SU1695326A2 - Устройство дл адаптивного скольз щего усреднени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к вычислительной технике и может быть использовано дл  обработки изображений. Цель изобретени  - повышение точности. Устройство содержит аналого-цифровой преобразователь 1, элемент задержки 2, блок 3 вычислени  среднего значени  квадратов, блок 4 вычислени  квадрата среднего значени , блоки 5, 14 вычитани , блок 6 извлечени  корн , блоки 7, 8 элементов задержки, селектор минимума 9, коммутаторы 10, 11, делитель 12, блок 13 вычислени  весовой функции, умножители 15,16, регистры 17-20, сумматор 21, генератор 22 тактовых импульсов. 2 ил.

Description

Изобретение относитс  к вычислительной технике, может быть использовано в устройствах обработки изображений, обеспечива  повышение контрастности изображени , и  вл етс  усовершенствованием устройства по авт. св. № 1283793.

Цель изобретени  - повышение точности .

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 - показано размещение трех возможных отрезков AI , Дг и Аз длиной г каждый локального усреднени  входного сигнала f(t) относительно точки дискретизации tj.

Устройство содержит аналого-цифровой преобразователь 1 (АЦП), элемент 2 задержки , блок 3 вычислени  среднего значени  квадратов, блок 4 вычислени  квадрата среднего значени , блок 5 вычитани , блок 6 извлечени  корн , блоки 7, 8 элементов задержки, селектор минимума 9, коммутаторы 10, 11, делитель 12, выполненный в виде блока посто нной пам ти, блок 13 вычислени  весовой функции, выполненный в виде блока посто нной пам ти, блок

14 вычитани , умножители 15 и 16, регистры 17-20, сумматор 21, генератор 22 тактовых импульсов (ГТИ), выходы 23, 24.

Выход АЦП 1 подключен к входу элемента 2 задержки, который обьединен с входами задани  i-го отсчета блока3 вычислени  среднего значени  квадратов и блока 4 вычислени  квадрата среднего значени . Выход элемента 2 задержки соединен с входами задани  (l-N)-ro отсчета блока 3 вычислени  среднего значени  квадратов и блока 4 вычислени  квадрата среднего значени . Выход блока 3 вычислени  среднего значени  квадратов подключен к входу уменьшаемого блока 5 вычитани . Вход вычитаемого блока 5 вычитани  соединен с выходом блока 4 вычислени  квадрата среднего значени  и объединен с входом блока

6извлечени  корн . Выход блока б извлечени  корн  подключен к входу первого блока

7элементов задержки и к первому информационному входу коммутатора 10. Второй и третий информационные входы коммутато- ра 10 соединены с первым и вторым выходами первого блока 7 элементов задержки

V

Ё

О

о ел со ю о

го

Первые и вторые управл ющие входы коммутаторов 10 и 11 подключены к выходам первого и второго разр дов селектора минимума 9 соответственно. Выход коммутатора 10 соединен с выходом 23 устройства. Первый и второй информационные входы селектора минимума 9 срединены с первым и вторым выходами второго блока 8 элементов задержки соответственно. Вход блока 8 элементов задержки объединен с третьим информационным входом селектора минимума 9 и подключен к выходу блока 5 вычитани . Первый и второй выходы блока 8 элементов задержки соединены соответственно с первым и вторым информационны- ми входами коммутатора 11. Третий информационный вход коммутатора 11 соединен с выходом первого блока 5 вычитани . Выход коммутатора 11 соединен с первым входом первого умножител  15. Первый выход второго блока 8 элементов задержки соединен со входом делител  12. Выход делител  12 соединен со вторым входом первого умножител  15. Выход умножител  15 соединен с информационным входом третьего регистра 19. Выход регистра 19 соединен с входом блока 13 вычислени  весовой функции. Выход блока 13 вычислени  весовой функции соединен с первым входом второго умножител  16. Первый выход первого блока 7 элементов задержки соединен с входом уменьшаемого блока 14 вычитани . Вход вычитаемого блока 14 вычитани  объединен с информационным входом второго регистра 18 и сое- динен с выходом первого коммутатора tO. Выход блока 14 вычитани  соединен с информационным входом первого регистра 17. Выход регистра 17 соединен с вторым входом второго умножител  16. Выход ум- ножител  16 соединен с первым входом сумматора 21. Выход регистра 18 соединен со вторым входом сумматора 21. Выход сумматора 21 соединен с информационным входом четвертого регистра 20. Выход реги- стра 20  вл етс  информационным выходом 24 анализатора. Тактовые входы блока 3 вычислени  среднего значени  квадратов, блока 4 вычислени  квадрата среднего значени , селектора минимума 9, аналого-циф- рового преобразовател  1, блока 5 вычитани , блока 6 извлечени  корн , делител  12, блока 13 вычислени  весовой функции 13, блока 14 вычитани , умножителей 15 и 16, регистров 17-20 объединены и соеди- нены с выходом генератора 22 тактовых импульсов ,

Устройство работает следующим образом .

