Устройство для коррекции изображений объектов

Устройство для коррекции изображений объектов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к технической кибернетике и может быть использовано в системах цифровой обработки изображений . Цель изобретения - повышение точности . Устройство содержит датчик изображения , аналого-цифровой преобразователь, группу коммутаторов, вычислительный блок, два блока памяти, сумматор, цифровой фильтр, два элемента задержки, детектор, дискриминатор, синхронизатор и блок формирования укрупненного растра. Устройство реализует способ построчной сегментации изображений, который заключается в разделении входного изображения на объект и фон путем адаптивного и помехоустойчивого обнаружений границ объект-фон. При этом производится адаптивное равномерное квантование изображения по модам в зонах укрупненного растра изображения. 4 ил.

союз соВетских социАлистических

РЕСПУБЛИК (! 9) (I I ) (s))s G 06 К 9/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ г- = (: ктщт и

Ф

° »

° »

1 (61) 1566388 (21) 4733976/24 (22) 03,07.89 (46) 15,08.92, Бюл, ¹ 30 (71) Конструкторское бюро точного электронного машиностроения (72) А.А. Барановский (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1566386, кл, G 06 К 9/00, 16.01.89, (54} УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОРРЕКЦИИ ИЗОБРАЖЕНИЙ ОБЪЕКТОВ (57) Изобретение относится к технической кибернетике и может быть использовано в системах цифровой обработки иэображений. Цель изобретения — повышение точноИзобретение относится к автоматике, в частности к устройствам для коррекции изображений объектов, и является дополнительным к изобретени1о по авт.св. ¹ 1566386.

Цель изобретения — повышение точности устройства.

На фиг,1 показана схема устройства; на фиг,2 — схема детектора края; на фиг,3 пример, поясняющий. формирование укрупненного растра; на фиг.4 — схема блока формирования растра, Устройство содержит (фиг.1) телевизионный датчик 1, аналого-цифровой 2 (АЦП), группу коммутаторов 3, 4, первый коммутатор 5 и второй коммутатор 6, вычислительный блок 7, первый 8 и второй 9 блоки памяти, синхронизатор 10, сумматор 11, цифровой фильтр 12, первый 13 и второй 14 элементы задержки, детектор 15, дискриминатор 16, формирователь 17 растра, третий

18 и четвертый 19 коммутаторы. сти. Устройство содержит датчик изображения, аналого-цифровой преобразователь, группу коммутаторов, вычислительный блок, два блока памяти, сумматор, цифровой фильтр, два элемента задержки, детектор, дискриминатор, синхронизатор и блок формирования укрупненного растра. Устройство реализует способ построчной сегментации изображений, который заключается в разделении входного иэображения на объект и фон путем адаптивного и помехоустойчивого обнаружений границ объект — фон. При этом производится адаптивное равномерное квантование иэображения по модам в зонах укрупненного растра изображения, 4 ил.

I р \

Детектор 15 края содержит (фиг.2) вычитатели 20, 21, группу регистров 22, умножители 23 и 24, компараторы 25 и 26 и коммутатор 27.

Блок 17 формирования растра (фиг.4) содержит счетчики 28-31.

Устройство работает следующим образом.

Отсчеты изображения в процессе его строчного сканирования датчиком 1 последовательно поступают с выхода датчика 1 на вход АЦП 2, Темп телевизионной развертки в датчике 1 определяется синхронизирующими сигналами, поступающими на синхронизирующий вход датчика 1 с первого тактирующего выхода синхронизатора 10. В

АЦП 2 выполняется преобразование изображения в цифровую форму в соответствии. с частотой синхроимпульсов. Таким образом, в каждый момент времени, отсчитываемый синхроимпульсом, на выходе АЦП 2

1755305 присутствует двоичный код иэ разрядов, соответствующий яркости текущего элемента изображения.

