Способ обработки растровых изображений



Способ обработки растровых изображений
Способ обработки растровых изображений
Способ обработки растровых изображений
Способ обработки растровых изображений
Способ обработки растровых изображений
Способ обработки растровых изображений
Способ обработки растровых изображений
Способ обработки растровых изображений

 


Владельцы патента RU 2488885:

Общество с ограниченной ответственностью "Вокорд СофтЛаб" (RU)

Изобретение относится к области обработки растровых изображений, а именно к способам сжимающего кодирования и декодирования для систем связи и хранения растровых изображений. Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение качества декодированных растровых изображений при использовании для их сжимающего кодирования методов на основе усеченного блочного кодирования или их модификаций. В частности, улучшаются общеупотребительные формализованные критерии, такие как пиковое отношение сигнал/шум, среднеквадратическое отклонение, структурное подобие и т.п. Данный технический результат достигается за счет того, что в способе обработки растровых изображений, включающем сжатие изображения методом «усеченного блочного кодирования» или его модификациями, перед процедурой сжимающего кодирования выполняют цифровую фильтрацию, повышающую резкость сжимаемого изображения, а после процедуры декодирования выполняют сглаживающую цифровую фильтрацию декодированного изображения. 2 з.п. ф-лы, 8 ил.

 

Изобретение относится к области обработки растровых изображений, а именно к способам сжимающего кодирования и декодирования для систем связи и хранения растровых изображений.

Изобретение может быть использовано в системах передачи и хранения данных, в вычислительной технике, в приборостроении, в телеметрических системах.

Известен способ обработки растровых изображений, в котором кодирование изображения с целью сжатия производится на основе метода JPG (См. заявку на патент США US 2007/0036451 A1).

Недостатком данного способа является то, что он не обеспечивает гарантированный, постоянный и заранее известный коэффициент сжатия как для всего сжимаемого изображения целиком, так и для каждого фрагмента изображения заданного размера. Также недостатком является то, что такие данные не обладают высокой устойчивостью к потерям и искажениям при передаче. Искажение сжатых данных, соответствующих определенной области изображения, приводит к искажениям других областей. Как при сжатии изображений методом JPEG, так и при восстановлении, требуемое число элементарных операций на пиксел достаточно велико. При этом невозможно эффективно распараллелить процедуру сжатия, так как все блоки не являются независимыми.

Известен также способ обработки растровых изображений, в котором кодирование изображения с целью сжатия производится на основе метода усеченного блочного кодирования (ВТС - «block truncation coding» в англоязычной литературе). (См. заявку на патент США US 2010/0067812 A1). В нем предполагается разбиение изображения на блоки заданного размера. При этом блоки могут быть произвольного размера и формы, не обязательно квадратные, и не обязательно они должны иметь одинаковый размер для всего изображения.

Данный способ взят за прототип предложенного изобретения.

Недостатком данного способа является то, что качество восстановленного после сжатия изображения по общеупотребительным формализованным критериям таким, как пиковое отношение сигнал/шум (ПОСШ или PSNR в англоязычной литературе), среднеквадратическое отклонение (СКО или MSE в англоязычной литературе), структурное подобие (SSim англоязычной литературе) и др., при использовании блоков большего размера, чем 4×4 пиксела, оказывается значительно худшим, чем при сжатии тех же изображений методом JPEG с тем же коэффициентом сжатия. Уменьшение размера блока повышает качество восстановленных изображений, но одновременно резко снижает коэффициент сжатия.

В предлагаемом способе ставится техническая задача повышения качества декодированных растровых изображений при использовании для их сжимающего кодирования методов на основе усеченного блочного кодирования или их модификаций.

