SE1230022A1 - Bildbehandlingsmetod med detaljförstärkande filter med adaptiv filterkärna - Google Patents

Abstract

Uppfinningen avser en bildbehandlingsmetod för filtrering med adaptiv filterkämstorlekdär följande steg innefattas; (a) en originalbild skaffas, (b) ett informationsmättberäknas utifrån originalbilden, (c) en filterkämstorlek beräknas utifråninforrnationsmättet, (d) originalbilden lägpassfiltreras med ett adaptivt lägpassfilter medfilterkämstorlek till en lägpassfiltrerad bild, (e) en högpassfiltrerad bild beräknas genomatt subtrahera den lägpassfiltrerade bilden från originalbilden, (f) en detalj förstärkt bildutan ljusringar fås av att en med ett detalj förstärkningsmätt skalad hö gpassbild adderastill lägpassbilden. Uppfinningen avser därtill en anordning för bildbehandlinginnefattande registreringsanordning (11) för bild, bildbehandlingsenhet (12), samtbildvisningsenhet (13) för bild där; (a) registreringsanordningen (11) skaffar enoriginalbild, (b) bildbehandlingsenhet (12) beräknar ett informationsmätt utifrånoriginalbilden, (c) bildbehandlingsenhet (12) beräknar en filterkämstorlek utifråninformationsmättet, (d) bildbehandlingsenheten (12) lägpassfiltrerar originalbilden medett adaptivt lägpassfilter med filterkämstorlek till en lägpassfiltrerad bild, (e)bildbehandlingsenheten (12) beräknar en högpassfiltrerad bild genom att subtrahera denlägpassfiltrerade bilden från originalbilden, (f) bildbehandlingsenheten (12) beräknar endetalj förstärkt bild utan ljusringar genom att en med ett detalj förstärkningsmätt skaladhögpassbild adderas till lägpassbilden, (g) bildvisningsenheten (13) visualiserar den detalj förstärkta bilden utan ljusringar. Fig. 1.

Description

20 25 30 grånivåer från svart till vitt för att passa videoforrnatet och bättre låmpa sig för presentation för operatör. Orsaken till detta är en anpassning till olika videostandarder samt att en människa enbart kan särskilja runt 100 grånivåer. En ren linjär komprimering av signalen är nästan alltid olämplig då ett litet område med starkt avvikande signalnivå riskerar att använda allt dynamikomfång varpå en bild med i princip ett fåtal färg- och gråskalenivåer fås.

Ett vanligt sätt att komma runt detta är att utnyttja bildens histogram (fördelning av signalnivåer) och utifrån detta fastställa lämplig konvertering från t.ex. 16 till 8 bitar så att tillgänglig dynamik inte förbrukas eller används på nivåer där det inte finns någon signal. Även om histogramutjämning är mycket effektiv i många sammanhang så är det i regel svårt att förutse om rätt detalj er verkligen framhävs. Därför används andra metoder som ger mer robusta resultat. En sådan metod är att använda ett kantbevarande lågpassfilter för att ta fram en bakgrundsbild utan detalj er eller struktur och subtrahera denna bild från originalbilden för att på så sätt ta fram de små signalvariationema där de små signalvariationema utgörs av detalj ema.

Kantbevarande lågpassfilter är förut kända och ett exempel på ett sådant filter beskrivs i C. Tomasi och R. Manduchi, Bilateral Filtering for Gray and Color Images, Proc. 1998 IEEE 6th Int. Confon Computer Vison, Bombay India. Genom att ersätta varje bildpunkts värde med medelvärdet av närliggande bildpunkters värden erhålles en slät bild. Om icke kantbevarande filter används kommer bildpunkter med grannar med kraftigt avvikande signalintensitet att påverkas så att de hamnar på en högre eller lägre nivå än de egentligen borde. Även adaptiva filter är kända och ett exempel på ett sådant filter beskrivs i J. Xie, P.

Heng, och M. Shah, Image Diffusion Using Saliency Bilateral Filter, IEEE Transactions on Inforrnation Technology in Biomedicine, Vol. 12, No. 6, 2008.

Problem med de idag kända metodema för detalj förstärkning och filtrering av bildinformation är att då kantförstärkning används så uppkommer vanligtvis störande ljusringar eller haloforrnationer på de filtrerade bildema. 10 15 20 25 30 35 Ett syfte med föreliggande uppfinning är att föreslå en metod för filtrering av bildinforrnation så att då en bild kantförstärks så kommer filtreringen att ske med adaptiv filterkärnstorlek för undvikandet av att ljusringar eller haloformationer skapas.

