Устройство для преобразования изображений объектов

 

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано для преобразования изображений различных объектов. Цель изобретения - повышение контраста малоконтрастных объектов. Устройство содержит матрицу M<SP POS="POST">.</SP>N вычислительных блоков (M, N - размеры скользящей апертуры), сдвиговые регистры, блок формирования оценки, сумматор и делитель. Положительный эффект достигается путем преимущественного усиления диапазонов яркости, которым принадлежат значения яркости в точках изображения, соответствующих малоконтрастным объекттам. Для этого в операции скользящего выравнивания гистограммы значения яркостей в точках, соответствующих малоконтрастным объектам, учитываются с большим весом, чем значения яркостей в точках, соответствующих высококонтрастным объектам. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

СО1ОЗ СОВНСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (S1)S С 06 К 9/36

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 с

1 (Tс 1

М

К

О ,О

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И (ЛНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4689/66/24 (22) 10.05.89 (46) 23.08.91. Бкш„ ?" 31 (12) И.А.Лысенко и С.Л, Блма. ов (53) 681.321. 12 (088„?5) (56) Авторское свидетельство СССР

1 - 1234859, кл. 0 06 К 9/36, 1984, Авторское свидетельство СССР

Ф 1312614, кл. G 06 F 15/36, 1987. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ

ИЗОБРАЖЕНИЙ ОБЪЕКТОВ (5/) Изобретение относится к автоматике и может быть использовано для преобразования изображении различных объектов. Цель изобретения — повышение контраста малоконтрастных объектов, Устройство содержит матриИзобретение относится к автоматике и может быть использовано для преобразования изображений различных объектов.

Цель изобретения — повышение контраста малоконтрастных объектов.

На фиг.1 представлена блок-схема устройства; на фиг.2 — схема процессорного элемента; на фиг.3 — схема блока формирования оценки; на фиг.4 примеры определения значений величин локальных динамических диапазонов

h ij u h для точек, принадлежащих малоконтрастным (i, j) и высококонтрастным (i, m) объектам; на фиг.5 вид весовой функции f(h® ).

Устройство содержит матрицу из M строк по N вычислительных блоков 1;

„,80, 1672490 А 1 цу И ° N вычислительных блоков (M, размеры скользящей апертуры), сдвиговые регистры, блок формирования оценки, сумматор и делитель. Положительный эффект достигается путем .преимущественного усиления диапазонов яркости, которым принадлежат значения яркости в точках изображения, соответствующих малоконтрастным объектам, Для этого в операции скользящего выравнивания гистограм. ьt значения яркостей в точках, соответствующих малоконтрастным объектам, учитываются с большим весом, чем значения яркостей в точках, соответствующих высококонтрастным объектам, 2 з и,- ф лы, 5 ил. в каждой, первую и вторую группы из (И-1) сд: иговых регистров 2, 3 сдвигог п .. регистр 4, блок 5 формирования оценки, сумматор 6, делитель /.

Информационный, управляющий, тактовый входи и выход устройства обозначены соответственно цифрами 8 -11.

Вычислительный блок 1,, (i=1, M," j=1,. И) содержит буферный регистр 12, регистр 13 результата, элемент 14 сравнения, элемент И 15, сумматор 16, Входы и выходы процессорных элементов обозначены на фиг: 1 и 2 цифрами. Следует отметить, что в схеме на фиг.1 в блоке 1 M.N. используется только один (втс рой) выход.

Блок 5 формирования оценки (фиг.З) содержит экстремальные фильтры 1l и

16/2490 х;;, =,(Х (k=0

> М!2-1

=( (=- i- М(2 у; =О(rang(x; )

1,) k) g+ hl/ 2 —

Q(х,х, ), =5 2

=, й., ;, >

2 EGl 1 (3) 18, нычитатель 19, преобразователь

20 када, умножитель 21 и сумматор 22.

Сдвиговые регистры 2,, 3; имеют длину (L-N), где I. — количество отсчетов в строке изображения, N — количество отсчетов л апертуре па горизонтали.

