Способ повышения контрастности изображения

 

Изобретение относится к технике средств связи и может быть использовано для построения систем передачи и обработки полутоковых изображений, в частности передающих телевизионных систем. Цель изобретения - увеличение помехоустойчивости и улучшение различимости формы малоконтрастных объектов. Три способа повышения контрастности изображения, включающем преобразование изображения в видеосигнал, разделение видеосигнала по пространственному спектру на высокочастотные и низкочастотные составляющие, изменение амплитуды видеосигнала высокочастотных составляющих в обратной зависимости от ее значения, выделяют сигнал границ перепадов яркости, измеряют локальный радиус кривизны границ, изменяют амплитуду видеосигнала высокочастотных составляющих в обратной зависимости от значения локального радиуса кривизны границ, после чего суммируют с видеосигналом низкочастотных составляющих либо с видеосигналом изображения. Кроме того, нижню граничную частоту видеосигнала высокочастотных составляющих изменяют в обратной зависимости от значения локального радиуса кривизны. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к технике средств связи и может быть использовано для построения систем передачи и обработки полутоновых изображений, в частности передающих телевизионных систем.

Цель изобретения - увеличение помехоустойчивости и улучшение различимости формы малоконтрастных объектов.

На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема устройства, для осуществления способа повышения контрастности изображения; на фиг.2 - вариант структурной электрической схемы блока пространственных фильтров; на фиг. 3 - вариант структурной электрической схемы блока измерения локальных радиусов кривизны границ; на фиг. 4 - вариант структурной электрической схемы решающего модуля; на фиг. 5 и 6 - диаграммы работы устройства для осуществления способа повышения контрастности изображения.

Устройство (см. фиг.1) содержит блок 1 фильтров верхних пространственных частот 2₁. ..2_n, блок 3 модулей 4₁...4_n ослабления видеосигнала высокочастотных составляющих высококонтрастных перепадов яркости, блок 5 управляемых усилителей 6₁...6_n, сумматор 7, вычитатель 8, коммутатор 9, блок 10 измерения локальных радиусов кривизны границ и блок 11 модулей формирования окон управления 12₁....12_n. Вход видеосигнала устройства соединен с входом блока фильтров 1, входами вычитателя 8 и блока 10 измерения локальных радиусов кривизны границ. Выходы фильтров 2₁....2_n через модули ослабления видеосигнала 4₁. ..4_n соединены с информационными входами управляемых усилителей 6₁...6_n, выходы которых подключены к сумматору 7; n выходов блока 10 измерения локальных радиусов кривизны границ через модули формирования окон управления 12₁. . .12_n подключены к управляющим входам усилителей 6₁...6_n. Выход модуля ослабления 4_n соединен также с вторым входом вычитателя 8.

Фильтры верхних пространственных частот 2₁...2_n отличаются нижней граничной пространственной частотой, которая понижается при переходе от фильтра 2₁ к фильтру 2_n. Фильтры 2₁...2_n могут быть реализованы как на цифровых, так и на электронно-оптических и оптических устройствах фильтрации изображений. Блок 1 пространственных фильтров 2₁...2_n реализован на основе предпроцессорного преобразователя 13, вычислительных модулей 14₁...14_m и сумматоров 15₁...15_n. Представленный вариант предпроцессорного преобразователя 13 соответствует получению сигнала изображения а основе чересстрочного разложения.

Предпроцессорный преобразователь 13 состоит из блока задержки видеосигнала на период поля кадра 16 и блоков задержки видеосигнала на период строки 17₁...17_m-2. Вычислительный модуль 14 состоит из блоков задержки видеосигнала на один элемент разложения (такт) 18₁...18_m и блоков умножителей 19₁. . . 19_m, каждый из которых состоит из n умножителей с общим информационным входом и раздельными выходами, каждый из которых подключен к своему сумматору 15₁. ..15_n. Блок 10 измерения локальных радиусов кривизны границ состоит из детектора границ 20, корреляционного обнаружителя дуг 21 и решающего модуля 22. Блок 20 может быть выполнен по одной из известных схем детекторов границ или выделения контуров, например на основе фильтра 23 верхних пространственных частот, к выходу которого через блок 24 выделения абсолютного значения 24 подключен пороговый блок (ограничитель минимума) 25. Корреляционный обнаружитель 21 может быть выполнен на основе параллельно включенных корреляционных обнаружителей отрезков дуг разного радиуса 26₁...26_n. Каждый обнаружитель 26 может быть выполнен, например, в виде совокупности параллельно включенных пространственных фильтров 27₁...27_n, весовая функция которых имеет вид отрезка дуги с одинаковыми радиусами, но с разными углами ориентации (нормали к центру отрезка дуги). От блока 26₁ к блоку 26_n радиус дуги возрастает. Фильтры 27₁...27_k в каждом блоке 26 подключены к детектору максимума 28 и через пороговое устройство (ограничитель минимума) 29 - к решающему модулю 22.

Решающий модуль 22 может быть построен, например, по схеме, представленной на фиг. 4. Первые входы компараторов 30...30_n соединены с входами блока 31 выделения максимального значения, выход которого соединен с вторыми входами компараторов. Выходы компараторов 30₁...30_n являются выходами решающего устройства. В качестве модулей 12 формирования окон управления могут быть использованы, например, цифровые, оптические или электронно-оптические фильтры нижних пространственных частот.

Рассмотрим работу варианта устройства по предлагаемому способу.

