Устройство для обработки изображений

САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ВТОРСНОМУ ТЕПЬСТ.Ф. Гнидченко81.391.19(088.8)вторское свидетель260, кл. С 06 К 9/ о СССР 25.07 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР(54) УСТРОЙСТВО ДЛЧ ОБРАБОТКИ ИЗОБРАЖЕНИЙ(57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и можетбыть использовано автономно или всоставе специализированных вычислительных систем распознавания зрительных средств в условиях действия шумов.Цель изобретения - расширение областиприменения за счет возможности вьщелений контуров, Устройство содержитблок 1 ввода бинарного изображения,цифровой фильтр 2, регистр 3 и арифметико-логический блок (АЛБ) 4, выходыкоторых образуют шину данных устоойст.801603408 ва, блок 5 вывода бинарного изображения, четыре блока 6-9 задания режимов,блок 10 управления и блок 11 синхронизации, синхронизируюцдй работу блоков ввода 1 и вывода 5 бинарного изображения, цифрового фильтра 2, регист."ра 3, АЛБ 4 и блока 10 управления.Первая группа выходов, блока 10 управления образует шину адреса, а втораягруппа выходов - шину управления устройства. Каждый из блоков 6-9 заданиярежимов содержит три группы входов,первая из которых соединена с шинойданных, вторая - с шиной адреса, третья - с шиной управления устройства.Выходы первого блока 6 задания режимовсоединены с выходами цифрового фильтра 2, выходы второго блока 7 - с входами регистра 3, выходы третьего блока 8 - с входами АЛБ 4,выходы четвертого блока 9 - с входами блока 5 выво-да бинарного изображения, 6 ил.,2 табл.орректор Т, Малец едактор А. Реви ельскиц комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагар оизводственно-из ьо=ьввь(ьвГьв(Р,г 3 каз 3387 Тираж 562НИИПИ Государственного комитета по изобретениям 113035, Москва, Ж; Раушская на Подписноеоткрытиям при ГКНТ ССС д, 4/5Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к устройствам для коррекции изображений при воздействии шумов, и может быть использовано автономно или в составе специализированных вычислительных систем распознавания .зрительных образов в условиях действия шумов,Цель изобретения " расширение области применения устройства за счет возможности выделения контуров.Структура матрицыР;, представляющая бинарное изображение, такова, что темным клеткам изображения соответствуют отсчеты ( Р; ) , равные 1, а светлым " равные О, Для удаления шума в виде темных точек, пятен и тонких линий необходимо сначала 2 О бинарное изображение сжать, что достигается выполнением логической операции: О п Б =Г к - в(1) 25 в- 0 0 Б;+к;+е , (2) к:-т е:-л ,35 или эквивалентной ей операции; Ю глД Д Б, 1 (3)к -т е=-слДля удаления на бинарном изображении шума в виде белых участков необходимо сначала бинарное иэображение расширить (выполнить операцию (3, а затем получившееся промежуточное изображение сжать (выполнить операцию (1.Использование логических операций (1), (3) для преобразования бинарного изображения позволяет удалять темные и светлые шумовые области, поперечные размеры которых достигают 2 ш клеток,Операции (1) и (3) могут быть выполнены рекурентно за ш тактов с помощью операций".