Данная техническая задача решается за счет того, что в способе обработки растровых изображений, включающем сжатие изображения методом «усеченного блочного кодирования» или его модификациями, перед процедурой сжимающего кодирования выполняют цифровую фильтрацию, повышающую резкость сжимаемого изображения, а после процедуры декодирования выполняют сглаживающую цифровую фильтрацию декодированного изображения. Фильтрация может применяться либо ко всем пикселам сжимаемого изображения, либо выборочно, например, повышающая резкость фильтрация - для малоконтрастных блоков, сглаживающая фильтрация - для блоков с высокой контрастностью. Фильтрация также может быть адаптивной, явно или опосредованно учитывающей распределение пикселов по яркости в окрестностях фильтруемого пиксела.

Данный способ поясняется с помощью прилагаемых чертежей на примере подбора параметров согласованных фильтров с размером окна 3×3, при учете того, что и повышающий резкость (этап префильтрации), и сглаживающий фильтры (этап постфильтрации) должны быть симметричными, т.е. множители для пикселов, расположенных на заданном расстоянии от текущего (фильтруемого), должны быть одинаковыми независимо от направления. На фиг.1 изображен блок 3×3 при префильтрации. На фиг.2 изображен блок 3×3 при постфильтрации. На фиг.3 в виде трехмерного графика приведены результаты работы модельной программы по подбору параметров фильтров для общепринятого эталоного изображения LENA при кодированнии методом усеченного блочного кодирования с размером блока 3×3 и числом уровней квантования равным двум.

На фиг.4 изображен исходный блок 3×3 в другом примере использования согласованных фильтров применительно к пиксельному блоку 3×3, когда процедуры префильтрации и постфильтрации используют также пикселы окружения за границами блока. На фиг.5 изображен декодированный блок после применения метода усеченного блочного кодирования без фильтрации. На фиг.6 изображен исходный блок после префильтрации. На фиг.7 изображен декодированный блок после метода усеченного блочного кодирования с префильтрацией. На фиг.8 изображен декодированный блок после постфильтрации.

В классической реализации метода усеченного блочного кодирования для каждого блока изображения вычисляются средняя яркость u ¯ и среднеквадратичное отклонение яркости σ, после чего формируется битовая матрица, в которой каждому пикселу блока, яркость которого превосходит порог u ¯ , ставится в соответствие один бит (для определенности - 0, если яркость пиксела меньше u ¯ , 1 - в противном случае). Для каждого блока кодер сохраняет u ¯ , σ и построенную описанным выше методом битовую матрицу, фактически содержащую квантованные на два уровня значения яркостей пикселов блока. При восстановлении пикселы, которым в битовой матрице соответствовали значения 1 и 0, заменяются на

u ¯ + σ m q q и u ¯ σ q m - q

(здесь m - число пикселов в блоке, a q - число пикселов, яркость которых превышает пороговое значение, т.е. тех, которым в битовой матрице соответствует 1). Такой подход позволяет для каждого блока восстановленного изображения сохранить неизменными среднюю яркость и дисперсию.

Восстановленные после сжатия методом усеченного блочного кодирования изображения содержат ряд визульных артефактов, связанных со значительным (до 2, 4 или 8 - в зависимости от числа уровней квантования) сокращением числа градаций яркости изображения внутри каждого кодированного блока и как следствие этого - со сглаживанием внутриблокового рельефа.

Коэффициент сжатия при использовании метода усеченного блочного кодирования определяется только размером блока, не зависит от особенностей изображения, и при 8 уровнях квантования составляет обычно от 2 (блок 4×4 пиксела) до 2.5 (блок 8×8).

В предлагаемом способе обработки растровых изображений перед процедурой сжимающего кодирования выполняют цифровую фильтрацию, повышающую резкость сжимаемого изображения, а после процедуры декодирования выполняют сглаживающую цифровую фильтрацию декодированного изображения.

Приведем примеры осуществления способа.

Пример 1.

(Пара согласованных фильтров применяется для всего изображения, к каждому пикселу, независимо от его яркости и яркости пикселов окружения).

