SE448125B - Anordning for bestemning av graden av konstans hos en egenskap for ett omrade i en i diskreta bildelement uppdelad bild - Google Patents

Description

448 12s¿ Kort beskrivning av uppfinningen.

Föreliggande uppfinning avser således erbjudande av en anord- ning som med hög snabbhet_och tillförlitlighet åstadkommer sådan detektering av graden av konstans hos en egenskap i en-i diskreta bildelement nppdelad bild.

De för uppfinningen kännetecknande särdragen framgår av de bi- fogade patentkraven. ' D D Det har visat sig att en sådan anordning vid de speciella tillämpningar som här avses kan vara tusentals gånger snabbare än en generell dator. D Uppfinningen skall nedan närmare beskrivas med avseende på en anordning för undersökning av ett lokalt område i enli disk- reta bildelement uppdelad bild¿ Ett fullständigt system kan antingen innehålla en mängd sådana enheter som arbetar paral- D lellt med olika delområden av bilden, eller en enda enhet som bringas att successivt analysera varje delområde av bilden.

Dessa delområden kan delvis överlappa varandra.

Det förutsättes här att de egenskaper som skall beaktas är representerade i form av två-dimensionella vektorer, en för .varje bildelement. Dessa vektorer representerar en egenskap, exempelvis dominerande orientering. Vektorerna kan även betraktas som komplexvärda signaler, Varje vektor är så beskaffad att dess riktning beskriver den dominerande orien- teringen hos en struktur i bilden, medan vektorns längd repre- senterar säkerheten i angivelsen av denna riktning. Denna vektorrepresentation av bilden kan erhållas exempelvis genom transformation av den ursprungliga digitaliserade bilden, i vilken varje bildelement kan vara tilldelat en gråskalenivå eller en intensitetsnivå kombinerad med en färgkod, i enlighet med de principer som beskrivs i “IEEE TRANSACTIONS ON COMMUNI- cATIoNs", vor.. coM-31,f nrila, mars 1983,- sia 388 - 406. .få 4482125 iDen anordning med vilken föreliggande uppfinning löser ovan angivna problem kan kort karaktäriseras av en kombination av tre huvudenheter. En enhet mäter vektorsumman av vektorerna inom det betraktade området. En andra enhet mäter summan av sagda vektorers magnituder. En tredje enhet normerar slutligen den första utsagan med avseende på den andra.

Kort beskrivning av ritningen.

Uppfinningen kommer att beskrivas närmare nedan under hänvis- fig. fig- fig. fig. fig. fig. fig. 1 ining till den bifogade ritningen, i vilken illustrerar den aktuella problemsituationen, visar ett blockschema av anordningen enligt förelig- gande uppfinning, 2 visar ett mera detaljerat blockschema av enheten för avektorsummering i fig. 2, gvisar ett mera detaljerat blockschema av enheten för summering av vektormagnituder i fig. 2, rvisar en mera detaljerad illustration av normerings- enheten i fig. 2, visar ett blockschema av enheten för vektorsummering i en alternativ utföringsform av anordningen enligtg fig. 2, visar ett blockschema av enheten för summering av vektormagnituder i den alternativa utföringsformen av anordningen enligt fig. 2, avisar ett blockschema av normeringsenheten i den alter- nativa utföringsformen av anordningen enligt fig. 2, 448125 fig. 9-14 visar vidareutvecklingar av ovan nämnda utförings- former, och I D t fig. 15-16 visar delar av alternativa, analoga utföringsformer av före1iggande.uPPfinning; Beskrivning av föredragna utföringsformer.

