SU1755305A2 - Устройство дл коррекции изображений объектов - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к технической кибернетике и может быть использовано в системах цифровой обработки изображений . Цель изобретени  - повышение точности . Устройство содержит датчик изображени , аналого-цифровой преобразователь, группу коммутаторов, вычислительный блок, два блока пам ти, сумматор, цифровой фильтр, два элемента задержки, детек- тор, дискриминатор, синхронизатор и блок формировани  укрупненного растра. Устройство реализует способ построчной сегментации изображений, который заключаетс  в разделении входного изображени  на объект и фон путем адаптивного и помехоустойчивого обнаружений границ объект-фон. При этом производитс  адаптивное равномерное квантование изображени  по модам в зонах укрупненного растра изображени . 4 ил.

Description

Изобретение относитс  к автоматике, в частности к устройствам дл  коррекции изображений объектов, и  вл етс  дополнительным к изобретению по авт.св. № 1566386.

Цель изобретени  - повышение точности устройства.

На фиг.1 показана схема устройства; на фиг.2 - схема детектора кра ; на фиг.З - пример, по сн ющий формирование укрупненного растра; на фиг.4 - схема блока формировани  растра.

Устройство содержит (фиг.1) телевизионный датчик 1, аналого-цифровой 2 (АЦП), группу коммутаторов 3, 4, первый коммутатор 5 и второй коммутатор 6, вычислительный блок 7, первый 8 и второй 9 блоки пам ти, синхронизатор 10, сумматор 11, цифровой фильтр 12, первый 13 и второй 14 элементы задержки, детектор 15, дискриминатор 16, формирователь 17 растра, третий 18 и четвертый 19 коммутаторы.

Детектор 15 кра  содержит (фиг.2) вычи- татели 20, 21, группу регистров 22, умножители 23 и 24, компараторы 25 и 26 и коммутатор 27.

Блок 17 формировани  растра (фиг.4) содержит счетчики 28-31.

Устройство работает следующим образом .

Отсчеты изображени  в процессе его строчного сканировани  датчиком 1 последовательно поступают с выхода датчика 1 на вход АЦП 2. Темп телевизионной развертки в датчике 1 определ етс  синхронизирующими сигналами, поступающими на синхронизирующий вход датчика 1 с первого тактирующего выхода синхронизатора 10. В АЦП 2 выполн етс  преобразование изображени  в цифровую форму в соответствии- с частотой синхроимпульсов Таким образом , в каждый момент времени отсчитываемый синхроимпульсом, на выходе АЦП 2

присутствует двоичный код из разр дов, соответствующий  ркости текущего элемента изображени .

В соответствии с темпом телевизионной развертки, задаваемой синхронизирующими сигналами, поступающими с первого тактирующего выхода синхронизатора 10 на вход блока 17 формировани  растра, этот блок формирует на своем выходе двоичный код из М разр дов, соответствующий номеру зоны на телевизионном кадре, в которой находитс  текущий элемент изображени  (так, например, дл  случа , представленного на фиг.З, код М будет соответствовать числу 6),

Работа устройства в режиме сегментации изображений начинаетс  с по влени  на входе устройства импульса Пуск, При этом синхронизатор 10 вырабатывает на первом, втором и третьем управл ющих выходах сигналы лог О, а на четвертом управл ющем выходе - сигнал лог, 1.

Лог. О с первого и второго выходов синхронизатора 10 переводит коммутаторы 3, 8, 4, 19 в состо ние, при котором информаци , присутствующа  на вторых входах этих коммутаторов, передаетс  на их выходы .

Лог. О с третьего выхода синхронизатора 10 переводит коммутатор 5 в состо ние, при котором информаци , присутствующа  на его входе, передаетс  на первый выход этого коммутатора.

Лог, I четвертого выхода синхронизатора 10 переводит коммутатор 6 в состо ние, при котором информаци , присутствующа  на его первом входе, передаетс  на выход этого коммутатора.

