Устройство для определения различия между несколькими обработанными цифровыми изображениями, полученными из исходного

 

Изобретение относится к устройствам цифровой обработки изображений и может быть использовано в устройствах, осуществляющих обработку неподвижных цифровых изображений, цифровых видеопоследовательностей, в частности при кодировании неподвижных цифровых изображений или цифровых видеопоследовательностей. Техническим результатом является более корректное определение различия между несколькими обработанными цифровыми изображениями, полученными из исходного (оригинала). Устройство содержит блок хранения исходного и подвергшихся обработке цифровых изображений, блок предварительной коррекции, блок сравнения индексов искажений, блок управления и генерации адресов, блок вычисления индекса искажений, состоящий из блока вычисления косинуса, блока вычисления нормировочного коэффициента, блоков умножения, блоков суммирования, блоков извлечения квадратного корня, блока деления, блока вычисления арккосинуса. 2 ил.

Настоящее изобретение относится к устройствам цифровой обработки изображений и может быть использовано в устройствах, осуществляющих обработку неподвижных цифровых изображений, цифровых видеопоследовательностей, в частности при кодировании неподвижных цифровых изображений или цифровых видеопоследовательностей.

Известно описание метода определения различия между несколькими обработанными цифровыми изображениями, полученными из исходного, изложенное в книге D. Salomon, Data Compression: The complete reference. Second Edition. - New York: Springer-Verlag, 2000, p.240-242. Для определения различия между несколькими цифровыми изображениями используется среднеквадратическая ошибка (СКО), которая последовательно вычисляется для каждой пары “обработанное изображение - исходное изображение” по следующей формуле:

где I представляет собой матрицу исходного, не подвергавшегося обработке, цифрового изображения размером HxW, а Iʹ - матрицу того же изображения после проведения обработки, исключающей зеркальное отражение, поворот, сдвиг или их произвольные сочетания. Сравнение вычисленных значений СКО позволяет установить степень различия между обработанными изображениями, полученными из одного исходного.

Устройство, реализующее данную методику, представлено на фиг.1 и включает в себя блок хранения исходного и подвергшихся обработке цифровых изображений, блок вычисления индекса искажений, блок сравнения индексов искажений, а также блок управления и генерации адресов. Блок вычисления индекса искажений состоит из:

a) блока вычитания, вычисляющего арифметическую разность двух поступающих к нему на вход величин по пришествии синхронизирующего сигнала;

b) блока возведения входной величины в квадрат по пришествии синхронизирующего сигнала;

c) блока суммирования с накоплением, который производит арифметическое суммирование поступающей на вход величины со значением, хранящимся во внутреннем регистре этого блока по пришествии синхронизирующего сигнала, обнуление внутреннего регистра по пришествии сигнала сброса, выдачу величины, хранящейся во внутреннем регистре по пришествии сигнала выдачи данных;

d) блока, производящего арифметическое деление двух входных величин по пришествии синхронизирующего сигнала;

e) блока извлечения квадратного корня из входной величины по пришествии синхронизирующего сигнала.

Однако указанная выше реализация блока вычисления индекса искажений не позволяет корректно определить различия между несколькими обработанными изображениями.

Техническим результатом настоящего изобретения является более корректное определение различия между несколькими обработанными цифровыми изображениями, полученными из исходного (оригинала). Указанный результат достигается за счет того, что в известном устройстве, содержащем блок хранения исходного и подвергшихся обработке цифровых изображений, блок вычисления индекса искажений, блок сравнения индексов искажений, а также блок управления и генерации адресов, предложено:

a) использовать блок предварительной коррекции каждого из обработанных и исходного изображений, который соединяется с блоком хранения и блоком управления и генерации адресов;

b) использовать блок вычисления индекса искажений, состоящий из блока вычисления нормировочного коэффициента по формуле:

где i, j, k, l - координаты пикселей; Н - высота цифрового изображения; W - ширина цифрового изображения,

а также блока вычисления косинуса от величины

где R - радиус корреляции, задаваемый извне и лежащий в диапазоне 0<R<min(H, W). Указанные блоки соединены с тремя блоками умножения, которые соединены с тремя блоками суммирования, содержащими накопительные регистры. Два (второй и третий) из трех указанных блоков суммирования соединены с двумя блоками вычисления квадратного корня, которые, в свою очередь, соединены с блоком умножения. Данный блок умножения, а также первый блок сложения соединены с блоком арифметического деления. Блок деления соединен с блоком вычисления арккосинуса, который соединен с блоком сравнения индексов искажений. Кроме того, со всеми вышеперечисленными блоками соединяется блок управления и генерации адресов.

Совокупность указанных признаков позволяет реализовать заявленный технический результат.

На фиг.1 изображена схема устройства для определения различия между несколькими обработанными цифровыми изображениями, полученными из исходного, который реализует известную методику сравнения.

На фиг.2 представлена схема устройства, реализующая изобретение.