Fig. 1 illustrerar den aktuella problemsituationen. Ett område l med en konstant egenskap, ekempelvis representerande en viss orientering hos strukturer inom området, är karaktäriserat avf vektorer med samma riktning. Ett område 2 med varierande eller icke-konstant egenskap innebär att de karaktäriserande vekto- rerna har en orientering som varierar. Problemsituationen är den att det är önskvärt att på ett snabbt och tillförlitligt Sätt kunna skilja områden av typ 1 från områden av typ 2. Det är sålunda önskvärt att kunna mäta graden av konstans hos egenskapen inom ett område) I I H Fig. 2 visar ett blockschema av en anordning i enlighet med föreliggande uppfinning, Figuren visar ett område 3aav karak- täriserande vektorer, svarande mot ett delområde eller fönster av en enligt ovan transformerad, i diskreta bildelement upp- delad bild, inom vilket en mätning skall genomföras. Detta område kant typiskt innehålla D11 x 11 två-dimensibnelia vemo- rer. värdena av vektorkomponenterna inom detta område avkänns av två olika mätenheter 4 och 5. Utresultaten från dessa två_ mätenheter jämförs sedan i en normeringsenhet 6, varvid utsig- nalen från enheten 4 normeras med avseende på utsignalen från enheten 5. Denna normeringsenhet avger en signal 7, vars magnitud karaktäriserar graden av konstans hos egenskapen inom det aktuella området och vars fas karaktäriserar medelvärdet av vektorriktningarna inom området." i En första utföringsform av anordningen enligt fig. 2 kommer nu 'att beskrivas under hänvisning till fig. 3+5. w hl J! ä: *ii f e44s 125 Fig. 3 visar mera i detalj enheten 4 för vektorsummering i fig. 2. Det förutsättes här att de olika vektorerna som före- kommer inom en omgivning kring “mätpunkten“ är representeradeå av komponenterna magnitud och fas. Vid_digital representation kan exempelvis magnituden representeras av ett tal mellan 0 och 255, dvs av en byte. På samma sätt kan även fasvinkeln representeras av en byte. Härigenom kommer varje bildelement att vara tilldelat två byte i ett minne, vilka representerar den till bildpunkten hörande vektorn; Om annan digital upp- *lösning önskas är givetvis andra minnestilldelningar tänkbara.

Informationen kan även vara representerad i analog form såsom en spänning eller en ström. Det förutsättes också att en lämplig mekanism, såsom en adressgenerator, ur minnet tillhan- dahåller de aktuella vektorvärdena för en omgivning kring mät- ipunkten. Anordningar för att åstadkomma detta representerar dock väl känd teknik och utgör ej föremål för denna ansökan.

Fasvärdet 8 för en vektor leds till en uppslagstabell 9 för cosinus och en uppslagstabell 10 för sinus. De därvid erhållna e värdena går till varsin multiplikator 11 resp. 12. Som ytter- ligare insignal till vardera multiplikatorn föreligger vektor- gmagnituden 13. Utsignalerna från multiplikatorerna går till var sin adderare l4 resp. 15, vilka är återkopplade för att arbeta som summatorer. Som utsignal från vardera summatorn erhålles värden som representerar realdelen resp. imaginär-. delen av summan av vektorerna inom ovan angivna omgivning.

De sålunda erhållna vektorkomponentsignalerna leds till en omvandlare från rektangulärt till polärt format, varvid resul- tatet har formen magnitud 16 och vinkel 17.

Fig. 4 visar mera i detalj uppbyggnaden av enheten för summe- ring av vektcrmagnituder inom den betraktade omgivningen. Den tidigare nämnda magnitudsignalen 13 leds till en adderare, vilken är återkopplad för att.tjäna som summator. Utsignalen 18 från denna kommer att representera summan av alla vektor- magnituder inom den betraktade omgivningen. 448 1-25 , 6'\ Figur S visar mera i detalj normeringsenheten 6 i fig. 2.

Enheten består i sin grundläggande form av en divisionsenhet, i vilken vektorsummans magnitud 16 divideras med summan 18 av magnituderna av de enskilda vektorerna. Detta ger en normali- serad utmagnitud 19. Tillsammans med den tidigare erhållna fasvinkeln 17 ger detta en beskrivning av hur konstanta D egenskaperna är inom det betraktade området kring mätpunkten resp. det viktade medelvärdet av vektorernas riktningar inom området. D ' 'D D in Ovan har beskrivits hur ett mått på graden av konstans hos en egenskap i ett område kring en mätpunkt, vilken motsvarar ett bildelement i den ursprungliga bilden, erhålls med en utfö- ringsform av anordningen enligt föreliggande uppfinning. Pål motsvarande sätt kan även övriga bildelement i bilden under- sökas med avseende på graden av konstans hos nämnda egenskap i omgivningar kring dessa bildelement. Detta kan ske antingen genom att en anordning successivt avsöker bilden genom för- flyttning av "fönstret" till omgivningar hörande till nya. bildelement, eller genom att flera anordningar parallellt avsöker omgivningar kring olika bildelement. D Vid den ovan beskrivna utföringsformen representerades vekto-' rerna i polärt format. Alternativt kan de betraktade vektorer- na vara representerade av komponenter i rektangulärt format, där den ena komponenten motsvarar realdelen och den andra komponenten motsvarar imaginärdelen av en komplexvärd signal.

