Способ организации ядра пространственной фильтрации изображений и устройство для его реализации



Способ организации ядра пространственной фильтрации изображений и устройство для его реализации
Способ организации ядра пространственной фильтрации изображений и устройство для его реализации
Способ организации ядра пространственной фильтрации изображений и устройство для его реализации
Способ организации ядра пространственной фильтрации изображений и устройство для его реализации
Способ организации ядра пространственной фильтрации изображений и устройство для его реализации
Способ организации ядра пространственной фильтрации изображений и устройство для его реализации
Способ организации ядра пространственной фильтрации изображений и устройство для его реализации

 


Владельцы патента RU 2552195:

Закрытое Акционерное Общество "Научно-исследовательский Центр Распознавания Образов" (RU)

Изобретение относится к средствам фильтрации изображений в системах автоматического распознавания. Техническим результатом является повышение качества формирования бинарного образа исходного изображения. В способе формируют бинарный образ фрагментов исходного изображения путем линейной свертки пространственным фильтром, ядро которого содержит центральную и периферийную части. В способе производят линейную свертку отдельно с центральной и линейной частями ядра пространственного фильтра, формируют модули разности, используемые в качестве бинарных образов фрагментов исходного изображения, где центральная часть пространственного фильтра имеет экспоненциальный вид, а периферийная часть имеет отрицательные коэффициенты и формируется с использованием экспоненты исходя из условия равенства нулю суммы центральной и периферийной частей. 2 н.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к области обработки изображений, формируемых, в частности, линейками и матричными фотоприемниками, и может быть использовано для фильтрации изображений в системах автоматического распознавания для нормализации и центрирования гистограмм изображений.

Известен способ фильтрации изображений [RU 2407056 С2, G06T 5/20, G06K 9/40, 02.07.2007], в соответствии с которым осуществляют определение первой полосы пропускания (ПП) на основе данных исходного изображения, производят вычисление матрицы коэффициентов фильтра (КФ) для реализации частотных характеристик, соответствующих ограничению по полосе частот (ПЧ), используя первую ПП, формируют данные первого фильтрованного изображения посредством фильтрации данных исходного изображения, используя матрицу первых КФ, получают значения оценки объективного качества изображения данных первого фильтрованного изображения и вычисление коэффициента распределения (КР), используемого для определения оптимальной ПП, на основе значения оценки объективного качества изображения определяют оптимальную ПП, соответствующую вычисленному КР, посредством обращения к таблице, в которой определяется соответствующее отношение между КР и оптимальной ПП, вычисляют матрицу оптимальных КФ для реализации частотных характеристик, соответствующих ограничению по ПЧ, используя оптимальную ПП, и формируют данные оптимально фильтрованного изображения посредством фильтрации данных исходного изображения, используя матрицу оптимальных КФ.

Недостатком способа является относительно узкая область применения, обусловленная тем, что способ имеет ограниченную возможность использования в системах автоматизированного распознавания, поскольку не позволяет сформировать бинарный образ исходного изображения, являющийся наиболее предпочтительным для распознавания изображения в реальном масштабе времени.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является способ [RU 2494568, С2, H04N 7/32, G06K 9/40, 27.09.2013], который содержит этап определения, на котором определяют в соответствии с числом отводов фильтра, используемого для фильтрации, число пикселов по ширине полосы, расположенной вне макроблока, включающего в себя опорный блок, представляющий собой блок декодированного опорного кадра, и находящейся в контакте с указанным опорным блоком, этап получения, на котором получают из опорного кадра указанный опорный блок и полосу, соответствующую числу пикселей, найденному на этапе определения, если опорный блок, представляющий собой блок опорного кадра, соответствующий блоку, входящему в состав изображения, подвергаемого фильтрации, находится в контакте с границей указанного макроблока, включающего в себя опорный блок, и этап фильтрации, на котором выполняют фильтрацию изображения опорного блока и полосы, полученных на этапе получения, при этом на этапе фильтрации выполняют фильтрацию нижних частот в отношении разностного изображения между множеством изображений, выполняют фильтрацию верхних частот в отношении изображения, получаемого в результате фильтрации нижних частот, выполняемой первыми средствами фильтрации, и добавляют изображение, получаемое в результате фильтрации нижних частот, выполняемой первыми средствами фильтрации, и изображение, получаемое в результате фильтрации верхних частот, выполняемой вторыми средствами фильтрации, к любому из множества изображений для генерации прогнозируемого изображения в единицах макроблоков.

