Способ фильтрации дискретизированного по времени и амплитуде видеосигнала изображения

 

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники, в частности к техническому зрению роботов. Цель изобретения - упрощение и расширение функциональных возможностей. Сущность способа заключается в формировании для каждого двухградационного сигнала U(ti) из последовательности сигналов дискретизированного изображения n 2m задержанных сигналов {U(ti - та}}, где а 1,.,., 2т, и осуществлении над сигналом U(tj) и задержанными сигналами {U(ti - та)} записывающей и стирающей операций фильтрации, формируя сигнал U(ti - т т)отфильтрованного дискретизированного изображения. При этом для записывающей операции единичный уровень сигнала U(ti - Tm} формируют при единичных уровнях сигнала U(ti - т m) и сигнала хранения Uxp или при нулевом уровне сигнала Uxp и выполнении условия для усредненного сигнала Uj- (ti - rm) {U(tj) + +U(ti- n)+... + U(ti- rm-i)+U(ti-rnvM) + ... + U(ti - Г2т)/2т относительно первого и второго опорных сигналов Uni и Un2: Uni U (t|- Tm} Un2. В противных случаях формируют нулевой уровень потенциала сигнала U(ti - Tm). Для стирающей операции нулевой уровень потенциала сигнала 0(ti - rm) формируют при нулевом уровне потенциала U (ti - т т) и единичном уровне потенциала сигнала Uxp или при нулевом уровне потенциала сигнала Uxp и выполнении уеловия Uni UЈ (ti - Tm) Un2. В противных случаях формируют,единичный уровень потенциала сигнала U(ti - rm). Варьирование уровней потенциала сигналов Unt, Un2 и Uxp и порядка чередования записывающей и стирающей операций фильтрации обеспечивает многообразие процедур фильтрации дискретизированного изображения типа стирания изолированных шумовых элементов , соединения искусственно разделенных сегментов изображения и т.п. 1 ил,, 1 табл. (Л С 00 о СП

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) (21) 4856947/24 (22) 08,08.90 (46) 30.03.93. Бюл. N 12 (71) Московский полиграфический институт (72) Ю.Ф,Кутаев и А.С,Сидоров (56) Розенфельд А. Распознавание и обработка изображений с помощью вычислительных машин. М,; Мир, 1972, с, 164, 177 — 178.

Бутаков Е.А. и др. Обработка изображений на ЭВМ. M„ Радио и связь, 1987, с. 63—

69, 197 — 200.. (54) СПОСОБ ФИЛЬТРАЦИИ ДИСКРЕТИЗИРОВАННОГО ПО ВРЕМЕНИ И АМПЛИТУДЕ ВИДЕОСИГНАЛА ИЗОБРАЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники, в частности к техническому зрению роботов. Цель изобретения — упрощение и расширение функциональных возможностей. Сущность способа заключается в формировании для каждого двухградационного сигнала U(tl) из последовательности сигналов дискретизированного изображения n = 2m задержанных сигналов {0(t — t Д, где а = 1„„, 2m, и осуществлении над сигналом U(t;) и задержанными сигналами (0(» — t а)) записывающей и стирающей операций фильтрации, фоРмиРУЯ сигнал U(tl — t m) отфильтРованного дискретизирован toco изображения, При. Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники, в частности к техническому зрению роботов. его применение в устройствах предварительной обработки визуальной информации видеадатчиков позволяет упростить операции стирающей и записывающей фильтраций, ... Ы,, 1805546 А1 (st)s Н 03 M 1/00, 6 06 F 15/353, 15/62 этом для записывающей операции единичный уровень сигнала О(» — rm) формируют при единичных уровнях сигнала U(tl — т п ) и сигнала хранения 0хр или при нулевом уровне сигнала 0хР и выполнении условия для усредненного сигнала U (tl — r п ) = (0(«) +

+О(» — г 1) + ... + U(tl — и -1)+ U(t; — r в+1) + ...

