Устройство для обработки сигналов изображения

 

Изобретение относится к системам обработки информации, в частности к устройствам обработки и визуализации изображений. Целью изобретения является повышение точности анализа объекта по его изображению за счет улучшения условий вьщеления малоконтрастных деталей. Устройство содержит синхрогенератор 1, датчик 2 сигналов изображения,видеоконтрольный блок 3, цифроаналоговый преобраг, зователь 4, блок 5 нормализации сигнала изображения, аналого-цифровой преобразователь 6, блоки 7 и 9 сопряжения , блок 8 управления и вычисления, Устройство осуществляет автоматическую нормализацию экстремумов сигнала изображения, а при необходимости его ограничение с масштабированием, в том числе и адаптивное, для улучшения условий визуального восприятия изображения наблюдаемого объекта. 2 ил. с (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕС (ИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 G 06 Р 15 66

О

С:

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4147783/24-24 (22) 17.11.86 (46) 28.02.89. Бюл. 11- 8 (7l) Куйбышевский электротехнический институт связи (72) А..А.Êàìàëÿãèí, О.Л.Куляс, А.П.Чернов и З.Р,Згипти (53) 681.325 (088.8) (56) Сасов А,П. Микротомография и цифровая обработка изображений на микроЗВМ "Искра-226", — Микропроцес- . сорные средства и системы, 1986, 11 1, с. 53-58.

Авторское свидетельство СССР

N - 1105961, кл. Н 01 1 37/28, 1984. (54) УСТРОЙСТВО ЛЛЯ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ ИЗОБРАЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к системам об р аб о тки инфо р мации, в час тноSU 14 2 60 А1 сти к устройствам о бработки и визуализации изображений, Целью изобретения является повышение точности анализа объекта по его изображению за счет улучшения условий выделения малоконтрастных деталей. Устройство содержит синхрогенератор 1, датчик

2 сигналов изображения, видеоконтрольный блок 3, цифроаналоговый преобра-.. зователь 4, блок 5 нормалнзации1 сигнала изображен:я, аналого-цифровой преобразователь 6, блоки 7 и 9 сопряжения, блок 8 управления и вычисления.

Устройство осуществляет автоматическую нормализацию экстремумов сигнала изображения, а при необходимости его ограничение с масштабированием, в том числе и адаптивное, для улучшения условий визуального восприятия изображения наблюдаемого объекта. 2 ил.

146? 360

Изобретение относится к системам обработки информации, в частности к устройствам обработки и визуализации иэображений.

Цель изобретения — повышение точ5 ности анализа объекта по его изображению эа счет улучшения условий выделения малоконтрастных деталей.

На фиг. 1 представлена функциональная схема, поясняющая работу устройства: на фиг.2 — эпюры характерных сигналов и их гистограммы при различных видах обработки.

Устройство содержит синхрогене ратор 1, датчик 2 сигналов изобра-. жения, видеоконтрольный блок 3, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП)

4, блок 5 нормализации сигнала иэображения, аналого-цифровой преобра- 20 зователь (АЦП) 6, первый блок 7 сопряжения, блок 8 управления и вычисления и второй блок 9 сопряжения.

На фиг ° 2 обозначены входной сигнал 10 изображения и его гистограмма 11, сигнал 12 изображения и его гистограмма 13 после нормализации, выходной сигнал 14 изображения и его гистограмма 15 при адаптивном . к распределению уровней ограничении. 30

Устройство работает следующим образом.

Под управлением синхрогенератора 1 осуществля ется синхрониз ация датчика 2 сигналов изображенйя и их

Ф приемника, например видеоконтрольного блока 3.

В режиме автоматической нормализации сигнал IO изображения с выхода датчика 2 поступает на информацион= 40 ный вход блока 5 нормализации сигнала иэображения. В интервале времени кадра детекторами экстремумов (максимума и минимума ), входящими в состав блока 5, производится изме- 45 рение с преобразованием в цифровую форму максимального и минимального значений сигнала изображения. Во время обратного хода по кадру измеренные значения через коммутаторы, входящие в блок 5, переписываются в соответствующие регистры экстремумов (максимума и минимума ) также входящие в блок 5. В следующем кадре по результатам анализа под воздействием кодов экстремумов, записанных в регистрах, осуществляется привязка минимального значения сигнала изображения к уровню черного (Г ), а максимального значения к уровню белого (ll< ). Hop>«.ализованный сигнал 12 изображения поступает на вход

АЩ! 6. Преобразование сигнала изображения в цифровой код осуществляется синхронно с тактовой частотой элементов изображения,. импульсы которой поступают с синхрогенератора