Недостатком способа является относительно узкая область применения, обусловленная тем, что способ имеет ограниченную возможность использования в системах автоматизированного распознавания, поскольку не позволяет сформировать бинарный образ исходного изображения, являющийся наиболее предпочтительным для распознавания изображения в реальном масштабе времени.

Задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение относительно способа, заключается в расширении области применения за счет обеспечения возможности нормализации и центрирования гистограмм исходных изображений, что, в свою очередь, обеспечивает качественное формирование бинарного образа исходного изображения.

Требуемый технический результат заключается в расширении области применения способа путем введения дополнительного арсенала технических средств (операций способа), позволяющих формировать бинарный образ исходного изображения, являющегося наиболее приемлемым для распознавания изображений в реальном масштабе времени.

Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что в способе, основанном на последовательном формировании фрагментов исходного изображения в виде дискретных матриц видеосигналов, согласно предложенному способу формируют бинарный образ фрагментов исходного изображения путем их начальной линейной свертки пространственным фильтром, ядро которого содержит центральную и периферийную части, при этом начальную линейную свертку производят отдельно с центральной и линейной частями ядра пространственного фильтра, из результатов которых формируют модули их разности, используемые в качестве бинарных образов фрагментов исходного изображения, причем центральная часть пространственного фильтра имеет экспоненциальный вид, а периферийная часть имеет отрицательные коэффициенты и формируется с использованием экспоненты исходя из условия равенства нулю суммы центральной и периферийной частей.

Известны также устройства для фильтрации изображений.

Одно из подобных устройств [RU 2354071, С2, H04N 5/14, 24.07.2009] содержит последовательно соединенные датчик аналогового видеосигнала, аналого-цифровой преобразователь, блок, в котором при помощи усилителей и сумматоров вычисляется значение яркости отфильтрованного пикселя изображения, блок, определяющий момент начала и окончания обработки кадра, а также блок управления значениями коэффициентов усиления усилителей.

Недостатком устройства является относительно узкие функциональные возможности, обусловленные тем, что устройство имеет ограниченную возможность использования в системах автоматизированного распознавания, поскольку не позволяет сформировать бинарный образ исходного изображения, являющегося наиболее приемлемым для высокоскоростного распознавания изображения.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является устройство обработки изображения [RU 2494568, С2, H04N 7/32, G06K 9/40, 27.09.2013], содержащее средства определения для определения в соответствии с числом отводов фильтра, используемого для процесса фильтрации, числа пикселов по ширине полосы, расположенной вне макроблока, включающего в себя опорный блок, представляющий собой блок декодированного опорного кадра, и находящейся в контакте с указанным опорным блоком, средства получения для получения из опорного кадра указанного опорного блока и полосы, соответствующей числу пикселов, определенному средствами определения, если опорный блок, представляющий собой блок опорного кадра, соответствующий блоку, входящему в состав изображения, подвергаемого фильтрации, находится в контакте с границей указанного макроблока, включающего в себя опорный блок, и средства фильтрации для фильтрации изображения опорного блока и полосы, полученных посредством средств получения, при этом средства фильтрации включают в себя первые средства фильтрации для фильтрации нижних частот в отношении разностного изображения между множеством изображений, вторые средства фильтрации для фильтрации верхних частот в отношении изображения, получаемого в результате фильтрации нижних частот, выполняемой первыми средствами фильтрации, и сумматор для добавления изображения, получаемого в результате фильтрации нижних частот, выполняемой первыми средствами фильтрации, и изображения, получаемого в результате фильтрации верхних частот, выполняемой вторыми средствами фильтрации, к любому из множества изображений для генерации прогнозируемого изображения в единицах макроблоков.