Устройство реализует метод адаптивного усреднени  сигнала f(t) по трем возможным отрезкам AI , Д2 и Дз длиной т каждый, относительное расположение которых показано на фиг. 2 дл  точки дискри- тизации ti, и метод повышени  локального контраста сигнала, причем в качестве усредненного значени  принимаетс  результат адаптивного усреднени . В методе адаптивного усреднени  сигнала дл  каждой точки ti вычисл ютс  три локальные средние значени  и три дисперсии по отсчетам трех дисперсий. Тогда результату скольз щего усреднени  g(t) входного сигнала f(t) в точке ti присваиваетс  локальное среднее значение по тому из трех отрезков, дл  которого дисперси  минимальна. Результат z(t) операции повышени  локального контраста входного сигнала f(t) в точке ti определ етс  из выражени 

z(ti) g(tl) + a(DMHH(tl)/Di(tl))Ј(ti) - Si(ti)X где z(ti) - результат операции повышени  локального контраста в точке ti,

g(ti) - результат адаптивного усреднени  дл  точки ti.

а - весова  функци , определ юща  коэффициент усилени ,

DMMH(ti) - минимальное значение дисперсии по отрезкам Дт , Д2 и Дз дл  точки ti,

Di(ti) - значение дисперсии по отрезку Дтдл  точки ti;

Sj(ti) - среднее значение по отрезку Дт дл  точки ti.

Отсчеты (выборки) входного сигнала с выхода АЦП 1 последовательно в соответствии с частотой ГТИ 22 поступают на вход элемента задержки 2. Последний состоит из N последовательно соединенных элементов задержки на один отсчет, где N - количество точек дискретизации (отсчетов) на один от- резок усреднени  длиной т. В каждом такте работы устройства на выходе АЦП 1 присутствует двоичный код одного.отсчета сигнала fi, а на выходе элемента задержки 2 - код отсчета fi-N. Локальные дисперсии по N последовательным ртсчетам сигнала вычисл ютс  с помощью блока 3 вычислени  среднего значени  квадратов, блока 4 вычислени  квадрата среднего значени  и блока 5 вычитани  путем реализации следующей формулы:

°1(н2; f2,

|NJk 1

J

k + i)-(|Jr 2 fi-k + O2

(1)

т.е. дисперси  Di  вл етс  разностью между

средним значением квадратов отсчетов сигнала и квадратом его локального среднего значени . В каждом такте работы устройства блок 4 рекурсивно вычисл ют квадрат локального среднего значени  ai на основе следующего рекуррентного соотношени :

ai аи + yj fi - -jq- fi-N.

Блок 3 в каждом такте работы устройства рекурсивно вычисл ет локальное среднее значение bi квадратов N отсчетов сигнала по следующему рекуррентному соотношению:

bi - Ьи +1 f,2 -1 тж.

Код разности brai2 т.е. локальной дисперсии DI, вычисленной по формуле (1), формируетс  на выходе блока 5 вычитани . Блоки 3 и 4 работают параллельно, а вычислени  в этих блоках и блоке 5 вычитани  осуществл ютс  в конвейерном режиме. Это значит, что в каждом такте работы устройства вычислени  реализуютс  одновременно во всех составных узлах блока 3, блока 4 и блока 5 вычитани .

Выходной код блока 4 поступает на вход блока 6 извлечени  корн . В каждом такте работы устройства на выходе блока 6 формируетс  код локального среднего значени  ai no N отсчетам входного сигнала, поскольку на его адресный вход поступает код значени  а В каждом такте работы на входы селектора минимума 9 с выхода блока 5 вычитани  и первого и второго выходов блока 8 поступают коды трех локальных дисперсий Di-m, DI и Di+m, где m (N-1)/2 и N - нечетное целое число. Первый 7 и второй 8 блоки элементов задержки состо т из N-1 последовательно соединенных элементов задержки на один отсчет, причем первый выход каждого из них  вл етс  выходом элемента задержки с номером (N-1J/2, а второй выход - выходом элемента задержки с номером N-1. На выходе селектора 9 формируетс  двухразр дный двоичный код номера минимального значени  трех дисперсий Di-m, Di, Di+m.

