Способ алфавитного представления изображения



Способ алфавитного представления изображения
Способ алфавитного представления изображения
Способ алфавитного представления изображения
Способ алфавитного представления изображения
Способ алфавитного представления изображения

 


Владельцы патента RU 2519445:

Общество с ограниченной ответственностью "Н-Система" (RU)
Бужин Михаил Юрьевич (RU)
Чернов Николай Федорович (RU)

Изобретение относится к вычислительной технике, а именно к области обработки изображений. Техническим результатом является повышение эффективности кодирования изображений. Способ алфавитного представления изображений включает в себя этап первичного преобразования входного изображения в формат многоцентричной развертки (МЦР), построенной по правилам кривой, заполняющей плоскость (КЗП). При этом начальная ячейка МЦР представляет собой дискретный квадрат, состоящий из девяти клеток (3×3=9), имеющий свой центр и свои четыре грани (стороны). Развертку начальной ячейки МЦР выполняют от центра к краю квадрата, с обходом остальных ячеек по кругу. Приоритетным для сканирования и визуализации изображений является путь с направлением обхода влево от центра квадрата и далее по кругу, по часовой стрелке. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Область техники

Изобретение относится к области обработки цифровых изображений.

Способ предназначен для прямого представления (например, непосредственно с сенсора) входного изображения в семантических единицах типа:

- области постоянной яркости;

- следы прямых и/или границы контуров;

- хаотичные скопления пикселов или шумы.

Такое представление изображения, далее Fas-форма, позволяет эффективно реализовывать процедуры обработки изображения по всем их классам (в скобках указаны наиболее представительные подклассы):

- анализ (распознавание, фильтрация),

- преобразование (сжатие, редакция),

- синтез (анимация, улучшение качества),

- передача по каналам связи с управлением восстановления сигнала на приемнике.

Эффективность определяется тремя параметрами:

- быстродействие за счет ликвидации предварительных процедур,

- простота аппаратной реализации за счет создания однородных и параллельных схем процессирования зон изображения с управляемой схемой понижения неопределенности ячейки Гейзенберга для пары "Плоскость - алфавит как суть амплитуд",

- создание меры семантических подобий как в плоскости изображения, так и между несколькими изображениями за счет выявления и ликвидации избыточностей различных типов (синтактические, геометрические, межплоскостные, межкадровые и т.п.).

Способ имеет аппаратную и программную реализации.

Уровень техники. Аналоги и их недостатки

В работах [1, стр.114] и в [2, стр.153] показана проблема создания общего алфавита для растровых изображений, решение которой не достижимо в силу конструктивного ограничения по длине алфавита. Действительно, в этом случае, размер алфавита содержит, пусть для цветных изображений, до 224 или 16.78 млн символов, что неперечислимо. В работе [3, стр.162] указан алфавит, состоящий из 48 букв и ориентированный на портретный распознаватель. Его недостаток: входное изображение - монохромное; отсутствие в алфавите букв, формирующих шум; нет управления порогом неопределенности Гейзенберга, т.е. фрагмента плоскости к точке зоны интереса

Прототипы

Создание абсолютного алфавита представления цифрового изображения на сегодня проблематично в силу его растрового представления, т.е. на нем невозможно создать такой алфавит [1,стр.114]. Однако в этом плане есть наработки, ориентированные под специализированные системы [3], в этом случае речь идет об усеченных алфавитах.

Уровень техники

Изобретение относится к области обработки изображений. Его применение - представления изображения в смысловых единицах в темпе сканирования, т.е. без применения средств предобработки, в форме алфавита с соответствующей схемой словообразования. Такой уровень разработки позволяет отказаться от понятия "Пиксел", т.е. изъять из процедур обработки изображения все локальные операторы и перевести их в глобальные.

Описание изобретения

Изобретение относится к области обработки изображений и может быть использовано для семантической обработки изображения. Заявленный способ отличается наличием алфавита изображения и механизмом словообразования. Для получения алфавита изображения необходимо выполнить следующие шаги:

Шаг 1. Преобразование входного, например, растрового изображения в МЦР форму.