Недостатком устройства является относительно узкие функциональные возможности, обусловленные тем, что устройство имеет ограниченную возможность использования в системах автоматизированного распознавания, поскольку не позволяет сформировать бинарный образ исходного изображения, являющегося наиболее приемлемым для высокоскоростного распознавания изображения.

Задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение относительно способа, заключается в расширении функциональных возможностей устройства, направленное на обеспечение возможности нормализации и центрирования гистограмм исходных изображений, что, в свою очередь, обеспечивает качественное формирование бинарного образа исходного изображения.

Требуемый технический результат заключается в расширении функциональных возможностей путем введения дополнительного арсенала технических средств, позволяющих обеспечения возможности нормализации и центрирования гистограмм исходных изображений, что, в свою очередь, обеспечивает качественное формирование бинарного образа исходного изображения, являющегося наиболее приемлемым для высокоскоростного распознавания изображения.

Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что в устройство, содержащее блок опорного кадра в виде дискретной матрицы видеосигналов, а также средства фильтрации, согласно предложенному устройству введены группа усилителей, вход каждого из которых соединен с соответствующим выходом блока опорного кадра, а средства фильтрации содержат центральную и периферийную части, каждая из которых выполнена в виде сумматора со взвешенными входами, и алгебраический сумматор, при этом входы сумматоров со взвешенными входами соединены с выходами усилителей, а выходы соединены с входами алгебраического сумматора, модуль выходного сигнала которого является выходом устройства.

На чертеже представлены:

на фиг.1 - схема устройства для реализации способа организации ядра пространственной фильтрации;

на фиг.2 - ядро пространственного фильтра;

на фиг.3 - центральная часть ядра пространственного фильтра;

на фиг.4 - периферийная часть пространственного фильтра;

на фиг.5 - исходные изображения в различных спектральных диапазонах и представленные под ними их гистограммы и изображения с гистограммами после их фильтрации.

Устройство для реализации способа организации ядра пространственной фильтрации (фиг.1) содержит блок 1 опорного кадра в виде дискретной матрицы видеосигналов (представлен частный случай в виде 9 фоточувствительных элементов (фотодиодов).

Устройство для реализации способа организации ядра пространственной фильтрации содержит также группу 2 усилителей, вход каждого из которых соединен с соответствующим выходом блока 1 опорного кадра, и средства фильтрации, содержащие центральную часть в виде сумматора 3 со взвешенными входами 4 (резисторами при выполнении их в аналоговом виде) и периферийную часть в виде сумматора 5 со взвешенными входами 6 (резисторами при выполнении их в аналоговом виде, а также алгебраический сумматор 7, модуль выходного сигнала которого является выходом устройства, при этом входы сумматоров 3,5 со взвешенными входами соединены с выходами усилителей 2, а выходы соединены с входами алгебраического сумматора 7.

Работает устройство для реализации способа организации ядра пространственной фильтрации следующим образом.

Изображения, формируемые современными матричными фотоприемниками и линейками, ориентированы на хранение и последующую их визуализацию человеку-оператору. Вместе с тем, в последнее время прилагаются значительные усилия по использованию этих изображений в интересах решения задач автоматического обнаружения и классификации объектов заданных классов.

Обычно такие изображения подвергаются предварительной обработке, в частности бинаризации или фрагментации. Для получения удовлетворительного бинарного образа гистограмму исходного изображения необходимо центрировать. Это преобразование сводится к линейной свертке ядра специального вида с исходным изображением.

Как показали исследования, гистограмма таким образом преобразованных изображений стремится к одно- или двухмодовому виду. Более того, оптимальный порог бинаризации с точки зрения значимого отличия соответствующих средних значений можно выбирать из целого интервала. При этом достигается выраженный робастный характер и тем самым обеспечивается приемлемое качество бинаризации в широком диапазоне изменяющихся фонопомеховых условий. Для определенности изображения с центрированной одно- или двухмодовой гистограммой будем считать нормированными.

