SU1725239A1 - Устройство дл коррекции изображений - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к автоматике и вычислительной технике и предназначено дл  использовани  в автоматических распознающих системах. Целью изобретени   вл етс  повышение точности устройства. Цель достигаетс  тем, что в устройстве, содержащем телевизионный датчик изображени , аналого-цифровой преобразователь, цифровой медианный фильтр, а также блок синхронизации, два элемента задержки и два компаратора, введены (N - 2) элементов задержки, (N - 3) компараторов, два элемента И, N-разр дный элемент пам ти, где N - число элементов в строке изображени  и блок оценки локальной однородности, введение дополнительных блоков и их конвейерна  организаци  позвол ет обрабатывать телевизионные изображени  в реальном масштабе времени. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Description

СО

с

Изобретение относитс  к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системах автоматического распознавани  изображений, например, дл  распознавани  печатных или рукописных знаков, отпечатков пальцев и других объектов, которые могут быть однозначно представлены изображени ми.

Цель изобретени  - повышение точности устройства и достоверности выделени  границ объектов на изображении.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 - схема блока оценки локальной однородности; на фиг. 3 - схема цифрового медианного фильтра; на фиг. 4 - временна  диаграмма работы устройства, где V1, V2, V3, V4, V5 - синхронизирующие сигналы на первом - п том выходах синхронизатора; на фиг. 5 - диаграммы, по сн ющие способ адаптивной построчной

сегментации изображений, который реализован в устройстве.

Устройство содержит телевизионный датчик 1 изображений, аналого-цифровой преобразователь 2 (АЦП), цифровой медианный фильтр 3, блок 4 оценки локальной однородности, блок 5 из N элементов 6.1, 6.2, ... , 6N задержки, (N - 1) компараторов 7.1, 7.27.N - 1, элементы И 8 и 9, N-разр дный элемент 10 пам ти, блок 11 синхронизации и выход 12 устройства.

Выход датчика 1 изображений соединен с входом АЦП 2. Выход АЦП 2 соединен с входом цифрового медианного фильтра 3. Выход цифрового медианного фильтра 3 соединен с входом блока 4 оценки локальной однородности. Выход блока 4 оценки локальной однородности соединен с входом блока 5 элементов задержки. Вход блока 5 элементов задержки соединен с входом

ю ел

к

GJ Ю

первого элемента 6.1 задержки. Выход элемента 6.i (i 1, N -1) соединен с i-м выходом блока 5 элементов задержки и входом элемента 6.1 + 1 задержки. Выход элемента 6.N задержки соединен с N-м выходом блока 5 элементов задержки. Первый выход блока 5 элементов задержки соединен с первыми входами компараторов 7.1, 7,2

7.N - 1. Второй - N-й выходы блока 5 элементов задержки соединены с вторыми

входами компараторов 7.1, 7.2 7.N - 1

соответственно. Выходы Меньше компараторов 7.1, 7.2 7.N - 1 соединены с

входами элемента И 8. Выход элемента И 8 соединен с входом первого разр да N-раз- р дного элемента 10 пам ти. Выходы Больше компараторов 7.1, 7.2 7.N - 1

соединены с входами второго - N-ro разр дов N-разр дного элемента 10 пам ти, Первый-N-й выходы N-разр дного запоминающего элемента 10 соединены с входами элемента И 9. Выход элемента И 9 соединен с выходом 12 устройства. Входы синхронизации АЦП 2, цифрового медианного фильтра 3, блока 4 оценки локальной однородности, блока 5 элементов задержки и N-разр дного элемента 10 пам ти соединены с соответствующими выходами блока 11 синхронизации .

Блок 4 оценки локальной однородности содержит два элемента 13 и 14 задержки, три вычитател  15-17, два накапливающих сумматора 18 и 19, два преобразовател  20 и 21 кодов.