Затем синхронизатор 10 вырабатывает на втором тактирующем выходе двоичный код единица, который поступает на синхронизирующий вход вычислительного блока 7.

При получении двоичного кода единица вычислительный блок 7 выставл ет код ноль на п том информационном выходе и генерирует последовательности двоичных кодов от кода ноль на втором и седьмом информационных выходах. Темп генерации этих кодов задает синхронизатор 10 посредством подачи синхронизирующих сигналов со своего второго тактирующего выхода на синхронизирующий вход вычислительного блока 7.

Код ноль поступает с п того информационного выхода вычислительного блока 7 через четвертый коммутатор 6 на информационный вход второго блока 9 пам ти. Последовательность кодов от нол  посту- пает с второго и седьмого выходов вычислительного блока 7 через коммутаторы 4, 19 на адресные входы блока 9 пам ти. Синхронно со сменой кодов на адресных входах второго блока 9 пам ти на его управл ющем входе по вл ютс  импульсы Запись, поступающие с п того тактирующего выхода синхронизатора 10. Таким образом, производитс  запись кода ноль в  чейки с адресами второго блока 9 пам ти,

0 После завершени  процедуры обнулени  второго блока 9 пам ти синхронизатор 10 вырабатывает на третьем управл ющем выходе сигнал лог 1, а на четвертом управл ющем выходе - сигнал лог О.

5 Лог. 1 с третьего выхода синхронизатора 10 переводит коммутатор 5 в состо ние, при котором информаци , присутствующа  на его входе, передаетс  на второй выход этого коммутатора.

0Лог. О с четвертого выхода синхронизатора 10 переводит коммутатор 6 в состо ние , при котором информаци  с второго входа этого коммутатора передаетс  на его выход.

5 После переключени  третьего 5 и четвертого 6 коммутаторов синхронизатор 10 дожидаетс  по влени  на своем первом тактирующем выходе сигнала Начало кадра (кадрового импульса) и после прохождени 

0 этого сигнала вырабатывает на втором управл ющем выходе сигнал лог. 1, который поступа  на управл ющие входы коммутаторов 4, 19 и переводит эти коммутаторы в состо ние, при котором информаци , при5 сутствующа  на первых входах этих коммутаторов , передаетс  на их выходы.

После переключени  коммутаторов 4, 19 двоичные N-разр дные коды, соответствующие  ркост м элементов изображени ,

0 поступают с выхода АЦП 2 через коммутатор 4 на первый адресный вход второго блока пам ти 9, а двоичные М-разр дные коды, соответствующие номеру зоны укрупненного растра на телевизионном кадре, поступа5 ют с выхода блока 11 формировани  укрупненного растра через коммутатор 19 на второй адресный вход второго блока 9 пам ти,

При поступлении пары таких кодов (на0 пример коды К и L) на первый и второй адресные входы второго блока 9 пам ти до момента поступлени  очередной пары кодов происходит следующее. Синхронизатор 10 выставл ет на п том выходе сигнал Чте5 ние, который поступает на управл ющий вход второго блока 9 пам ти. При этом производитс  чтение  чейки с адресом, определ емым парой К, L, и на информационном выходе второго блока 9 пам ти по вл етс  двоичный кодО, соответствующий содержимому этой  чейки (если пара К по вл етс  первый раз от начала кадра, то код Q есть ноль). Код Q через третий коммутатор 5 поступает на информационный вход сумматора 11. Одновременно на управл ющий вход сумматора 11 поступает запускающий импульс с п того управл ющего выхода синхронизатора 10, при получении которого сумматор 11 добавл ет к коду Q, присутствующему на его входе, единицу, и результат операции, т.е. код Q+1, по вл етс  на выходе сумматора 11. С выхода сумматора код Q+1 через четвертый коммутатор б поступает на информационный вход второго блока 9 пам ти, после чего синхронизатор 10 выставл ет на п том тактирующем выходе сигнал Запись, и код Q+1. присутствующий на информационном входе второго блока 9 пам ти, записываетс  в этот блок по адресу, определ емому парой К, L. При поступлении на адресные входы второго блока 9 пам ти кодов, соответствующих следующему элементу изображени  (т.е. кодов, определ ющих  ркость этого элемента изображени  и номер зоны укрупненного растра на телевизионном кадре, к которой данный элемент относитс ) процесс повтор етс , и т.д.