Изображения, получаемые матричными фотоприемниками или линейками в различных спектральных диапазонах, как правило, не центрированы и не носят одно- или двухмодовый характер, что указывает на неоптимальное время экспонирования изображения на фотоприемнике и/или недостаточный динамический диапазон фотоприемника. Для нормализации таких изображений предлагается ядро пространственной фильтрации специального вида, графическое изображение этого ядра представлено на фиг.2. Такой вид ядра обусловлен требованиями к гладкости и непрерывности интегральных свойств ядра.

Ядро пространственного фильтра состоит из двух составных частей Р-центра и М-периферии, которые включены между собой в дифференциальном режиме. Ядро составлено из двух частей для обеспечения пространственного дифференцирования изображения в локальном базисе, что позволяет убрать постоянную составляющую изображения. Необходимым требованием для таких ядер является равенство нулю суммы Р-центра и М-периферии. Таким образом, достигается принадлежность ядра к классу вейвлет-функций с точки зрения взаимодействия двух его частей Р-центра и М-периферии. Составные части ядра пространственного фильтра приведены на фиг.3 и 4.

Линейная свертка ядра пространственного фильтра Q=[q(i, j)] размером m×n с изображением S=[s(i,j)] размером k×d позволяет породить изображение U=[u(i,j)] размером (k-m)×(d-n).

Линейная свертка имеет вид:

Аппаратная реализация ядра фильтра пространственной фильтрации представлена на фиг.1.

Блок 1 опорного кадра в виде матрицы фоточувствительных элементов (фотодиодов) имеет размер kхd. Сигнал с каждого фоточувствительного элемента усиливается отдельным усилителем 2 (операционные усилители А1-An) с коэффициентом усиления Ку, что необходимо для увеличения уровня сигнала и устойчивой фильтрации в Р-центре и в М-периферии, а также устойчивого функционирования сумматоров в частотной полосе F. Усиленные сигналы суммируются с различными коэффициентами, которые задаются резисторами 4 (R1.1-R1.n). Взвешивающие коэффициенты выбираются на основе значений вейвлет-функции ядра в соответствующих точках для сумматора 3, образуя Р-центр, и резисторами 6 (R2.1-R2.n) для сумматора 5, образуя М-периферию. Разность между Р-центром и М-периферией с последующим подъемом выходного сигнала в положительную область формируемой алгебраическим сумматором 7 и является результирующим полезным сигналом, на основе которого формируется изображение U.

Исходные изображения и результирующие после свертки ядром пространственного фильтра, а также их гистограммы представлены на фиг.5.

Таким образом, заявленный способ организации ядра пространственной фильтрации и его последующая линейная свертка с изображениями в различных спектральных диапазонах позволяют нормировать изображения. Гистограммы нормированных изображений центрируются и стремятся к одно- или двухмодовому виду. Такие нормированные изображения хорошо бинаризуются, при этом порог бинаризации выбирается из целого интервала значений, чем достигается выраженный робастный характер, что обеспечивает приемлемое качество бинаризации в широком диапазоне изменяющихся фонопомеховых условий.

Следовательно, благодаря введению дополнительного арсенала технических средств - операций для способа и элементов и блоков для устройства - достигаются соответствующие технические результаты - расширение области применения способа и расширение функциональных возможностей устройства.

1. Способ организации ядра пространственной фильтрации, основанный на последовательном формировании фрагментов исходного изображения в виде дискретных матриц видеосигналов, отличающийся тем, что формируют бинарный образ фрагментов исходного изображения путем их начальной линейной свертки пространственным фильтром, ядро которого содержит центральную и периферийную части, при этом начальную линейную свертку производят отдельно с центральной и линейной частями ядра пространственного фильтра, из результатов которых формируют модули их разности, используемые в качестве бинарных образов фрагментов исходного изображения, причем центральная часть пространственного фильтра имеет экспоненциальный вид, а периферийная часть имеет отрицательные коэффициенты и формируется с использованием экспоненты исходя из условия равенства нулю суммы центральной и периферийной частей.