+ U(tl — т2))/2m относительно первого и втоРого опоРных сигналов 0л1 и Un2: 0п1 (0< (tl — 7:m) 0п2. В пРотивныхслУчаЯхфоРмируют нулевой уровень потенциала сигнала

U(t1 — t m), ДлЯ стиРаюЩей опеРаЦии нУлевой уровень потенциала сигнала О(» — tm) формируют при нулевом уровне потенциала U (tl — т п1) и единичном уровне потенциала сигнала Uxp или при нулевом уровне потенциала сигнала 0><р и выполнении условиЯ Un1 0 (ti Тm) Un2, В пРотивных случаях формируют единичный уровень потЕНцИаЛа СИГНаЛа U(tl — rm). ВарЬИрОВаНИЕ

УРОВНЕЙ ПОтЕНЦИаЛа СИГНаЛОВ 0 1, 0д2 И 0хр и порядка чередования записывающей и стирающей операций фильтрации обеспечивает многообразие процедур фильтрации диск ретизи рован ного изображения типа стирания изолированных шумовы элементов, соединения искусственно разделенных сегментов изображения и т.п. 1 ил„1 табл.

Цель изобретения — упрощение и повышение качества фильтрации и расширение функциональных возможностей способапрототипа за счет одинакового выполнения всех видов записывающих или стирающих операций фильтрации, обеспечения полноты фильтрации, обеспечения возможности

1805546 сохранения нефильтруемых в данной операции фильтрации элементов изображения и возможности варьирования видов операций фильтрации, а также возможности осуществления не только операций фильтрации, но и операций обработки бинарного дискретиэирован ного иэображения.

Сущность изобретения заключается в формировании для каждого из последовательности сигналов дискретизированного изображения первой группы из n = 2m сигналОв в группе путем задержки i-го сигнала дискретизированного изображения íà п фиксированных отличных друг от друга времен задержки г1„„, тп, совместной обработке на основе операции суммирования сигналов каждой из вторых групп сигналов, каждая i-я вторая группа сигналов включает

i-й сигнал дискретизированного иэображения и все сигналы -й первой группы сигналов, за исключением m-го сигнала этой группы, получаемого задержкой i-го сигнала дискретизированного изображения на время задержки t m, получая в результате совместной обработки (i — г гп/Т)-й суммарный сигнал, где Т вЂ” период временной дискретизации, предварительном формировании первого опорного сигнала и формировании последовательности двухградационных сигналов отфильтрованного дискретизированного изображения в результате выполнения записывающей и стирающей операций фильтрации, и отличается от способа-прототипа тем, что предварительно формируют второй пороговый сигнал и двухградационный сигнал хранения, совместную обработку на основе операции "суммирования сигналов каждой из вторых групп сигналов осуществляют формированием суммарного сигнала, амплитуда которого равна усредненной амплитуде сигналов группы, амплитуду каждого суммарного сигнала сравнивают с амплитудами первого и второго опорных сигналов, причем для операции записывающей фильтрации первый уровень амплитуды (! — z m/Т)-го сигнала отфильтрованного дискретизированного изображения формируют в случае первого уровня амплитуды m-ro сигнала i-й первой группы сигналов и первого уровня амплитуды сигнала хранения или в случае, когда амплитуда (i — t m/T)-го суммарного сигнала не больше амплитуды второго и не меньше амплитуды первого опорных сигналов, второй уровень амплитуды (1 — тm/T)-ro сигнала отфильтрованного дискретизированного изображения формируют в случае, когда амплитуда (! — г m/Т)-ro суммарного сигнала больше амплитуды второго или меньше амплитуды первого опорных сигналов при втором уровне амплитуды сигнала хранения или при первом уровне амплитуды сигнала хранения и втором уровне амплитуды m-ro

5 сигнала - и первой группы сигналов, а для операции стирающей фильтрации второй уровень амплитуды (i — 7п /T)-го сигнала отфильтрованного дискретизированного изображения формируют в случае второго