Det förutsättes även för denna implementering att en lämplig mekanism, såsom en adressgenerator, ur ett minne tillhanda- håller de aktuella vektorvardena för en omgivning kring mät- punkten. Blockschemat i fig. 2 är även i detta fall tillämp- ligt för anordningenQ D för kk D Den alternativa utföringsformen av uppfinningen kommer nu att beskrivas mera i detalj under hänvisning till fig. 6-8.

Fig; 6 visar uppbyggnaden av den nu tillämpliga enheten 4 för vektorsummering. Vektorernas realdel 20 och imaginärdel 21 går âr *Év 448 125 7 till var sin adderare 22 resp. 23 kopplade som summatorer, Dessa ger som utsignal summan av realdelar 24 och imaginär- delar 25 av vektorer inom den betraktade omgivningen.

Figur 7 visar uppbyggnaden av enheten för summering av vektor- magnituder inom den betraktade omgivningen. Realdelen 26 och imaginärdelen 27 leds till var sin multiplikator 28 resp. 29 kopplade som kvadrerare. Utsignalerna från dessa går via en adderare 30 och via en enhet 32, som genererar kvadratroten ur dessa komponenter in till en adderare kopplad som summator 31.

Denna kommer att tillhandahålla summan 33 av vektorernas magnituder.

Figur 8 visar enheten 6 i fig. 2 för jämförelse-av de två typerna av vektorsummor för den aktuella representationen. De tidigare erhållna summorna av realdelar 24 och imaginärdelar 25 leds till var sin normeringsenhet 34 resp. 35. Där divide- ras desamma med den tidigare erhållna vektormagnitudsumman 33.

De därvid erhållna utsignalerna 36 och 37 utgör i rektangulära komponenter den önskade beskrivningen av hur konstant egenska- pen är inom den observerade regionen samt det viktade medel- värdet av vektorernas riktningar.i ' Nedan beskrivs några vidareutvecklingar av uppfinningen under hänvisning till fig. 9-14. 2 7 I generellare fall kan det vara önskvärt att-den ovan beskriv- na mätningen sker med en viss viktning av de vektorvärden som finns inom den betraktade omgivningen. Detta visas i fig. 9 i samband med enheten 4 i fig. 2. För detta ändamål kan de in- kommande värdena 13 i en multiplikator 39 multipliceras med viktskoefficienter lagrade i ett minne 38 innan summeringen utförs.

- Samma typ av funktion visas i fig. 10 i samband med enheten 5 i fig. 2. För detta ändamål kan de inkommande värdena 13 i en multiplikator 40 multipliceras med viktskoefficienter lagrade i ett minne 41 innan summeringen utförs. I vissa fall kan min- 448 125m- e e e 8_. nena 38 och 41 utgöra samma enhet; Det inses att den tidigare beskrivna mätningen utgör ett specialfall av viktningen med viktskoefficienterna lika med 1. 'K ö Normeringen kan i vissa fall bli bruskänslig, exempelvis då informationen består av signaler med låg magnitud; Det är där lämpligt att normerinqen görs i relation till en viss basnivå i form av en tilläggssignal 43 som isen adderare 42 adderas till summasignalen 18 för vektormagnituderna, såsom visas i fiq. 11. Även här inses att den tidigare beskrivna mätningen utgör ett speeialfall, nämligen det fall där basnivân elleri referenssignalen är lika med O. i i d i Ovanstående vidareutvecklingar av uppfinningen gäller för vek- torer i polärt format; De kan även implementeras för rektang- ulärt format, såsom visas i fig§¿l2-14. Viktskoefficientminnen 44 och 47 avger_här motsvarande viktskoeffieienter, med vars _i hjälp signalerna 20, Élvresn. ZÉ, 27-viktas i multiplikatorer 45, 46 resp._4B, 49._På analogt sätt som ovan kan även en bas- nivå 51 igen adderare S0 adderas till signalen 33.