И) д д (е 11Рке: - 1(4) Чтобы восстановить размеры и форму нешумовых Фигур, необходимо затем получившееся промежуточное изображение с отсчетами Б расширить (расфокуО сировать), что достигается выполнением логической операции:Р;Б;,ЯК Ц ФРовой Ф ьтр 2 содерт элемен ты 12 - 19 задержки, из них шесть однотактных элементов 12-19 задержки и два элемента 14 и 17 задержки на (и) тактов (где и - количество отсчетов вдоль строки изображения), коВ этом случае размер удаляемых шумовых областей определяется количеством шагов с рекурентных операций (4)и (5),На Фиг. 1 изображены Функциональная схема предлагаемого устройства;на Фиг. 2 - Функциональная схема цифрового Фильтра; на фиг. 3 - функциональная схема блока задания режимов;на Фиг. 4 - Функциональная схема регистра; на фиг. 5 - Функциональнаясхема блока управления; на фиг. б -Формирование выходных Функций цифрового фильтра,Устройство содержит блок 1 вводабинарного изображения, цифровойФильтр 2, регистр 3, арифметико-логический блок (АЛБ) 4, выходы которыхобразуют шину данных (ШД) устройства,блок 5 вывода бинарного изображения,четыре блока 6 - 9 задания режимов,блок 10 управления и блок 11 синхронизации, выход которого подключен ктактовым входам блока 1 ввода и блока 5 вывода бинарного изображения,цифрового фильтра 2, регистра 3, АЛБ4 и блока 10 управления. Первая группа выходов блока 10 управления образует шину адреса (ША), а вторая группавыходов - шину управления (ШУ) устройства. Каждый из блоков 6 - 9 заданиярежимов содержит три группы входов,первая из которых соединена с ШД, вторая - с ИА, третья - с ШУ устройства,Выходы первого блока 6 задания режимов соединены с входами цифровогоФильтра 2, второго блока 7 - с входами регистра 3, третьего блока 8 - свходами АЛБ 4 а четвертого блока 9 Эс входами блока 5 вывода бинарногоизображения.5 160340 торые соединены последовательно так, что после двух однотактовых элементов задержки включен один элемент задержки на (и) такта. Цифровой Фильтр 2 также содержит второй 20 и третий 21 эле 5 менты И, элемент ИЛИ 22, первый элемент И 23, первый 24 и второй 25 элементы ИСКЛЮЧА 1 О 1 ЕЕ ИЛИ, два входа 26 и 27 управления, информационный вход 28 и выход 29, причем первый вход 26 управления соединен с первыми входами элементов ИСКЛ 1 ОЧАЮЩЕЕ ИЛИ 24 и 25, а второй вход 27 управления соединен с вторым входом элемента ИЛИ 22. Пять входов второго элемента И 20 соединены соответственно с выходами элементов 12, 14, 15, 16 и 18 задержки, четыре входа третьего элемента И 21 соединены соответственно с выходом элемен та ИСКЛОЧАЮЩЕЕ ИЛИ 24 и выходами элементов 13, 17 и 19 задержки, а его выход соединен с первым входом элемента ИЛИ 22, Входы первого элемента- И 23 соединены с выходами второго эле мента И 20 и элемента ИЛИ 22, а выход - с вторым входом элемента ИСКЛ 1 ОЧАЮЩЕЕ ИЛИ 25, выход которого является выходом 29 цифрового фильтра, Вход первого однотактного элемента 12 задержки соединен с выходом первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 24, второй вход которого является информационным входом 28 цифрового фильтра. 35 Шина данных устройства организована так, что каждый выход блоков 1-4 образует один разряд данных: цифрового фильтра (11 Ф) 2 - ШДО, регистра 3 ШД 1, АЛБ 4 - ИД 2, блока 1 ввода бинарного изображения - ШДЗ. Информация по ЩЦ подается через вход 34 данных (фиг. 3) блоков 6-9 задания режимов на информационные входы мультиплексора 30, с помощью которого тот или иной разряд ЩД подключается к выходу данных блока задания режимов. Номер комКаждый блок 6-9 задания режимовсостоит из мультиплексора 30, дешифратора 31, элемента И 32, регистра33 и имеет три группы входов: вход34 данных, вход 35 адреса и вход управления, состоящий из входа 36 сигналов управления и входа 37 сигнала записи (ЗП). Вход адреса подключен квходу дешифратора 31, выход которогосоединен с первым входом элемента 45И 32. Второй вход элемента И 32 соединен с входом 37 сигнала ЗП, а выход - с входом записи регистра 33,к входам которого подключены входы36 сигналов управления. Выход мультип 50лексора 30 образует выход 38 данныхблока. Первая группа выходов регистра33 соединена с управляющим