Устройство для адаптивного скользящего усреднения

 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для обработки изображений. Цель изобретения - повышение точности. Устройство содержит аналого-цифровой преобразователь 1, элемент задержки 2, блок 3 вычисления среднего значения квадратов, блок 4 вычисления квадрата среднего значения, блоки 5, 14 вычитания, блок 6 извлечения корня, блоки 7, 8 элементов задержки, селектор минимума 9, коммутаторы 10, 11, делитель 12, блок 13 вычисления весовой функции, умножители 15,16, регистры 17-20, сумматор 21, генератор 22 тактовых импульсов. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з G 06 F 15/36

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

Г

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) 1283793 (21) 4644294/24 (22) 30.01.89 (46) 30.11.91. Бюл. ¹ 44 (72) С.А. Елманов (53) 681.3(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1283793, кл, G 06 F 15/36, 1985 (прототип). (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АДАПТИВНОГО

СКОЛЬЗЯЩЕГО УСРЕДНЕНИЯ (57) Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для

Изобретение относится к вычислительной технике, может быть использовано в устройствах обработки изображений, обеспечивая повышение контрастности изображения, и является усовершенствованием устройства по авт. св. № 1283793.

Цель изобретения — повышение точности.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 — показано размещение трех врзможных отрезков Л, ha и Лз длиной т каждый локального усреднения входного сигнала f(c) относительно точки дискретизации t;.

Устройство содержит аналого-цифровой преобразователь 1 (АЦП), элемент 2 задержки, блок 3 вычисления среднего значения квадратов, блок 4 вычисления квадрата среднего значения, блок 5 вычитания, блок 6 извлечения корня, блоки 7, 8 элементов задержки, селектор минимума 9, коммутаторы 10, 11, делитель 12, выполненный в виде блока постоянной памяти, блок

13 вычисления весовой функции, выполнен-ный в виде блока постоянной памяти, блок

„„SU „„1695326 А2 обработки изображений. Цель изобретения — повышение точности. Устройство содержит аналого-цифровой преобразователь 1, элемент задержки 2, блок 3 вычисления среднего значения квадратов, блок 4 вычисления квадрата среднего значения, блоки 5, 14 вычитания, блок 6 извлечения корня, блоки 7, 8 элементов задержки, селектор минимума 9, коммутаторы 10, 11, делитель 12, блок 13 вычисления весовой функции, умножители 15, 16, регистры 17 — 20, сумматор 21, генератор 22 тактовых импульсов, 2 ил.

14 вычитания, умножители 15 и 16, регистры

1? — 20, сумматор 21, генератор 22 тактовых импульсов (ГТИ), выходы 23, 24.

Выход АЦП 1 подключен к входу элемента 2 задержки, который объединен с входами задания i-го отсчета блока 3 вычисления среднего значения квадратов и блока 4 вычисления квадрата среднего значения. Выход элемента 2 задержки соединен с входами задания (I — N)ro отсчета блока 3 вычисления среднего значения квадратов и блока 4 вычисления квадрата среднего значения. Выход блока 3 вычисления среднего значения квадратов подключен к входу уменьшаемого блока 5 вычитания. Вход вычитаемого блока 5 вычитания соединен с выходом блока 4 вычисления квадрата среднего значения и объединен с входом блока

6 извлечения корня. Выход блока 6 извлечения корня подключен к входу первого блока

7 элементов 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

1695326

Первые и вторые управляющие входы коммутаторов 10 и 11 подключены к выходам первого и второго разрядов селектора минимума 9 соответственно. Выход коммутатора 10 соединен с выходом 23 устройства.

Первый и второй информационные входы селектора минимума 9 соединены 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 вычитания. Первый и второй выходы блока 8 элементов задержки соединены соответственно с первым и вторым информационными входами коммутатора 11. Третий информационный вход коммутатора 11 соединен с выходом первого блока 5 вычитания, Выход коммутатора 11 соединен с первым входом первого умножителя 15.

Первый выход второго блока 8 элементов задержки соединен со входом делителя 12.

Выходделителя 12 соединен со вторым входом первого умножителя 15, Выход умножителя 15 соединен с информационным входом третьего регистра 19. Выход регист ра 19 соединен с входом блока 13 вычисления весовой функции, Выход блока 13 вычисления весовой функции соединен с первым входом второго умножителя 16.

Первый выход первого блока 7 элементов задержки соединен с входом уменьшаемого блока 14 вычитания, Вход вычитаемого блока 14 вычитания объединен с информационным входом второго регистра 18 и соединен с выходом первого коммутатора 1 0.