B соответствии с темпом телевизионной развертки, задаваемой синхронизирующими сигналами, поступающими с первого тактирующего выхода синхронизатора 10 на вход блока 17 формирования растра, этот блок формирует на своем выходе двоичный код из М разрядов, соответствующий номеру зоны на телевизионном кадре, в которой находится текущий элемент изображения (так, например, для случая, представленного на фиг,3, код M будет соответствовать числу 6), Работа устройства в режиме сегментации изображений начинается с появления на входе устройства импульса "Пуск", При этом синхронизатор 10 вырабатывает на первом, втором и третьем управляющих выходах сигналы лог, "0", а на четвертом управляющем выходе — сигнал лог, "1".

Лог. "0" с первого и второго выходов синхронизатора 10 переводит коммутаторы

3, 8, 4, 19 в состояние, при котором информация, присутствующая на вторых входах этих коммутаторов, передается на их выходы, Лог. "0" с третьего выхода синхронизатора 10 переводит коммутатор 5 в состояние, при котором информация, присутствующая на его входе, передается на первый выход этого коммутатора.

Лог, "1" четвертого выхода синхронизатора 10 перевоДит коммутатор 6 в состояние, при котором информация, присутствующая на его первом входе, передается на выход этого коммутатора, Затем синхронизатор 10 вырабатывает на втором тактирующем выходе двоичный код "единица", который поступает на синхронизирующий вход вычислительного блока 7.

При получении двоичного кода "единица" вычислительный блок 7 выставляет код

"ноль" на пятом информационном выходе и генерирует последовательности двоичных кодов от кода "ноль" на втором и седьмом информационных выходах. Темп генерации этих кодов задает. синхронизатор 10 посредством подачи синхронизирующих сигналов. со своего второго тактирующего выхода на синхронизирующий вход вычислительного блока 7.

Код "ноль" поступает с пятого информационного выхода вычислительного блока 7 через четвертый коммутатор 6 на информационный вход второго блока 9 памяти, Последовательность кодов от "ноля" поступает с второго и седьмого выходов вычислительного блока 7 через коммутаторы 4, 19 на адресные входы блока 9 памяти. Синхронно со сменой кодов на адресных входах второго блока 9 памяти на его управляющем входе появляются импульсы "Запись", поступающие с пятого тактирующего выхода синхронизатора 10. Таким образом, производится запись кода "ноль" в ячейки с адресами второго блока 9 памяти, После завершения процедуры обнуления второго блока 9 памяти синхронизатор

10 вырабатывает на третьем управляющем выходе сигнал лог, "1", а на четвертом управляющем выходе — сигнал лог. "0", Лог, "1" с третьего выхода синхронизатора 10 переводит коммутатор 5 в состояние, при котором информация, присутствующая на его входе, передается на второй выход этого коммутатора.

Лог. "0" с четвертого выхода синхрони20 затора 10 переводит коммутатор 6 в состояние, при котором информация с второго входа этого коммутатора передается на его выход.

После переключения третьего 5 и чет25 вертого 6 коммутаторов синхронизатор 10 дожидается появления на своем первом тактирующем выходе сигнала "Начало кадра"

{кадрового импульса) и после прохождения этого сигнала вырабатывает на втором уп30 равляющем выходе сигнал лог, "1", который поступая на управляющие входы коммутаторов 4, 19 и переводит эти коммутаторы в состояние, при котором информация, присутствующая на первых входах этих коммутаторов, передается на их выходы.

После переключения коммутаторов 4, 19 двоичные N-разрядные коды, соответствующие яркостям элементов изображения, поступают с выхода АЦП.2 через коммута40 пример коды К и L) на первый и второй адресные входы второго блока 9 памяти до момента поступления очередной пары ко50 дов происходит следующее. Синхронизатор