Шаг 2. Выполнение компонентного анализа изображения на монохром, полутон, цвет.

Шаг 3. Разложение МЦР формы в код Грея.

Шаг 4. Получение алфавита для каждой плоскости в правилах Гейзенберга.

Шаг 1. Получение МЦР формы. Способ преобразования и обработки изображения на основе многоцентричной развертки (МЦР), построенной по правилам кривой, заполняющей плоскость (КЗП), т.е. установкой начала и направления рекурсии, определяется тем, что начальная ячейка МЦР (начало рекурсии) представляет собой дискретный квадрат, состоящий из девяти клеток (3×3=9), имеющий свой центр и свои четыре грани (стороны); развертка начальной ячейки МЦР (направление рекурсии) стартует от центра к краю квадрата и далее с обходом остальных ячеек по кругу (таким образом возможны 16 путей обхода из учета 8 граничных клеток и двух вариантов обхода - по и против часовой стрелки).

Приоритетным, в т.ч. для сканирования и визуализации изображений, является путь с обходом влево от центра и далее кругом по часовой стрелке (фиг.1).

Такую конструкцию назовем фасетом или pFas, где р - шаг рекурсии, при р=1 имеем описанную выше начальную ячейку (3×3=9).

Для формирования направления рекурсии будем различать четыре типа обхода (фиг.2), необходимые для описания 2Fas:

- описанный ранее обход w1 как начальный (1Fas1);

- обход w2 как зеркальный от 1Fas1 в левую сторону (1Fas2),

- обход w3 как зеркальный от 1Fas2 в верхнюю сторону (1Fas3),

- обход w4 как зеркальный от 1Fas3 в правую сторону.

Для получения рекурсий МЦР построена 2Fas (фиг.3) (р=2, со стороной 9 клеток, т.е. 9×9=81), отвечающая за направление рекурсий, где исходной служит начальная 1Fas, которая (на основе вышеуказанных вращений w) имеет их последовательность с начальным движением в квадрат влево от 1Fas и далее по часовой вокруг 1Fas или путь: w1 w2 w3 w4 w3 w2 w3 w4 w3. Собственно это и порождает направление рекурсий.

Каждая последующая рекурсия pFas (р>2), строится на основе 1Fas и 2Fas. Пример для 3Fas дан на фиг.4.

Включение рекурсий МЦР на основе 1Fas и 2Fas (р>2) позволяет плоскость представить в координатах вращения (w), носителем которых является pFas, причем точкой этой плоскости, далее Q x y p , является квадрат со стороной 3p, где р=0…N, где N, наперед заданный этот квадрат, в который вложен габарит исходного изображения. При р=0 (OFas) или точка Q x y 0 вырождается в пиксел, при р>0, на который действует МЦР плоскость разбивается на Q x y p 1 независимых точек (квадратов). Параметры ху для Q - это его центр на плоскости изображения.

Таким образом МЦР создает 6-координатное пространство точки Q:

- две координаты декартового измерения (х, у координаты),

- координата измерения вращения (w),

- координата измерения вложенности точки в дерево Q,

- координата измерения размера граней фасета или pFas,

- координата измерения номера хранения Qpxy в памяти вычислителя или F11.

Причем эти шесть координат измерений могут между собой комбинировать в зависимости от поставленных задач.

Общим для 6 координат является отображение декартовой плоскости в память, при взаимно однозначном отображении точки Q x y p в Fp или формально: Q x y p F p , при р=0, Qxy->Рху; где Рху пиксел с декартовыми координатами, а Fp - отрезок в целых числах как fa…fa+p, для Q x y p в памяти вычислителя, fa - номер Q x y p или его номер центра на плоскости.