Den tidigare beskrivna implementeringen hänför sig framför allt till digital teknik, varvid bildelementens vektorer är representerade i digital form, De angivna funktionerna kan dock med fördel utföras även i analog teknik. De strukturer som blir speciella för denna implementationsform återges i fig. is och 16; _ i' a Enligt fig. 15 summerar.den första summeringsenheten 4 alla realdelar 20 och imaginärdelar 21 av vektorerna multipliceradeg med resp. viktsfaktorer implementerade av motståndsnät 52, 53 eller multiplioerande D/A-omvandlare styrda av digitala styr- signaler 54, 55, varefter signalerna leds vidare till summa-r torer 56,*57. Multiplikationen kan ses som en avspegling av Ohms lag. Fördelen med multipliçerande D/A-omvandlare är att' det resulterande resistansvärdet som svarar mot multiplika- tionsfaktorn är inställbart genom en digital styrsignal. i áí* 448 125 9 Enligt fig; 16 summerar den andra summeringsenheten 5 alla komponenter av magnitudsignalen 13 av vektorerna multiplicera- de med viktsfaktorer implementerade av motständsnät 60 eller multiplicerande D/A-omvandlare styrda av styrsignaler 61, varefter signalerna leds vidare till en summator 62, exempel- vis en áterkopplad operationsförstärkare.

Vid utföringsformen enligt fig. 15 och 16 förutsättes signa- filerna vara tillgängliga dels såsom real- och-imaginärdel,dels isåsom magnitudf Detta ger en synnerligen enkel uppbyggnad av anordningen. Under samma förutsättningar kan även enheterna enligt fig. 4 och 6 kombineras. Det inses sålunda att det kan vara önskvärt att lagra bildsignalerna dels i rektangulär iform, dels i polär form, eller att förutom den rektangulära formen åtminstone även lagra vektormagnituderna. Det extra minnesbehov detta ger upphov till kompenseras av anordningens förenklade uppbyggnad. Detta gäller i synnerhet om hela eller stora delar av bilden skall undersökas i ett steg i flera parallellt arbetande anordningar.

Som framgår av ovanstående beskrivning kan anordningen enligt föreli99ânde uppfinning varieras på ett flertal sätt. Endast ett fåtal exempel på tillgängliga möjligheter har här beskri- vits. Uppfinningens ram bör således inte betraktas såsom begränsad till dessa exempel, utan istället vara av en omfatt- ning som beskrivs i bifogade patentkrav.

Claims (15)