Устройство состоит из блока хранения исходного и подвергшихся обработке цифровых изображений (блок 1, фиг.2), который позволяет производить независимую поэлементную выборку для всех обработанных и исходного изображений. Указанный блок 1 соединен с блоком предварительной коррекции каждого из обработанных и исходного изображений (блок 2, фиг.2). Предварительная коррекция проводится в том случае, если все пиксели одного или нескольких обработанных цифровых изображений, а также оригинала имеют нулевые значения. Коррекция заключается в увеличении значения всех пикселей таких изображений на величину минимального приращения для данного типа пикселей.

Блок 2 соединен с блоком вычисления индекса искажений (блок 3, фиг.2) для каждой пары “обработанное изображение - исходное изображение”. Блок 3 соединен с блоком сравнения индексов искажений (блок 4, фиг.2), который служит для хранения вычисленных индексов искажений и их последующего сравнения с целью определения различия между обработанными изображениями. С каждым из вышеперечисленных блоков связан блок управления и генерации адресов (блок 5, фиг.2), предназначенный для управления вычислительными процессами, происходящими в устройстве, а также необходимой выборки хранимой информации. Результатом работы устройства является список идентификаторов обработанных изображений, упорядоченный в порядке увеличения различий между несколькими обработанными цифровыми изображениями, полученными из исходного.

Блок вычисления индекса искажений (блок 3, фиг.2) включает в себя блок вычисления косинуса (блок 3.1, фиг.2) от величины где Н – высота цифрового изображения, W - ширина цифрового изображения, R - радиус корреляции, задаваемый извне и лежащий в диапазоне 0<R<min(H, W), а также блок вычисления нормировочного коэффициента (блок 3.2, фиг.2) по формуле:

где i, j, k, l - координаты пикселей. Блоки 3.1, 3.2 и 2 соединяются с тремя блоками умножения (блоки 3.3, 3.4 и 3.5 соответственно), производящего арифметическое умножение четырех входных величин по пришествии синхронизирующего сигнала. Блок 3.3 соединен с блоком суммирования с накоплением (блок 3.6, фиг.2), который производит арифметическое суммирование поступающей на вход величины со значением, хранящимся во внутреннем регистре этого блока по пришествии синхронизирующего сигнала, обнуление внутреннего регистра по пришествии сигнала сброса, выдачу величины, хранящейся во внутреннем регистре по пришествии сигнала выдачи данных. Блок 3.7 соединен с блоком суммирования с накоплением (блок 3.7, фиг.2), а блок 3.8 соединен с блоком суммирования с накоплением (блок 3.8, фиг.2). Блок 3.7 соединен с блоком извлечения квадратного корня (блок 3.9, фиг.2) из входной величины по пришествии синхронизирующего сигнала. Блок 3.8 соединен с блоком извлечения квадратного корня (блок 3.10, фиг.2). Блоки 3.9 и 3.10 соединены с блоком умножения (блок 3.11, фиг.2), производящим арифметическое умножение двух входных величин по пришествии синхронизирующего сигнала. Блоки 3.6 и 3.11 соединены с блоком деления (блок 3.12, фиг.2), производящим арифметическое деление двух входных величин по пришествии синхронизирующего сигнала. Блок 3.12 соединен с блоком вычисления арккосинуса (блок 3.13, блок 2) от входной величины по пришествии синхронизирующего сигнала. Блок 3.13 соединен с блоком 4. Кроме того, с каждым из блоков, входящих в блок 3, соединен блок 5.

Устройство работает следующим образом. По синхронизирующему сигналу загрузки, который генерирует блок 5, в блок 2 производится загрузка нескольких обработанных цифровых изображений, а также оригинал. При этом количество загруженных обработанных изображений передается в блок 5. После окончания загрузки при поступлении синхронизирующего сигнала коррекции, вырабатываемого блоком 5, блок 1 проводит проверку обработанных изображений и оригинала на необходимость проведения корректирующих действий. Предварительная коррекция проводится в том случае, если все пиксели одного или нескольких обработанных цифровых изображений, а также оригинала имеют нулевые значения. Коррекция заключается в увеличении значения всех пикселей таких изображений на величину минимального приращения для данного типа пикселей. Затем для каждой пары “обработанное изображение - исходное изображение” производится последовательное вычисление индексов искажений, производимое в блоке 3.

Вычисленный индекс запоминается в блоке 4. После проведения вычисления индекса искажений для всех пар “обработанное изображение - исходное изображение” и при поступлении синхронизирующего сигнала сравнения производится сравнение индексов искажений с целью формирования списка идентификаторов обработанных изображений, упорядоченных в порядке увеличения различий между несколькими обработанными цифровыми изображениями, полученными из исходного.

Рассмотрим подробнее процесс вычисления индекса искажений для некоторой пары “обработанное изображение - исходное изображение”. При поступлении синхронизирующего сигнала общей инициализации от блока 5 к блоку 3 производится обнуление внутренних регистров хранения блоков 3.3-3.5. На входы всех элементов блока 3 подаются нулевые значения. Индексы выборки центральных коэффициентов i, j инициализируются значением 0. Хранение текущего значения для этих индексов, а также их изменение производится в блоке 5.