Так происходит дл  каждого элемента изображени , и этот процесс длитс  до тех пор, пока с первого тактирующего выхода синхронизатор не поступит сигнал Конец кадра (следующий кадровый импульс), после чего синхронизатор 10 выставл ет на втором управл ющем выходе сигнал лог. О и коммутаторы 4, 19 перевод тс  в состо ние , при котором информаци  с их вторых входов передаетс  на выход, а первый вход отключаетс .

Таким образом, к этому моменту во втором блоке 9 пам ти в группах  чеек, имеющих одинаковую адресную часть, по второму адресному входу наход тс  гистограммы распределени  элементов изображени  по величине  ркости в соответствующих зонах укрупненного растра.

Другими словами, в  чейках пам ти, адрес которых имеет на втором адресном входе код L (0 L М), находитс  гистограмма распределени  элементов изображени  по  ркости в зоне укрупненного растра с номером L, причем в  чейке этой группы с адресом ноль на первом адресном входе блока 9 находитс  число элементов изображени  с  ркостью ноль в зоне с номером L на кадре, в  чейке с адресом единица на первом адресном входе блока 9 находитс  число элементов изображени  с  ркостью единица в зоне с номером L, и т.д.

После завершени  процесса записи гистограмм синхронизатор 10 выставл ет на третьем управл ющем выходе сигнал лог О, который поступает на управл ющий

вход коммутатора 5 и переводит этот коммутатор в состо ние, при котором информаци  с входа этого коммутатора передаетс  на его первый выход.

После переключени  коммутатора 5

0 синхронизатор 10 выставл ет на третьем управл ющем выходе сигнал Чтение, который поступает на управл ющий вход второго блока 9 пам ти и переводит этот блок в- состо ние, при котором на информа5 ционном выходе этого блока всегда присутствует код, соответствующий информации, записанной в  чейке второго блока 9 пам ти по адресу, определ емому комбинацией кодов , присутствующих на первом и втором

0 адресных входах этого блока пам ти. Затем синхронизатор 10 выставл ет на втором тактирующем выходе двоичный код два, который поступает на синхронизирующий вход вычислительного.блока 7.

5 При получении двоичного кода два на свой синхронизирующий вход вычислительный блок 7 начинает процесс анализа каждой из гистограмм, полученных по зонам укрупненного растра. Перед началом анали0 за каждой гистограммы распределени  элементов изображени  по  ркости в зоне укрупненного растра с номером L(0 L М) вычислительный блок 7 выставл ет на седьмом информационном выходе код L, кото5 рый поступает через коммутатор 19 на второй адресный вход второго блока 9 пам ти .

Алгоритм анализа каждой L-й гистограммы состоит в следующем.

01. Выделение границ мод.

Определ етс  положение мод (максимумом ) гистограммы и границ квантовани . Если между соседними модами значени  гистограммы отличны от нул , граница между

5 модами устанавливаетс  в точке минимума гистограммы, если же имеетс  участок с нулевыми значени ми гистограммы - посредине между раздел емыми максимумами. В этой части алгоритма вычислительный

0 блок 7 производит считывание  чеек второго блока 9 пам ти и вычисление границ мод

GoL; GiLGyL, которые сохран ютс  в ОЗУ

вычислительного блока,

Считывание  чеек второго блока 9 пам 5 ти производитс  путем формировани  адреса необходимой  чейки на втором информационном выходе вычислительного блока 7 (адрес с второго информационного выхода вычислительного блока 7 поступает через коммутатор 4 на первый адресный

вход второго блока 9 пам ти, на втором же адресном входе этого блока пам ти в процессе анализа L-й гистограммы присутствует код L) и получени  данных из этой  чейки, которые поступают с информационного вы- хода блока 9 через коммутатор 5 на вход вычислительного блока 7.