"0 уровня амплитуды m-го сигнала i-й первой группы сигналов и первого уровня амплитуды сигнала хранения или в случае, когда амплитуда (i — t а/Т)-ro суммарного сигнала не больше амплитуды второго и не меньше амплитуды первого опорных сигналов, первый уровень амплитуды (i — t m/T)-го сигнала отфильтрованного дискретизированного изображения формируют в случае, когда амплитуда (i — т m/Ò)-ro суммарного сигнала больше амплитуды второго или меньше амплитуды первого опорных сигналов и ри втором уровне амплитуды сигнала хранения или при первом уровне амплитуды сигнала хранения и первом уровне амплитуды m-го сигнала 1-й первой группы сигналов, Заявляемым способом осуществляют фильтрацию дискретизированного по амплитуде и времени видеосигнала 06(Ъ) иэображения G(r), где г = (г,, ry), rx u ly— горизонтальная и вертикальная координаты элемента изображения в поле кадра, отсчитываемые от начала кадра, например от левого верхнего угла поля кадра. При этом видеосигнал Uc(tl) имеет две градации амплитуды, т.е. Uc(t<)z{U U } где U, U — единичный и нулевой потенциалы соответственно, Q — моменты времени, соответствующие отсчетам видеосигнала, дискретизированного по времени с перио40 дом дискретизации Т, i = 1„,, р = 1,Р, При этом UG(ti) = 0 вне пределов активного хода строчной и кадровой раэверток иэображения.

Фильтрацию видеосигнала Uc(ti) осуще45 ствляют следующим образом, Формируют для каждого i-го сигнала Ur(t ) дискретизированного изображения 1-ю первую группу сигналов {UG(ti — r,)) из n = 2m сигналбв в группе путем задержки i-ro сигнала в и

50 линиях задержки на п фиксированных отличных друг от друга времен задержки т1, т 2, ..., а, ...., т и, т.е., a = 1 л, n = 2m.

Например, для n = 8 и длительности периода Тс строчного разложения иэобра55 жения G(r) имеем т1 = Т, t 2 = 2Т, т з = Тс, т 4 = Т + Т, т 5 = Тс + 2Т, t е = 2Тс, г т = 2Тс+ Т и i 8 = 2Tñ+ 2Т

При этом i-й сигнал Ug(ti) и все сигналы соответствующей ему i-й первой группы сиг1805546 нэлов (UG(tl — т a)} за исключением rA-го сигнала этой группы, которому соответствует задержка (и ри и = 8 m = 4, т.е. х m = т 4 = Tc + Т), входят в i-ю вторую группу сигналов, для которой формируют усредненный сигнал

0 (tl — t m), амплитУДа котоРого Равна УсРеДненной амплитуде сигналов группы, т,е.

2m

0 (и — r) = (Х0 (1 — r.)+L4(t) j а =1

Формирование усредненного сигнала

U (ti — t m) может быть реализовано, например, на основе токового сумматора и резистивного делителя напряжения, Сформированный усредненный сигнал сравнивают с первым и вторым опорными сигналами Un1 и Un2, формируя сигналы первого Uc1 (ti — t m). второго Uc2 (ti — та) сравнения

u (h 1 u (lpga (.((1;-6m)) u„1 (.(при U (;- „1<0„, u п,. Ц.(,—;„) Ц„", Формирование сигналов сравнения может быть осуществлено с использованием, например, аналоговых компараторов напряженияя.

Далее в зависимости от типа операции фильтрации (записывающей или стирающей

ОПЕрацИИ) фарМИрувт СИГНаЛ UG (tl — t m) Отфильтрованного дискретизированного изображения в соответствии со следующими выражениями; — для записывающей операции фильтрации .я(--.) =Со.(;> .,1.Шо„(;-". . „(л.11 — для стирающей операции фильтрации

, (;-:.1=(6,(Д и„,1.(li«(t,-"..)ëè„((,;-.„Д или в общем виде

L(Ю(у д „u(c (, л где Uxp — двухградационный сигнал хранения, т.е. Оре(U, U ), V,t,и соответствуо ют операциям логической дизъюнкции, конъюнкции и отрицания.

При этом потенциал сигнала хранения

Uxp и значения потенциала опорных сигналов для записывающей и стирающей операций фильтрации могут быть различными., Из выражения общего вида следует, что записывающая операция фильтрации может быть реализована при отсутствии стирающей операции фильтрации и наоборот.