2. Устройство для реализации способа по п.1, содержащее блок опорного кадра в виде дискретной матрицы видеосигналов, а также средства фильтрации, отличающееся тем, что введены группа усилителей, вход каждого из которых соединен с соответствующим выходом блока опорного кадра, а средства фильтрации содержат центральную и периферийную части, каждая из которых выполнена в виде сумматора со взвешенными входами, и алгебраический сумматор, при этом входы сумматоров со взвешенными входами соединены с выходами усилителей, а выходы соединены с входами алгебраического сумматора, модуль выходного сигнала которого является выходом устройства.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к средствам компенсации дефектов цвета глаз на изображении. Техническим результатом является повышение эффективности обнаружения эффекта красных глаз на изображении.

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано в системах анализа и обработки изображений и в цифровом телевидении. Технический результат заключается в обнаружении положения дефектов на архивных фотографиях в условиях недостаточной априорной информации о статистических характеристиках искажений.

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано в системах анализа и обработки видеопоследовательности, цифровом телевидении. Техническим результатом является обнаружение положения дефектов на видеосигналах в условиях недостаточной априорной информации о статистических характеристиках аддитивного шума и функции полезной составляющей.

Изобретение относится к средствам восстановлении объекта наблюдения на изображении. Техническим результатом является обеспечение уменьшения шума объекта на восстановленном изображении.

Изобретение относится к средствам анализа следов свечения объекта в визуализируемом изображении. Техническим результатом является уменьшение уровня флуктуационного шума в результирующем изображении за счет максимизации цифровых кодов элементов предварительно полученных усредненных кадров.

Изобретение относится к способу удаления блочности, используемому в устройстве кодирования видеосигнала и устройстве декодирования видеосигнала, которые реализуют кодирование на блочной основе.

Изобретение относится к способу и устройству обработки изображения, в частности к кодированию движущихся изображений. Техническим результатом является генерирование прогнозируемого изображения с высокой точностью без увеличения процессорной нагрузки.

Изобретение относится к средствам обработки электронных изображений. .

Изобретение относится к устройству/способу обработки изображения и устройству кодирования изображений, которые выполнены с возможностью улучшения качества изображения.

Изобретение относится к средствам обработки цифровых изображений. .

Изобретение относится к обработке данных последовательных цифровых изображений. Техническим результатом является повышение качества обработки изображений посредством удаления эффектов турбулентности. В способе цифровые данные изображения получают с помощью камеры, погруженной в жидкость, содержащую явления турбулентности. В способе моделируют эффект турбулентности на пикселях изображений, выполняют обращение свертки посредством моделирования усредненного по времени изображения. 5 н. и 20 з.п. ф-лы; 4 ил.