Вход блока 4 оценки локальной однородности образован входом преобразовател  20 кода, первым входом вычитател  15 и входом элемента 13 задержки. Выход элемента 13 задержки соединен с вторым входом вычитател  15. Выход вычитател  15 соединен с входом накапливающего сумматора 18. Выход накапливающего сумматора

18соединен с входом преобразовател  21 кодов. Выход преобразовател  21 кодов соединен с первым входом вычитател  17, Выход вычитател  17 соединен с выходом блока 4 оценки локальной однородности. Выход преобразовател  20 кодов соединен с первым входом элемента 14 задержки и первым входом вычитател  16. Выход элемента 14 задержки соединен с вторым входом вычитател  16. Выход вычитател  16 соединен с входом накапливающего сумматора 19. Выход накапливающего сумматора

19соединен с вторым входом вычитател  17. Входы синхронизации элементов 13 и 14 задержки и накапливающих сумматоров 18 и 19 соединены с входом синхронизации блока 4 оценки локальной однородности.

Цифровой медианный фильтр содержит первый 22 и второй 23 элементы задержки, два компаратора 24 и 25, третий элемент 26 задержки, элемент 27 посто нной пам ти и

мультиплексор 28.

Вход цифрового медианного фильтра соединен с входом элемента 22 задержки и первыми входами мультиплексора 28 и компаратора 24 и 25. Выход элемента 22 задер0 жки соединен с входом элемента 23 задержки и вторыми входами мультиплексора 28 и компаратора 24. Выход элемента 23 задержки соединен с третьим входом мультиплексора 28 и вторым входом компарато5 ра 25. Выход Меньше компаратора 24 соединен с первым входом элемента 27 посто нной пам ти и входом элемента 26 задержки . Выход Меньше компаратора 25 соединен с вторым входом элемента 27 по0 сто нной пам ти. Выход элемента 26 задержки соединен с третьим входом элемента 27 посто нной пам ти. Выход элемента 27 посто нной пам ти соединен с управл ющим входом мультиплексора 28. Выход мульти5 плексора 28 соединен с выходом цифрового медианного фильтра 3. Входы синхронизации элементов 22, 23 и 26 задержки и элемента 27 посто нной пам ти объединены и соединены с входом синхронизации цифро0 вого медианного фильтра 3.

Элементы 6.1, 6.2 6.N, 22, 23 и 26

задержки имеют длину, равную единице (т.е. осуществл ют задержку на врем  одного такта работы устройства). Элементы 13 и

5 14 имеют длину N. N-разр дный запоминающий элемент 10 осуществл ет задержку значени , поступившего на вход его первого разр да, на один такт работы. Значение, поступившее на вход j-ro разр да 0 2, N)

0 элемента 10, задерживаетс  на (N + 2 - j) тактов работы.

В начальный момент времени элементы

6,1, 6.26.N, 22, 23, 26, 13 и 14 задержки,

N-разр дный запоминающий элемент 10,

5 накапливающие сумматоры 18 и 19 обнулены .

Устройство работает следующим образом .

Устройство реализует способ построч0 ной сегментации изображений, который заключаетс  в выделении границ между объектами и фоном на изображении путем анализа локальной однородности сигнала в окрестности предполагаемой граничной

5 точки. Предварительно дл  повышени  помехоустойчивости устройства выполн етс  цифрова  медианна  фильтраци  входного изображени . Медианна  фильтраци  позвол ет эффективно подавить высокоамплитудные выбросы импульсного шума,

сохран   (не сглажива ) при этом перепады  ркости на границах между объектами и фоном . Затем выполн етс  проверка услови  наличи  в текущей точке изображени  границы между объектом и фоном путем знали- за локальной однородности изображени  в ее некоторой окрестности.