Поэтому при необходимости реализации. только записывающей фильтрации должно быть выполнено условие

5 UG ((ti — tm) = О, откУда следУет

Uc1 (tl tm)= U либо uc2((tl t m) = U

Uxp (С) = U о

10 Выполнение условия Uc1 i (ti — т m) = U (с) о имеет место при

U, (tl — Г а) < Un1 или Ug (ti — т m) > Un2, 15 откуда независимо от уровня суммируемых сигналов легко получить, что стирающая операция фильтрации не будет реализовываться при

Un1() > 8U1, например, при Unt () = 9U;

Un2 < 80, напРимеР, п Ри Un2 () = 0;

Uxp =U .

Аналогично для неосуществления зэ25 пись вающей операции легко получить

Uxp = U u UG (tl — тm) = 0; откуда з)

U„(t;- 3=u, u,",(;- 1=u ;

З0 откуда (л о (М (j (t -i i, ) Ь(„u(1

З5 например, при Un1(= 0 и 0п.2 = 9 u1, Сочетания потенциалов сигналов хранения и опорных сигналов при выполнении записывающей и стирающей операций для типовых процедур фильтрации бинарного

40 дискретизированного изображения сведены в таблицу.

Из предыдущего рассмотрения следует, что первая и третья типовые процедуры требуют выполнения только стирающей опера45 ции фильтрации, вторая и четвертая— только записывающей операциифильтрации, а пятая — сначала записывающей, а потом стирающей операций фильтрации (для уменьшения искажений изображения — для случая

50 разделения сегментов не более чем двумя черными элементами изображения).

Если белые сегменты изображения разделены К > 2 черными элементами, то в пятой процедуре необходимо выполнить

55 сначала К1 = ENT (К+ 1)/2 записывающих операций фильтрации, где ENT — символ целой части числа в прямоугольной скобке, а затем столько же стирающих операций фильтрации.

1805546

10

Для иллюстрации сущности операций фильтрации заявляемого способа и типовых процедур на их основе на фиг. 1, а приведено фильтруемое бинарное дискретизированное черно-белое изображение G (l), а на фиг. 1, б-ж — отфильтрованные изображения б (г) после выполнения типовых процедур фильтрации, причем на всех фигурах крестиками обозначены белые элементы изображения, которые обведены контурной линией для лучшего восприятия, Каждое из отфильтрованных изображений на фиг. 1, б-д получено в результате выполнения однократной фильтрации изображения G (I) (фиг. 1, а) в соответствии с выражением общего вида для первой, второй, третьей и четвертой типовых процедур таблицы соответственно, На фиг, 1, е и ж для пятой процедуры таблицы приведены соответственно изображения после осуществления записывающей операции фильтрации, приводящей к сужению поля белых элементов изображения, и после стирающей операции фильтрации, приводящей к сужению поля белых элементов изображения.

Из таблицы, фиг, 1 и выражений для операций фильтрации следует, что варьирование типов операции фильтрации (записывающая или стирающая операция), видов операции в пределах каждого типа операции, видов процедур фильтрации на основе операций фильтраций достигают простым варьированием потенциала сигнала хранения, первого и второго опорных сигналов и порядком чередования операций, Очевидно, что типовые процедуры фильтрации, приведенные в таблице, являются лишь малой частью всего многообразия возможных процедур обработки бйнэрного дискретизированного изображения из-за большого числа возможных сочетаний уровней потенциала сигнала хранения и опорных сигналов. При этом для заявляемого способа значительно большее число процедур фильтрации и обработки осуществляют более простым образом, чем в способе-прототипе, включая и все операции способа-прототипа. Поэтому заявляемый способ проще и обладает более широкими функциональными возможностями по сравнению со способом-прототипом.