Сдвиговый регистр 4 состоит из двух последовательна соединенных участ10 ков длиной 1. И/2+N/2-q/2+1 и q/2-1 соответственно, причем первый выход сдвигового регистра соединен с выходом (концом) первого участка, а второй выход сдвигового регистра — с выходом второго участка (где M — коI где Π— нормирующий множитель

К вЂ” 1 (K — 1) /mes (g ) = — — — ° (2)

N И где К вЂ” количество уровней яРкости

В на иэображении;

mes(Q ) — количество элементов в ок1J рестнасти (),1 точки (i, j), mes((), ) =M N

У

M u N — размеры апертуры по вертика- З5 ли и горизонтали;

h (k) — значение k ãî отсчета гис11 тограммы распределения уровней яркости элементов окрестности 4, ;

1, .-. < x ° °, У

Q(z,x; )=

О, z " ; :

Как видно из формул (1) и (2), результат 1 операции СВГ определяет45

1) ся отношением количества элементов в окрестности, значения которых не больше х" к количеству элементов в

Ф окрестности О; точки (i, j) „

Операция СВГ позволяет осуществить

50 нелинейное усиление высокочастотной составляющей сигнала, что в свою очередь приводит к повышению детальности изображений, которая сопровождается, однако, падаллением контраста ма--5

-55 локонтрастных танкогтруктурных объектов и к ухудшении 1рительного восприятия изображения, личество отсчетов в апертуре по вертикали, q — количества отсчетов в апертуре, по которой определяется локальный динамический диапазон сигнала), Устройство работает следующим образом, Наибольшее распространение при обработке изображений получила операция скользящего выравнивания гистограммы (СВГ), суть которой заключается л замене значения центрального элемента окрестности его локальным рангом, умноженным на нормирующий коэффициент для устранения этого недостатка в устройстве проводится классификация точек изображения, принадлежащих малоконтрастным и высококонтрастным объектам, и осуществляется преимущественное усиление значений яркостей точек, соответствующих малоконтрастным объектам., (ля этого значению х яркости в

min каждой точке (m,n) изображения присваивается вес 1, д, характеризующий

rni yl вклад значения яркости х,„ в onepai цию СВГ. ), „выбирается большим, если тачка (т,л) принадлежит к малоконтрастному объекту, и малым, если она принадлежит к высококонтрастному объекту, Затем по аналогии с (1) определяется сумма весов „ и яркостей х „„

1 элементов (m,n) окрестности Q,, для которых значение х „ не больше значения х; в центральной точке (i,j) окрестности (1; суммы лесов 1 (значений яркости во всех точках окрестности (l,, Разделив по аналогии с (1) первое на второе и множив результат на нормирующий коэффициент(, мы получим искомьй результат„ Таким образом, мы получили результат операции СВГ, значение 1 l(k) k-го отсчета которой определи-.тся как сумма весов )п, в тачках (ю,л), яркость ! х в которых равна l.. Такая операп1„n ция позволяет обеспечитn лффектив12490

6 ровлго значения (на фиг.4 приведены примеры определения локального дина" жреческого диапазона h, для точки (i,j), соответствующей малоконтраст5 ному объекту, и диапазона h в

IYl точке (i, m), соответс твующей высококонтрастному объекту). Такой подход позволяет эффективно определять множества точек иэображения, принадлежащих малоконтрастным и высококонтрастным объектам на изображении. устройство реализует вычисление функции (4) р= Е(Ь ) ° (, + l, Л (6)

25 где f (h< ) — весовая функция (фиг. 5) (параметр определяется параметрами шума на изображении);

30 — коэффициент усиления малоконтрастных деталей;

h+ — оценка локального динамического диапазона в окрестности точки (О/,P) Iх L (7)

+ 2- < /3-с (26щcp+q(g q где q — длина окрестности точки (М, 3), в которой определяется локаль- 40 ный динамический диапазон сигнала.

Пусть в текущем 1-м такте работы устройства код текущего отсчета х (1-L (i-1)+j,где L — количество 45 отсчетов в строке изображения) с информационного входа 8 устройства поступает на вход сдвига регистра 4 и первый вход вычислительного блока

1. 1. 1 ° код отсчета х; м 1 + / с первого выхода регистра 4 поступает на вход блока 5 формирования оценки. од отсчета х -М(г, j-Nlz++ 2 с вхо блока 5 формирования оценки поступает на входы экстремальных фильтров

1l и 18, На выходе фильтра 17 формируется код величины макс х;МИ

NIzglza +си -1- ц а на выходе фильтра 18

S 16 ное преимущественное усиление диапазонов яркости, содержащих малоконтрастные объекты, Для классификации отсчетов, принадлежащих низкоконтрастным и высококонтрастным объектам на изображении, используется то обстоятельство, что локальный динамический диапазон сигнала (разность между максимальным и минимальным значениями сигнала) в некоторой окрестности малоконтрастного объекта носит ограниченный характер, т.е. меньше некоторого погде > — значение веса в точке (Ot,g) изображения;