Неоднородность локальной области изображени , не содержащей границу между объектами и фоном (т.е. элементы локаль- ной области принадлежат только объекту или только фону (участки аи/3 на фиг. 5 а) определ етс  шумовой составл ющей сигнала . Неоднородность локальной области-, содержащей границу между объектом и фо- ном (т.е. элементы области принадлежат как объекту, так и фону) (участок на фиг. 5.5), определ етс  шумовой составл ющей плюс структурной составл ющей. Это означает, что локальные области, содержащие грани- цу между объектом и фоном, менее однородны .

Дл  того, чтобы определить  вл етс  ли текуща  точка граничной, достаточно проанализировать однородность локальных об- ластей, расположенных справа и слева от предполагаемой границы и областей, включающих в себ  предполагаемую границу. Если однородность областей, расположен- ных слева и справа, выше однородности об- ластей, включающих в себ  предполагаемую граничную точку, то текуща  точка изображени   вл етс  граничной.

Выделение граничных точек на изображении осуществл етс  следующим обра- зом.

Дл  текущего отсчета y(ti) сглаженного медианным фильтром сигнала и предшествующего отсчета y(tn) рассматриваютс  все отрезки Ai1,... AN+I той же строки длины N, включающие в себ  эти отсчеты. Дл  каждого отрезка Ат(т Г N +.1) определ етс  значение дисперсии D(A m ) его элементов. Полученное дл  отрезка Am значение D(Am ) дисперсии характеризует степень его одно- родности.

Затем на основе полученных таким образом на предыдущем этапе значений D( Am1) оценок однородности отрезков Ат определ етс   вл етс  ли точка ti изображени  гра- ничной. Если отрезки Ai и AN + 1 более однородны, чем отрезки Да1, .... Дм , то в точке ti изображени  обнаружена граница.

На фиг. 5 в показан пор док сравнительного анализа значений оценок одно-

родности отрезков А Л А21AN+I . Белые

точки соответствуют отрезкам Дг и AN+I . черные точки - отрезкам Д а, А З, ..., Дм1 и стрелками соединены точки, соответствующие тем отрезкам, однородность которых сравниваетс .

Такой подход позвол ет осуществить выделение границ между объектами и фоном на изображении на основе анализа характера сигнала (его локальной однородности ) в некоторой окрестности текущей точки. При этом отпадает необходимость в априорном задании каких-либо пороговых значений (например, коэффициента резкости перепада). Это, в свою очередь, позвол ет выделить границы объектов на изображении инвариантно к величинам перепадов и к резкости их краев. Выделение перепадов  ркости на границах объектов инвариантно к их величине и резкости позвол ет , с одной стороны, выделить границы малоконтрастных и нерезких объектов на изображении и, с другой стороны, повысить помехоустойчивость (уменьшить веро тность ложного срабатывани ) по отношению к аддитивному шуму.

Выделение границ объектов на изображении на основе анализа локальной однородности сигнала в окрестности текущей точки позвол ет повысить достоверность выделени  граничных точек на изображении .

Отсчеты изображени  в процессе его построчного сканировани  датчиком 1 изображени  последовательно поступают на вход аналого-цифрового преобразовател  (АЦП) 2. В АЦП 2 выполн етс  преобразование аналогового сигнала в цифровой в соответствии с частотой синхронизации синхроимпульсов на первом выходе синхронизатора 11. Оцифрованное значение сигнала с выхода АЦП 2 поступает на вход цифрового медианного фильтра 3. Последний реализует удаление высокоамплитудных импульсных помех в строке изображени , которые могут повли ть на формируемые на последующем этапе оценки локальной однородности изображени . Посредством двух компараторов 19 выполн етс  сравнение текущего отсчета изображени  x(ti) на выходе АЦП 2 с двум  предыдущими x(tj-i) и x(ti-2), задержанными с помощью двух элементов 22 и 23 задержки.