1 на вход синхронизации АЦП 6. Входной динамический диапазон АЦП 6 согласован с динамическим диапазоном сигнала изображения с выхода блока 5 ° Уровню белого в сигнале изображения соответствуют единицы. во всех разрядах выходного сигнала

АЦП 6, а уровню черного — нули. Такое согласование позволяет снизить требование к разрядности АЦП до технически просто реализуемых. С выхода АЦП 6 сигнал может быть введен . в 3RM (не показана) для его после-. дующей обработки либо через ЦАП 4 на вход блока 3 для формирования изображения. За счет нормализации обеспечивается воспроизведение изображения во всем диапазоне возможных уровней яркости воспроизводящей электроннолучевой трубки блока 3.

Если в сигнале иэображения имеются значительные по амплитуде редкие выбросы (положительные и/или отрицательные ), то проведенная по ним нормализация не приводит к заметному улуч-. шению изображения, поскольку основная масса деталей может оказаться в узком динамическом диапазоне яркостей, недостаточном для уверенного визуального. различения этих деталей.

В этом случае улучшения визуального восприятия изображения можно добиться ограничением экстремальных значений сигнала изображения максимальным и минимальным пороговыми уровнями с расширением контраста ограниченного участка до номинального.

При цифровой обработке изображения на 3RM приходится учитывать возможность увеличения ошибок квантования в обработанном сигнале, отсутствующих при обработке в .аналоговом устройстве. Передача ЭВМ только функции управления уровнями ограничения повышает точность обработки и разгружает ЭВМ для выполнения других задач.

Работу устройства в режиме управляемого ограничения рассмотрим для случая, когда уровни ограничения

3 1462360

ycT шлвлиняютсл»а основе анализа статистических свойств сигнала изображе»ия. Нормализованный сигнал изображения вводится в блок 8 через пер- вый блок 7 сопряжения. Первый блок 7 сопряжения может быть выполнен в виде контроллера прямого доступа к оперативной памяти блока 8 или иметь в своем составе буферное запоминающее устройство для согласования скорости потока информации в видеотракте с быстродействием приемника (блока 5). Работа первого блока 7 сопряжения синхронизирована с частотой следования элементов изображения, а для идентификации адреса элемента в пределах поля изображения на него поданы кадровые синхронизирующие им" пульсы от синхрогенератрра 1. Для 2р обеспечения возможности подключения к блоку 8 кроме первого блока 7 сопряжения и других источников информации в первом блоке 7 сопряжения должна быть предусмотрена возмож- . 25 ность отключения его выходов от входов блока 8, например, путем установки выходов первого блока 7 сопряжения в состояние высокого выходного сопротивления. В блоке 8 производит" Зп ся анализ распределения уровней в сигнале изображения путем вычисления его гистограммы.

На фиг.2 показаны примеры сигнала

10 изображения с вьгхода датчика 2, где U - максимально возможное зна1 п чение этого сигнала,и его гистограмма ..11, По оси абсцисс отложены значения входного сигнала, а по оси ординат — частоты появления этих 4О значений в сигнале за время кадра.

Позиция 12 отображает тот же сигнал после нормализации, а его гистограммах вычисленная по формуле

f(N) пи 45

Жп.

И=о где N — номер уровня сигнала изображения (принято, что осуществляется преобразование сигнала в 8-разрядный код, 50 т.е. N = 0 — 255); п — число элементов изображения и в кадре, соответствующее уровню сигнала изображения N, обозначена позицией 13. 55

Для вычисления уровней ограничения входного сигнала U „ „и П „ по запросу блока 8 оператор вводит в блок 8 уровень ограничения, например, в К% ;зт наиболее часто встречающихся уровней, принятых на фиг.2, позиция 13 за 100 . В блоке

8 вычисляются значения N и N> соответствующие выбранному уровню ограничения, Иэ условия геометрического подобия гистограмм 11 и 13 ненормалиэованного и нормализованного сигналов 10 и 12 находим, что

Бмакс Умкн U е + N огрс мкк N

Умакс - 0ммн

U а + N — — — — — - —огр l мкн

Ф макс где N „„, =- 255 при испопьзовании

8-разрядного АЦП 6.

Необходимые для расчета значения

U„„„a П„,„кс вводятся в блок 8 иэ соответствующих детекторов блока

5 через второй блок 9 сопряжения, Значения U r, и Uorp g из блока 8 через второй блок 9 сопряжения и коммутаторы, включенные между детекторами и регистрами в блоке 5 пере." писываются в соответствующие регистры. К уровням черного и белого на выходе блока 5 (фиг.2, позиция 14) теперь привязаны не минимальное и максимальное значения входного сигнала, а его значения, соответствующие

П„г „и U „, Гистограмма такого сигнала представлена на позиции 15, фиг.2. При этом улучшается визуализация участков изображения, соответствукицих средним..уровням яркости.