Andra syften med uppfinningen beskrivs mer i detalj i samband med den detaljerade beskrivningen av uppfinningen.

Uppfinningen avser en bildbehandlingsmetod for filtrering med adaptiv filterkämstorlek där följande steg innefattas; (a) en originalbild skaffas, (b) ett inforrnationsmått beräknas utifrån originalbilden, (c) en filterkärnstorlek beräknas utifrån inforrnationsmåttet, (d) originalbilden lågpassfiltreras med ett adaptivt lågpassfilter med filterkärnstorlek till en lågpassfiltrerad bild, (e) en hö gpassfiltrerad bild beräknas genom att subtrahera den lågpassfiltrerade bilden från originalbilden, (f) en detalj förstärkt bild utan ljusringar fås av att en med ett detalj förstärkningsmått skalad högpassbild adderas till lågpassbilden.

Enligt ytterligare aspekter för det förbättrade bildbehandlingsmetoden för filtrering med adaptiv filterkärnstorlek gäller; att den lågpassfiltrerade bilden komprimeras med en komprimeringsalgoritm. att filterkämstorleken väljs utifrån en uppslagstabell med indata från informationsmåttet. att filterkämstorleken beräknas utifrån en kämstorleksalgoritm med indata från inforrnationsmåttet. att inforrnationsmåttet är ett kantinforrnationsmått. att kantinforrnationsmåttet beräknas med en Sobel-operator. 10 15 20 25 30 35 att informationsmättet är ett spridningsmätt. att spridningsmåttet är en standardavvikelse. att inforrnationsmättet är ett entropimått. att detalj förstärkningsmättet är ett variabelt förstärkningsmätt. att detalj förstärkningsmåttet är en dynamisk algoritm.

Vidare utgörs uppfinningen av en anordning för bildbehandling innefattande registreringsanordning för bild, bildbehandlingsenhet, samt bildvisningsenhet för bild där; (a) registreringsanordningen skaffar en originalbild, (b) bildbehandlingsenhet beräknar ett informationsmått utifrån originalbilden, (c) bildbehandlingsenhet beräknar en filterkämstorlek utifrån informationsmåttet, (d) bildbehandlingsenheten lägpassfiltrerar originalbilden med ett adaptivt lågpassfilter med filterkämstorlek till en lågpassfiltrerad bild, (e) bildbehandlingsenheten beräknar en högpassfiltrerad bild genom att subtrahera den lägpassfiltrerade bilden från originalbilden, (f) bildbehandlingsenheten beräknar en detalj förstärkt bild utan ljusringar genom att en med ett detalj forstärkningsmått skalad högpassbild adderas till lågpassbilden, (g) bildvisningsenheten visualiserar den detalj förstärkta bilden utan ljusringar.

Enligt ytterligare aspekter för det förbättrade anordning för bildbehandling enligt uppfinningen gäller; att registreringsanordningen för bild är en IR-kamera. att bildbehandlingsenheten komprimerar den lägpassfiltrerade bilden med en komprimeringsalgoritm. att filterkämstorleken väljs i bildbehandlingsenheten utifrån en uppslagstabell med indata från informationsmåttet. att filterkämstorleken beräknas i bildbehandlingsenheten utifrån en kämstorleksalgoritm med indata från informationsmåttet. 10 15 20 25 30 35 att bildbehandlingsenheten beräknar informationsmåttet med en Sobel-operator. att bildbehandlingsenheten beräknar inforrnationsmåttet genom en standardavvikelseberäkning av originalbilden. att den högpassfiltrerade bilden skalas i bildbehandlingsenheten med ett detalj förstärkningsmått, där detalj förstärkningsmåttet är ett variabelt förstärkningsmått. att den högpassfiltrerade bilden skalas i bildbehandlingsenheten med ett detalj forstärkningsmått, där detalj förstärkningsmåttet är en dynamisk algoritm.

Uppfinningen kommer i det följ ande att beskrivas närmare under hänvisning till de bifogade figurerna där: Fig. 1 visar blockschema för bildbehandlingsmetod for adaptiv filtrering av bild enligt uppfinningen.

Fig. 2 visar blockschema för komponenter i ett bildbehandlingssystem enligt uppfinningen.