В свою очередь, на выходе третьего элемента 26 задержки в текущем такте работы устройства будет результат сравнени  отсчетов х(:и) и y(ti-a).. вычисленный в предыдущем такте посредством первого компаратора 24. На основе попарного сравнени  трех последовательных отсчетов строки изображение х(т) с помощью элемента 27 посто нной пам ти таблично вычисл етс  номер того из трех отсчетов x(ti), x(ti-i).

x(ti+i), который  вл етс  медианой. Дл  этого адресный вход элемента 27 соединен с выходами двух компараторов 24 и 25 и элемента 26 задержки, а его информационный выход подключен к управл ющему входу мультиплексора 28.

Таким образом, в каждом такте работы устройства на выходе мультиплексора 28, т.е. на выходе цифрового медианного фильтра 3, по вл етс  отсчет результата медиан- ной фильтрации y(t). На фиг. 5а показан фрагмент строки изображени  на выходе АЦП 2, а на фиг. 56 - результат медианной фильтрации этой строки. Результат y(t) медианной фильтрации поступает на вход бло- ка 4 оценки локальной однородности сигнала. В блоке 4 оценки локальной однородности в каждом такте работы осуществл етс  вычисление дисперсии значений N последних отсчетов сглаженного изображе- ни  y(t). Код y(ti) текущего отсчета сглажен- ного сигнала y(t) поступает на вход преобразовател  20 кодов, первый вход вы- читате   15 и вход элемента 13 задержки. В элементе 13 задержки осуществл етс  за- держка текущего отсчета y(ti) на N тактов работы и поступает с выхода элемента 13 задержки на второй вход вычитател  15.

Код разности y(tj)- y(ti - м) с выхода вычитател  15 поступает на вход накапливающе- го сумматора 18. В накапливающем сумматоре 18 осуществл етс  вычисление величины а; аи + y(ti)- y(ti-N), равной сумме значений N последних отсчетов сглаженного сигнала y(t). Код значени  qi с выхода накапливающего сумматора 18 поступает на вход преобразовател  21 кодов, в  чейках которого реализовано табличное вычисление значений функции y(Z) (тт )2.

Значение величины (4I)2 с выхода преобразовател  21 кодов поступает на первый вход вычитател  17. Параллельно код отсчета y(ti) поступает на вход преобразовател  20 кодов, в  чейках которого реализуетс  табличное выZ2 числение значений функции y(Z) . Код

величины -Д- с выхода преобразовател 

20 кодов поступает на вход элемента 14 задержки и первый вход вычислител  16. Код задержанной на N тактов величи ,2

ны

/ farf)

N

с выхода элемента 14 задержки

поступает на второй вход вычитател  16. Код разности y2(ti) - y2(ti-N)/N с выхода вычитател  16 поступает на вход накапливающего сумматора 19. В накапливающем

5

0 5 0 5

0 5 .

5

0

5

сумматоре 19 осуществл етс  вычисление величины bi DM + y(ti)- y(ti-N), равной среднему значению суммы квадратов значений последних отсчетов сглаженного сигнала. Код величины bi с выхода накапливающего сумматора 19 поступает на второй вход вычитател  17. На выходе вычитател  17

формируетс  код величины dj bi - ( vr)2,

равной дисперсии значений N последних отсчетов сглаженного сигнала y(t).

Значение di дисперсии значений N последних отсчетов сглаженного сигнала с выхода вычитател  17 поступает на выход блока 4 оценки локальной однородности. Блок 4 оценки локальной однородности работает в параллельно-конвейерном режиме и в каждом такте работы на его выходе формируетс  значение дисперсии значений элементов текущего отрезка длины N. Значение di с выхода блока 4 оценки локальной однородности поступает на вход блока 5 элементов задержки. Блок 5 элементов задержки представл ет собой последовательное соединение N элементов задержки на один такт, причем выход каждого элемента задержки 6.j  вл етс  соответствующим j-м выходом блока 5. На j-м выходе блока 5 элементов задержки в каждом такте формируетс  значение, задержанное на j тактов, т.е. значение, поступившее на вход блока 5 j тактами ранее. На первом выходе блока 5 элементов задержки формируетс  значение di-i, которое поступает на первые входы компараторов 7.1, 7.2,.... 7.N -1.

