SE536669C2 - 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

30 536 669 grånivåer från svart till vitt för att passa videoforrnatet och bättre lärnpa 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 detaljer 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 detaljer eller struktur och subtrahera denna bild från originalbilden för att på så sätt ta fram de små signalvariationerna där de små signalvariationema utgörs av detaljema.

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. Conf.on 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 metoderna för detalj förstärkning och filtrering av bildinformation är att då kantförstärkning används så uppkommer vanligtvis störande lj usringar eller halofonnationer på de filtrerade bilderna. 10 15 20 25 30 35 536 669 Ett syfte med föreliggande uppfinning är att föreslå en metod för filtrering av bildinformation så att då en bild kantförstärks så kommer filtreringen att ske med adaptiv filterkämstorlek för undvikandet av att ljusringar eller halofonnationer skapas.

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

Uppfinningen avser en bildbehandlingsmetod för filtrering med adaptiv filterkärnstorlek där följande steg innefattas; (a) en originalbild skaffas, (b) ett informationsmått beräknas utifrån originalbilden, (c) en filterkärnstorlek beräknas utifrån infonnationsmåttet, (d) originalbilden lågpassfiltreras med ett adaptivt lågpassfilter med filterkämstorlek till en lågpassfiltrerad bild, (e) en högpassfiltrerad bild beräknas genom att subtrahera den lägpassfiltrerade bilden från originalbilden, (f) en detaljförstärkt bild, där ljusringar undvikits, fås av att en med ett detalj fórstärkningsmått 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 inforrnationsmåttet. att filterkämstorleken beräknas utifrån en kärnstorleksalgoritm med indata från inforrnationsmåttet. att inforrnationsmåttet är ett kantinforrnationsmått. att kantinformationsmåttet beräknas med en Sobel-operator. 10 15 20 25 30 35 536 669 att inforrnationsmåttet är ett spridningsmått. att spridningsmåttet är en standardavvikelse. att infonnationsmåttet är ett entropimått. att detalj forstärkningsmåttet är ett variabelt forstärkningsmått. att detalj förstärkningsmåttet är en dynamisk algoritm.

Vidare utgörs uppfinningen av en anordning for bildbehandling innefattande registreringsanordning for bild, bildbehandlingsenhet, samt bildvisningsenhet for bild där; (a) registreringsanordningen skaffar en originalbild, (b) bildbehandlingsenhet beräknar ett inforrnationsmått utifrån originalbilden, (c) bildbehandlingsenhet beräknar en filterkärnstorlek utifrån informationsmåttet, (d) bildbehandlingsenheten lågpassfiltrerar originalbilden med ett adaptivt lågpassfilter med filterkärnstorlek till en lågpassfiltrerad bild, (e) bildbehandlingsenheten beräknar en högpassfiltrerad bild genom att subtrahera den lågpassfiltrerade bilden från originalbilden, (f) bildbehandlingsenheten beräknar en detalj förstärkt bild, där ljusringar undvikits, genom att en med ett detalj fórstärkningsmått skalad högpassbild adderas till lågpassbilden, (g) bildvisningsenheten visualiserar den detaljforstärkta bilden.

Enligt ytterligare aspekter for det förbättrade anordning for bildbehandling enligt uppfinningen gäller; att registreringsanordningen för bild är en IR-kamera. att bildbehandlingsenheten komprimerar den lågpassfiltrerade bilden med en komprimeringsalgoritm. att filterkämstorleken väljs i bildbehandlingsenheten utifrån en uppslagstabell med indata från informationsmåttet. 10 15 20 25 30 35 536 669 att filterkärristorleken beräknas i bildbehandlingsenheten utifrån en kärnstorleksalgoritm med indata från informationsmåttet. att bildbehandlingsenheten beräknar inforrnationsmåttet med en Sobel-operator. att bildbehandlingsenheten beräknar informationsmåttet genom en standardavvikelseberäkning av originalbilden. att den högpassfiltrerade bilden skalas i bildbehandlingsenheten med ett detalj forstärkningsmått, där detalj förstärkningsmåttet är ett variabelt förstärkningsmått. att den högpassfiltrerade bilden skalas i bildbehandlingsenheten med ett detaljforstärkningsmått, där detaljfbrstärkningsmåttet är en dynamisk algoritm.

Uppfinningen kommer i det följande 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 for komponenter i ett bildbehandlingssystem enligt uppfinningen.