Ett blockschema för bildbehandlingsmetod for adaptiv filtrering 1 av bild enligt uppfinningen visas i fig. 1. Bildbehandlingsmetoden utgår från en gruppering av bildinforrnation till delar av den kompletta bilden vidare kallad originalbild 2.

Grupperingen av bildinforrnation sker företrädesvis i form av en 16 bit ram där ram definierar en uppsättning av digital information i form av ett antal digitala bit. En komplett digital bild delas upp i ett stort antal mindre grupper eller ramar för att enklare kunna bildbehandlas.

Bildbehandlingsmetoden för adaptiv filtrering 1 utgår från en originalbild 2 som införskaffats med lämplig registreringsutrustning, ej vidare beskriven i denna ansökan.

Ett block med en kantdetekterande funktion 3 beräknar ett inforrnationsmått utifrån originalbilden. Inforrnationsmåttet beskriver placering och nivå av en kant i originalbilden eller andra värden relaterat till förändringar i originalbilden 2. Resultaten från den kantdetekterande funktionen 3 behandlas vidare av det adaptiva lågpassfiltret 10 15 20 25 30 35 eller LP-filtret 4. Invärden eller styrvärden till det adaptiva lågpassfiltret 4 är en av den kantdetekterande funktionen 3 skapat inforrnationsmått samt bildinformation från originalbilden 2. Resultatet av det adaptiva lågpassfiltret 4 är en lågpassfiltrerad bild 5.

Den lågpassfiltrerade bilden skapas genom en Signalbehandling eller på andra sätt modifiering av originalbilden 2 utifrån innehållet i inforrnationsmåttet och originalbilden 2 i lågpassfiltret 4. Inforinationsmåttet bestämmer storleken på det adaptiva lågpassfiltret 4. Storleken på det adaptiva lågpassfiltret 4 benämns även kärnan. Kärnstorleken bestäms utifrån distansen från kanten och/eller med intensiteten på kanten. Bestämning av kärnstorleken sker utifrån inforrnationsmåttet genom en beräkning eller genom uppslag i tabell. I fallet att värdet slås upp i en tabell, även benämnd uppslagstabell eller på engelska look-up-table, så identifieras ett värde i uppslagstabellen utifrån inforrnationsmåttet. Uppslagstabellen är sedan tidigare beräknad och anpassad utifrån applikationen och uppslagstabellen lagras i bildbehandlingsutrustningen, exempelvis i en bildbehandlingsenhet 12. Altemativt kan kärnstorleken beräknas med en för ändamålet anpassad algoritm benämnd kärnstorleksalgoritm med informationsmåttet som indata till kärnstorleksalgoritmen.

Den lågpassfiltrerade bilden 5 är kantforstärkt och filtrerad med ett adaptivt filter vilket medfört att bilden har väl definierade konturer utan att ljusringar, halofenomen eller andra störande forrnationer eller andra avvikelser förekommer i bilden.

Den lågpassfiltrerade bilden 5 subtraheras från originalbilden 2 for skapandet av en högpassfiltrerad bild även benämnd detaljbild 6. Detalj bilden 6 är en bild där detaljer från originalbilden 2 är tydliggjorda genom att den lågpassfiltrerade bilden 5 subtraherats från originalbilden 2. Genom att addera den av detalj forstärkningsblocket 9 viktade högpassfiltrerade bilden 6 till den lågpassfiltrerade bilden 5 till kan en filtrerad bild 8 skapas. Detalj forstärkningsblocket 9 bestämmer nivån på hur detaljbilden 6 ska adderas till den lågpassfiltrerade bilden 5. Detalj forstärkningen, som bestäms i detalj förstärkningsblocket 9, kan vara ett variabelt förstärkningsmått som kan anges av användaren av bildbehandlingsmetoden. Detta variabla förstärkningsmått kan exempelvis inmatas eller på annat sätt anges i eller till en bildbehandlingsenhet 12.

Detalj forstärkningen kan även beräknas utifrån en för ändamålet utvecklad och anpassad algoritm i detalj förstärkningsblocket 9. Algoritmen för beräkning av detalj förstärkning kan exempelvis identifiera och förstärka detalj er, partier, objekt eller områden eller andra formationer i den lågpassfiltrerade bilden 5, detaljbilden 6 eller originalbilden 2 där en bättre förstärkning är önskvärd. På samma sätt kan algoritmen for beräkning av detalj förstärkning undertrycka eller på andra sätt minska betydelsen av detalj er, partier, objekt eller områden eller andra forrnationer i detaljbilden 6. 10 15 20 25 30 35 Resultatet efter detalj förstärkningsblocket 9 adderas till den lågpassfiltrerade bilden 5 för skapandet av en filtrerad bild 8. Den lågpassfiltrerade bilden 5 kan innan den adderas till detaljbilden 6 dynamikkomprimeras med för ändamålet lämplig algoritm.