Важным преимуществом представляемого способа является то, что в изображении, представленном МЦР, выделение площади сегмента изображения по заданному критерию релевантности (т.е. по информационной ценности для наблюдателя) в плоскости изображения (в т.ч. для выделения линий прямых, областей постоянной яркости или цветности, хаотичных скоплений пикселей и др.) выполняют в форме управляемых вложений pFas по параметру р=1…10 в точку зоны интереса релеванта, с точностью р, с помощью представления точки интереса в изображении на основании таблиц преобразования, получаемых по п.1 (1Fas или 2Fas или pFas). И все это не требует применения уравнений местонахождения точки на физическом уровне представления изображения через его габариты.

Тем самым выполняют прямой доступ (в т.ч. несколькими процессорами независимо) к точке интереса или группам точек интереса изображения по схеме 9p, где каждый процессор отрабатывает свое «дерево» из вышеуказанного «леса», при этом доступ выполняется минимальной шириной захвата пикселей 91, или, в зависимости от параметра р=1…10. При этом, процессоры однородны и их количество зависит от габарита входного изображения.

В представляемом способе эффективно определяют 8-связную окрестность любой точки зоны интереса на изображении, путем использования таблиц преобразований (без средств маскирования): эта 8-связная окрестность определяется для Q x y p . При р=0 она превращается в точку, а при р>0 она превращается в окрестность квадрата со стороной 3p. Причем окрестность представлена гранями квадрата на основе таблиц преобразования 1Fas и 2Fas, без учета габаритов изображения.

Представляемый способ, по умолчанию, также выполняет сжатие изображения без потерь. Путь (трек) развертки задан от его (квадрата) центра по правилам кривых заполняющих плоскость (КЗП); при р=1 (форма КЗП), изображение, независимо от своих габаритов (w,h), сегментируется на 9 квадратов, каждый из которых сегментируется снова на 9 квадратов или р=2 (направление КЗП). Остальные КЗП (р>2) строятся рекурсивно на длине р=0…10. При р=10 габарит изображения или w,h равны по 59049 пикселов. Формально, многоцентричная развертка (МЦР) выполняет взаимно однозначное отображение xi, yj в rj, где пара xi, yj - декартовые координаты пиксела или Рху, rj - номер из натурального ряда чисел отрезком 1…59049×59049.

Шаг 2. Компонентный анализ изображения на монохром, полутон, цвет. Считаем, что любое изображение, пусть даже цветное, состоит из областей, имеющих различные компоненты. Задача этого шага - выявить и зафиксировать эти области точкой Q x y p . Анализ ведется для совокупности пикселов, лежащих на pFas. Допускается ее квантование с наперед заданной точностью.

Шаг 3. Разложение МЦР формы в код Грея.

Изображение, представленное МЦР, раскладывают на плоскости в правилах рефлексивного кода Грея. При этом получаем одну плоскость для монохромных, восемь плоскостей для полутоновых и от 24 плоскостей для цветных изображений, в результате каждая плоскость задается алфавитом. Разложение выполняется по следующей схеме:

Пусть А - восьмибитное целое число, представляющее собой субпиксел изображения (компонента R, G или В цветного изображения, или значение яркости Y для полутонового изображения). Определим взаимно однозначное отображение В=В(А) следующим образом:

где ai(bi) - i-й бит исходного (выходного) числа, причем первый бит считается самым старшим, восьмой - самым младшим;

знак «плюс в кружке» означает операцию сложения по модулю 2, черта над числом - операцию битовой инверсии.

Данное отображение задает представление числа в коде Грея, получаемого из восьмибитного двоичного рефлексивного кода Грея путем его побитовой инверсии. Обратное отображение А=А(В) определяется следующим образом:

a 1 = b 1 ¯ ;   a 2 = b 1 ¯   b 2 ¯ ;   a 1 = b 1 ¯   b 1 ¯ ,  i 3 ,8

Результаты прямого преобразования В=В(А) (в код Грея) и обратного преобразования А=А(В) (из кодов Грея) для всевозможных восьмибитовых чисел декларируются в виде двух 256-элементных таблиц, которые используются для преобразования чисел в программе.

