig. 8(b) innbefatter (lx 5) elementsatsen med (a2, b2>C3, d4, 64), fig. 8(c) innbefatter (1 x 5) elementsatsen med (b^, b2 ,C3, d4, d5), fig. 8(d) innbefatter (1 x 5) elementsatsen med (b^,03,C3,C4, d§), fig. 8(e) innbefatter (1x5) elementsatsen med (d-^, c2,C3,C4, bs), fig. 8(f) innbefatter (1x5) elementsatsen med (d^, d2, C3, b4, b5). fig. 8(g) innbefatter (1 x 5) elementsatsen med (e2, d2, C3, b4, a4) og fig. 8(h) innbefatter (1 x 5) elementsatsen med (e2, d3, C3, b3, a4). Ved denne type MDP-filter blir hver piksel representert i matrisen i minst en anti-median delsats og dermed vil egenskapene ved anordningen bli forbedret sammenlignet med den opprinnelige matrisen med fire delsatser i den første foretrukne utførelsesform og vil mer effektivt undertrykke 1injesegmentet som er vist på fig.

4. Disse MDP-filtre oppfyller også det krav at sentrum-pikselen er felles for hver sats. Fig. 9(a)-(d) er en gruppe fotografiske gjengivelser som viser datasimmulert virksomhet for begge de foretrukne utførelsesformer for MDP-filtre. Fig. 9(a) er et bilde med alvorlig bakgrunnsforvirring gjengitt med visse styrkefor-del inger. En rute omgir målet av interesse i den øvre høyre del av bildet. Fig. 9(b) viser et bilde som er avledet fra det originale bildet på fig. 9(a) ved filtrering med fire kaskadekoblede anti-medianfiltre. Den kaskadekoblede anti-medianfilter anordning er slik at anti-medianverdiene blir beregnet fortløpende. De kaskadekoblede anti-medianfiltre med fem elementer ble anordnet horisontalt, vertikalt og diagonalt i vinkel på 45° og 135°. Fig. 9(c) og (d) representerer filtrerte bilder ved bruk av de første og andre foretrukne utførelsesformer for MDP-f Utrene som er beskrevet ovenfor. På hver figur er den gjenstanden som er av interesse omgitt av en kvadratisk rute.

I alminnelighet er MDP-filtre meget effektive til undertrykkelse av bakgrunnsforvirring og videre er deres egenskaper ved nærvær av gaussisk støy meget god. Det er blitt vist ved analyse og simmulering på grunnlag av virkelige data at egenskapene ved MDP-filtre betydelig overskrider egenskapene for lineære avstemte romfiltre når det gjelder undertrykkelse av forvirring og tilsvarer eller er bedre når det gjelder signal/støyforholdet for lineære avstemte romfiltre over en bestemt innmatningsterskel som kan beregnes når det gjelder signal/støyforholdet. MDP-egenskapene faller under egenskapene for lineære avstemte romfiltre på en måte svarende til andre ikke-lineære prosesser når det innførte signal/- støyforhold forringes under dette terskelnivå. Da denne terskel for signal/støyforholdet er temmelig lav (omtrent fem for en (5 x 5) elementsats for MDP), vil de gode egenskaper ved MDP-filtre når det gjelder undertrykkelse av bakgrunnsforvirring gjøre denne type filter særlig tiltrekkende for mange anvendelser.

På grunn av det høye nivå som kan oppnås når det gjelder egenskaper kan MDP-filtre anvendes på mange områder der det er nødvendig å lete opp og følge uoppløste gjenstander som ligger i alvorlig bakgrunnsforvirring. Selv om MDP-filtre er beregnet til anvendelse for undertrykkelse av bakgrunnsforvirring, vil andre mulige anvendelser gi seg selv for fagfolk på området. For eksempel kan et MDP-filter benyttes til å finne 1 inj esegmenter i en scene som kan være knyttet til veier og elver og orienteringen av disse kan bestemmes.