10 выставляет на пятом выходе сигнал "Чтение", который поступает на управляющий вход второго блока 9 памяти, При этом производится чтение ячейки с адресом, определяемым парой К, L, и на информационном выходе второго блока 9 памяти появляется двоичный код О, соответствующий содержитор 4 на первый адресный вход второго блока памяти 9, а двоичные М-разрядные коды, соответствующие номеру зоны укрупненного растра на телевизионном кадре, поступа45 ют с выхода блока 11 формирования укрупненного растра через коммутатор 19 на второй адресный вход второго блока 9 памяти, При поступлении пары таких кодов (на1755305

30

40

55 ло элементов изображения с яркостью вь

"единица" е зоне о номером L, и т.д. че мому этой ячейки (если пара К появляется первый раз от начала кадра, то код 0 есть

"ноль"). Код 0 через третий коммутатор 5 поступает на информационный вход сумматора 11, Одновременно на управляющий вход сумматора 11 поступает запускающий импульс с пятого управляющего выхода синхронизатора 10, при получении которого сумматор 11 добавляет к коду Q, присутствующему на его входе, единицу, и результат операции, т.е. код О+1, появляется на выходе сумматора 11, С выхода сумматора код

Q+1 через четвертый коммутатор 6 поступает на информационный вход второго блока

9 памяти, после чего синхронизатор 10 выставляет на пятом тактирующем выходе сиг-. нал "Запись", и код Q+1, присутствующий на информационном входе второго блока 9 памяти, записывается в этот блок по адресу, определяемому парой К, L, При поступлении на адресные входы второго блока 9 памяти кодов, соответствующих следующему элементу изображения (т.е. кодов, определяющих яркость этого элемента изображения и номер эоны укрупненного растра на телевизионном кадре, к которой данный элемент относится) процесс повторяется, и т.д.

Так происходит для каждого элемента иэображения, и этот процесс длится до тех пор, пока с первого тактирующего выхода синхронизатор не поступит сигнал "Конец кадра" (следующий кадровый импульс), после чего синхронизатор 10 выставляет на втором управляющем выходе сигнал лог, иОи и коммутаторы 4, 19 переводятся в состояние, при котором информация с их вторых входов передается на выход, а первый вход отключается.

Таким образом, к этому моменту во втором блоке 9 памяти в группах ячеек, имеющих одинаковую адресную часть, по второму адресному входу находятся гистограммы распределения элементов изображения по величине яркости в соответствующих зонах укрупненного растра.

Другими словами, в ячейках памяти, адрес которых имеет на втором адресном входе код L (0 c L < М), находится гистограмма распределения элементов иэображения по яркости в зоне укрупненного растра с номером L, причем в ячейке этой. группы с адресом "ноль" на первом адресном входе блока

9 находится число элементов изображения с яркостью "ноль" в зоне с номером 1 на кадре, в ячейке с адресом "единица" на первом адресном входе блока 9 находится чисПосле завершения процесса записи гистограмм синхронизатор 10 выставляет на третьем управляющем выходе сигнал лог. и0", который поступает.на управляющий вход коммутатора 5 и переводит этот коммутатор s состояние, при котором информация с входа этого коммутатора передается на его первый выход.

После переключения коммутатора 5 синхронизатор 10 выставляет на третьем управляющем выходе сигнал "Чтение", который поступает на управляющий вход второго блока 9 памяти и переводит этот блок ксостояние, при котором на информационном выходе этого блока всегда присутствует код, соответствующий информации, записанной в ячейке второго блока 9 памяти по адресу, определяемому комбинацией кодов, присутствующих на первом и втором адресных входах этого блока памяти. Затем синхронизатор 10 выставляет на втором тактирующем выходе двоичный код едва", который поступает на синхронизирующий вход вычислительного. блока 7, 25 При получении двоичного кода идван на свой синхронизирующий вход вычислительный блок 7 начинает процесс анализа каждой из гистограмм, полученных по зонам укрупненного растра, Перед началом анализа каждой гистограммы распределения элементов изображения по яркости в зоне укрупненного растра с номером L (0 L - М) вычислительный блок 7 выставляет на седьмом информационном выходе код L, который поступает через коммутатор 19 на второй адресный вход второго блока 9 памяти, Алгоритм анализа каждой 1-й гистограммы состоит в следующем, 1. Выделение границ мод.