Далее, изображение, представленное МЦР, раскладывают на плоскости с применением кода Грея, получая одну плоскость для монохромных, восемь плоскостей для полутоновых и от 24 плоскостей для цветных изображений; в результате каждая плоскость становится представимой алфавитом, буква которого представляет собой варианты заполнения квадрата 3×3; таким образом каждая буква становится заданной по правилам Г. Фреге, когда денотат буквы есть ее иконика, концепт буквы есть ее символ, знак буквы есть ее число или номер; созданный алфавит семантически представлен тремя следующими подмножествами: компакты (носители постоянных яркостей), регулярности (следы прямых), хаотичные скопления пикселей разной дисперсии.

Шаг 4. Получение алфавита для каждой плоскости в правилах Гейзенберга.

Отметим, что элементы алфавита и их размещение на конкретных областях формируют элемент покрытия в амплитудно-пространственной плоскости, называемой также ячейкой Гейзенберга, которая показывает концентрацию базисных букв алфавита в Q x y p точке. Обычно, ячейку Гейзенберга задают в частотно-временной плоскости [4, стр.566]. Однако, в силу особенностей устройства средств зрительного восприятия изображения наблюдателем типа "Человек", выбирают амплитудное растрирование. Стандартная схема этого эксперимента: "Большое вижу на расстоянии.", т.е. частотная компонента этой фабулы не приемлема, просто у нее нет средств сходимости по самоподобию. Дальнейшим развитием является преобразование, где каждая плоскость изображения строится на алфавите, который задается для квадратов МЦР со значением р=1-9 путем построения вектора символов, имеющего 9p букв, т.е. длина алфавита - 512 букв, на основе которого, в темпе сканирования, формируют геометрические базисы в правилах сходимости для снижения неопределенности Гейзенберга, но в отличие от существующих алгоритмов, реализующих это правило, пусть пирамидой Маллата (пространственно-частотное поле), здесь используется пара: пространство - алфавит как суть амплитуд с разной метрикой сходимости, при этом пространственная (плоскостная) пирамида (pFas) является ведомой, а пирамида амплитуд (pJ шкала) - ведущей, причем сходимость по pFas (плоскость) имеет основание 9, а сходимость по pJ имеет основание 4, что обеспечивает прямую навигацию процессора к семантическим единицам (релевантам). По правилу Гейзенберга развитие (расширение) каждой точки Q x y p плоскости изображения строится параметром pJ (значения яркостей составляющей под реальное изображение на длине 512), с выявлением доминирующей релеванты над алфавитом по квадрату 9p с последующей поверкой ее содержимого по критериям избыточности для Q x y p (изолированная прямая, дуга, контурная линия, постоянная яркость, хаос и т.п.), путем количественного расчета элементов алфавита на квадрате 9p. При этом сжатие изображения выполняется за счет ликвидации межплоскостной избыточности между i-й и i+1, i-1-й плоскостями путем создания шкалы их взаимного подобия по фасетной мере для полутоновых и цветных изображений. На базе pFas реализуется беспороговая схема выделения контуров на монохромных, полутоновых и цветных изображениях путем сравнения pFas между плоскостями и между компонентами (RGB) по оценке согласно шкале Левенштейна [5, стр.44]. Полный алфавит для любых цифровых изображений дан (фиг.5).

Краткое описание чертежей

На Фиг.1 показана начальная ячейка МЦР, названная 1Fas, которая представляет собой дискретный квадрат, состоящий из девяти клеток (3×3=9), имеющий свой центр и свои четыре грани (стороны); развертка МЦР начальной ячейки стартует от центра с обходом влево от центра и далее по кругу по часовой стрелке.