Коммутатор (мультиплексор) 10 выполн ет функцию переключени  на первый выход 23 устройства одного из трех кодов локальных средних значений аил, ai и ai+m с выхода блока 6 извлечени  корн  и с двух выходов первого блока 7 элементов задержки . Коммутатор (мультиплексор) 11 выполн ет функцию переключени  на второй вход умножител  15 кода, соответствующего минимальному значению дл  дисперсий Di-m, DI, Di+m. Таким образом, в j-м такте работы на выходах коммутаторов 10 и 11 сформируютс  коды величины g(ti) и 0Мин(1|) соответственно , причем код величины g(tt)

поступает на первый выход 23 устройства. Код величины g(ti) с выхода коммутатора 10 поступает на вход регистра 18 и на второй 5 вход блока 14 вычитани , на первый вход которого поступает код величины Si(ti) ai с первого выхода первого блока 7 элементов задержки. Код величины g(ti)-Si(ti) с выхода

0 блока 14 вычитани  поступает на вход первого регистра 17. Код величины Di(ti) DI с первого выхода блока 8 элементов задержки поступает на вход делител  12, в котором осуществл етс  табличное вычисление фун5 кции р (х) 1/х. Код величины 1/Di (ti) с выхода делител  12 поступает на первый вход умножител  15. На второй вход умножител  15с выхода коммутатора 11 поступает код величины 0Мин (ti) и на выходе

0 умножител  15 формируетс  код величины

Оминф

DT(ti

, который затем поступает на вход

регистра 19. На выходах регистров 17, 18 и

19 сформируютс  коды величин, поступив5 ших на их входы тактом ранее, т.е. f(ti-i) « / л , ч ОминГЬ - О

Si(ti-i), g(ti-i), D ,ч соответственно.

DMMH(1j -1)

Код величины Л с выхода регист0LM (t|-ij

pa 19 поступает на вход блока 13, в  чейках которого реализовано табличное вычисление весовой функции ог(х). Код величины a (DMMH(ti-i)/Di(tj-i)c выхода блока 13 поступа5 ет на второй вход второго умножител  16, на первый вход которого поступает код величины g(ti-i) - Si(ti-i) с выхода регистра 17, Код величины a (DMMH(fc-i)/Di(ti-) gtfi-i) - Si(ti-i) с выхода умножител  16 поступает

Q на первый вход сумматора 21, на второй вход которого поступает код g(ti) с выхода регистра 18, Код величины z(ti-i) g(ti-i) +

ОминП;- - ч).. , . , . a Di(n-i) ° ВЫХОда

5 сумматора 21 поступает на вход регистра 20, на выходе которого формируетс  код величины z(tj-i), поступившей на его вход тактом ранее. Таким образом, в текущем j-м такте на первом выходе 23 устройства

0 сформируетс - код величины g(ti), а на втором выходе 24 устройства формируетс  код величины z(ti-2). Устройство работает в конвейерном режиме и через 2 такта работы в 0+2)-м такте работы на первом выходе 23 и

5 на втором выходе 24 устройства сформируютс  коды величин g(ti+2) и Z(TJ) соответственно .

Claims (1)

1. Формула изобретени  Устройство дл  адаптивного скольз щего усреднени  по авт. св. № 1283793, отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности, в него введены дополнительный

   коммутатор, делитель, блок вычислени  весовой функции, дополнительный блок вычитани , два умножител , четыре регистра и сумматор, первый и второй выходы втрого блока элементов задержки соединены соот- ветствнено с первым и вторым информаци- онными входами дополнительного коммутатора, третий информационный вход которого соединен с выходом блока вычитани , первый и второй управл ющие входы дополнительного коммутатора подключены к выходам первого и второго разр дов селектора минимума соответственно, выход дополнительного коммутатора соединены с первым входом первого умножител , пер- вый выход второго блока элементов задержки через делитель соединен с вторым входом первого умножител , выход которого соединен с информационным входом первого регистра, выход которого соединен со входом блока вычислени  весовой функции , выход которого соединен с первым входом второго умножител , первый выход первого блока элементов задержки соединен с входом уменьшаемого дополнительного блока вычитани , вход вычитаемого которого объединен с информационным входом второго регистра и с выходом коммутатора, выход дополнительного блока вычитани  соединен с информационным входом третьего регистра, выход которого соединен со вторым входом второго умножител , выход которого соединен с первым входом сумматора , выход второго регистра соединен со вторым входом сумматора, выход которого соединен с информационным входом четвертого регистра, выход которого  вл етс  информационным выходом устройства, тактовые входы делител , блока вычислени  весовой функции, дополнительного блока вычитани , умножителей, регистров соединены с выходом генератора тактовых импульсов.

   Фиг.1

   $

   /

   т ...&)

   :/

   Фиг. 2

   Д1