Значение di-j О 2,М) с j-ro выхода блока 5 поступает на второй вход компаратора 7.J - 1. На соответствующих выходах компаратора 71(1 1.N-1) формируютс  результаты сравнени  величин di-i и di-1-i. На выходе Меньше компаратора 7.I формируетс  код 1, если di-1 dj-Ј-i и О в противном случае. На выходе Больше компаратора 7 формируетс  код 1, если di-i di-н и О в противном случае.

Значение с выходов Меньше компараторов 7.1,7.2, ....7.N-1 поступают на соответствующие входы элемента И 8. На выходе элемента И 8 формируетс  значение hi1 1, равное единице, если di-i dn-k (k 1 ,N-1) равное нулю в противном случае.

Значение hi с выхода элемента И 8 поступает на вход первого разр да N-разр д- ного элемента 10 пам ти. На входы остальных разр дов N-разр дного запоминающего элемента 10 поступают значени  с выходов Больше компараторов 7.1, ..., 1.N - 1, т.е. на вход j-ro разр да Q 2,N) элемента 10 поступает значение с выхода Больше

компаратора 7; j - 1 - признак сравнени  dM di-j.

В N-разр дном элементе 10 пам ти на прот жении определенного времени хранени  значений, поступивших ранее на его входы, формируетс  выборка соответствующих значений, необходимых дл  вычислений в текущем такте работы. В элементе Юна его первый выход поступает значение с его первого входа, задержанное на одинтакт работы . На j-й выход элемента 10 Q 2,R) поступает значение с его j-ro входа, задержанное на (N + 2 - j) тактов работы. На первом - N-м входах N-разр дного элемента 10 пам ти сформированы значени  hi и признаки сравнени  dM di-2, dj-i di-N1

соответственно. На первом - N-м выходах элемента 10 формируютс  коды значени  hi и признаков сравнени 

di-N-1 di-N-2, di-N di-N-2 di-3 di-N-2

соответственно. Значени  с выходов N-разр дного элемента 10 пам ти поступают на входы элемента И 9. На выходе элемента И 9 формируетс  единичное значение, если значени  на его входах также равны единице.

В противном случае на выходе элемента И 9 формируетс  нулевое значение. Значение равно единице, если выполн ютс  услови 

,N-1 ;di-2«Ji-2-k.

Это значит, что на выходе элемента И 9 формируетс  значение единицы, если выполн етс  условие

, di-N-2 di-2-kA di-2 di-2-k.

Учитыва , что D(Aj ) di+j-2, на выходе элемента И 9 формируетс  значение

V(ti-N-l)

i-N-1i

. i-N-14

V (ti-N-1) И

Г 1,еслиО(А1|-№1)0()Л

ЛО(Ды+1Ж DCAk 14 1), k 2,N

О, в противном случае.

Значение v (tj-N-i) с выхода элемента И 9 поступает на выход устройства. Ecflnv(ti-N-l) равно единице, то точка ti-N-1 изображени   вл етс  граничной, в противном случае граница в точке ti-N-1 отсутствует. Устройство работает в конвейерном режиме и в следующем такте работы на выходе 12 устройства формируетс  значение v(ti-N) признака наличи  границы, проход щей через точку tj-N изображени .

