Устройство для коррекции изображений объектов

 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к устройствам для предварительной обработки изображений объектов, и может быть использовано при необходимости выделения малоразмерных тонкоструктурных объектов . Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем обеспечения выделения малоразмерных трнкоструктуряых объектов за счет линейного растяжения локального диапазона яркости изображения объектов. Значения верхней и нижней границ этого диапазона определяются на основе анализа значений элементов предшествующего кадра. Цель достигается введением двух компараторов, блока сглаживания, двух вычитателей, элемента памяти, умножителя и мультиплексора , при этом блок сглаживания содержит группу сдвиговых регистров, вычитатель, накапливающий сумматор и блок деления. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (з1)5 G 06 К 9/36

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ. СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4773735/24 (22) 25.12,89,. . (46) 07.02.92. Бюл. 3Ф 5 (71) Научно-исследовательский институт телевизионной техники "Электрон". (72) Ю.А.Лысенко и С.А.Елманов (53) 681.327,12(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 913421. кл. G 06 К 9/52, 1979.

Авторское свидетельство СССР

М 1234859, кл. 6 06 К 9/36, 1984 (прототип); (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОРРЕКЦИИ ИЗОБРАЖЕНИЙ ОБЬЕКТОВ (57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к устройствам для предварительной обработки изображений объектов, и может быть ис;

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к уст-. ройствам для предварительной обработки. изображений объектов, и может быть ис-: . пользовано при необходимости выделения малоразмерных тонкоструктурных объек-. тов.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей путем обеспечения выделения малоразмермых тонкоструктурных объектов за счет линейного растяжения локального диапазона яркости изображения объектов. Значенияверхней и нижней границ этого диапазойа определяются на основе анализа значений элементов предшествующего кадра.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг. 2 — схема блока сглаживания.

„„.Я2„„1711206 А1 пользовано при необходимости выделения малоразмерных тонкоструктурных объектов. Цель изобретения — расширение функциональных возможностей путем обеспечения выделения малоразмерных тонкоструктурных объектов эа счет линейного растяжения локального диапазона яркости изображения объектов. Значения верхней и нижней границ этого диапазона определяются на основе анализа значений элементов предшествующего кадра. Цель достигается введением двух компараторов, блока сглаживания, двух вычитателей, элемента памяти, умножителя и мультиплексора, при этом блок сглаживания содержит группу сдвиговых регистров, вычитатель, накапливающий сумматор и блок деления.

1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Устройство содержит первый 1, второй

2, третий 3 и четвертый 4 регистры, первый

5 и второй 6 компараторы, блок 7 сглаживания, первый 8 и второй 9 вычитатели, элемент

10 памяти, умножитель 1-1, мультиплексор 12, первый 13, второй 14 и третий 15 информационные входы устройства, первый 16, второй 17 и третий 18 синхронизирующие входы устройства, вход "Сброс" 19 устройства, выход 20 устройства.

Блок сглаживания (фиг. 2) содержит группу 21 сдвиговых регистров, вычитатель 22, накапливающий сумматор 23, де-, литель 24.

Устройство работает следующим образом.

Устройство реализует операцию перераспределений уровней яркости исходного изображения Х = (xI} путем линейного рас1711206 тяжения диапазона яркости, содержащего объекты и фон, и сжатия других уровней яркости, которые не несут информацию об объектах на иэображении. Определение значений min* и вах* нижней и верхней границ данного диапазона яркости осуществляется адаптивно путем определения минимального и максимального значения, которые принимает оператор 9(х!) на элементах изображения х! Х. Если объект Z имеет яркость Xz, то в!и» Xz вах*.

Диапазон яркости (а,P) подвергается линейному растяжению за счет сжатия диапазонов (O, в!и*) и (max*, М) яркости, которые не содержат уровней, соответствующих объектам и фону, где М = 2 -1— к максимально возможное значение яркости иэображения; К вЂ” количество разрядов на входе 15 устройства. Значения в!и* и

max* определяются как минимальное и максимальное значения локального сглаживающего оператора 9(х!) на иэображении. Линейное растяжение сигнала, лежащего в диапазоне (min*, max*), осуществляется при помощи вычитателя 8, элемента 10 памяти, вычитателя 9, умножителя

11 и мультиплексора 12 согласно выражению (О при Х! < min*

Yi =; 2 -1 при Xi > вах*

) k

j (2 -1) .(х!) - min+) .(max* - в!и*) . при в!и* <Х! < max*, где Хь У! — текущее значение исходного и преобразованного изображения.