На Фиг.2 показаны четыре типа обхода квадрата, состоящего из девяти клеток (3×3=9): обход w1 описанный как начальный (1Fas1); обход w2 как зеркальный от 1Fas1 в левую сторону (1Fas2), обход w3 как зеркальный от 1Fas2 в верхнюю сторону (1Fas3), обход w4 как зеркальный от 1Fas3 в правую сторону; эти типы обхода необходимы для получения направления рекурсии МЦР для 2Fas.

На Фиг.3 показано направление рекурсии МЦР для 2Fas (р=2, со стороной 9 клеток, 9×9=81), где исходной служит начальная 1Fas, на основе вышеуказанных вращений w в последовательности с движением в квадрат влево от 1Fas и далее по часовой вокруг 1Fas: w1 w2 w3 w4 w3 w2 w3 w4 w3.

На Фиг.4 показана рекурсия МЦР для 3Fas (p=3, со стороной 27 клеток).

На Фиг.5 показан полный алфавит, построенный согласно заданной МЦР.

Промышленная применимость

Представление цифрового изображения алфавитом, далее Fas форма позволяет:

- получить начальный семантический базис изображения без предобработки, т.е. в темпе его сканирования, что позволяет сократить время обработки до 80%;

- выставить эффективные по скорости альтернативам оператору типа Собела и преобразователю типа Хафа, с применением беспороговых схем выделения, позволяющих в первом случае перейти к глобальным операторам, во втором - сократить;

- реализовать отношение толерантности к существующим алгоритмам, особенно для частотных представлений изображения (ДКП, ДВП);

- выполнить сжатие изображения (с потерями или без) путем его сегментации на релеванты (области постоянной яркости, линии и хаотичные скопления) с последующей передачи последнего релеванта, пусть под одномерный ДКП;

Способ ориентирован на аппаратную и программную реализации.

Источники информации

1. Д.Сэломон. Сжатие данных, изображений и звука. -М.: Техносфера, 2004.

2. Р.У.Быков, Р.Фрайер и др. Цифровое преобразование изображений М.: "Горячая линия - Телеком", 2003.

3. В.С.Файн. Опознавание изображений. -М.: "Наука", 1970.

4. Р.Гонсалес, Р.Вудс.Цифровая обработка изображений. -М.: Техносфера, 2006.

5. Т.Кохонен. Самоорганизующиеся карты.- М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2008.

1. Способ алфавитного представления изображений, отличающийся тем, что входное изображение первично преобразуют в формат многоцентричной развертки (МЦР), построенной по правилам кривой, заполняющей плоскость (КЗП), т.е. установкой начала и направления рекурсии, где начальная ячейка МЦР представляет собой дискретный квадрат, состоящий из девяти клеток (3×3=9), имеющий свой центр и свои четыре грани (стороны); развертку начальной ячейки МЦР выполняют от центра к краю квадрата и далее с обходом остальных ячеек по кругу, при этом приоритетным для сканирования и визуализации изображений является путь с направлением обхода влево от центра квадрата и далее по кругу, по часовой стрелке; обозначают такую конструкцию фасетом pFas, где р - шаг рекурсии, при р=1 получают описанную выше начальную ячейку (3×3=9); для построения дальнейших направлений рекурсий различают четыре типа обхода: описанный ранее обход w1 как начальный (1Fas1), обход w2 как зеркальный от 1Fas1 в левую сторону (1Fas2), обход w3 как зеркальный от 1Fas2 в верхнюю сторону (1Fas3), обход w4 как зеркальный от 1Fas3 в правую сторону; для получения направлений рекурсий МЦР, т.е. 2Fas (p=2, со стороной 9 клеток, 9×9=81), где началом является 1Fas (на основе вышеуказанных вращений w), выполняют обход в последовательности с начальным движением в квадрат влево от 1Fas и далее по часовой вокруг 1Fas: w1 w2 w3 w4 w3 w2 w3 w4 w3; все последующие МЦР построения рекурсий pFas (р>2) строят на основе 1Fas и 2Fas; далее, изображение, представленное МЦР раскладывают на плоскости с применением кода Грея, получая одну плоскость для монохромных, восемь плоскостей для полутоновых и 24 плоскости для цветных изображений; в результате каждая плоскость становится представленной одномерно алфавитом; алфавит организуют как набор вариантов заполнения квадрата 3×3; таким образом, каждую букву образуют по правилам Г.Фреге, когда денотат буквы есть ее иконика, концепт буквы есть ее символ, знак буквы есть ее число или номер; созданный алфавит семантически представляют тремя следующими подмножествами: компакты - носители постоянных яркостей, регулярности - следы прямых, хаотичности - скопления пикселей разной дисперсии.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что каждая точка Q x y p плоскости изображения строют параметром pJ (значения яркостной составляющей под реальное изображение на длине 512), с выявлением доминирующей релеванты над алфавитом по квадрату 9p с последующей поверкой ее содержимого по критериям избыточности для Q x y p (изолированная прямая, дуга, контурная линия, постоянная яркость, хаос) путем количественного расчета элементов алфавита на квадрате 9p.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что дальнейшее сжатие изображения выполняют за счет ликвидации межплоскостной избыточности между i-й и i+1, i-1-й плоскостями путем создания шкалы их взаимного подобия по фасетной мере для полутоновых и цветных изображений.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к вычислительной технике. Технический результат заключается в уменьшении времени переключения каналов при выборе пользователем другого канала.