2.Проверка мощности мод.

Производитс  отбраковка мод по заселенности . Дл  этого подсчитываетс  пло- щадь гистограммы в пределах каждой из разграниченных мод, т.е. мощность мод. Те моды, дл  которых она меньше заранее заданного порога, объедин ютс  с ближайшей соседней, наиболее мощной модой.

В этой части алгоритма вычислительный блок 7 производит считывание и суммирование значений, записанный в  чейках второго блока 9 пам ти от адреса GI до адреса GLI-H, подаваемых на первый адресный вход блока 9, сравнение полученной суммы с порогом и в случае, если сумма меньше порога , граница cS-и стираетс  (так происходит дл  всех ,1J-1). В результате некоторые значени  из р да GoL, GiLGyL стира-

ютс  и формируютс  окончательные

значени  границ мод GRoL, GRiLGRiL, где

1 - количество выделенных мод. При этом код, соответствующий значению GRo , есть код нуль, а код, соответствующий значе- нию , есть N, т.е это крайние лева  и права  границы, соответствующие минимальному и максимальному значени м  ркости элементов изображени .

3.Расчет значени  Д дл  равномерного квантовани  по модам и предельного коэффициента резкости кра .

После того как определены границы GRoL, GRiL,...,GR L8cex выделенных мод, вычислительный блок 7 производит расчет от- ношени  размаха видеосигнала (т.е. 2N) к общему числу выделенных мод:

AL 2N/I.

Кроме того, рассчитываетс  предельный коэффициент резкости кра 

а(о-1ф)/)ф,

где lo - номер моды на гистограмме, соответствующий объекту;

ф - номер моды на гистограмме, соответствующий фону.

Подобный анализ гистограмм производитс  дл  каждой гистограммы, записанной в блоке 9 пам ти, при этом в ОЗУ вычислительного блока 7 формируютс  массивы

значений Аи cr(L 0М), соответствую-

щие каждой зоне укрупненного растра на телевизионном кадре.

После завершени  процесса анализа гистограмм синхронизатор 10 выставл ет

на своем втором тактирующем выходе двоичный код три, который поступает на синхронизирующий вход вычислительного блока 7.

При получении двоичного кода три на свой синхронизирующий вход вычислительный блок 7 последовательно выставл ет на шестом информационном выходе коды от нул  до М и после выставлени  каждого такого кода генерирует на первом информационном выходе последовательность двоичных кодов от нул  до N, при этом в случае, если генерируемый код R удовлетвор ет условию GRi-iL R GRiL (здесь L - код, установленный на шестом информационном выходе блока 7), то одновременно с генерацией этого кода на первом информационном выходе блока 7 на четвертом информационном выходе этого блока выставл етс  двоичный код, соответствующий значению Д1 i. а на третьем информационном выходе - код а. Темп генерации этих кодов задаетс  синхронизатором 10 посредством подачи синхронизирующих сигналов со своего второго тактирующего выхода на синхронизирующий вход вычислительного блока 7.