Изобретение относится к области обработки видеоданных, а более конкретно к ретушированию видеоданных. Технический результат - обеспечение ретуширования фона видеоизображения. Способ ретуширования фона видеоизображения содержит этапы, на которых: получают информацию о движении фона из серии кадров видеопоследовательности; для кадров с по меньшей мере одной отсутствующей областью: переносят данные пикселей из одного или более предшествующих кадров с использованием информации о движении фона, переносят данные пикселей из одного или более последующих кадров с использованием информации о движении фона, и объединяют упомянутые данные с частично восстановленными данными пикселей в одной или более указанных областях на текущем кадре; выбирают кадр с по меньшей мере одной оставшейся отсутствующей областью; выполняют процедуру пространственного ретуширования на упомянутом кадре для восстановления данных пикселей упомянутой отсутствующей области; и переносят восстановленные данные пикселей из упомянутого выбранного кадра на все кадры последовательности, на которые возможно, с использованием информации о движении фона. 3 н. и 6 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к способу и устройству обработки изображений, и ,в частности, к применению фильтра удаления блочности для стандарта высокоэффективного кодирования видео (HEVC). Техническим результатом является обеспечение дополнительного распараллеливания обработки при применении фильтра удаления блочности. Предложено устройство обработки изображений, содержащее: секцию декодирования для декодирования изображения из закодированного потока, секцию горизонтальной фильтрации для применения фильтра удаления блочности к вертикальной границе блока в изображении, которое должно быть декодировано в секции декодирования, секцию вертикальной фильтрации для применения фильтра удаления блочности к горизонтальной границе блока в изображении, которое должно быть декодировано в секции декодирования, и секцию управления, в результате работы которой в секции горизонтальной фильтрации параллельно фильтруют несколько вертикальных границ блока, содержащихся в обрабатываемом элементе, который включает в себя несколько кодируемых элементов, и в секции вертикальной фильтрации параллельно фильтруют несколько горизонтальных границ блока, содержащихся в обрабатываемом элементе. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 47 ил.

Изобретение относится к способу и устройству обработки изображений, в частности к применению фильтра удаления блочности для стандарта высокоэффективного кодирования видео (HEVC). Техническим результатом является обеспечение параллельной обработки при применении фильтра удаления блочности. Предложено устройство обработки изображений, содержащее: секцию декодирования с возможностью декодирования изображения из закодированного потока, секцию определения с возможностью осуществления обработок определения для определения, применять ли фильтр удаления блочности к соседним блокам, примыкающим к границам блока, в изображении, декодируемом секцией декодирования, секцию фильтрации с возможностью применения фильтра удаления блочности к соседним блокам, для которых в секции определения определена необходимость применения фильтра удаления блочности, и секцию управления с возможностью разрешения секции определения осуществить обработки для вертикальной границы блока и горизонтальной границы блока с использованием пикселей соседних блоков восстанавливаемого изображения в качестве опорных пикселей. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 49 ил.

Изобретение относится к области цифровой обработки изображений и может быть использовано для улучшения цифрового цветного или полутонового изображения. Технический результат заключается в повышении визуальной информативности цифровых изображений и достигается за счет анализа структур изображения с использованием оценки яркостного контраста, вычисляемой на каждом уровне разложения как частное от деления абсолютного значения суммы детализирующих коэффициентов компоненты L на сумму коэффициентов аппроксимации компоненты L; по результатам анализа структуры изображения после получения матриц реконструированных детализирующих составляющих компонент L,a,b выполняют сглаживание шумовой микроструктуры изображения путем вычисления на каждом уровне разложения нормированной интегральной гистограммы абсолютных значений элементов матрицы реконструированной детализирующей составляющей компоненты L с получением функции коэффициентов сглаживания шумовой микроструктуры, поэлементного преобразования матриц реконструированных детализирующих составляющих компонент L,a,b изображения функцией коэффициентов сглаживания шумовой микроструктуры. 1 н. и 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к области цифровой обработки изображений. Техническим результатом является повышение чувствительности градиентного способа выделения контуров к полезным яркостным перепадам изображения в условиях импульсных помех. Предложен способ помехоустойчивого градиентного выделения контуров объектов на цифровых полутоновых изображениях. Согласно способу, предварительно осуществляют операцию оценивания положения помех на изображении, после чего для каждого элемента изображения формируют четыре разноориентированные маски Превитта, значения коэффициентов которых изменяют в зависимости от наличия и положения помех, а при наличии помех одновременно в трех элементах любой из полумасок, входящих в состав разноориентированных масок, размер полумаски увеличивают на число непораженных помехами окаймляющих элементов. Весовым коэффициентам новых элементов маски присваивают значения, сумма которых по модулю равна сумме значений по модулю второй полумаски. После этого с использованием данных масок вычисляют приближенное значение модуля градиента изображения, и путем его порогового преобразования получают контуры объектов на изображении. 13 ил.
Наверх