К вЂ” количество уровней яркости; х;, у, E 0, К 11;

Я (р,g, ) — признак принадлежности

О, если х с х; (> (х,х; ) = (5)

" 3 ) l, если х,„ x

Значение веса в точке (y,P) изображения определяется из выражения мин х1 M z п ) которые эа— gIZ — @I2,a. rn j+ 1(2 -I -й(2 ем поступают на соответствующие входы вычитателя 19. Код величины макс(х; м1 л 1

<-м)2, «1 — HI2 j -q/2-N/24cm l q/2-N/2-.1

° ин х i ÌI2 ryl

j -N/2-q /2 cj+q /2-N/2-1 согласно (/) поступает с выхода вычитателя 19 на вход преобразователя 20 кода, в ячейках которого реализовано табличное вычисление весовой функции r(я).

Код величины F(1 ; м!а, й/а ) выхода преобразователя 2д кода поступает на один из входов умножителя 21, на другой вход которого поступает значение коэффициента усиления мал локонтрастных деталей с управлякщего входа блока 5 формирования оценки.

16/2490

Код не;п1чинь) ((!1 (g (2 ) с Выхода

-М 2,1-И( умножителя 21 поступает на первый

pxojT, с мматорл 22, на второй вход которого поступает единичное значение с Входл единичного кода. Значение л i М(2, y — й!2 (i-М(г, j — q(2 согласно (6) с Выхода сумматора 22 поступает IIa выход блока 5 формирования оценки. Таким образом, в текущем

1-м такте работы код величины (2, . И(Я с Выхода блока 5 форми< — МI2, 1 — И(Z ровлнйя оценки поступает на вход сумматора 6 и третьи входы вычислительных блоков 1, 1 1,,1 М,N. Одновременно код отсчета х „„,„ „,(, с второго выхода регистра 4 поступает на вторые входы вычислительных блоков

1.1.1. ..1,Yi,N. На четвертый вход вычислительного блока 1.1,1. поступает нулевой код с входа нулевого кода устройства, Вычислительнъъй блок работает следующим образом, Значение отсчета х с первого входа Вычислительного блока

1.1.1 поступает на вход буферного регистра 12 и первый Вход элемента

14 сравне ия, Значен " X -М(г, - Н(2 с Второго входа блока 1.1, 1 поступает на второй вход элемента сравнения.

Признак результата сравнения х; н и х, м(>(с въ хода Большеравно" элемента 14, равный ((х м(q Z, ), согласно (5) постуйает нл первыи вход элемента И

15, на второй вход которого поступает кОд 4 М(1 Н(2 с третьеГО входа блока 1,1. 1 Таким образом, на выходе элемента H 15 формируется кОд Величины М(2 > !1(1 если

1 х; „ (1„«х;, и нуль в противI

HOME. формируется код веM(2 1 N (2, 6 (х, -

I х((х -qIq È(2 1 х ) с выхода эле мента И 15 суммируется со значением, поступившим нл четнертъъй вход вычислительного блока 1, 1,1, Значение

"+ i- М!", f-NIZ (х i- м 2 j - H(g х, ) с выхода сумматора 16 поступает на вход регистра 13 результата. Значения, поступившие на вход буферного регистра 12 и регистра 13 результата, записываются в них в следующем такте, Значение с выходов буферного регистра 12 и регистра 13 результата поступают на первый ц второй выходы вычислительногo блока 1,1,1.

Через (L-N) тактов н (l+L) ì такте

М рлботы значения х; и, 1

I-MI2,! М(2бК I

«Q(X И(2 ) Ц!2+б Х, ) С ВЫХОДОВ регистров 2 .1 и 3.1 поступают на первый и четвертый входы первого блока

40 1„2,1 второй строки. На его второй и третий входы поступают соответственно коды величин х, 912+< !1(2 и 2+ 1 N(g, 11 qejl ;mneme (1+L+1)-M такте работы на первом и втором выхо45 дах первого вычислительного блока

1.2.1 второй строки сформируются коды

Н величин х; и,, ., у

Ii „ -М!2 1- NI2 10(— 1 -М(21 — Й(2фф-

50 -М(its,g -М (2 - М(2 + <, >- N (2 х;. ), которые за"ем поступают на пер1J У вый и четвертый входы бл ка 2,1 и т.д„, в (1+L+N) м такте нл первом и втором выходах N-го В I«IIi.лительного блока 1,2 N второй стро н формируются