Рассмотрим пример подбора параметров согласованных фильтров с размером окна 3×3, при учете того, что и повышающий резкость, и сглаживающий фильтры выполнены симметричными, т.е. множители для пикселов, расположенных на заданном расстоянии от текущего (фильтруемого), должны быть одинаковыми независимо от направления.

В первом примере: m0 (w0) - множитель, применяемый к текущему фильтруемому пикселу, m1 и m2 (w1 и w2) - множители, применяемые к пикселам, отстоящим от текущего на одну позицию в вертикальном, горизонтальном и диагональном направлениях. Поскольку средняя яркость изображения при использовании фильтров не должна меняться, для повышающего резкость и сглаживающего фильтров выполняются условия соответственно

m0-4*(m1+m2)=1

и

w0+4*(w1+w2)=1.

Таким образом, каждый фильтр полностью описывается всего лишь парой коэффициентов, а экспериментальная оценка параметров фильтров сводится к подбору пар (m1, m2) и (w1, w2), обеспечивающих минимум среднеквадратичного отклонения (MSE), определяемого как

M S E = 1 N × M j = 1 N i = 1 M ( I i , j I i , j ) 2

где Ii,j и I i , j - соответственно пикселы исходного и восстановленного изображений с координатами i и j, а N и М - длина пиксельной строки и число строк изображения.

При использовании моделирующей программы для поиска пар согласованных фильтров для каждого повышающего резкость фильтра, используемого для предварительной фильтрации, подбирается соответствующий (т.е. обеспечивающий минимальное для данного повышающего резкость фильтра значение среднеквадратичного отклонения) постфильтр.

На фиг.3 в виде трехмерного графика приведены результаты работы модельной программы по подбору параметров фильтров для изображения LENA при кодированнии методом усеченного блочного кодирования с размером блока 3×3 и числом уровней квантования, равным двум. Горизонтальная плоскость соответствует различным значениям пар (m1, m2), по вертикали отложены соответствующие каждой паре наименьшие значения среднеквадратичного отклонения. График представляет собой вогнутую поверхность с минимумом в точке с координатами m1=17/64, m2=3/64.

Использование повышающего резкость фильтра с указанными параметрами вместе с согласованным с ним сглаживающим фильтром с w1=26/256, w2=11/256 позволяет при сжатии методом усеченного блочного кодирования с размером блока 3×3 и числом уровней квантования 2 получить для тестового изображения LENA значение среднеквадратичного отклонения MSE=8,464. Без фильтрации значение среднеквадратичного отклонения для того же изображения, кодированного с использованием блока того же размера и тем же числом уровней квантования, составляет 18,196.

Таким образом, применение согласованной фильтрации обеспечило выигрыш по MSE в 2.15 раза, что соответствует увеличению пикового отношения сигнала к шуму на 3.324 dB, причем без увеличения объема передаваемых декодеру данных.

Пример 2.

Во втором примере использования согласованных фильтров применительно к пиксельному блоку 3×3 и процедуры префильтрации и постфильтрации используют также пикселы окружения за границами блока.

При использовании метода усеченного блочного кодирования без фильтрации среднеквадратичное отклонение для данного декодированного блока (не всего изображения, как в примере 1) составляет 65,78, при использовании фильтрации - 18,89.

Заявленный способ обработки растровых изображений может быть осуществлен в промышленности с применением освоенных технологий, материалов и вычислительных процессов и может быть использован в системах передачи и хранения данных.

Предложенный способ обработки растровых изображений прошел экспериментальную проверку в ООО «Вокорд СофтЛаб». Экспериментальная проверка данного способа показала повышение качества декодированных растровых изображений при использовании для их сжимающего кодирования методов на основе усеченного блочного кодирования или их модификаций.