Claims (21)

1. Fremgangsmåte til bildebehandling, omfattende å bestemme en matrise med en flerhet av enkeltelementer, der hvert element har en verdi som representerer styrken i bildet der elementet er plassert, og å bestemme et enkelt element i flerheten av elementer i matrisen som har en verdi,karakterisert ved å bestemme en medianverdi for elementene i en første sats elementer der det bestemte enkeltelement er et element i den første sats, å bestemme en medianverdi for elementene i en andre sats elementer hvori det bestemte enkelte element er et element i den andre sats, å subtrahere medianverdien for den første sats fra verdien for enkeltelementet i matrisen til bestemmelse av en anti-medianverdi for den første sats, å subtrahere medianverdien for den andre sats fra verdien for enkeltelementet i matrisen til bestemmelse av en anti-medianverdi for den andre sats, å bestemme en medianverdi for elementene i en flerhet av ytterligere satser av elementer som ikke er den første og andre sats, og der det bestemte enkle element er et element i hver av de ytterligere satser, å subtrahere medianverdien for hver av flerheten av ytterligere satser fra verdien for det enkle element for å bestemme en anti-medianverdi for hver av flerheten av ytterligere satser, og å utmate den laveste anti-medianverdi for flerheten av satser innbefattende den første og andre sats.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1,karakterisert vedat det enkle element er et midtre element i den første og den andre sats.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1,karakterisert vedat første sats er en horisontal sats og den andre sats er en vertikal sats og det enkle element er et sentrumselement i matrisen slik at den horisontale sats-og den vertikale sats fastlegger en koordinatakse med sentrumelementet som origo.

4 . Fremgangsmåte som angitt i krav 3,karakterisert vedat nevnte flerhet av ytterligere satser innbefatter minst: en tredje sats av elementer i matrisen som innbefatter matrisens sentrumelement som sentrum for den tredje sats, og en fjerde sats av elementer som innbefatter sentrumelementet i matrisen som sentrum i den fjerde sats.

5. Fremgangsmåte som angitt i krav 4,karakterisert vedat den tredje sats er en diagonal sats som står i en vinkel på 45° på den horisontale og den vertikale sats og at den fjerde sats er en diagonal sats orientert i en vinkel på 135° på de horisontale og vertikale satser.

6. Fremgangsmåte som angitt i krav 1,karakterisert vedat matrisen er en (5 x 5) matrise med 25 elementer og der hver av de første og andre satser er en fem-elementsats.

7. Fremgangsmåte som angitt i krav 5,karakterisert vedat den omfatter trinnene med subtraksjon av minst et av de gjenværende elementer i matrisen som ikke var innbefattet i noen av de horisontale og vertikale eller diagonale satser fra verdien for sentrumelementet i matrisen for å bestemme den minste subtraherte verdi og føring av den laveste verdi av anti-medianverdiene for de horisontale, vertikale og diagonale satser og den minste subtraherte verdi for det i det minste ene gjenværende element som utgang.

8. Fremgangsmåte som angitt i krav 7,karakterisert vedat minst et gjenværende element er hvert element som ikke er innbefattet i noen av de horisontale, vertikale eller diagonale satser og at den minste subtraherte verdi er en subtrahert verdi for hvert av de gjenværende elementer.

9. Fremgangsmåte som angitt i krav 1,karakterisert vedat matrisen blir skandert over en bilde-gjengivelse av en scene.

10. Fremgangsmåte som angitt i krav 9,karakterisert vedat bildebehandlingen benyttes til undertrykkelse av bakgrunnsforvirring.

11. Fremgangsmåte som angitt i krav 4,karakterisert vedat i det minste en av flerheten av satser og den første og andre sats innbefatter hvert element i matrisen.