входоммультиплексора 30 (в блоке 7 эта группа, кроме того, образует выход 39 адреса, так как в блоках 6, 8 и 9 выходадреса не используется). Вторая группа выходов регистра 33 образует выход 40 управления блока,8 6Регистр 3 состоит из оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) 41, . двух счетчиков 42 и 43, двух суммато", ров 44 и 45, постоянного запоминающег устройства (ПЗУ) 46 и схемы 47 управления, а также имеет вход 48 данных, вход 49 адреса, вход 50 управления и выход 51. Адресные входы ОЗУ 41 соеди иены с выходами счетчиков 42 и 43, входы которых соединены соответственно с выходами первого 44 и второго 45 сумматоров. Первые входы сумматоров 44 и 45 соединены с выходами ПЗУ 46, а вторые - с выходами первого 42 и второго 43 счетчиков соответственно. Вход 49 адреса регистра 3 подключен к входу ПЗУ 46, вход 48 данных - к информационному входу ОЗУ 41, управляющие входы которого подключены к первому выходу схемы 47 управления, а выход является выходом 51 регистра 3, Вход 50 управления соединен с входом схемы 47 управления, второй выход которой соединен с входами управления счетчиков 42 и 43.Блок 10 управления содержит первый 52 и второй 53 счетчики, ПЗУ 54 и имеет вход 55 запуска, соединенный с первым входом счетчика 52, вход 56 сброса, соединенный с первым входом счетчика 53 и вторым входом счетчика.52, выход 57 адреса, который образует шину адреса устройства, выход 58 сигналов управления и выход 59 сигнала записи, которые образуют шину управления устройства. Выход первого счетчика 52 является выходом 59 сигнала ЗП и соединен с вторым входом второго счетчика 53, выходы которого соединены с адресными входами ПЗУ 54. Первая группа выходов ПЗУ 54 является выходом 57 адреса, а вторая группа выходов ПЗУ 54 - выходом 58 сигналов управления блока.Устройство работает следующим образом.мутируемого разряда ШД определяетсядвоичным кодом на управляющем входемультиплексора 30, поступающим с ныхода регистра 33,Регистр 33 функционально являетсярегистром состояния, на вход которогоинформация поступает по ШУ устройствачерез вход 36 блока задания режимовИнформация записывается в регистр 33по сигналу записи, поступающему навход регистра 33 с входа 3 7 блока задания режимов через элемент И 32. Сигнал ЗП на выходе элемента И 32 появляется при наличии сигнала на выходедешифратора 31, который является дешифратором адреса. Цвоичный код адресаподается по ША устройства на вход 35адреса блока задания режимов.Пусть блок 6 задания режимов имеет 20адрес О, блок l - 1, блок 8 - 2 иблок 9 - 3. Слово состояния, записываемое в регистр 33 с выхода 36 блоказадания режимов, представляет собойвосьмиразрядный двоичный код ШУОШУ 7,2причем четыре младших разрядаШУОШУЗ образуют группу выходов 39адреса блока задания режимов, а четыре старших разряда ШУ 4 ШУ 7 - группу выходов 40 управления. 30Код адреса, сигнал ЗП и сигналыуправления поступают на входы блоковб - 9 задания 1 ежимов (фиг. 1) по ШАи ШУ устройства с ныхода блока 10 уп-равления, работающего следующим обра Взом. В конце каждого кадра разверткиизображения на вход ВВ запуска .(Фиг. В) блока 10 управления поступаеткадровый синхроимпульс, разрешающииработу счетчика 52. На ныходе счетчи- щка В 2 формируются И импульсов (гдеИ - количество блоков задания режимовв устройстве), которые поступают на.