Значения сигнала, лежащие ниже уровня черного и выше уровня белого ограничи. ваются в АЦП 6. За счет ограничения максимальных значений по уровню белого на экране блока 3 уменьшаются засветки от редких ярких деталей, снижающие общий контраст.

Амплитудная характеристика вьщеотракта принимает вид

U при П вх () Погрг

U,„(t) = А Ug„(t) при U Äp" Пьх t) Uàã

Нв. при П вх () Погр

U6 U4 где А = — — — — —-Погр а 11огр >

Таким образом, второй блок 9 сопряжения должен обеспечивать четыре направления передачи информации. два с выхода данных блока 8 (на входы регистров максимума и минимума блока

51 и два на вход данных блока 8 (с детекторов максимума и минимума блока 5). Направление передачи задается

5 14623 программно из блока Я и сопровождается установкой соответствующего кода на адресном выходе блока 8. Для это" го второй блок 9 сопряжения должен

5 включать в себя коммутаторы и дешифратор адреса. При отсутствии обращения блока 8 к второму блоку 9 сопряжения его выходы данных переводятся в состояние высокого выходного сопротивле- 1О ния.

Таким образом описанное устройство может осуществлять автоматическую нОрмализацию экстремумов сигнала ивображения, а при необходимости етого ограничение с масштабированием, в том числе и адаптивное, для улучшен ня условий визуального восприятия ивображения наблюдаемого объекта, Как следствие этого, задавая различ- 2О фе уровни ограничения, можно осущ ествлять растягивание отдельных уйастков амплитуд сигнала на весь дИнамический диапазон воспроизводящего устройства (метод амплитудных 25 разрезов ).

Амплитудная обработка в описанном устройстве по эффективности превосходит проводимую в ЭВМ над цифровым снгналом, поскольку не приводит к уВеличению шумов квантования в обработанном сигнале, что также способствует улучшению анализа изображения с малоконтрастными деталями. Процессор блока 8 используется только для вычисления и установки параметров режима ограничения и освобождения от задачи поэлементного преобразования сигнала изображения, При этом в процессе обработки блок 8 может выполнять другие задачи, связанные, например, с контролем параметров сис темы.

В тех случаях, когда существенная информация заключена не только в

45 пространственных характеристиках наблюдаемого объекта, например, при использовании устройства в телевизионной системе растрового электрснного микроскопа возможны индикация ипи протоколирование на периферийных устройствах блока 8 абсолютных значений экстремумов сигнала изображения, вводимых из блока 5. Это позволяет устранить затруднения в сопоставлении свойств наблюдаемых объектов, обладающих различными характеристиками отражения падающего

60 6 на них излучения, изображения которых вследствие обработки отображаются на экране блока 3 в одинаковом диапазоне яркостей, формула и з о б р р т е и и я

Устройство для обработки сигналов изображения, содержащее синхрогенератор, блок нормализации сигнала изображения, вход синхронизации которого соединен с выходом кадровых синхроимпульсов синхрогенератора, информационный вход блока нормализации сигнала изображения является информационным входом устройства, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности анализа объекта по его иэображению за счет улучшения условий выделения малоконтрастных деталей, в него введены первый и второй блоки сопряжения, аналого-цифровой преобразователь, блок управления и вычисления, при". чем выход импульсов следования элементов изображения синхрогенератора соединен с входом синхронизации аналого-цифрового преобразователя и входом импульсов следования элементов изображения первого блока сопряжения, вход кадровых синхроимпульсов которого соединен с входом синхронизации блока нормализации сигнала изображения, первый информа-. ционный выход которого соединен с информационным входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с информационным входом первого блока сопряжения и является информационным выходом устройства, информационный выход и выход синхро-низации первого блока сопряжения соединены с одноименными входами блока управления и вычисления, выходы данных, адреса и синхронизации которого соединены с одноименными входами второго блока сопряжения, первый и второй входы экстремумов второго блока сопряженйя соединены с одноименными выходами блока нормализации сигнала иэображения, первый и второй входы экстремумов и вход задания режима которого соединены с одноименным выходом второго блока сопряжения, выход данных которого соединен с информационным входом блока управления и вычисления, 1462360

Om п ог огр

Уи 2 О5

Составитель А.Пак

Редактор А,Огар Техред Л.Сердюкова Корректор Н.Король

Заказ 716(50 Тираж 667 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР !13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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