2 Н коды величин х, ц ), -- — i. A" 2+(3- 1-Щ2+Ы-i ((., „(,,, „,,)," ре

Таким образом, В следующем (!+1)-м такте рлботы устройства на первом и

Втором въмодах въиислительного блока

1.1.1 формируются коды Величины х, 1- м.l г, j — !j(2 (х i -a(Z 1 К(2 х ) которые затем поступают на перЭ ный и четвертый входы нгорого вычислительного блока 1. 1, 2 первой строки соответственно. В (1+1)-м такте на первъъй Вход вычислительного блока

1 1. 2 поступает код отсчета х Ilh(2 !1 (2 + с ВтОрОГО выхоДа сдвиговых регистров 4, а на его третий ВХОД кОД ) М(2 g (2 t 1 с ВыхО дл блока 5 формирования оценки. Вычислительнъъй бпок 1 1.2 работает аналогично блоку. 1,1.1 и в (1+2)-м такте работы на его первом и втором выходах формируются коды величин х и

Q 1)

1 (, i-MI2, 1-! IZ 1-ф -1 -М!2 — K!2+5 1 х; ) соответственно, и т д, В (1+И)-м такте работы на первом и Втором выходах N-го Вычислительного блока 1.1,N первой строки формируются коды велик чин х и5 х

i) <-М(2,g — И 2 у ф

"(х -M12,i Н(г,о;— венно, которые затем поступают на входы сдвиговых регистров 2. 1 и 3.,1 соответственно.

1672490

M(2+i+ I N(2II-I .

1„(,-(.„;., )

М- -м (2 Pi - (-й(2 у" = (К!) °

1) Ph(2+> с (((2+)-

Х и = 1-м(2 p-J-N(2 поступают на входы сдвиговых регистров 2.2 и 3.2, и т.д. Таким образом, в (1+Ь ° (М-1))-м такте работы на выходах блоков 2.М-1 и 3.И-1 формируются м- Ч коды Величи н х J и + Q ) (.1 4(р ц(2+(, 1 I((2, П(1 x I j ), рые затем поступают на первый и четвертый входы первого вычислительного блока 1.M.1 Г1-й строки.

На второй и третий входы блока

1 . М. 1 в (1+L ° (М-1 ) ) — такте по ступают эначе""я -м(, i-М(2 " иА1(2-(, i-йИ

В следующем (1+Ь (М-1)+1)-м такте работы на первом и втором выходах блока

1. М. 1 формируются коды величин х, м- и " —; — - > (2 4 (3 - (, 1 — м (2 4- (X (« (" -ма«р-, -и/ «««- бм(2-3,j-И(2 (+м(2 (,1 4(2 х ° ) которые затем поступают на пер« выи и четвертый входы второго вычислительного блока 1. И. 2 М-й строки. Ha > второй и третий входы блока E.M.2 в (1+L ° (M-1)+1)-м такте поступают знам(2 I, м(2, - 4 (2 <, В (1+L (M-1) +2) ™ такте работы на первом и втором вы- 3р ходах вычислительного блока 1.М. 2 формируются коды величин х, и которая поступает на выход 11 устройства.

Устройство работает в конвейерном режиме и в каждом такте работы уст- 45 ройства на его выходе 11 с задержкой на L (M-1)+N тактов работы формируется результат операции (4) для соответствунзцей апертуры.

Для реализации устройством традиционной операции СВГ достаточно подать на управляющий вход 9 устройства нулевое значение (с = 0), тогда на выходе 11 устройства формируется результат СВГ для соответствуницей апертуры согласно (6), (4), (1).

° 55

Устройство позволяет повысить качество преобразования изображений объектов за счет повьппения контраста

I - М(2+ 5 - -i, 1 - N(2 y («( -М(2+ (- (, ) - N(2 + pl

+5" х I ф М (2 - < () 4 (2 . g

«(7(х „м(2,, 4(2,,, х;;) и т.д. в (1+L (М-1)+N)-м такте работы на первом и втором выходах N-го вычислительного блока 1.М.N M-й строки формируются коды величин x; и

I-М(2 (Ь-1,1- М (2 + М вЂ” («С(х -М(2.,р-(,j Н(2,ь(- I х 1) иначе

II ний величины,, I — М(2ФQ -I II-1((2+0(-1

X(J(x

Р (1 (((2 О( пает с второго выхода блока 1.М.N на первый вход делителя 7.