Изобретение относится к кодированию и декодированию видео. Техническим результатом является обеспечение кодирования и декодирования изображения, на основании иерархического блока кодирования, имеющего различный размер.

Изобретение относится к кодированию и декодированию видео, которые выполняют преобразования между пространственной областью и областью преобразования. Технический результат - повышение эффективности сжатия, кодирования и декодирования изображений.

Изобретение относится к вычислительной технике. Технический результат заключается в повышении эффективности сжатия изображений за счет эффективного определения различных порядков сканирования, используя только информацию об угле.

Изобретение относится к гипотетическому эталонному декодеру (HRD) для масштабируемого видеокодирования (SVC). Техническим результатом является обеспечение совместимости видеокодирования.

Изобретение относится к предсказательному кодированию и декодированию вектора движения. Технический результат - повышение коэффициента сжатия при кодировании/декодировании изображения.

Изобретение относится к области распределения выбранного контента. Технический результат заключается в осуществлении услуги НРВ (не в реальном времени) принудительного типа, при которой пользователь регистрирует определенную группу контента для просмотра, а затем терминал автоматически принимает и сохраняет этот контент.

Изобретение относится к серверу распространения для передачи данных, полученных из видеоизображения, например, с изображением спортивной игры, например, футбольного матча.

Изобретение относится к устройству/способу обработки информации с использованием технологии DLNA (Альянс цифровых сетей для дома), позволяющим более плавно выполнять непрерывное воспроизведение.

Изобретение относится к области беспроводной связи для нисходящей передачи служебного руководства мобильного мультимедийного широковещания. Техническим результатом является сокращение потока ненужного взаимодействия для получения информации о базовых услугах, благодаря чему исключаются перегрузки, которые могут возникнуть на платформе мобильной сети, неэффективное использование диапазона частот мобильной сети, обеспечивается экономия частотных ресурсов мобильной сети и надежная работа услуг.

Изобретение относится к средствам видеоконтроля. Техническим результатом является обеспечение пользователей возможностью осуществления видеоконтроля контрольной точки посредством мобильного терминала.

Изобретение относится к области кодирования/декодирования сигналов изображений. Техническим результатом является увеличение эффективности кодирования в случае затухания.

Изобретение относится к вычислительной технике. Техническим результатом является повышение защиты потока незашифрованных изображений.

Изобретение относится к вычислительной технике. Технический результат заключается в сжатии без визуальных потерь.

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.

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.

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.

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

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 дисплейным устройствам. Техническим результатом является повышение производительности устройства обработки графических данных за счет использования удаленного буфера кадра.
Наверх