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

Grupperingen av bildinforrnation sker företrädesvis i forrn 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 for adaptiv filtrering 1 utgår från en originalbild 2 som inforskaffats med lärnplig registreringsutrustning, ej vidare beskriven i denna ansökan.

Ett block med en kantdetekterande funktion 3 beräknar ett inforrnationsmått utifrån originalbilden. Informationsmåttet beskriver placering och nivå av en kant i 5 10 15 20 25 30 35 536 669 originalbilden eller andra värden relaterat till förändringar i originalbilden 2. Resultaten från den kantdetekterande funktionen 3 behandlas vidare av det adaptiva lågpassfiltret eller LP-filtret 4. Invärden eller styrvärden till det adaptiva lågpassfiltret 4 är en av den kantdetekterande funktionen 3 skapat informationsmått samt bildinforrnation 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 informationsmåttet och originalbilden 2 i lågpassfiltret 4. Inforrnationsmåttet bestämmer storleken på det adaptiva lågpassfiltret 4. Storleken på det adaptiva lågpassfiltret 4 benämns även kärnan. Kämstorleken bestäms utifrån distansen från kanten och/eller med intensiteten på kanten. Bestämning av kämstorleken sker utifrån infonnationsmåttet 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 l2. Alternativt kan kärnstorleken beräknas med en för ändamålet anpassad algoritm benämnd kärnstorleksalgoritm med inforrnationsmåttet som indata till kämstorleksalgoritmen.

Den lågpassfiltrerade bilden 5 är kantförstärkt och filtrerad med ett adaptivt filter vilket medfört att bilden har väl definierade konturer där ljusringar, halofenomen eller andra störande formationer eller andra avvikelser har undvikits.

Den lågpassfiltrerade bilden 5 subtraheras från originalbilden 2 för skapandet av en högpassfiltrerad bild även benämnd detaljbild 6. Detaljbilden 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 förstärkningsblocket 9 viktade högpassfiltrerade bilden 6 till den lågpassfiltrerade bilden 5 till kan en filtrerad bild 8 skapas. Detalj förstärkningsblocket 9 bestämmer nivån på hur detaljbilden 6 ska adderas till den lågpassfiltrerade bilden 5. Detaljförstärkningen, 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 förstärkningen kan även beräknas utifrån en för ändamålet utvecklad och anpassad algoritm i detalj íörstärkningsblocket 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 sarnrna sätt kan algoritmen 6 10 15 20 25 30 35 536 669 för beräkning av detalj förstärkning undertrycka eller på andra sätt minska betydelsen av detaljer, partier, objekt eller områden eller andra forrnationer i detalj bilden 6.

Resultatet efter detaljförstärkningsblocket 9 adderas till den lâgpassfiltrerade bilden 5 för skapandet av en filtrerad bild 8. Den lågpassfiltrerade bilden 5 kan innan den adderas till detalj bilden 6 dynarnikkomprimeras med för ändamålet lämplig algoritm.

Detaljbilden 6 läggs till den lågpassfiltrerade bilden 5 linjärt med en global skalfaktor, altemativt 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 där lj usringar eller halofenomen har undvikits. Den lågpassfiltrerade bilden 5 kan komprimeras med lämplig algoritm, exempelvis histogramutjämning, huvudsakligen för att minska informationsinnehållet 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 ll som är en bildhämtningsenhet och kan vara en kamera eller bildsensor, en bildbehandlingsenhet 12 samt en bildvisningsenhet 13. Registreringsanordningen ll registrerar en bild på det mål eller område mot vilket bildhämtningsenheten riktats.

Registreringsanordningen ll 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 ll med för ändamålet lämpliga algoritmer. Exempel på lämpliga algoritmer är kantförstärkning, komprimering, brusreducering och andra typer av filtreringsalgoritmer respektive bildmodifieringsalgorítmer. Därtill kan filtreringsalgoritmerna vara skalbara och filterkärnan eller ñlterkärnorna kan vara modifierbara. Bildbehandlingen utförs företrädesvis i programmerbar elektronik innefattande mikroprocessorer och/eller signalprocessorer. Bildbehandlingsenheten l2 utgörs således av anordning för hantering av bildinfonnation från registreringsanordningen ll, anordning för att bildbehandla bildinforrnationen från bildhärntningsenheten samt anordning för att överföra den bildbehandlade bildinforrnationen till en bildvisningsenhet 13. Bildvisningsenheten 13 7 10 536 669 kan utgöras av en display eller annan optisk visualiseringsutrustning anpassad utifrån bildbehandlingssystemets 10 användning och installation.