1. i * i. “ 1 i PAT-ENTKRAV i 448 12s»fi" tio 14.' i 1{ Anordning för bestämning av graden av konstans hos en egenskap för ett område i en i diskreta bildelement uppdelad bild, varvid denna egenskap representeras av vektorvärda signaler, en för varje bildelement, med vektorriktningen beskrivande egenskapens typ och vektormagnituden beskrivande - säkerheten i_egenskapsutsagan, klä n n egt e c k n a*d av f! en första enhet (4) för viktad summering av vektorerna inom området, ' ' en andra enhet (5) för viktad summering av magnituderna av' vektorerna inom området, oeh i l en normeringsenhet (6) för normering av utsignalerna från den första summeringsenheten (4) med avseende på summan av ut- signalen från den andra summeringsenheten (5) och en referenssignal (43, 51,-p); i
2. 2. Anordning enligt krav I,ik ä n n e t e'o k n a d nav att den första enheten (4) omvandlar vektorernas fassignal (8) till cosinus- och sinuskomponenter, vilka är tillförda ena ingången av var sin multiplikator (11, 12), på_vars andra ingång magnitudsignalen (13) av motsvarande vektor anligger, och att resulterande produkter är tillförda en ingång av var sin adderare (14, 15), vilka båda är återkopplade för att tjäna som summatorer, varefter den erhållna vektorvärda signa- len är tillförd en enhet som utför en omvandling från rektang-I uiära till pøiära koordinater (16, 11),(fig. s)~1
3. 3. Anordning enligt krav 2, k ä n n e t e c k n awd av att den första enheten (4) inleds med en multiplikator (39) för multiplikation av magnitudsignalen (13) med viktsfaktorer hämtade ur ett minne (38), varefter signalen leds vidare till muiciplikacorerna (11, 12) (fig; 9)1 i a ß Ål' ä? 7/ 448 125 ll
4. 4. Anordning enligt krav 1, k ä n n ett e c k n a d av att den första summeringsenheten (4) summerar den första resp. andra komponenten (20, 21) av vektorerna i var sin adderare (22, 23), vilka är återkopplade till att tjäna som summatorer (fig. 6).
5. 5. Anordning enligt av krav 4, k ädn n e t e c k n a d av att den första enheten (4) inleds med multiplikatorer (45, 46) för multiplikation av den första resp. andra komponenten (20, 21) av vektorerna med viktsfaktorer hämtade ur ett minne (44), varefter signalerna leds vidare till adderarna (fig. 12).
6. 6.» Anordning enligt krav 1,gk ä n n e t e c k n a d av att den första summeringsenheten (4) summerar alla första resp. andra komponenter (20, 21) av vektorerna multiplicerade med resp. viktsfaktorer (52, 53) implementerade av motståndsnät eller styrda (54, 55) multiplicerande D/A-omvandlare, varefter signalerna leds vidare till summatorer (56, 57) (fig, 15).
7. 7. Anordning enligt något av föregående krav, k ä n n e - tïe c k n a d. av att den andra summeringsenheten (5) leder magnitudsignalen (13) till en ingång av en adderare återkopp- lad till att tjäna som summator, från vars utgång normerings- signalen (18) erhålls-(fig¿ 4).
8. 8. Anordning enligt krav 7, k ä n nde tee c k n a d av att den andra enheten (5) inleds med en multiplikator (40) för multiplikation av magnitudsignalen (13) med viktsfaktorer hämtade ur ett minne (41), varefter signalen leds vidare till den såsom summator återkopplade adderaren (fig. 10).
9. 9. Anordning enligt något av kraven 1-6, k ä n n e t e c k - n a d av att den andra enheten (5) summerar alla komponenter av magnitudsignalen (13) av vektorerna multiplicerade med a viktsfaktorer (60) implementerade av motståndsnät eller styrda (61) multiplicerande D/A-omvandlare, varefter signalerna leds vidare :in surmnamrn (sz) (fiq. 16). ' 448a125 ¿ 12*
10. 10. Anordning enligt något av kraven 1-6, k«ä n n-e t e c k - n a d av att i den andra summeringsenheten (5) komponenterna (20, 21) av vektorerna_är tillförda båda ingångarna av var sin multiplikator (28, 29) för kvadrering, varefter de kvadrerade signalerna summeras i en adderare (30), den så erhållna signa- len är tillförd en enhet (32) som bildar kvadratroten av adde- rarens utsignal, och dessa signaler adderas i en såsom summa- tor (31) återkoppiaa aade:are,(fig.r7).
11. ll. Anordning enligt krav 10, k äan n ett e c k n a d av att den andra enheten (5) inleds med multiplikatorer (48, 49) för multiplikation av den första resp. andra komponenten (26, 27) av vektorerna med viktsfaktorer hämtade ur ett minne (47), varefter signalerna leds vidare till multiplikatorerna (28, 29) (fig. 13). ii 1 i '
12. 12. Anordning enligt något av kraven 1-3, 7-11, k ä n n e - t e c k n a d av att normeringsenheten (6) innehåller en enhet för division av magnitudsignalen (16) för vektorsumman med summasignalen (18, 33, 63) för vektormagnituderna (fig. 5). a a 1 _'
13. 13. Anordning enligt krav 12, k ä n n e t e c k n a d av att normeringsenheten (6) innehåller en adderare (42) för addition av referenssignalen (43, p) till summasignalen (18, 33, 63) för vektormagnituderna (fig. 11).-
14. 14. Anordning enligt något av kraven 1, 4-11, k ä n n e - t e c k n a dg av att normeringsenheten (6) innehåller två enheter (34, 35) för division av vektorsummans komponenter (24, 25: 58,59) med summan (18, 33, 63) av vektormagnituderna (fig. 8). Z
15. 15. Anordning enligt krav 14, k arn n e tge c k nja d av att normeringsenheten (6) innehåller en adderare (50) för addition av referenssignalen (51, p) till summasignalen (18, 33, 63) för vektormagnituderna (fig. 14)., ' 1 mdr)