Одновременно в (1+Ь (М-1)+N)-м такте работы на выходе сумматора 6 формируется код величины м н — i-МI2+ P -i, -й(2+OC - ( который поступает затем на второй вход делителя 7, в котором таблично реализовано вычисление функции

z+(z,, г ) =(К1) z(/г2, где z<, z<— значение на первом и втором входах делителя. Таким образом, на выходе делителя 7 в (1+Ь (М-1)+N)-м такте работы формируется код величины у

11 согласно (4) малоконтрастных тонкоструктурных и точечных объектов на изображении путем преимущественного усиления див" пазонов яркости, включающих в себя малоконтрастные объекты.

Это дает воэможность эффективно использовать предлагаемое устройство в быстродействующих специализированных системах обработки сигналов различного значения, в частности в автоматизированных системах обработки телевизионных изображений в реальном масштабе времени.

Формула изо.бретеиил

1. Устройство для преобрвзоваиия иэображений объектов, содержащее

1672490

l2 сумматор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьппения контраста малоконтрастных объектов, в устройство введены сдвиговый регистр, блок формирования оценки, делитель, матрица M N вычислительных блоков, где M u N — размеры скользящей апертуры, первая и вторая группы из (M-i) сдвиговых регистров, при этом 1п первый информационный вход блока формирования оценки, управляющий вход которого является управляющим входом устройства, соединен с первым выходом сдвигового регистра, информацион- 15 ный вход которого и первый вход первого вычислительного блока первой строки матрицы соединены с информационным входом устройства, второй и третий входы вычислительных блоков матрицы соединены соответственно с вторым выходом сдвигового регистра и выходом блока формирования оценки, соединенным с информационным входом сумматора, выход которого подключен 25 к первому информационному входу делителя, выход которого является информационным выходом устройства, четвертый вход первого вычислительного блока первой строки соединен с входом З0 нулевого кода,.первый и четвертый входы i-ro вычислительного блока (i = 2, ..., N) каждой строки соединены соответственно с первым и вторым выходами (i-1)-го вычислительного

35 блока той же строки, первый и второй выходы Х-го вычислительного блока

j-й строки (j = 1, ..., И 1) соединены соответственно с входами j-x сдвиговых регистров первой и второй групп, выходы которых подключены соответственно к первому и четвертому входам первого вычислительного блока (j+1)-й строки, выход N-ro вычислительного блока M-й строки соединен с 45 вторым входом делителя, тактовый вход которого и тактовые входы сдвигового регистра, блока формирования оценки, сумматора, сдвиговых регистров первой и второй групп и вычис50 лительных блоков матрицы соединены с тактовым входом устройства, в торой информационный вход блока формирования оценки подключен к входу единичного кода устройства.

2 ° Устройство по п,1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что каждый вычислительный блок матрицы содержит буферный регистр, регистр результата, элемент сравнения, элемент И и сумматор, информационный вход буферного регистра, выход которого является первым выходом блока, и первый вход элемента сравнения соединены с первым входом блока, первый вход и выход элемента И соединены соответственно с выходом элемента сравнения и первым входом сумматора, выход которого соединен с информационным входом регистра результата, выход которого является вторым выходом блока, тактовые входы буферного регистра и регистр результата подключены к тактовому входу блока, а вторые входы элемента сравнения, элемента И и сумматора являются соответственно вторым, третьим и четвертым входами блока.

3. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что блок формирования оценки содержит первый и второй экстремальные фильтры, вычитатель, преобразователь кода, умножитель и сумматор, информационные входы первого и второго экстремальных фильтров соединены с первым информационным входом блока, а их выходы подключены соответственно к первому и второму входам вычитателя, выход которого соединен с входом преобразователя кода, первый информационный вход и выход умножителя, второй информационный вход которого является управляющим входом блока, подключены соответственно к выходу преобразователя кода и первому информационному входу сумматора, выход и второй информационный вход которого соединены соответственно с выходом и вторым информационным входом блока, при этом тактовые входы первого и второго экстремальных фильтров и умножителя соединены с тактовым входом блока.

1672490

Фиг.2

Х(Е ) тих

1672490

Составитель С.Бабкин

Техред M.Moргентал Корректор О.Кравцова

Редактор В.Данко

Заказ 2842 Тирах 366, Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101