тактовый вход второго счетчика ВЗ ина выход В 9 сигнала записи. С выхода второго счетчика ВЗ двоичный кодподается на адресные входы ПЗУ В 4,где хранится последовательность микрокоманд. Каждая микрокоманда содержитадрес блока задания режимов (поступает на выход В 7 блока 10 управления)и двоичный код В 1 УОШУ 7 (поступаетна выход В 8 блока 10 управления). Таким образом, блок 10 управления представляет собой блок микрокомандногоуправления, вырабатывающий на ША иШУ устройства в течение кадровогосинхроимпульса Ы микрокомацц, каждаяиз которых сопровождается импульсом записи. Общее количество микрокоманд,хранящихся н ПЗУ 54, определяетсяконкретной программой обработки изображения, В исходное состояние счетчики В 2 и ВЗ переходят по сигналу сброса, поступающего на вход В 6 блока 10управления,Цифровой фильтр (ЦФ) 2 работаетследующим образом. Отсчеты бинарногоизображения, получаемые на выходе блока 1, подаются с тактовой частотой,определяемой блоком 11 синхронизации,через мультиплексор ЗО блока 6 задания режимов на информационный вход28 Цф 2, В цифровом фильтре 2 с помощью элементов 12-19 задержки вьделяются соответствующие отсчеты матрицы изображения (формируется электронное окно размером ЗхЗ элемента разложения бинарного изображения), над которым,посредством элементов И 20,21 и 23, ИЛИ 22 и ИСКЛИЧА 10 ЩЕЕ ИЛИ 24и 25 в зависимости от сигналов на управляющих входах 26 и 27 выполняетсяоперация (1) (сигнал на входах 26 и27 равен "0") или операция (3) (сигнал на входе 26 равен "1", а сигнална входе 27 равен "0").Схема цифрового фильтра 2 позволяет Формировать различные выходныеФункции цифрового фильтра в зависимости от сигнала на управляющем входе 27.Если на входе 27 сигнал равен "0",то в Формировании выходного сигналаучаствуют центральная точка Р элео,октронного окна и восемь соседних сней (Формируется восьмисмежная область). Если входной сигнал пропуститьчерез Цф 2 ш раз, то это будет соответствовать выполнению.рекурентногосоотношения (4) или (В):(Ц й-)88; = Л Й Р, , (6)и)" - и)К 8 = Д Д,8; (7)к:- Е=-что соответствует обработке входногоизображения в метрике:Й = шах х,угде й - расстояние между двумя точками;х - расстояние между точкамивдоль строки сканирования (по оси Х), выраженное в единицах отсчетов бинарного изображения;1 О 9 160340У - расстояние между точками покадру (по оси У).На йиг. ба показана выходная йункция цифрового Фильтра для ш = 4 при равенстве "0" сигнала на входе 27.Если сигнал на входе 27 равен "1", то в йормировании выходного сигнала участвуют точка Р,о электронного окна и четыре соседних с нею, располо" 10 женные по осям Х и 7 (формируется 4-смежная область). В этом случае выражения (4) и (5) записываются следую" щим образом: 15 25 Й= х+у,й =х + угде Й- рас(1 " (- И)чФо соответствует обработке входногоизображения в метрике: На йиг. бб показана выходная функция цифрового Фильтра для ш = 4 при 30 равенстве "1" сигнала на входе 27.При соответствующем чередовании операций (6), (7), (8) и (9) можно обработать входное изображение в метрике:35 стояние между двумяточками, округленное доближайшего целого числаНа йиг. бв показан пример формирования круглой апертуры ЦФ 2 для ш=4.Регистр 3 общего назначения 3 предназначен для хранения одного кадра об рабатываемого бинарного изображения, компенсации паразиткой задержки изображения, возникающей в других блоках устройства и преобразования видов разверток: черезстрочную развертку в."прогрессивную (малокадровый режим) и наоборот. Преобразование видов разверток необходимо для согласования работы устройства с работой блока 1 ввода и блока 5 вывода изображений, так как обработка изображений в уст ройстве происходит строка за строкой, , а ввод и вывод может осуществляться в черезстрочном режиме. Входная информация с ШД устройствачерез мультиплексор 30 блока 7 задания режимов поступает на вход 48 регистра 3 и далее на инФормационныйвход ОЗУ 41, имеющего емкость (пхтп)бит (где и - количество отсчетов встроке, ш - количество строк в кадре).