Двухпороговое сравнение, используемое в способе, обеспечивает выборочную фильтрацию шумовых элементов изображения без искажений или с минимальными искажениями его полезных элементов (см. фиг, 1, б-д для первой-четвертой процедур таблицы), благодаря чему данный способ ха20

40 рактеризуется также и лучшим качеством фильтрации, чем способ-прототип, Дополнительным преимуществом заявляемого способа по сравнению со способом-прототипом является более простая аппаратурная реализация, Формула изобретения

Способ фильтрации дискретизированного по времени и амплитуде видеосигнала изображения, заключающийся в формировании для каждого из последовательности сигналов дискретизировэнного изображения первой группы сигналов из п = 2m сигналов в группе путем задержки i-го сигнала дискретизированного изображения íà и фиксированных отличных друг от друга времен задержки т1, ..., гп, совместной обработке на основе операции суммирования сигналов каждой из вторых групп сигналов, каждая 1-я вторая группа сигналов включает

I-й сигнал дискретизированного изображения и все сигналы i-й первой группы сигналов, за исключением m-го-сигнала этой группы, получаемого задержкой i-го сигнала дискретизированного изображения на время задержки гп, получая в результате совместной обработки (i — т m/Ò)-й суммарный сигнал, где Т вЂ” период временной дискретизации, предварительном формировании первого опорного сигнала и формировании последовательности двухградацио нных сигналов отфильтрованного дискретизираванного изображения в результате выполнения записывающей и стирающей операций фильтрации, отлича ю щий с я тем,что, с целью упрощения и расширения функциональных возможностей, операции записывающей и стирающей фильтрации заключаются в том, что предварительно формируют второй опорный сигнал и двухградационный сигнал хранения, совместную обработку на основе операции суммирования сигналов каждой из вторых групп сигналов осуществляют формированием суммарного сигнала, амплитуда которого равна усредненной амплитуде сигналов группы, амплитуду каждого суммарного сигнала сравнивают с амплитудами первого и второго опорных сигналов, причем для операции записывающей фильтрации первый уровень амплитуды (i — 7 m/Т)-го сигнала отфильтрованного дискретизированного иэображения формируют в случае первого уровня амплитуды m-ro сигнала 1-й первой группы сигналов и первого уровня амплитуды сигнала хранения или в случае, когда амплитуда (i — r m/T)-ro суммарного сигнала не больше амплитуды второго и не меньше амплитуды первого опорных сигналов, второй уровень амплиту10

1805546 ды (i — Т m/Т)-го сигнала отфильтрованного дискретизированного изображения формируют в случае, когда амплитуда (! — Т >/+ro суммарного сигнала больше амплитуды второго или меньше амплитуды первого опорных сигналов при втором уровне амплитуды сигнала хранения или при первом уровне амплитуды сигнала хранения и втором уровне амплитуды m-ro сигнала 1-й первой группы сигналов, а для операции стирающей фильтрации второй уровень амплитуды (i — z в/Т)-го сигнала отфильтрованного дискретизированного изображения формируют в случае второго уровня амплитуды m-ro сигнала i-й первой группы сигнаСти аю ая one а ия

Записываю ая one а ия

Оп2

Uïi с

Ux c

Оп2

Un) 3U

9U

4U

4И

501

3U

0 и

Наименование типовой и роцедуры фильтрации

Стирание шумовых белых элементов на че ном оне

Стирание шумовых черных элементов на белом сне

Стирание пар белых элементов, примыкающих к контуру изоб ажения

Стирание пар черных элементов, примыкающих к контуру изобоажения

Соединение белых сегментов лов и первого уровня амплитуды сигнала хранения или в случае, когда амплитуда (i — т m/Ò)-го суммарного сигнала не больше амплитуды второго и не меньше амплитуды первого опор5 ныхсигналов, первый уровень амплитуды (i — tm/Т)-го сигнала отфильтрованного дискретизированного иэображения формируют в случае, когда амплитуда (i — т /Т)-го суммарного сигнала больше амплитуды вто10 рого или меньше амплитуды первого опорных сигналов и ри втором уровне амплитуды сигнала хранения или при первом уровне амплитуды сигнала хранения и первом уровне амплитуды m-ro сигнала i-й первой груп15 пы сигналов.

1805546

Составитель Ю,Кутаев

Техред М,Моргентал Корректор Л.Филь

Редактор

Заказ 947 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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