Синхронизаци  работы блоков устройства осуществл етс  с помощью блока 11 синхронизации. Синхронизирующий сигнал U 1 (фиг. 4) с первого выхода блока 11 поступает на вход синхронизации АЦП 2. После срабатывани  АЦП 2 задержанный на врем 

г 1 синхронизирующий сигнал U 2 с второго выхода блока 11 поступает на вход синхронизации цифрового медианного фильтра 3. После срабатывани  медианного фильтра 3

сигнал U3 (задержанный на врем  г 2 сигнал U 2) поступает на вход синхронизации блока 4 оценки локальной однородности и т.д., задержанные на промежутки времени гЗ и г 4 сигналы U 4 и U 5 последовательно поступают на входы синхронизации элементов 6.1, 6.2,.... 6.N и N-разр дного элемента 10 пам ти соответственно. Величина интервала времени г 1 определ етс  временем срабатывани  АЦП 2, г 2 - временем срабатывани  цифрового медианного фильтра 3, тЗ - временем срабатывани  блока 4 оценки локальной однородности и т 4 - временем сдвига информации в элементах 6,1,6,26.N задержки.

Устройство работает в параллельно- конвейерном режиме. Такой режим работы устройства позвол ет значительно повысить его быстродействие.

Таким образом, за счет возможности

выделени  в строке границ объектов на изображении инвариантно к величине перепада и его резкости, а также за счет снижени  веро тности ложных срабатываний предполагаемое устройство обладает повышенной

достоверностью сегментации изображений. Предлагаемое устройство осуществл ет выделение границ объектов на изображении на основе анализа локальной структуры (однородности ) сигнала, при этом отпадает необходимость в априорном задании каких-либо пороговых значений.

Параллельно-конвейерна  организаци  вычислений в устройстве дает возможность проводить сегментацию телевизионных

изображений в реальном масштабе времени .

Claims (2)

1. Формула изобретени  1. Устройство дл  коррекции изображений , содержащее последовательно соединенные телевизионный датчик изображений, аналого-цифровой преобразователь, цифровой медианный фильтр, а также блок синхронизации , два элемента задержки и два компаратора, отличающеес  тем, что, с

   целью повышени  точности устройства, в

   него введены дополнительно N - 2 элементов задержки, N - 3 компараторов, два элемента И, N-разр дный элемент пам ти, где N - число элементов в строке изображений, и блок оценки локальной однородности, причем все элементы задержки соединены последовательно, выход цифрового медианного фильтра соединен с входом блока оценки локальной однородности, выход которого соединен с входом первого элемента задержки, выход которого соединен с первыми входами компараторов, выходы остальных элементов задержки соединены с вторыми входами компараторов, выходы Меньше которых соединены с входами первого элемента И, выход которого соединен с входом первого разр да N-разр дного элемента пам ти, остальные входы которого соединены с выходами Больше компараторов , выходы N-разр дного элемента пам ти соединены с входами второго элемента И, выход которого  вл етс  выходом устройства, входы синхронизации аналого- цифрового преобразовател , цифрового медианного фильтра, блока оценки локальной однородности, элементов задержки и N- разр дного элемента пам ти соединены с соответствующими выходами блока синхронизации .
2. 2. Устройство поп. 1,отличающее- с   тем, что блок оценки локальной однородности содержит два элемента задержки, три вычитател , два накапливающих сумматора

   0

   5

   0

   и два преобразовател  кодов, причем информационным входом блока  вл етс  вход первого преобразовател  кодов, соединенный с первым входом первого вычитател  и входом первого элемента задержки, выход которого соединен с вторым входом первого вычитател , выход которого соединен с входом первого накапливающего сумматора , выход которого соединен с - входом второго преобразовател  кодов, выход которого соединен с первым входом третьего вычитател , выход которого  вл етс  выходом блока, выход первого преобразовател  кодов соединен с первым входом второго вычитател  и входом второго элемента задержку выход которого соединен со вторым входом второго вычитател , выход которого соединен с входом второго накапливающего сумматора, выход которого соединен с вторым входом третьего вычитател , входы синхронизации элементов задержки и накапливающих сумматоров соединены и  вл ютс  входом синхронизации блока.

   Фаг. 2

   фиг. 5

   о

   V21

   4

   Wr l

   (Jit Ъ

   Ч

   1/5 Г5

   Sr

   П

   t

   «г. 4