Выход блока 14 вычитания соединен с информационным входом первого регистра

17. Выход регистра 17 соединен с вторым входом второго умножителя 16, Выход умножителя 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 регистра 20 является информационным выходом 24 анализатора, Тактовые входы блока

3 вычисления среднего значения квадратов, блока 4 вычисления квадрата среднего значения, селектора минимума 9, аналого-цифрового преобразователя 1, блока 5 вычитания, блока 6 извлечения корня, делителя 12, блока 13 вычисления весовой функции 13, блока 14 вычитания, умножителей 15 и 16, регистров 17 — 20 объединены и соединены с выходом генератора 22 тактовых импульсов.

Устройство работает следующим обраэом.

Устройство реализует метод адаптивного усреднения сигнала f(t) по трем возможным отрезкам А1, 6g и Лэ длиной т каждый, относительное расположение которых показано на фиг. 2 для точки дискритизации tI, и метод повышения локального контраста сигнала, причем в качестве усредненного значения принимается результат адаптивного усреднения. B методе адаптивного усреднения сигнала для каждой точки

tl вычисляются три локальные средние значения и три дисперсии по отсчетам трех дисперсий. Тогда результату скользящего усреднения g(t) входного сигнала f(t) в точке

ti присваивается локальное среднее значение по тому иэ трех отрезков, для которого дисперсия минимальна. Результат z(t) операции повышения локального контраста входного сигнала f(t) в точке Ъ определяется из выражения (т ) = g(tl) + Q(D gp(tl)/D)(tl));g(ti) — Яци))1, где z(ti) — результат операции повышения локального контраста в точке ti, g(ti) — результат адаптивного усреднения для точки ti, а — весовая функция, определяющая коэффициент усиления, D«„(ti) — минимальное значение дисперсии по отрезкам Л, Л и h, для точки ti, Da(t>) — значение дисперсии по отрезку

Л1для точки о ;

Si(ti) — среднее значение по отрезку А1 для точки t .

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) HB один от.резок усреднения длиной т. В каждом такте работы устройства на выходе АЦП 1 присутствует двоичный код одного отсчета сигнала fl, а на выходе элемента задержки 2 — код отсчета fi-)ч. Локальные дисперсии по

N последовательным отсчетам сигнала вычисляются с помощью блока 3 вычисления среднего значения квадратов, блока 4 вычисления квадрата среднего значения и блока 5 вычитания путем реализации следующей формулы:

О1=(N Х < — к 4 ) (— Х f — К+ )

55 Мk =1

1(— — 1 т.е. дисперсия Di является разностью между средним значением квадратов отсчетов сиг1695326 нала и квадратом его локального среднего значения. В каждом такте работы устройства блок 4 рекурсивно вычисляют квадрат локального среднего значения ai на основе следующего рекуррентного соотношения:

1 1

al = аЬ1+ — fi — — fi-X.

N N

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

1 г 1

bi = Ь!-1+ — fi

N N

Код разности bl-ai т.е. локальной дисперг, сии Di, вычисленной по формуле (1), формируется на выходе блока 5 вычитания. Блоки

3 и 4 работают параллельно, а вычисления в этих блоках и блоке 5 вычитания осуществляются в конвейерном режиме. Это значит, что в каждом такте работы устройства вычисления реализуются одновременно во всех составных узлах блока 3, блока 4 и блока 5 вычитания.

Выходной код блока 4 поступает на вход блока 6 извлечения корня. В каждом такте работы устройства на выходе блока 6 формируется код локального среднего значения ai no N отсчетам входного сигнала, поскольку на его адресный вход поступает код значения а, В каждом такте работы на входы селектора минимума 9 с выхода блока

5 вычитания и первого и второго выходов блока 8 поступают коды трех локальных дисПЕрСИй Di-п., Di И Di+m, ГдЕ m = (N — 1)/2 И N— нечетное целое число, Первый 7 и второй 8 блоки элементов задержки состоят из N — 1 последовательно соединенных элементов задержки на один отсчет, причем первый выход каждого из них является выходом элемента задержки с номером (N — 1)/2, а второй выход — выходом элемента задержки с номером N — 1. На выходе селектора 9 формируется двухразрядный двоичный код номера минимального значения трех дИСПЕрСИй 0i-m, Di, 01+m

Коммутатор (мультиплексор) 10 выполняет функцию переключения на первый выход 23 устройства одного из трех кодов

ЛОКаЛЬНЫХ СрЕдНИХ ЗНаЧЕНИй ài-m. al И al+m С выхода блока 6 извлечения корня и с двух выходов первого блока 7 элементов задержки. Коммутатор (мультиплексор) 11 выполняетфункцию переключения на второй вход умножителя 15 кода, соответствующего минимальному значению для дисперсий Di-m, 01, Di+m. Таким образом, в )-м такте работы на выходах коммутаторов 10 и 11 сформируются коды величины ц(ц) и 0мин(т ) соответственно, причем код величины g(ti) Омин tj — 1

S1(ti-1), g(ti-1), соответственно.