Detaljbilden 6 läggs till den lågpassfiltrerade bilden 5 linjärt med en global skalfaktor, alternativt anpassa detaljbilden 6 pixelvis utgående från informationsmåttet eller så läggs detaljbilden 6 till lågpassbilden 5 med en skalfaktor utifrån den dynamiska kompression som detaljbilden 6 komprimerats med. Den filtrerade bilden 8 är en detalj förstärkt och eventuellt även brusreducerad bild av originalbilden 2 utan ljusringar eller halofenomen. Den lågpassfiltrerade bilden 5 kan komprimeras med lämplig algoritm, exempelvis histogramutj ämning, huvudsakligen för att minska infonnationsinnehållet i den filtrerade lågpassbilden bilden och därmed även reducera mängden information från originalbilden. Komprimering sker i ett komprimeringsblock 7. Den filtrerade och komprimerade lågpassbilden innehåller företrädesvis mindre information än originalbilden 2 och är anpassad för den aktuella tillämpningen och/eller utrustningen. Exempelvis genom att antalet gråtoner har minskats. Komprimering sker med standardalgoritmer som inte vidare berörs i denna ansökan.

I fig. 2 visas ett blockschema för komponenter i ett bildbehandlingssystem 10 enligt uppfinningen. Bildbehandlingssystemet 10 består av en registreringsanordning 11 som är en bildhämtningsenhet och kan vara en kamera eller bildsensor, en bildbehandlingsenhet 12 samt en bildvisningsenhet 13. Registreringsanordningen 11 registrerar en bild på det mål eller område mot vilket bildhämtningsenheten riktats.

Registreringsanordningen 11 är företrädesvis i detta fall en IR-kamera men kan även vara andra typer av bildhämtande utrustning så som kameror eller sensorer.

Bildbehandlingsenheten 12 behandlar bilden från registreringsanordningen 11 med för ändamålet lämpliga algoritmer. Exempel på lämpliga algoritmer är kantförstärkning, komprimering, brusreducering och andra typer av filtreringsalgoritmer respektive bildmodifieringsalgoritmer. Därtill kan filtreringsalgoritmerna vara skalbara och filterkäman eller filterkämoma kan vara modifierbara. Bildbehandlingen utförs företrädesvis i programmerbar elektronik innefattande mikroprocessorer och/eller signalprocessorer. Bildbehandlingsenheten 12 utgörs således av anordning för hantering av bildinforrnation från registreringsanordningen 11, anordning för att bildbehandla bildinforrnationen från bildhämtningsenheten samt anordning för att överföra den bildbehandlade bildinformationen till en bildvisningsenhet 13. Bildvisningsenheten 13 kan utgöras av en display eller annan optisk visualiseringsutrustning anpassad utifrån bildbehandlingssystemets 10 användning och installation.

Uppfinningen är inte begränsad till de speciellt Visade utforingsforrnerna utan kan varieras på olika sätt inom patentkravens ram.

Det inses att ovan beskrivna metoden för bildbehandling och/eller den anordning for registrering av bild, bildbehandling och presentation av bildbehandlad bild kan tillämpas for i princip alla bildbehandlingssystem som IR-kameror, kameror eller andra optiska sensorer for alla tänkbara våglängdsomräden.

Claims (20)

10 15 20 25 30 35 PATENTKRAV

1.

2. Bildbehandlingsmetod for filtrering med adaptiv filterkärnstorlek kännetecknad av att folj ande steg innefattas; (a) en originalbild skaffas, (b) ett inforrnationsmått beräknas utifrån originalbilden, (c) en filterkärnstorlek beräknas utifrån informationsmåttet, (d) originalbilden lågpassfiltreras med ett adaptivt lågpassfilter med filterkärnstorlek till en lågpassfiltrerad bild, (e) en högpassfiltrerad bild beräknas genom att subtrahera den lågpassfiltrerade bilden från originalbilden, (f) en detalj förstärkt bild utan ljusringar fås av att en med ett detalj forstärkningsmått skalad hö gpassbild adderas till lågpassbilden.