Каждый из кодов от нул  до М поступает с шестого информационного выхода блока 7 через коммутатор 18 на второй адресный вход первого блока 8 пам ти и на третий управл ющий вход детектора 15 кра . Последовательность кодов от нол  до N поступает с первого информационного выхода блока 7 через коммутатор 3 на первый адресный вход блока 8 пам ти. Одни коды поступают с четвертого информационного выхода блока 7 на вход первого блока 8 пам ти, а другие коды поступают с третьего информационного выхода блока 7 на первый управл ющий вход детектора 15 кра . Синхронно сменой кодов на первом адресном входе блока 8 пам ти на его управл ющем входе по вл ютс  импульсы Запись, поступающие с четвертого тактирующего выхода синхронизатора 10, и таким образом производитс  запись кодов соответственно в группу  чеек первого блока 8 пам ти по адресам, определ емым кодом на его втором адресном входе и кодами от GRiLflo GRi-1-1 на первом адресном входе. Синхронно со сменой кодов на третьем управл ющем входе детектора 15 кра  на его втором управл ющем входе по вл ютс  импульсы Запись, поступающие с третьего тактирующего выхода синхронизатора 10. Таким образом производитс  запись кода L в регистр с номером L детектора 15.

Таким образом, после описанной процедуры записи первого блока 8 пам ти и регистров детектора 15 кра , в каждой группе  чеек блока 8, имеющих одну и ту же часть адреса L, определ емую кодом на втором адресном входе этого блока, находитс  таблица кодов, определ ющих закон квантовани  по модам дл  элементов изображени  с L-й зоны укрупненного растра на телевизионном кадре, а в регистре с номером L детектора 15 кра  находитс  значение предельной резкости кра  дл  этих элементов изображени .

После завершени  процедуры записи первого блока 8 пам ти и регистров детектора 15 кра  синхронизатор 10 выставл ет на четвертом тактирующем выходе сигнал Чтение, который поступает на управл ющий вход блока 8, на первом управл ющем выходе синхронизатора 10 выставл етс  сигнал лог. 1, который поступает на управл ющие входы коммутаторов 3 и 18 и переводит их в состо ние, при котором информаци  с первых входов этих коммутаторов передаетс  на их выходы, а вторые входы отключаютс .

После переключени  коммутатора 3 двоичный N-разр дные коды, соответствующие  ркост м элементов изображени , по- ,ступают с выхода АЦП 2 через первый коммутатор 3 на первый адресный вход первого блока 8 пам ти. На втором адресном входе этого блока присутствует номер зоны укрупненного растра, поступающий через коммутатор 18 с выхода блока 17 формировани  укрупненного растра. Этот же номер зоны поступает и на третий управл ющий вход детектора 15 кра .

Пусть текущий элемент изображени  находитс  в L-й зоне укрупненного растра и имеет  ркость R. Тогда в текущий момент времени на первом и втором адресных входах блока 8 будут присутствовать соответственно коды R и L, а на третьем управл ющем входе детектора 15 - код L. При этом произойдет чтение  чейки блока 8 с адресом, определ емым кодами R и L, и на выходе этого блока по витс  содержимое этой  чейки.

Таким образом, при прохождении элемента изображени  через первый блок 8 пам ти этот элемент преобразуетс  по следующему правилу: если приход щий на пер- вый адресный вход блока 8 элемент изображени , имеющий  ркость R, принадлежит L-й зоне на телевизионном кадре и попадает в границы i-й моды, выделенной из гистограммы дл  L-й зоны, то ему присваиваетс  определенное значение.

Итак, при прохождении изображени  через первый блок 8 пам ти производитс  процедура равномерного квантовани  этого изображени  по модам в соответствии со

своими законами квантовани  дл  каждой зоны укрупненного растра.

С выхода первого блока 8 пам ти коды, соответствующие преобразованному изображению , поступают на вход медианного

0 фильтра 12, Медианный фильтр 12 реализует удаление импульсных помех в строке изображени , которые могут быть ошибочно прин ты за объекты.