С целью упрощения ограничимся числом каналов n = 3. Возьмем тестовое изображение, состоящее из малоконтрастных деталей наиболее простой круглой формы разного диаметра, равного 1; 2 и 4 элемента разложения (см. фиг.5а, б, с), а также высококонтрастную деталь d. На фиг.5 и 6 представлены диаграммы видеосигналов в центральном сечении деталей на входе устройства U и на выходе его блоков. Для большей наглядности для некоторых сигналов представлены изображения в плане. Из входного сигнала U в фильтрах 2₁...2_n выделяются высокочастотные составляющие пространственного спектра изображения при различной нижней граничной частоте, которая от фильтра 2₁ к фильтру 2_n понижается. Выходной сигнал фильтров 2₁...2_n U2₁...U2₃... поступает на модули 4₁...4_n ослабления видеосигнала высокочастотных составляющих высококонтрастных перепадов яркости. На выход модулей сигналы U2₁...U2₃... от малоконтрастных деталей а, б, с проходят без изменений, а от высококонтрастных (d) ослабляются.

На фиг. 5 это показано на примере первого модуля U4₁. Блок 20 выделяет сигнал контуров U20, соответствующий по локализации границам перепадов яркости. На выходы корреляционных обнаружителей отрезков дуг разного радиуса 26₁. . . 26_n проходят сигналы соответствующих по радиусу участков контуров U20. Причем радиус от блока 26₁ к блоку 26_n возрастает. В результате сигналы участков контуров, имеющие локальную кривизну, оказываются разнесенными по разным каналам U26₁...U26₃.... На выход блока 30 проходят максимальные сигналы. Для выбранного конкретного примера сигналы U26 и U10 совпадают. Таким образом в блоке 10 производится измерение локального радиуса кривизны границ перепадов яркости.

Для управления видеосигналами высокочастотных составляющих пространственного спектра изображения контурные сигналы в блоках 12₁...12_n расширяются, а их границы сглаживаются (U12₁...U12₃...). На информационные входы управляемых усилителей 6₁...6_n поступает видеосигнал высокочастотных составляющих U4₁. ..U4₃..., повторяющий сигнал U2₁...U2₃... для малоконтрастных перепадов яркости. На выходе управляемых усилителей 6₁...6_n видеосигналы высокочастотных составляющих пространственного спектра изображения распределяются между выходами по признаку радиуса кривизны границы перепадов яркости U6₁. . . U6₃. ... Сигналы U6₁...U6₃... суммируются между собой и с исходным видеосигналом U либо с видеосигналом низкочастотных составляющих пространственного спектра изображения U₈, образующимся на выходе вычитателя 8, что определяется положением коммутатора 9. Сигнал U₇ на выходе сумматора 7 является выходным видеосигналом устройства.

Устанавливая в каждом из n каналов свое значение коэффициента усиления, можно получить требующуюся по данному способу зависимость амплитуды видеосигнала высокочастотных составляющих пространственного спектра изображения от значения локального радиуса кривизны, что иллюстрирует диаграмма U₇. Требуемые коэффициенты усиления можно получить, установив их в блоках 6₁... 6_n или в блоке 12₁...12_n (см., фиг.6). Поскольку фильтры 2₁...2_n имеют разную нижнюю граничную пространственную частоту, то одновременно с коммутацией каналов в управляемых усилителях 6₁...6_n происходит также изменение нижней пространственной частоты видеосигнала высокочастотных составляющих, а именно: нижняя пространственная частота изменяется в обратной зависимости от радиуса кривизны границы, как это предусмотрено способом. Изменение нижней пространственной частоты, как это видно из примера устройства, упрощает осуществление способа, так как является побочным результатом коммутации каналов. Это не только не снижает эффективности способа, но уменьшает зашумление изображения, происходящее в результате усиления высокочастотных составляющих спектра шума, содержащегося в сигнале изображения, получаемого с преобразователя изображения в видеосигнал.

Предлагаемый способ повышения контрастности изображения обеспечивает увеличение помехоустойчивости и улучшение различимости формы объектов в изображениях. Использование способа позволит повысить вероятность правильного распознавания сложных полутоновых изображений, увеличить дальность видеосвязи, снизить требования к динамическому диапазону устройств передачи, хранения и воспроизведения изображений.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ КОНТРАСТНОСТИ ИЗОБРАЖЕНИЯ, заключающийся в преобразовании изображения в видеосигнал, разделении видеосигнала на высокочастотные и низкочастотные составляющие, изменении амплитуды видеосигнала высокочастотных составляющих в обратной зависимости, отличающийся тем, что, с целью увеличения помехоустойчивости и улучшения различимости формы малоконтрастных объектов, при разделении видеосигнала на высокочастотные и низкочастотные составляющие выделяют сигнал границ перепадов яркости, измеряют локальный радиус кривизны границ перепадов яркости, а изменение амплитуды видеосигнала высокочастотных составляющих осуществляют в обратной зависимости от измеренного значения локального радиуса кривизны границ перепадов яркости с последующим суммированием с видеосигналом низкочастотных составляющих.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что видеосигнал измененных высокочастотных составляющих суммируют с видеосигналом изображения.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что, с целью упрощения реализации и увеличения отношения сигнал/шум в суммарном видеосигнале, перед суммированием высокочастотных составляющих с низкочастотными составляющими или с видеосигналом изображения, нижнюю пространственную частоту видеосигнала высокочастотных составляющих изменяют в обратной зависимости от значения локального радиуса кривизны границ перепадов яркости.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6