3. Bildbehandlingsmetod enligt krav l kännetecknad av att den lågpassfiltrerade bilden komprimeras med en komprimeringsalgoritm.

4. Bildbehandlingsmetod enligt något av krav 1 till 2 kännetecknad av att filterkärnstorleken väljs utifrån en uppslagstabell med indata från informationsmåttet.

5. Bildbehandlingsmetod enligt något av krav 1 till 2 kännetecknad av att filterkärnstorleken beräknas utifrån en kärnstorleksalgoritm med indata från inforrnationsmåttet.

6. Bildbehandlingsmetod enligt något av krav 1 till 4 kännetecknad av att inforrnationsmåttet är ett kantinforrnationsmått.

7. Bildbehandlingsmetod enligt krav 5 kännetecknad av att kantinforrnationsmåttet beräknas med en Sobel-operator.

8. Bildbehandlingsmetod enligt något av krav 1 till 4 kännetecknad av att inforrnationsmåttet är ett spridningsmått.

9. Bildbehandlingsmetod enligt krav 7 kännetecknad av att spridningsmåttet är en standardavvikelse. 10 15 20 25 30 35

10.

11. ll.

12.

13.

14.

15. Bildbehandlingsmetod enligt något av krav 1 till 4 kännetecknad av att informationsmåttet är ett entropimått. Bildbehandlingsmetod enligt något av krav 1 till 9 kännetecknad av att detalj förstärkningsmåttet är ett variabelt förstärkningsmått. Bildbehandlingsmetod enligt något av krav l till 9 kännetecknad av att detalj förstärkningsmåttet är en dynamisk algoritm. Anordning för bildbehandling innefattande registreringsanordning (l 1) for bild, bildbehandlingsenhet (12), samt bildvisningsenhet (13) för bild kännetecknad av att; (a) registreringsanordningen (1 1) skaffar en originalbild, (b) bildbehandlingsenhet (12) beräknar ett inforrnationsmått utifrån originalbilden, (c) bildbehandlingsenhet (12) beräknar en filterkämstorlek utifrån inforrnationsmåttet, (d) bildbehandlingsenheten (12) lågpassfiltrerar originalbilden med ett adaptivt lågpassfilter med filterkämstorlek till en lågpassfiltrerad bild, (e) bildbehandlingsenheten (12) beräknar en hö gpassfiltrerad bild genom att subtrahera den lågpassfiltrerade bilden från originalbilden, (f) bildbehandlingsenheten (12) beräknar en detalj förstärkt bild utan ljusringar genom att en med ett detalj förstärkningsmått skalad högpassbild adderas till lågpassbilden, (g) bildvisningsenheten (13) visualiserar den detalj förstärkta bilden utan lj usringar. Anordning för bildbehandling enligt krav 12 kännetecknad av att registreringsanordningen (11) för bild är en IR-kamera. Anordning för bildbehandling enligt något av krav 12 till 13 kännetecknad av att bildbehandlingsenheten (12) komprimerar den lågpassfiltrerade bilden med en komprimeringsalgoritm. Anordning för bildbehandling enligt något av krav 12 till 14 kännetecknad av att filterkämstorleken väljs i bildbehandlingsenheten (12) utifrån en uppslagstabell med indata från inforrnationsmåttet. 10 15 20

16.

17.

18.

19.

20. Anordning för bildbehandling enligt något av krav 12 till 14 kännetecknad av att filterkämstorleken beräknas i bildbehandlingsenheten (12) utifrån en kämstorleksalgoritm med indata från inforrnationsmåttet. Anordning för bildbehandling enligt något av krav 12 till 16 kännetecknad av att bildbehandlingsenheten (12) beräknar informationsmåttet med en Sobel-operator. Anordning for bildbehandling enligt något av krav 12 till 16 kännetecknad av att bildbehandlingsenheten (12) beräknar inforrnationsmåttet genom en standardavvikelseberäkning av originalbilden. Anordning for bildbehandling enligt något av krav 12 till 18 kännetecknad av att den högpassfiltrerade bilden skalas i bildbehandlingsenheten (12) med ett detalj förstärkningsmått, där detalj förstärkningsmåttet är ett variabelt forstärkningsmått. Anordning for bildbehandling enligt något av krav 12 till 18 kännetecknad av att den högpassfiltrerade bilden skalas i bildbehandlingsenheten (12) med ett detalj förstärkningsmått, där detalj förstärkningsmåttet är en dynamisk algoritm.