Сигналы управления, необходимые дляфункционирования ОЗУ 41, вырабатываются схемой 47 управления, которая взависимости от сигналов на входе 50управления определяет режим работыОЗУ 41: запись, чтение, хранение, Адрес каждой ячейки ОЗУ выбирается счетчиками 42 и 43, Счетчик 42 (его коэфФициент счета равен и) формирует адрес по строке изображения, а счетчик43 (его коэйфициент счета равен ш)по кадру. В случае ввода изображенияв ОЗУ 41 или вывода из него в черезстрочном режиме счетчик 43 в течениепервого полукадра развертки выбираетячейки памяти ОЗУ, соответствующиенечетным строкам, а. в течение второгополукадра выбирают ячейки памяти, соответствующие четным строкам прогрессивной развертки. В малокадровом реллме счетчик 43 наращивает адрес последовательно: строка за строкой.Для компенсации паразитной задержки изображения служат сумматоры 44 и45 и ПЗУ 46, в памяти которого хранятся величины задержки по строке и покадру, возникающие в соответствующемблоке устройства. Величина задержкипо строке поступает на вход В сумматора 44, а величина задержки по кадрупоступает на вход В сумматора 45. Величины задержек в конце кадра сканирования суммируются в сумматорах 44 и45 с начальными адресами счетчиков42 и 43 и результат сложения в началекадрового синхроимпульса записываетсяв счетчики 42 и 43 по сигналу от схемы 47 управления. Результат сложениябудет начальным адресом счетчиков 42и 43 в следующем кадре.Блок 9 задания режимов позволяетподключить вход блока 5 вывода бинарного изображения к требуемому разрядуШД устройства, т,е. к одному из выходов блоков 1-4,Таким образом, устройство для обработки изображений представляет собой автомат с микропрограммным управлением, отдельные блоки которого вы-,полняют те или иные функции в зависимости от содержания микрокоманды, пос11 1 б 0340 тупающеи от блока 10 управления на входы соответствующих блоков 6 - 9 задания режимов.В табл . 1 приведен пример кодировки микрокоманд и список операций, ко5 торые выполняют отдельные блоки устройства при поступлении микрокоманды,(в табл, 1 под символом Н подразу" мевается безразличное состояние),В табл. 2 приведено несколько примеров простейших программ обработки изображения, поступающего с выхода блока 1 ввода бинарного изображения. В табл, 2 подразумевается, что блок 1 ввода работает в режиме прогрессивной развертки, а блок 4 вывода - н режиме черезстрочной развертки, Микрокоманды, не изменяющие состояние блоков устройства (пустые операции), отмечены 20 пробелами н праной графе таблицы,Устройство для обработки изображений отличается широкими Функциональны" ми возможностями и позноляет решать 25 широкий класс задач по обработке изображений: повышать достоверность рас- познавания изображений путем накопления совпадающих сигналов, выделять контуры изображений, производит селек- Зо цию дефектов изображений объектов удаление темных и светлых шумовых областей заданного размера и т.п. Формула изобр етения35 Устройство для обработки изображе" ний, содержащее блоки ввода и вывода бинарного изображения, цифровой фильтр, блок синхронизации, выход которого подключен к тактовым входам блоков ввода и вывода бинарного изображения и цифрового фильтра, причем цифровой Фильтр содерхит последова-. тельно соединенные первый и второй од 45 нотактные элементы задержки, первый элемент задержки на (и) такта, где и - количество элементов разлохения в строке изображения, третий и четвертый одноактные элементы задержки, второй элемент задержки на (и) такта, пятый и шестой однотактные элементы задержки, а также первый элемент И, первый элемент ИСКЛ 1 ОЧА 10 ЩЕЕ . ИЛИ, выход которого соединен