Определяется положение мод(максимумом) гистограммы и границ квантования, Если между соседними модами значения гистограммы отличны от нуля, граница между модами устанавливается в чочке минимума гистограммы, если же имеется участок с нулевыми значениями гистограммы — посредине между разделяемыми максимумами.

В этой части алгоритма вычислительный блок 7 производит считывание ячеек второго блока 9 памяти и вычисление границ мод

6о, G ... „Gy, которые сохраняются в О ЗУ вычислительного блока, . Считывание ячеек второго блока 9 памяти производится путем формирования адреса необходимой ячейки на втором информационном выходе вычислительного блока 7 (адрес с второго информационного

1хода вычислительного блока 7 поступает рез коммутатор 4 на первый адресный

1755305 вход второго блока 9 памяти, на втором же адресном входе этого блока памяти в процессе анализа L-A гистограммы присутствует код L) и получения данных из этой ячейки, которые поступают с информационного вы- 5 хода блока 9 через коммутатор 5 на вход вычислительного блока 7, 2. Проверка мощности мод, Производится отбраковка мод по "заселенности". Дпя этого подсчитывается пло- 10 щадь гистограммы в пределах каждой из разграниченных мод, т.е. мощность мод, Те моды, для которых она меньше заранее заданного порога, объединяются с ближайшей соседней, наиболее мощной модой, 15

В этой части алгоритма вычислительный блок 7 производит считывание и суммирование значений, записанный в ячейках второго блока 9 памяти от адреса G до адреса

G t+>, подаваемых на первый адресный вход 20

L блока 9, сравнение полученной суммы с порогом и в случае, если сумма меньше порога, граница G и- стирается (так происходит

L для всех 1=0,1...„J-1). В результате некоторые значения иэ ряда Go, G1,...,Gy стира- 25 ются и формируются окончательные значения границ мод GRoL, GRi „...GRi, где

1 — количество выделенных мод, При этом код, соответствующий значению GRo, есть код "нуль", а код, соответствующий значе- 30 нию GR), есть N, т,е. это крайние левая и

L правая границы. соответствующие минимальному и максимальному значениям яр- кости элементов изображения.

3. Расчет значения Лдпя равномерного 35 квантования по модам и предельного коэффициента резкости края.

После того как определены границы

GRo, GR> ...„GR всех выделенных мод, вычислительный блок 7 производит расчет от- 40 ношения размаха видеосигнала (т.е. 2 ) к общему числу выделенных мод:

Л= 2 /I.

Кроме того, рассчитывается предельный коэффициент резкости края 45 а = (io — ф)/1ф, где lo — номер моды на гистограмме, соответствующий объекту;

1ф — номер моды на гистограмме, соответствующий фону. 50

Подобный анализ гистограмм производится для каждой гистограммы, записанной в блоке 9 памяти, при этом в ОЗУ вычислительного блока 7 формируются массйвы значений Л и а (L=΄.,М), соответствую- 55 щие каждой зоне укрупненного растра на телевизионном кадре, После завершения процесса анализа гистограмм синхронизатор 10 выставляв на своем втором тактирующем выходе двоичный код "три", который поступает на синхронизирующий вход вычислительного блока 7.

При получении двоичного кода "три" на свой синхрониэирующий вход вычислительный блок 7 последовательно выставляет на шестом информационном выходе коды от

"нуля" до "М" и после выставления каждого такого кода генерирует на первом информационном выходе последовательность двоичных кодов от "нуля" до N, при этом в случае, если генерируемый код Я удовлетворяет условию GR(-1 < R

6 этих кодов задается синхронизатором 10 посредством подачи синхронизирующих сигналов со своего второго тактирующего выхода на синхронизирующий вход вычислительного блока 7, Каждый из кодов от "нуля" до М поступает с шестого информационного выхода блока 7 через коммутатор 18 на второй адресный вход первого блока 8 памяти и на третий управляющий вход детектора 15 края. Последовательность кодов от "ноля" до N поступает с первого информационного выхода блока 7 через коммутатор 3 на первый адресный вход блока 8 памяти, Одни" коды поступают с четвертого информационного выхода блока 7 на вход первого блока