При поступлении синхронизирующего сигнала загрузки центрального коэффициента от блока 5 к блоку 2 происходит выборка значений пикселей, имеющих индекс (i, j), для обработанного изображения и оригинала I_i,j. Величина подается на вход блоков 3.3 и 3.4. Величина I_i,j поступает на вход блока 3.5. Блок 5 инициализирует индексы близлежащих коэффициентов k, l значением (-R). Индексы k, l хранятся в блоке 5; там же производится их изменение.

При поступлении синхронизирующего сигнала загрузки близлежащих коэффициентов от блока 5 к блоку 3.2 производится вычисление нормировочного коэффициента

В случае, если C(i, j, k, 1) оказывается равен 0, производится увеличение индекса k на 1, если 1=R и k≠R, после чего 1 становится равным 0; или увеличение индекса 1 на 1, если 1<R. В противном случае блок 5 вырабатывает синхронизирующий сигнал выборки, который поступает на блок 2 и 3.1. В блоке 2 производится выборка пикселей с координатами (i+k, j+l). При этом значение пикселя поступает на вход блоков 3.3 и 3.5, а значение I_{i+k, i+l} - на вход блока 3.4. Блок 3.1 производит вычисление косинуса от величины . Результат вычисления поступает на входы блоков 3.3-3.5. При поступлении синхронизирующего сигнала умножения из блока 5 к блокам 3.3-3.5 производится вычисление произведения от соответствующих входных величин. Результат вычисления блока 3.3 поступает на вход блока 3.6, результат вычисления блока 3.4 - на вход блока 3.7, а результат вычисления блока 3.5 - на вход блока 3.8. Затем при поступлении синхронизирующего сигнала сложения от блока 5 к блокам 3.6-3.8 производится сложение входных величин со значением, хранящимся во внутреннем регистре. Затем производится увеличение индекса k на l, если l=R и k≠R, после чего 1 становится равным 0; или увеличение индекса l на 1, если l<R. Такой процесс повторяется для всех k≤R.

По окончании описанного выше процесса происходит изменение значения индексов i и j следующим образом: индекс i увеличивается на 1, если j=W-1 и i≠Н-1, после чего j становится равным 0; или индекс j увеличивается на 1, если j<R. Если i≤Н-1, то процесс вычисления проводится с новыми значениями индексов i, j.

В противном случае блок 5 формирует синхронизирующий сигнал выдачи данных, который поступает на блоки 3.6-3.8. Блок 3.6 производит выдачу значения, хранящегося во внутреннем регистре, на вход блока 3.12. Блок 3.7 производит выдачу значения, хранящегося во внутреннем регистре, на вход блока 3.9, а блок 3.8 - на вход блока 3.10. Блок 5 формирует синхронизирующий сигнал, поступающий на блоки 3.9 и 3.10, который разрешает проведение этими блоками операции взятия квадратного корня от входных величин. После проведения этих вычислений и при пришествии синхронизирующего сигнала блок 3.11 производит умножение входных величин. Результат этой операции поступает на один из входов блока 3.12. По пришествии синхронизирующего сигнала из блока 5 к блоку 3.12 производится операция деления входных величин, результат которого поступает на вход блока 3.13. Синхронизирующий сигнал, поступающий от блока 3.13, разрешает проведение вычисления арккосинуса от входной величины и выдачу результата на вход блока 4.

Настоящее описание изобретения, в т.ч. состава и работы устройства, включая предлагаемый вариант его исполнения, предполагает дальнейшее возможное совершенствование специалистами и не содержит каких-либо ограничений в части реализации. Все притязания сформулированы исключительно в формуле изобретения.

Формула изобретения

Устройство для определения различия между несколькими обработанными цифровыми изображениями, полученными из исходного, состоящее из блока хранения исходного и подвергшихся обработке цифровых изображений, соединенного с блоком вычисления индекса искажений, который соединен с блоком сравнения индексов искажений, и блока управления и генерации адресов, соединенного со всеми вышеперечисленными блоками, отличающееся тем, что устройство включает блок предварительной коррекции каждого из обработанных и исходного изображений, соединенный с блоком хранения исходного и подвергшихся обработке цифровых изображений, который соединен с блоком вычисления индекса искажений, включающим блок вычисления нормировочного коэффициента по формуле

где i, j, k, l - координаты пикселей;

Н - высота цифрового изображения;

W - ширина цифрового изображения, и блок вычисления косинуса от величины

где R - радиус корреляции, задаваемый извне и лежащий в диапазоне 0<R<min(H, W),

при этом эти блоки соединены с тремя блоками умножения, выход первого блока умножения соединен с входом первого блока суммирования, выход второго блока умножения соединен с входом второго блока суммирования, выход третьего блока умножения соединен с входом третьего блока суммирования, выход первого блока суммирования соединен с входом блока деления, выход второго блока суммирования соединен с входом первого блока извлечения квадратного корня, выход третьего блока суммирования соединен с входом второго блока извлечения квадратного корня, выходы блоков извлечения квадратного корня соединены с входами четвертого блока умножения, выход которого соединен с входом блока деления, выход которого соединен с входом блока вычисления арккосинуса, выход которого соединен с входом блока сравнения индекса искажений, а блок управления и генерации адресов соединен со всеми вышеперечисленными блоками.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2