Uppfinningen är inte begränsad till de speciellt visade utfóringsfonnerna 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 för alla tänkbara våglängdsområden.

Claims (20)

10 15 20 25 30 35 536 669 PATENTKRAV

1.

2. Bildbehandlingsmetod för filtrering med adaptiv filterkärnstorlek kännetecknad av att följande steg innefattas; (a) en originalbild skaffas, (b) ett informationsmått beräknas utifrån originalbilden, (c) en filterkämstorlek beräknas utifrån informationsmåttet, (d) originalbilden lågpassfiltreras med ett adaptivt lågpassfilter med filterkämstorleken till en lågpassfiltrerad bild, (e) en högpassfiltrerad bild beräknas genom att subtrahera den lågpassfiltrerade bilden från originalbilden, (f) en detalj förstärkt bild, där ljusringar undvikits, fås av att en med ett detaljforstärkningsmått skalad högpassbild adderas till lågpassbilden.

3. Bildbehandlingsmetod enligt krav 1 kännetecknad av att den lågpassfiltrerade bilden komprimeras med en komprimeringsalgoritm.

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

5. Bildbehandlingsmetod enligt något av krav l till 2 kännetecknad av att filterkämstorleken beräknas utifrån en kärnstorleksalgoritm med indata från informationsmåttet.

6. Bildbehandlingsmetod enligt något av krav 1 till 4 kännetecknad av att informationsmåttet 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 informationsmåttet är ett spridningsmått.

9. Bildbehandlingsmetod enligt krav 7 kännetecknad av att spridningsmåttet är en standardavvikelse. 10 l5 20 25 30 35

10.

11. ll.

12.

13.

14.

15. 536 669 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 forstärkningsmåttet är ett variabelt forstärkningsmått. Bildbehandlingsmetod enligt något av krav 1 till 9 kännetecknad av att detalj forstärkningsmåttet är en dynamisk algoritm. Anordning för bildbehandling innefattande registreringsanordning (11) for bild, bildbehandlingsenhet (12), samt bildvisningsenhet (13) for bild kännetecknad av att; (a) registreringsanordningen (1 1) skaffar en originalbild, (b) bildbehandlingsenhet (12) beräknar ett inforrnationsmått utifrån originalbilden, I (c) bildbehandlingsenhet (12) beräknar en filterkärnstorlek utifrån inforrnationsmåttet, (d) bildbehandlingsenheten (12) lågpassfiltrerar originalbilden med ett adaptivt lågpassfilter med filterkämstorleken till en lågpassfiltrerad bild, (e) bildbehandlingsenheten (12) beräknar en högpassfiltrerad bild genom att subtrahera den lågpassfiltrerade bilden från originalbilden, (t) bildbehandlingsenheten (12) beräknar en detaljforstärkt bild, där ljusringar undvikits, genom att en med ett detalj förstärkningsmått skalad högpassbild adderas till lågpassbilden, (g) bildvisningsenheten (13) visualiserar den detaljfórstärkta bilden. Anordning för bildbehandling enligt krav 12 kännetecknad av att registreringsanordningen (l 1) for bild är en IR-kamera. Anordning for bildbehandling enligt något av krav 12 till 13 kännetecknad av att bildbehandlingsenheten (12) komprimerar den lågpassfiltrerade bilden med en komprimeringsalgoritm. Anordning for bildbehandling enligt något av krav 12 till 14 kännetecknad av att filterkärnstorleken väljs i bildbehandlingsenheten (12) utifrån en uppslagstabell med indata från informationsmåttet. 10 10 15 20

16.

17.

18.

19.

20. 536 669 Anordning for bildbehandling enligt något av krav 12 till 14 kännetecknad av att filterkärnstorleken beräknas i bildbehandlingsenheten (12) utifrån en kämstorleksalgoritm med indata från informationsmåttet. 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 informationsmåttet 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 detaljfcirstärkningsmått, där detaljförstärkningsmåttet är ett variabelt fórstärkningsmått. Anordning for bildbehandling enligt något av krav 12 till 18 kännetecknad av att den högpassfiltrerade bilden skalas i bildbehandlingsenheten (12) med ett detaljforstärkningsmått, där detaljforstärkningsmâttet är en dynamisk algoritm. 11