8 памяти, а другие коды поступают с третьего информационного выхода блока 7 на первый управляющий вход детектора 15 края. Синхронно сменой кодов на первом адресном входе блока 8 памяти на его управляющем входе появляются импульсы

"Запись", поступающие с четвертого тактирующего выхода синхронизатора 10, и таким образом производится запись кодов соответственно в группу ячеек первого блока 8 памяти по адресам, определяемым кодом на его втором адресном входе и кодами от GRi .до GRi-1 — 1 на первом адL ресном входе. Синхронно со сменой кодов на третьем управляющем входе детектора

15 края на его втором управляющем входе появляются импульсы "Запись", поступающие с третьего тактирующего выхода синхронизатора 10. Таким образом производится запись кода L в регистр с номером детекN тора 15.

1755305

10

20 входы отключаются

30 укрупненного растра, поступающий через коммутатор 18 с выхода блока 17 формиро- 35 вания укрупненного растра, Этот же номер

Таким образом, после опйсанной процедуры записи первого блока 8 памяти и регистров детектора 15 края, в каждой rpynпе ячеек блока 8, имеющих одну и ту же часть адреса L, определяемую кодом на втором адресном входе этого блока, находится таблица кодов, определяющих закон квантования по модам для элементов изображения с 1=й зоны укрупненного растра на телевизионном кадре, а в регистре с номером (детектора 15 края находится значение предельной резкости края для этих элементов изображения.

После завершения процедуры записи первого блока 8 памяти и регистров детектора 15 края синхронизатор 10 выставляет на четвертом тактирующем выходе сигнал

"Чтение", который поступает на управляющий вход блока 8, на первом управляющем выходе синхронизатора 10 выставляется сигнал лог. "1", который поступает на управляющие входы коммутаторов 3 и 18 и переводит их в состояние, при котором информация с первых входов этих коммутаторов передается на их выходы, а вторые

После переключения коммутатора 3 двоичный N-разрядные коды, соответствующие яркостям элементов изображения, по,ступают с выхода АЦП 2 через первый коммутатор 3 на первый адресный вход перcoro блока 8 памяти, На втором адресном входе этого блока присутствует номер зоны зоны поступает и на третий управляющий вход детектора 15 края.

Пусть текущий элемент изображения находится в L-й зоне укрупненного растра и имеет яркость R, Тогда в текущий момент времени на первом и втором адресных входах блока 8 будут присутствовать соответственно коды R и L, а на третьем управляющем входе детектора 15 — код L, При этом произойдет чтение ячейки блока 8 с адресом, определяемым кодами R и L, и на выходе этого блока появится содержимое этой ячейки.

Таким образом, при прохождении элемента изображения через первый блок 8 памяти этот элемент преобразуется по следующему правилу: если приходящий на первый адресный вход блока 8 элемент изображения, имеющий яркость R, принадлежит L-й зоне на телевизионном кадре и попадает в границы i-й моды, выделенной из гистограммы для 1=й зоны, то ему присваивается определенное значение.

Итак, при прохождении иэображения через первый блок 8 памяти производится процедура равномерного квантования этого изображения по модам в соответствии со своими законами квантования для каждой зоны укрупненного растра.

С выхода первого блока 8 памяти коды, соответствующие преобразованному изображению, поступают на вход медианного фильтра 12. Медианный фильтр 12 реализует удаление импульсных помех в строке изображения, которые могут быть. ошибочно приняты эа обьекты.

