Устройство для фильтрации бинарного изображения

 

Изобретение относится к устройствам предварительной обработки изображений и подчеркивания информационных признаков объекта. Цель изобретения - расгпирение функциональных возможностей устройства за счет возможности выделения контуров и удаления шумов в виде пятеи на бинарном изображении. Принцип работы устройства заключается в подсчете количества единичных элементов изображения в пределах фильтрующей апертуры. Это количество сравнивается с заданными порогами, что и определяет результат обработки текущего элемента изображения . Подсчет количества единичных элементов осуществляется с помощью рекурентной процедуры в процессе сканирования изображения. Устройство отличается простотой изменения алгоритма обработки, размеров и формы фильтрующей апертуры, 4 ил. (Л С

СО)ОЗ СОВЕТСНИ)(СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН, (19) (11) (51) 4 G 06 К 9/40

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4002550/24-24 (22) 03.01.86 (46) 07.08.87. Бюл. Р 29

;72) С.Г.Глотов и И.Ф.Литновский (53) 681.327.12(088.8) (56) Патент CLÈ 11 4003024, кл. 340-146.3, 1977.

Авторское свидетельство СССР

)1* 1167633, кл. G 06 К 9/00, 1982. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФИЛЬТРАЦИИ БИНАРНОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к устройствам предварительной обработки изображений и подчеркивания информационных признаков объекта. Цель изобретения — расширение функциональных возможностей устройства за счет вазможности выделения контуров и удаления шумов в виде пятен на бинарном изображении. Принцип работы устройства заключается в подсчете количества единичных элементов изображения в пределах фильтрующей апертуры. Это количество сравнивается с заданными порогами, что и определяет результат обработки текущего элемента изображения. Подсчет количества единичных элементов осуществляется с помощью рекурентной процедуры в процессе сканирования изображения. Устройство отличается простотой изменения алгоритма обработки, размеров и формы фильт- Я рующей апертуры. 4 ил.

1328831

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть применено автономно или в составе специализированной быстродействую.> щей вычислительной системы распознавания зрительных образов в реальном времени.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей устройства за счет возможности выделения контуров и удаления на бинарном изображении шумов в виде пятен.

На фиг.1 представлена функциональная схема устройства; на фиг.2 — порядок сканирования изображения; на фиг.3 — примеры фильтрации изображения; на фиг.4 — положение отсчетов для различных фильтрующих апертур.

Устройство (фиг ° 1) содержит блок 1 2б ввода изображения, блок 2 элементов задержки, блок 3 вывода изображения, блок 4 синхронизации, сумматор-вычитатель 5, элемент б задержки, сумматор 7, накапливающий сумматор 8,блок 25

9 сравнения.

Выход блока 1 ввода подключен к входу блока 2 задержки, два выхода которого соединены соответственно с двумя информационными входами сумма- gg тора-вычитателя 5. Первь1й информационный вход сумматора 7 подключен к выходу сумматОра-вычитателя S, а второй информационный вхоц — к выходу элемента б задержки. Вьгход сумматора

7 подключен к входу элемента б задержки и к информационному входу накапливающего сумматора 8.

Первый вход блока 9 сравнения сое-,,О динен с выходом сумматора 8, второй является пороговым входом устройства, а выход — с информационным входом блока 3 вывода. Входы синхронизации блоков 1 и 3,,блока 2 элементов задержки, элемента 6 задержки, сумматоравычитателя 5, сумматоров 7 и 8 и блока 9 сравнения объединены и подключены к выходу блока 4 синхронизации.

Фильтрация бинарного изображения связана с подсчетом числа единичньг< элементов изображения в пределах фильтрующей апертуры и. со сравнением этого числа с выбранными порогами. Для обеспечения высокого быстродействия !

>б устройства при больших размерах фильтрующей апертуры вместо прямого подсчета числа единичных элементов реализовано рекуррентное вычисление. Возможность рекуррентного расчета существует для апертур различной формы, но пояснить ее удобно на примере фильтра с прямоугольным окном обработки. Пусть бинарное изображение размера М х Ы элементов поступает поэлементно на линию 2 задержки с выхо,ца блока 1 ввода при стандартном способе построчной развертки (фиг.2) и обрабатывается при помощи скользящей апертуры размера К х L элементов. Причем изображение таково, что областям объектов соответствуют единичные отсчеты, которые расположены на расстоянии не ближе половины соответствующего размера (К или Е.) фильтрующей апертуры от краев изображения.