Эксперименты, проведенные на серии тестовых изображений, с использованием повышающих резкость и сглаживающих фильтров с окном постоянного размера 3×3 пиксела продемонстрировали, что применение указанного подхода позволяет уменьшить значение среднеквадратической отклонения в среднем в 2-4 раза. Параметры фильтров такого типа определяются размерами блока и числом уровней квантования и мало зависят от характера сжимаемого изображения. Это позволяет использовать одну и ту же пару фильтров для сжатия самых разных изображений, что подтверждается экспериментами. Применение описанного подхода возможно при использовании любой модификации метода усеченного блочного кодирования.

При этом выяснилось, что особенности реализации фильтров, применяемых для предварительной фильтрации кодируемых изображений и постфильтрации восстановленных изображений, не имеют решающего значения. Существенной для фильтра, применяемого к пикселам исходного изображения, является его способность подчеркивать элементы рельефа блока изображения, т.е. увеличивать разницу между минимальным и максимальным значениями яркости пикселов кодируемого блока, а для фильтра, используемого на этапе постфильтрации, - способность сглаживать эти элементы, т.е. уменьшать разницу между минимальным и максимальным значениями яркости пикселов декодированного блока. Фильтры могут применяться не ко всем пикселам изображений, а избирательно, к удовлетворяющим установленным критериям, например, к находящимся в малоконтрастных блоках. Фильтры также могут быть адаптивными, явно или опосредованно учитывающими распределение пикселов по яркости в окрестностях фильтруемого пиксела.

Предложенный способ обработки растровых изображений рекомендован к использованию в системах передачи и хранения данных, в вычислительной технике, в приборостроении, в телеметрических системах.

1. Способ обработки растровых изображений, включающий сжатие изображения методом «усеченного блочного кодирования» или его модификацией, отличающийся тем, что перед процедурой сжимающего кодирования выполняют цифровую фильтрацию, повышающую резкость сжимаемого изображения, а после процедуры декодирования выполняют сглаживающую цифровую фильтрацию декодированного изображения.

2. Способ обработки растровых изображений по п.1, отличающийся тем, что повышающая резкость фильтрация и сглаживающая фильтрация могут применяться не ко всем пикселам изображений.

3. Способ обработки растровых изображений по п.1, отличающийся тем, что повышающая резкость фильтрация и сглаживающая фильтрация могут быть адаптивными, явно или опосредованно учитывающими распределение пикселов по яркости в окрестности фильтруемого пиксела.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к кодированию цифровых видеосигналов и изображений, а именно к кодированию и декодированию коэффициентов преобразования в процессе кодирования видеосигналов и изображений.

Изобретение относится к системам для адаптации и представления информации веб-страниц для ее отображения в клиентском устройстве. .

Изобретение относится к средствам записи и обработки видеоизображения. .

Изобретение относится к области обработки изображения и, более конкретно, к способам универсальной корректировки блочности изображения при низком быстродействии (малом количестве миллионов команд в секунду) (MIP).

Изобретение относится к средствам цифровой обработки изображений. .

Изобретение относится к графическим кодам, в частности к графическим кодам, которые определяются окном кода. .

Изобретение относится к средствам оцифровки кадра изображения. .

Изобретение относится к области электросвязи. .

Изобретение относится к системам сжатия аудиосигнала, изображений и видеосигнала. .

Изобретение относится к обработке цифровых изображений, а более конкретно к способам формирования составного (мозаичного) изображения из нескольких частично перекрывающихся изображений, захваченных такими планшетными устройствами, как сканер или многофункциональное периферийное устройство.

Изобретение относится к компьютерной технике, а именно к устройствам и способам обработки изображений. Техническим результатом является обеспечение преобразования исходного изображения в изображение, подобное живописи, за счет настройки уровня размытости в соответствии с параметром регулировки съемки исходного изображения и объекта, включенного в исходное изображение. Предложено устройство обработки изображений для преобразования исходного изображения. Устройство содержит средство настройки, вычислительное средство, средство компоновки. Вычислительное средство формирует разностное изображение. Средство компоновки компонует разностное изображение и исходное на основании плотности разностного изображения. Средство настройки настраивает уровень размывания исходного изображения в соответствии с одним из регулировок съемки исходного изображения и объекта, включенного в исходное изображение, при этом объект определяется путем анализа исходного изображения. 14 н. и 13 з.п. ф-лы, 45 ил.