При этом размер локальной окрестности точки !, на основе анализа элементов которой определяется значение оператора д(х!), выбирается таким образом, чтобы не превышать размеров интересующих нас объектов на иэображении, В качестве локального оператора g(xi) предполагается использовать оператор линейной фильтрации, обладающий высокой эффективностью при сглаживании шума в сигнале. Локальный оператор g(xi) обеспечивает сглаживание исходного изображения по некоторой локальной окрестности текущей точки с целью снижения уровня шума в сигнале.

Устройство реализует вычисление функции 0 при Х! < в!и*

Yi 2 -1 при Х! > вах* ! 2 -1 (хх - min*) (тех+ - min+) при min* <Х) max*, X)<-.X, где

max*- max (g (X)).

X:;-.Х*;

min* = min { g (Х) ).

Х(Х*;

Х вЂ” множество отсчетов текущего кадра на изображении;

X* — множество отсчетов предыдущего кадра изображения;

Xi, У! — значение!-х отсчетов исходного

Х и преобразованного Y изображений;

К вЂ” количество разрядов на входе устройства;

g(xi) — значение локального оператора в точке изображения, 5

15 пы 21 сдвиговых регистров. На выходе

50 группы сдвиговых регистров на протяжении первых N тактов работы (где N — длина блока 21) будут формироваться нулевые значения (при i N, так как группа 21

55 обнуляется. перед окончанием гасящего импульса), а в последующих тактах работы (! > N) на его выходе будет формироваться код отсчета Хь!!, задержанного íà N тактов работы. Значение отсчетов Xi u Х! N поступают на соответствующие входы вычитателя 22, где $! — локальное среднее значение зле20 ментов текущей апертуры длины N, Значение величин max* и в!и* с выходов регистров 1 и 2 поступают на соответствующие входы вычитателя 8, значение (max+ — в!и*) с которого поступает на вход к

25 элемента 10 памяти, значение (2 -1) (max*min+) с выхода которого записывается в регистр 3. В регистре 4 записано значение в!и*. Код текущего отсчета Xi сигнала поступает на соответствующий вход вычитатеЗ0 ля 9, значение величины Х)-в!и* с выхода которого поступает на вход умножителя 11, на выходе которого формируется значение (2 -1) (х! — min+) (max*.-min+) ", которое поступает на третий вход мультиплексора 12. 5 Таким образом, в каждом такте работы параллельно с формированием в регистрах и 2 новых значений max* и min" осуществляется преобразование текущего значения х(сигнала и результат Yi поступает на пер„0 вый вход мультиплексора 12.

При этом цифровой многоразрядный телевизионный сигнал по окончании гасящего импульса, приходящего в наборе сигналов, поступает на второй вход вычи45 тателя 9 и вход блока 7 сглаживания. Пусть в текущем i-м такте значение х! текущего !

-ro отсчета сигнала поступает на вход блока 7 сглаживания, а затем с его выхода— на второй вход вычитателя 22 и вход груп1713206 на выходе которого формируется код величины Х!-Xt-!, который затем поступает на вход накапливающего сумматора 23. При этом сформировавшееся ранее содержимре

at-p накапливающего сумматора 23 суммируется,со значением íà его входе, т.е; в накапливающем сумматоре 23 формируется код величины а! - а!-1+ х!-xt-!ч (где ао-О, х - О при а и О). Значение величины с выхода накапливающего сумматора 24 поступает на вход делителя 24, в ячейках которого осуществляется вычисление результатов функции деления на константу

N. Код величины St - — at с выхода дели1

N теля 24 поступает на вход блока 7 сглаживания, а затем — на входы селекторов максимума (блоки 5,1) и минимума (блоки

6,2). Значение St в селекторе максимума (блоки 5,1) поступает на вход регистра 1 и на второй вход компаратора 5, на первый вход которого поступает код величины