Прямой расчет описывается формулой

%"

S; = g ) B((i+k)N+j+1), -(- —,") (=(,") где B(t) — элемент бинарного изображения с порядковым номером, отсчитываемым от левого верхнего угла пв направлению развертки;

L...) — целая часть числа.

Изменение числа единичных элементов внутри апертуры при ее смещении на один элемент вдоль строки определяется небольшой частью изображения, выделенной на фиг.2 штриховкой. Поэтому можно модифицировать правило расчета (1)

Я;=S;,,+Е ;,(2) (— ". ) где Р;.

1(t

B((i k)N+j+ ) B((i+k)N+j — !+ --- )

Е 1,, . 1 L

2 2

Уравнение (2) требует меньше операций сложения, чем исходное уравнение (1), но и оно может быть упрощено аналогичным образом, если восполь-, зоваться результатом вьгчи(сления приращения Р на предыцущей строке з; =8,, +P,- +Я((Е+(---))1(,-(-1

C К-11..

1. (, 1

) - В ((+ - - - Я+ -! + — —; )ЕЕ.-1" . К- П . 11-Ь1, 11-К1 . (Е.-11

В((1+ (1) +)+ (--,-J

1328831

Г1-К1 . Г1-т. 1

r3((1 1+ . )N+j 1+ ) ) ° (3)

2 г

Устройство работает в конвейерном

5 режиме, при этом максимальная тактовая частота блока 4 синхронизации и быстродействие устройства определяется операцией суммирования.

Конвейерные вычисления организуют- 10 ся стандартным способом: все блоки и узлы устройства работают в синхронном режиме под управлением сигналов блока

4. Синхронный режим узлов, которые в обычном включении работают асин- 15 хронно, достигается известным способом путем добавления регистров промежуточной памяти, входы синхронизации которых будут в этом случае входами синхронизации соответствующих узлов. 20

Устройство работает следующим образом.

По очередному импульсу блока 4 синхронизации на входе блока 2 элементов задержки блоком 1 ввода устанав- 25 ливается значение нового элемента иэображения, который является крайним правым элементом в нижней строке текущего положения апертуры (в случае прямоугольной апертуры это третье 30 слагаемое уравнение (3)).

По тому же импульсу блока 4 значение этого элемента вместе с тремя (в случае прямоугольной апертуры) другими отсчетами изображения, соответствующими трем последним членам уравнения (3), поступают с выходов блока 2 элементов задержки на информационные входы сумматора-вычитателя 5. Для определенности условимся, что отсчеты, 40 отвечающие в уравнении типа {3) членам со знаком плюс и минус, выводятся соответственно на нечетные и четные выходы блока 2 элементов задержки, а нечетные и четные информацион- 45 ные входы сумматора-вычитателя 5 соответственно являются входами суммирования и вычитания.

По следующему импульсу блока 4 синхронизации на выходе сумматора-вычи- gp тателя 5 и на первом информационном входе и-разрядного сумматора 7 устанавливается результат сложения-вычитания четырех одноразрядных чисел (выполнение операций над четырьмя пос- gr ледними членами уравнения (3)). Одновременно на второй информационный вход сумматора 7 с выхода и-разрядного элемента 6 задержки поступает величина приращения P и по следующему им! -1,) пульсу блока 4 на выходе сумматора 7 появляется величина приращения Р;

По следующему импульсу эта величина загружается в элемент 6 задержки, .а результат ее сложения с числом

S;, единичных элементов в предыдуI щем положении апертуры появляется на выходе накапливающего сумматора 8.

Таким образом, на первом входе блока 9 сравнения устанавливается число единичных элементов изображения в предЕлах апертуры, это число сравнивается с выбранными величинами порогов и результат сравнения {ноль или единица) фиксируется на выходе блока

9 по следующему импульсу блока 4 и поступает в блок 3 вывода изображения для отображения или дальнейшей обработки.