12. Fremgangsmåte som angitt i krav 3,karakterisert veddessuten å omfatte trinnet: å bestemme en mediahverdi av en første diagonal sats av elementer i matrisen som innbefatter sentrumelementet i matrisen som sentrum for den diagonale satsen, å bestemme en medianverdi for en. andre diagonalsats av elementer som også innbefatter sentrumelementet i matrisen som sentrum for den andre diagonale satsen, og å bestemme en anti-medianverdi for hver av de diagonale satser ved å subtrahere medianverdien i hver av de diagonale satser ved å subtrahere medianverdien for hver av de diagonale satsene for sentrumverdien i matrisen, og å utmate den laveste verdi av anti-medianverdien i de diagonale satser eller de horisontale eller vertikale satser.

13. Fremgangsmåte som angitt i krav 12,karakterisert veddessuten å omfatte trinnene å subtrahere hvert av de gjenværende elementer i matrisen som ikke ble inkludert i noen av nevnte horisontale, vertikale eller diagonale satser fra verdien av sentrumelementet i matrisen og å føre den laveste verdien av anti-medianverdien for nevnte horisontale, vertikale eller diagonale satser og de subtraherte verdier for de gjenværende elementer som utgang.

14 . Fremgangsmåte som angitt i krav 3,karakterisert vedat matrisen er en (5 x 5) matrise og hver av de horisontale og vertikale satser er en 5-elements sats.

15. Fremgangsmåte som angitt i krav 3,karakterisert vedat matrisen skanderes over et bilde som er representativt for en scene.

16. Anordning til reduksjon av bakgrunnsforvirring i en bildescene, der anordningen omfatter midler til dannelse av en matrise innbefattende en flerhet av elementer, og midler til dannelse av et enkelt element av flerheten av elementer i matrisen, karakterisert ved midler til bestemmelse av en medianverdi for elementene i en første sats av flerheten av elementer, som innbefatter det enkle element som sentrumelement i den første sats, midler til bestemmelse av en medianverdi for elementene i en andre sats i flerheten av elementer, som innbefatter det enkle element som sentrumelement i den andre sats, midler til bestemmelse av en medianverdi for en tredje sats elementer i matrisen, som innbefatter det enkle element i matrisen som sentrumelement i den tredje sats, midler til bestemmelse av en medianverdi for en fjerde sats elementer, som innbefatter det enkle element i matrisen som sentrumelement i den fjerde sats, midler til bestemmelse av en anti-medianverdi for hver av nevnte første til og med fjerde satser ved å subtrahere medianverdien for de respektive satser fra verdien for det enkle element i matrisen, og midler til subtrahering av de gjenværende elementer i matrisen som ikke var i noen nevnte første, andre, tredje eller fjerde sats fra verdien for det enkle element i matrisen, og midler til utmatning av den laveste verdi av anti-medianverdiene for nevnte første, andre, tredje eller fjerde sats eller de subtraherte verdier av de gjenværende elementer.

17. Anordning som angitt i krav 16,karakterisertved at det enkle element er et sentrumelement i matrisen.

18. Anordning som angitt i krav 16,karakterisertved at de første og andre satser er en horisontal sats og en vertikal sats som er perpendikulære på hverandre og fastlegger en koordinatakse og at de tredje og fjerde satser er diagonale satser der den tredje sats står i vinkel lik omtrentlig 45° på koordinataksen og den fjerde sats står i en vinkel lik omtrentlig 135°på koordinataksen.

19. Anordning som angitt i krav 16,karakterisertved at den videre omfatter midler til subtrahering av de gjenværende elementer i matrisen som ikke var i noen av de første, andre, tredje og fjerde satser fra verdien for det enkle element i matrisen, og midler til utmatning av den laveste verdi av anti-medianverdiene for de første, andre, tredje og fjerde satser eller de subtraherte verdier for.de gjenværende elementer.

20. Anordning som angitt i krav 16,karakterisertved at matrisen er en (5 x 5) matrise med 25 elementer og at hver av de første og andre satser er en fem-element sats.

21. Anordning som angitt i krav 16,karakterisertved at den videre omfatter innretninger til skandering av matrisen over bildet.