Zt-1. сформированной в предыдущем (I-1)-м такте работы устройства. Если S» Zt-1, то код логической единицы с выхода "Меньше" компаратора 5 поступает на вход разрешения записи регистра 1 и в него записывается значение St, в противном случае значение регистра 1 не изменяется, т.е. Zt

=max (2!-1, St) (i >N, ZN = О). Аналогичнр в селекторе минимума. (блоки 6,2) в регистре 2 формируется значение величины Pt= min(Р!-t, St),При этом, если St< Рь1, то код логической единицы с выхода "Больше" компаратора 6 поступает на вход разрешения записи регистра 2 и в него записывается значение St, в противном случае значение регистра 2 не изменяется.

Таким образом. перед началом гасящего импульса в регистрах 1 и 2 сформируются значения max* и min* соответственно, С началом гасящего импульса код величины

min* поступает на вход регистра 4 и второй вход вычитателя 8, на первый вход которого поступает значение величины еах* с выхода регистра 1;. Код величины max*-min* с выхода вычитателя 8 поступает на вход элемента 10 постоянной памяти, в ячейках которого реализовано вычисление функ.2: — 1 ции р(а) — {где а- количество раза рядов на входе устройства). Код величины

2" — 1 р (так*-min+) - . с выхода элеmax* — mt * мента 10 памяти поступает на вход регистра 4. При поступлении синхронизирующего импульса с третьего синхронизирующего входа 18 устройства на входы синхронизации регистров 3 и 4 в них записываются значения величин у) {max*-min+) и гп!и*, сформировавшиеся на их входе ранее. Затем импульс "Сброс" с входа 19 устройства устанавливает регистр 1 в нулевое состоя5 ние (на выходе всех разрядов регистра нули), а регистр 2 устанавливает в единичное состояние (на выходах всех разрядов регистра единицы).

Сжатие уровней яркости осуществляет10 ся при помощи мультиплексора 12, умножителя 11 и вычитателя 9, на первый — третий входы которого поступают значения yt, 2к-1 и О соответственно. Если х! < min*, то значение "1" с выхода "Переполнение" умно15 жителя 11 поступает на соответствующий вход мультиплексора 12 и формируется код

2 -1. В случае, если на управляющих вхоК дах мультиплексора сформированы нули, на его выходе формируется код Yt преоб20 разованного текущего отсчета иэображения. Необходимо отметить, что величина N выбирается равной геометрическим размерам минимальных наблюдаемых объектов на изображении. Для систем технического

25 зрения при наблюдении объектов размерами 5-10 м на дальности до 6 км и при матрице изображения 512 х 512 отсчетов N принимается равным 6-8.

Параллельно с рекурсивным формирова30 нием в селекторе максимума и в селекторе минимума значений величин Zt u Pt значение

Xt текущего отсчета сигнала поступает на второй вход вычитателя 9. На выходах регистров

3 и 4 формируются значения Р(max*-min+)

35 и min*, сформированные на основе анализа предыдущего кадра изображения и записанные в них во время предшествующего гасящего импульса. Значение min+ с выхо- . да регистра 4 поступает на первый вход

40 вычитателя 9, значение величины Х!-min* с выхода которого поступает на второй вход умножителя 11, на первый вход которого поступает значение p(max*-min*) с выхода

2" — 1 регистра 3. Код величины . у (х!

max* — All tl* — min+) с выхода умножителя .11 поступает на первый вход мультиплексора 12, на второй и третий входы которого поступают величины (2К-1) и О соответственно. Выход

"Переполнение" умножителя 11 и выход знакового разряда вычитателя 9 соедине- . ны с управляющими входами мультиплексора 12, т.е в случае, если (2 -1) (Xt-min")х

x(max*-min*) 2 -1 при ХЬгпах*, на выходе к мультиплексора 12 формируется значение

2 -1, если Х!(е!п*(значение знакового разряда на выходе вычитателя 9 будет равно единице), то на выходе мультиплексора 12 формируется значение нуля, если же эти

1711206

10

40 условия не выполняются, то на выходе мультиплексора 12 формируется код величины (2 -1)(Xl-min+)(max*-в1п*) . Это значит, что в i-м такте работы на выходе мультиплексора 12 будет формироваться значение у1, которое затем поступает на выход 20 устройства.