Группа изобретений относится к кодированию и декодированию изображений с использованием процедуры генерации прогнозируемого значения пикселя. Техническим результатом является повышение эффективности кодирования и декодирования и дополнительно сокращение релевантного объема кода. Технический результат достигается за счет реализации автоматического компьютерного формирования процедуры прогнозирования, которая надлежащим образом применяется к входному изображению. Для достижения технического результата реализовано устройство кодирования изображений для кодирования изображения с использованием прогнозируемого значения пикселя, сгенерированного посредством заранее определенной процедуры генерации прогнозируемого значения, которая прогнозирует значение целевого пикселя кодирования с использованием ранее декодированного пикселя. Процедура генерации прогнозируемого значения, имеющая стоимость наилучшей оценки, выбирается из процедур генерации прогнозируемого значения в качестве родителей и потомков, где суммарное информационное наполнение для представления древовидной структуры и объем кода, оцененный прогнозируемым значением пикселя, полученным посредством древовидной структуры, используется в качестве стоимости оценки. Окончательная процедура генерации прогнозируемого значения формируется путем повторения релевантной операции. 4 н. и 8 з.п. ф-лы, 14 ил.

Изобретение относится к вычислительной технике. Технический результат заключается в повышении скорости передачи данных. Способ сжатия графических файлов, заключающийся в том, что предварительно задают число градаций уменьшения геометрических размеров исходного кадра графического изображения (ИКГИ). Затем для каждой градации уменьшают геометрические размеры ИКГИ, сжимают его и сохраняют в сжатом файле. После чего декомпрессируют и увеличивают до первоначального размера. Затем вычитают из пиксельных значений ИКГИ пиксельные значения увеличенного декомпрессированного кадра и полученный результат со значениями контура контрастных элементов (ККЭ) сжимают в виде файла. После чего суммируют все значения уменьшенных сжатых кадров и соответствующих им сжатых ККЭ. А в качестве результирующей выбирают наименьшую из полученных сумм. 5 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к вычислительной технике. Технический результат заключается в устранении потери целостности изображения, повышении эффективности сжатия изображений, содержащих большие участки одного тона или градиента, и сохранении контрастности границ между различными объектами изображения. Способ сжатия изображения основан на исключении некоторой части информации, причем информацию исключают из пространственной области путем численного решения дифференциальных уравнений Пуассона или Лапласа и последующей оценки различия между полученным решением и фактическими значениями в дискретных точках изображения, формируют массив граничных условий, содержащий значительное число равных элементов, который сжимают, а для восстановления изображения решают дифференциальные уравнения в частных производных Пуассона или Лапласа, используя массив граничных условий. 1 з.п. ф-лы, 16 ил.

Изобретение относится к вычислительной технике. Технический результат заключается в обеспечении улучшения эффективности кодирования. Устройство для генерирования множества деревьев-кандидатов кодирования для использования во время кодирования содержит компьютер, выполненный с возможностью приема и обработки изображений и/или видеокадров, и программу, исполняемую в упомянутом компьютере, для генерирования ненаправленного дерева кодирования с использованием разделения на полосы-октавы; генерирования горизонтального и вертикального деревьев кодирования в ответ на масштабирование частотных компонент в горизонтальном или вертикальном направлениях и разделение на полосы-октавы для формирования множества деревьев-кандидатов кодирования, адаптированных для горизонтального и вертикального направлений. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 38 ил.