D1(t; — 1)

0мин — 1

Код величины с выхода регист30. 01(Ц вЂ” 1) ра 19 поступает на вход блока 13, в ячейках которого реализовано табличное вычисление весовой функции а(х). Код величины а (DM»(tl 1)/01(Ф-1) с выхода блока 13 поступает на второй вход второго умножителя 16, на первый вход которого поступает код величины g(t;-1) — S1(ti-1) с выхода регистра 17. Код

ВЕЛИЧИНЫ а (Омин(ф-1) /D1(ti-q) (gal-1)—

S1(ti-1)) с выхода умножителя 16 поступает

40 на первый вход сумматора 21, на второй вход которого поступает код g(ti) с выхода регистра 18, Код величины z(ti-1) = g(ti-1) + 0мин fi — 1 а ) g(tl 1) — S1 (ti-1) с выхода

D1(t; — 1)

45 сумматора 21 поступает на вход регистра

20, на выходе которого формируется код величины ф -1), поступившей на его вход тактом ранее. Таким образом, в текущем)-м такте на первом выходе 23 устройства

50 сформируется код величины g(tl), а на втором выходе 24 устройства формируется код величины z(ti-г). Устройство работает в конвейерном режиме и через 2 такта работы в

0+2)-м такте работы на первом выходе 23 и

55 на втором выходе 24 устройства сформируются коды величин g(ti+z) и (т.) соответственно.

Формула изобретения

Устройство для адаптивного скользящего усреднения по авт. св. N. 1283793, о т л ича ю щ ее ся тем, что, с целью повышения точности, в него введены дополнительный

25 поступает на первый выход 23 устройства.

Код величины g(ti) с выхода коммутатора 10 поступает на вход регистра 18 и на второй вход блока 14 вычитания, на первый вход которого поступает код величины S 1(tl) = а! с первого выхода первого блока 7 элементов задержки. Код величины g(tij-St(tl) с выхода блока 14 вычитания поступает на вход перваго регистра 17. Код величины Dl(ti) = Di c первого выхода блока 8 элементов задержки поступает на вход делителя 12, в котором осуществляется табличное вычисление функции р (х) = 1/х. Код величины 1/D1 (ti) с выхода делителя 12 поступает на первый вход умножителя 15. На второй вход умножителя 15 с выхода коммутатора 11 поступает код величины 0мин (ti) и на выходе умножителя 15 формируется код величины

0 мин, который затем поступает на вход

1 Ц регистра 19, ka выходах регистров 17, 18 и

19 сформируются коды величин, поступивших на их входы тактом ранее, т.е. f(tl-1)—

1695326 коммутатор, делитель, блок вычисления весовой функции, дополнительный блок вычитания, два умножителя, четыре регистра и сумматор, первый и второй выходы втрого блока элементов задержки соединены соответствнено с первым и вторым информационными входами дополнительного коммутатора, третий информационный вход которого соединен с выходом блока вычитания, первый и второй управляющие входы допол нител ьно го коммутатора подкл ючены к выходам первого и второго разрядов селектора минимума соответственно, выход дополнительного коммутатора соединены с первым входом первого умножителя, первый выход второго блока элементов задержки через делитель соединен с вторым входом первого умножителя, выход которого соединен с информационным входом первого регистра, выход которого соединен со входом блока вычисления весовой функции, выход которого соединен с первым входом второго умножителя, первый выход первого блока элементов задержки соединен с входом уменьшаемого дополнительного

5 блока вычитания, вход вычитаемого которого объединен с информационным входом второго регистра и с выходом коммутатора, выход дополнительного блока вычитания соединен с информационным входом треть10 его регистра, выход которого соединен со вторым входом второго умножителя, выход которого соединен с первым входом сумматора, выход второго регистра соединен со вторым входом сумматора. выход которого

15 соединен с информационным входом четвертого регистра, выход которого является информационным выходом устройства, тактовые входы делителя, блока вычисления весовой функции, дополнительного блока вы20 читания, умножителей, регистров соединены с выходом генератора тактовых импульсов.

1695326

Составитель Д.Ухтверов

Техред М.Моргентал

Редактор Т.Орловская

Корректор M.Макс((мишинец

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

Заказ 4164 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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