Возможности фильтрации в значитель ной степени определяются выбором порогов сравнения в узле 9. Так, устанавливая один порог равным половине полного числа элементов изображения, составляющих апертуру, и присваивая единичное значение элементу изображения, если S;. больше порога, и ноль

1,1 в противном случае, получим площадной селектор, удаляющий объекты, площадь которых меньше половины площади апертуры, и сглаживающий границы фигур большего размера. Алгоритм выделения контурных элементов можно получить, если установить два близких по значению порога и присваивать элементу единичные значения, когда S; лежит между этими порогами. Примерй обработки изображения с фильтрующей апертурой в Зх3 элемента показаны на фиг.3, где o — исходное иэображение, б — результат площадной селекции с порогом 4, а б — изображение после контурного фильтра с порогами 4 и 7.

Если для работы с прямоугольной апертурой достаточно иметь 2m=4 отсчета изображения, то для более слож- ной апертуры число отсчетов (соответственно число выходов блока 2 элементов задержки и число информационных входов сумматора-вычитателя 5) необходимо увеличить. На фиг.4 поясняется определение положения отсчетов для апертур более сложной формы. Так, для апертуры крестообразной формы (фиг.4а) область подсчета приращения

Р . показана на фиг.4б, а на фиг.4в

1,$

1328831 изображено положение отсчетов, необ.ходимых для расчета S; по уравнению

4 44 типа (3). Знаки плюс или минус на фиг.4 соответствуют знакам, с которыми отсчеты входят в уравнение типа (3). Для определенного вида апертур требуемое число отсчетов можно сократить, если управлять полной задержкой элемента 6. Время задержки элемента 6 в нормальном режиме составля- O ет N-1 тактов блока 4 синхронизации, что вместе с задержкой сумматора 7 составляет задержку на одну строку (N тактов). Если, например, увеличить задержку элемента б на один такт, то для работы с апертурой типа параллелограмм (фиг.4r) достаточно только четырех отсчетов (фиг.4а). Это упрощение возможно, так как область рас" чета приращения Р; (фиг.4д) отличается от соответствующей области приращения Р;. .. формируемой на выхоь де элемента 6 задержки, только четырьмя элементами.

Таким образом, управляя задержками элементов 2 и 6 и порогами в блоке 9 сравнения, устройство позволяет изменять в довольно широких пределах алгоритм фильтрации, размер и форму .

ЗО фильтрующей апертуры.

Формула н з обретения

Устройство для фильтрации бинарного иэображения, содержащее блоки ввода и вывода изображения, блок эле- 35 ментов задержки, вхоц когорого подключен к выходу блока ввода изображения, блок синхронизации, выход которого соединен с входами синхронизации блока элементов задержки и блоков ввода и вывода изображения, оптический вход блока ввода и оптический выход блока вывода иэображения являются соответственно входом и выходом устройства, о т л и ч а ю щ е— е с я тем, что, с целью расширения его функциональных возможностей за счет воэможности выделения контуров и удаления на. бинарном иэображении шумов в виде пятен,. в устройство введены сумматор-вычитатель, элемент задержки, сумматор, накапливающий сумматор и блок сравнения, причем информационные входы сумматора-вычитателя подключены к соответствующим выходам блока элементов задержки, выход сумматора-вычитателя соединен с первым информационным входом сумматора, второй информационный вход которого подключен к выходу элемента задержки, выход сумматора соединен с входом элемента задержки и информационным входом накапливающего сумма ора, выход которого подкх. очен к пер.; вому входу блока сравнения, второй вход которого является пороговым входом устройства, выход блока сравнения соединен с информационным входом блока вывода изображения, а входы синхронизации сумматора-вычитателя, элемента задержки, сумматора, накапливающего сумматора и блока сравнения подключень» к выходу блока синхронизации.

1328831

Фиг. Я!

32В83!

И

L ( Ч (РйГ. 4:

Состанятелт В.!!якаренкон

Редактор С.Патрушена Техред А,Гран тук !(орректор В,Бутяга

Заказ 3490/52 Тираж 6/:. IIo цлисно»

ВНИИПИ Государстнепного ко..-катета СССР по делам изобретений и открытий

113035, 1!оскна,  — 35, Ра гяская наб. д.4, 5

ПройзнодстнеHHo, гойи ра !)и песк е tlp pt изTHB, . Ужi ород, J!t 1 оектиан, 4