Изобретение относится к обработке изображений и распознаванию заранее заданных признаков в изображении. Технический результат заключается в повышении быстродействия и точности идентификации признаков. Предложены способ, устройство с компьютерным программным продуктом для формирования множества сжатых дескрипторов признаков, которые могут быть представлены относительно небольшим количеством битов, что упрощает передачу и хранение дескрипторов признаков. При этом осуществляют сравнение сжатого представления дескриптора признаков с множеством сжатых представлений дескрипторов соответствующих заранее заданных признаков, а соответствующий дескриптор признаков может быть идентифицирован без необходимости его предварительной распаковки, что обеспечивает потенциальное увеличение эффективности идентификации дескрипторов признаков. 4 н. и 18 з.п. ф-лы, 1 табл., 21 ил.

Изобретение относится к средствам оцифровки изображения кадра. Техническим результатом является выполнение оцифровывания кадра не тремя преобразователями в каждом элементе матрицы, а одним преобразователем в каждом элементе матрицы, выполняющем за период кадра параллельно и синхронно три последовательных преобразования цветов R, G, В по 15 бит каждое, и оцифровывание изображения заканчивается с окончанием периода кадра. 4 ил.

Изобретение относится к вычислительной технике. Технический результат заключается в сжатии без визуальных потерь. Способ сжатия изображений, программируемый в контроллере устройства, в котором разбивают изображение на один или более блоков; и применяют гамма-преобразование к каждому пикселю изображения для выработки данных с одинаковым числом битов; вычисляют значения предсказания для каждого пикселя в каждом блоке из одного или более блоков с использованием множества режимов предсказания; применяют квантование к каждому пикселю каждого блока из одного или более блоков с использованием множества чисел квантования; вычисляют дифференциальную импульсно-кодовую модуляцию (ДИКМ) для выработки остатков квантованных значений для каждого из множества чисел квантования, при этом число битов, вырабатываемых для каждого блока из одного или более блоков, равно бюджету битов; вычисляют импульсно-кодовую модуляцию (ИКМ), включающую в себя сдвиг каждого значения пикселя на фиксированное число битов; выбирают для каждого блока из указанного одного или более блоков ДИКМ с числом квантования, при котором достигается наилучшая точность кодирования; выбирают способ кодирования из ДИКМ с указанным числом квантования и ИКМ; и вырабатывают битовый поток, содержащий данные, кодированные выбранным способом кодирования. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 17 ил.

Изобретение относится к вычислительной технике. Техническим результатом является повышение защиты потока незашифрованных изображений. Способ передачи потока незашифрованных изображений включает в себя кодирование потока изображений, а также отправку сжатого потока изображений, по меньшей мере, одному принимающему устройству. При этом перед кодированием преобразуют изображения незашифрованного потока изображений посредством секретного обратимого преобразования для получения преобразованного потока изображений, кодируемого и передаваемого вместо незашифрованного потока изображений. Секретное обратимое преобразование преобразует каждое изображение из последовательности незашифрованных изображений. 5 н. и 7 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к области кодирования/декодирования сигналов изображений. Техническим результатом является увеличение эффективности кодирования в случае затухания. Способ для изменения опорного блока (RFBL) с опорными пикселями в опорном изображении (I_REF) осуществляет преобразование (TRF) опорного блока в первый набор (REF (u,v,)) коэффициентов; изменение первого набора (REF (u,v,)) коэффициентов с помощью одного или нескольких весов (TR(u,v,)) и обратное преобразование (ITR) измененного первого набора коэффициентов. При этом веса (TR(u,v,)) определяются с помощью дополнительных пикселей в текущем изображении (I_CUR) и с помощью дополнительных опорных пикселей в опорном изображении. Использование дополнительных пикселей, а также дополнительных опорных пикселей позволяет определять спектральные веса, так что они отражают эффекты затухания. В особенности, если опорный кадр состоит из двух затемненных кадров, из которых один должен предсказываться с помощью опорного кадра, то присвоение весов в спектральной области позволяет выделение значимого кадра из двух кадров. 4 н. и 6 з.п. ф-лы, 3 ил.
Наверх