С § ыхода фильтра 12 коды, соответству5 ющие преобразованному и отфильтрованному изображению, поступают на вход первого элемента 13 задержки, первый информационный вход детектора 15 кра  и первый информационный вход дискрими0 натора 16. При прохождении пррвого элемента 13 задержки каждый код, соответствующий  ркости элемента изображени , задерживаетс  на врем , равное периоду синхроимпульсов, поступающих с первого

5 тактирующего выхода синхронизатора 10 на синхронизирующий вход первого элемента 13 задержки,

С выхода первого элемента 13 задержки коды изображени  поступают на вход вто0 рого элемента 14 задержки, второй информационный вход детектора 15 кра  и второй информационный вход дискриминатора 16 Второй элемент 14 задержки работает аналогично первому и на его выходе присутст5 вуют коды, задержанные на врем  одного синхроимпульса относительно входа этого элемента задержки,

С выхода второго элемента 14 задержки коды элементов изображени  поступают на

0 третий информационный вход детектора 15 кра  и третий информационный вход дискриминатора 16.

Таким образом, в каждый i-й момент разложени  (момент времени) исследуемо5 го изображени  на первом, втором и третьем информационных входах детектора 15 кра  и дискриминатора 16 присутствуют соответственно значени  f(ti-2), f(ti-i), f(ti), соответствующие трем последовательным

0 элементам изображени  по строке.

С помощью дискриминатора 16 определ етс , по какую сторону от кра  находитс  текуща  точка строки изображени  f(t) при условии, что в данной точке имеетс  резкий

5 перепад  ркости, превышающий значение d Дискриминатор 16 производит вычисление значени  переменной а по формуле

( 1, если (/f(tt) + f(tM) - f(ti-2)/ - ai -/f(t,-t) - f(ti-2) - f(ti) О, в противном случае.

Если 3i 1, то отсчет f(ti-i) находитс  по правую сторону от границы, если ai - 0, то он расположен по левую сторону.

С помощью детектора 15 кра  обнаруживаютс  резкие перепады  ркости строки изображени  на выходе медианного фильтра 12. При этом учитываете выходной сигнал в дискриминатора 16, который поступает на второй (синхронизирующий) вход детектора 15, кра , а также учитываетс  номер зоны укрупненного растра, в которой находитс  текущий элемент изображени . Код L, соответствующий номеру зоны, поступает на третий управл ющий вход детектора 15 и определ ет номер регистра , из которого производитс  выбор значени .

Если at 0, то выходной сигнал детектора 15 кра  определ етс  следующим образом:

} ,1,eaiH/f(ti-i)-f|ti-2)/ bi - j о1 /ffr-t) - f(ti-i)/; L 0, в противном случае.

Если а: 0, то выходной сигнал детектора 15 кра  определ етс  следующим образом:

. f 1,ecfln/f(ti)-f(tM)/ bi (tM)-f(ti-2)/; t 0, в противном случае.

Таким образом, в результате работы устройства будет выделены сегменты строк изображени , концы которых соответствуют единичным значени м переменной bi.

Значени  же переменной ai указывают на то,  вл етс  обнаруженна  точка резкого перепада  ркости началом нового сегмента или концом. В случае, если край не был

обнаружен детектором 15 кра , значение переменной а) определ ет возрастание или убывание  ркости строки изображени  относительно трех соседних точек. Вычислени  в детекторе 15 и дискриминаторе 16

производитс  одновременно.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Устройство дл  коррекции изображений объектов по авт.св. № 1566388, о т л и чающеес  тем, что, с целью повышени  точности устройства, в него введены блок формировани  растра и третий и четвертый коммутаторы, информационный вход блока формировани  растра соединен с первым

   выходом синхронизатора, а выход соединен с первыми информационными входами третьего и четвертого коммутаторов, вторые входы которых соединены соответственно с шестым и седьмым информационными выходами вычислительного блока, выходы третьего и четвертого коммутаторов соединены с вторым адресным входом второго блока пам ти, выход третьего коммутатора соединен с третьим управл ющим входом

   детектора, а управл ющие входы третьего и четвертого коммутаторов соединены соответственно с первым и вторым выходами синхронизатора.

   t

   l

   У

   Фиг.4