С выхода фильтра 12 коды, соответствующие преобразованному и отфильтрованному изображению, поступают на вход первого элемента 13 задержки, первый информационный вход детектора 15 края и первый информационный вход дискриминатора 16, При прохождении первого элемента 13 задержки каждый код, соответствующий яркости элемента изображения, задерживается на время, равное периоду синхроимпульсов, поступающих с первого тактирующего выхода синхронизатора 10 на синхронизирующий вход первого элемента

13 задержки, С выхода первого элемента 13 задержки коды изображения поступают на вход второго элемента 14 задержки, второй информационный вход детектора 15 края и второй информационный вход дискриминатора 16.

Второй элемент 14 задержки работает аналогично первому и на его выходе присутствуют коды, задержанные на время одного синхроимпульса относительно входа этого элемента задержки.

С выхода второго элемента 14 задержки коды элементов изображения поступают на третий информационный вход детектора 15 края и третий информационный вход дискриминатора 16, Таким образом, в каждый -й момент разложения (момент времени) исследуемого изображения на первом, втором и третьем информационных входах детектора 15 края и дискриминатора t6 присутствуют соответственно значения 1(1 -2), т(а-q), f(t;), соответствующие трем последовательным элементам изображения по строке.

С помощью дискриминатора 16 определяется, по какую сторону от края находится текущая точка строки иэображения f(t) при условии, что в данной точке имеется резкий перепад яркости, превышающий значение

a Дискриминатор 16 производит вычисление значения переменной а по формуле

" .1, если (/f(t<) + f(tk-1) — 1(т -2)/—

a> = -/ (т1-z) — f(t>-а) — f(t>) i)W;

О, в противном случае.

1755305

Е сли ai - 1, то отсчет f(ti->) находится по правую сторону от границы, если ai - О, то он расположен по левую сторону.

С помощью детектора 15 края обнаруживаются резкие перепады яркости строки изображения на выходе медианного фильтра 12. Г1ри этом учитывается. выходной сигнал а дискриминатора 16, который поступает на второй (синхронизирующий) вход детектора 15, края, а также учитывается номер зоны укрупненного растра, в которой находится текущий элемент иэображения, Код L. соответствующий номеру эоны, поступает на третий управляющий вход детектора 15 и определяет номер регистра, иэ которого производится выбор значения.

Если at = О, то выходной сигнал детектора 15 края определяется следующим образом: .,1, если /f{ti->) — f(t -2)/ <

Ь = < а" /f(t -r) — f(t ->)/;

О, в противном случае.

Если а = О, то выходной сигнал детектора 15 края определяется следующим образом:

1, если /f(t ) — 1(т ->)/ <

Ь| = < a /f(ti->) — f{ti-2)/;

О, в противном случае.

Таким образом, в результате работы устройства будет выделены сегменты строк иэображения, концы которых соответствуют единичным значениям переменной Ьь

Значения же переменной ai указывают на то, является обнаруженная точка резкого перепада яркости началом нового сегмента или концом. В случае, если край не был

5 обнаружен детектором 15 края, значение переменной а1 определяет возрастание или убывание яркости строки изображения относительно трех соседних точек, Вычисления в детекторе 15 и дискриминаторе 16

1О производится одновременно.

Формула изобретения

Устройство для коррекции изображений обьектов по авт.св. М 1566388, о т л и15 ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности устройства, в него введены блок формирования растра и третий и четвертый коммутаторы, информационный вход блока формирования растра соединен с первым

2О выходом синхронизатора, а выход соединен с первыми информационными входами третьего и четвертого коммутаторов, вторые входы которых соединены соответственно с шестым и седьмым информационными вы25 ходами вычислительного блока. выходы третьего и четвертого коммутаторов соединены с вторым адресным входом второго блока памяти, выход третьего коммутатора соединен с третьим управляющим входом

ЗО детектора, а управляющие входы третьего и четвертого коммутаторов соединены соответственно с первым и вторым выходами синхронизатора.

1755305

1755305

1755305 о

Составитель A. Глотов

Текред M.Ìîðãåíòàë Корректор М. Ткач

Редактор М. Циткина

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2895 Тираж - Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб;, 4/5