Таким образом, в промежутке между кадровыми гасящими импульсами устройство параллельно осуществляет сглаживание исходного сигнала и рекурсивное формирование его максимального и минимального значений и параллельно осуществляет преобразование текущего значения сигнала путем линейного растяжения диапазона яркости, границы max* и гпмнп* которого были определены на основе анализа значений сигнала в предыдущем кадре изображения. Затем на протя>кении кадрового гасящего импульса новые значения max* и

min* будут сформированы по элементам текущего кадра изображения в регистрах 1 и 2 и на их основе корректируются значения, содержащиеся в регистрах 3 и 4, Затем производится установка регистра 1, группы 21 сдвиговых регистров и накапливающего сумматора 23 B нуль (производится обнуление), а регистр 2 устанавливается в единичное состояние(значения всех разрядов регистра равны единице). По окончании текущего гасящего импульса начинается следующий цикл работы устройства.

Параллельно-конвейерная организация вычислений в устройстве дает возможность осуществить нормировку текущего кадра телевизионного изображения в реальном масштабе времени.

Формула изобретения

Устройство для коррекции изображений объектов., содержащее четыре регистра. отл и ч а ю щеес я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения выделения малоразмерных тонкоструктурных обьектов, в него введены первый и второй компараторы, блок сглаживания, первый и второй вычитатели, элемент памяти, умножитель и мультиплексор, вход блока сглаживания обьединен с первым входом первого вычитателя и является информационным входом устройства, выход блока сглаживания сое. динен с информационными входами первого и второго регистров и с первыми информационными входами первого и второго компараторов, вторые информационные входы которых подключены к выходам соответственно первого и второго регистров и объединены соответственно с первым и вторым информационными входами второго вычитателя, выход которого соединен с входом элемента памяти, входы

"Разрешение записи" первого и второго регистров подключены к выходам соответственно первого и второго компэраторов, выходы элемента памяти и второго регистра соединены с входами соответственно третьего и четвертого регистров, выходы которых соединены соответственно с первым информационным входом умножителя и вторым информационным входом первого вычитателя, информационный выход которого подключен ко второму информационному входу умножителя, выход которого соединен с первым информационным входом мультиплексора, второй и третий информационные входы которого являются вторым и третьим информационными входами устройства, выход "Переполнение" умнох<ителя соединен с первым управляющим входом мультиплексора, второй управляющий вход которого подключен к знаковому выходу вычитателя, выход мультиплексорэ является выходом устройства, входы "Синхронизация" блока сглаживания и умно>кителя обьединены и являются первым синхронизирующим входом устройства, входы "Синхронизация" первого и второго регистров обьединены и являются вторым синхронизирующим входом устройства, входы "Синхронизация" третьего и четвертого регистров объединены и являются третьим синхронизирующим входом устройства, входы "Сброс" первого и второго регистров и блока сглаживания обьединены и являются входом "Сброс" устройства.

2. Устройство по и 1, отл ич э ю ще ес я тем, что блок сглаживания содержит группу сдвиговых регистров, вычитатель, накапливающий сумматор и делитель, информационный вход группы сдвиговых регистров и первый информационный вход вычитателя объединены и являются инфорMBUM0HHblt4 входом блока, выход группы сдвиговых регистров соединен с вторым информационным входом вычитателя, выход которого соединен с входом накапливающего сумматора, выход которого соединен с входом делителя, выход которого является выходом блока, вход "Синхронизация" группы сдвиговых регистров и накапливающего сумматора обьединены и являются входом

"Синхронизация" блока, входы "Сброс" группы сдвиговых регистров и накапливающего сумматора обьединены и являются входом "Сброс" блока.

1711206

1711206

Риг. 2

Составитель И. Голенищев

Техред М.Моргентал Корректор Т. Малец

Редактор М. Янкович

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

Заказ 343 Тираж Подписное

ВНИИРИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж 35, Раушскэя наб., 4/5