с входом первого однотактного элемента, вто 8 12рой элемент ИСКЕОЧА 1 ОЩЕЕ ИЗБ, второйвход которого соединен с выходом первого элемента И, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью расширения области применения за счет возможностивыделения контурон, н него введенырегистр, арифметико-логический блок,четыре блока задания режимов и блокуправления, причем цифровой Фильтрдополнительно содержит второй и третий элементы И и элемент ИЛИ, входыпервого элемента И соединены соответственно с выходами элемента ИЛИ и второго элемента И, входь которого соединены соответственно с выходами перного, третьего, четвертого, пятогооднотактных элементов задержки и первого элемента задержки на (и) такта, входы третьего элемента И соединены соответственно с выходами первого элемента ИСКЛ 10 ЧА 10 ЩЕЕ ИЛИ, нгорогоэлемента задержки на (и) такта, второго и шестого однотактных элементовзадержки, а выход третьего элемента Исоединен с первым входом элементаИЛИ, при этом выходы блока ввода бинарного изображения, второго элемента ИСКЛ 10 ЧА 10 ЩЕЕ ИЗБ, регистра и арифметика-логического блока подключены кпервым группам входов данных блоковзадания рехимов, первая группа выходов блока управления подключена кгруппам входов адреса блоков заданиярежимов, а его вторая группа выходов -к группам входов управления блоковзадания режимов, выход данных первогоблока задания режимов подключен к второму входу первого элемента ИСИПОЧАЮЩЕЕ ИЛИ, первый и второй выходы управления первого блока задания реюмов подключены соответственно к первым входам первого и второго элементов ИСКЛ 10 ЧА 10 ЩЕЕ ИЛИ и к второму входуэлемента ИЛИ выходы данных и управления второго, третьего и четвертогоблоков задания режимов подключены соответственно к входам данных и управления регистра, арифметико-логического блока и блока вывода бинарногоизображения, выходы адреса второго.блока задания режимов " к адреснымвходам регистра, а тактовые входы регистра, арифметико-логического блокаи блока управления соединены с выходом блока синхронизации.14 1 З 1603408 Таблица 1 выполняемаяФ,5 Адрес мультипексора ЗО перациялоками од управл рес блв 6:Т 4 ШУЗ ШУ 2 ШУ 1 ШУО ШУ 7 ШУ 6 ШУ Цф 2 ыполняетсяН Н О Н Н О Н Н " О О О 1 ыполняет ыполняет ыполняется Регист Запи малокадровом р ежимеЧтение в кадровол режимеЗапись лри черезстрочнойразверткеЧтение при черезстрочной развертке Н 1 вывода Вывод изображветствующей ДДется кодом на ия с соот (опр еделя УС, ШУ 1) АЛБ 4 Определяется цей выполняем функцийОп таблиых т 1 Определя номер ШД подключа мой к вх ду А АЛБ мер Щц, подключаемой к входу В АЛБ схемы Табли 2 од микрокоманды ес блок перацияблоками ыпол ня емая У 7 Шуб ШУ 5 ШУ 4 ШУЗ ШУ 2 Ы 1 Ы А. Удаление темных пятен 1 кадрф выполняет операц отсчетами изображ оступающего с выход лака 1Определяетсятаблицей выполняемыхфункций конкретной Определя ет номер шины дан ных, под ключаемо к входу блока 8-смежным окном операция (6) операция (7) операция (8) операция (9)1 б 1 Б 03408 Цродолжение табл Код микрокома ация, выполняемая 1 Регистр 3 записывает информацию с выхода ЦФ в малокадровом (МК) режи Н м Н Н Н Н ж маВШ Юа кадр операцию с выход аписывает и выхода ЦФ в Н, 1 ырацию (7выхода ЦФ вып н ор ст Ре фо МК вает индаЦФ в а с вых ежиме Н Н Н Нщ еаа О О0 1 Регистр 3 считывает ин формацию в черезстрочн Н Н И Н Н Н Н Н 1 ежиме Н Н Н Н Н, Н Н Н ок 5 подключен кгистра 3 еление контура изображения объектов 1 1 О Н аписывает инвыхода ЦФ в МК Н Н Н Н Н Н 2 кад 0 О Регистр формаци МК режи кадре ШУ 7 ШУ 6 ШУ 5 Ш ЦФ выполняес информацирегистр 3Регистр 3 зформация сМК режиме няетацией33 запи 1 кадрЦФ выполняет операцию (6с информацией с выходаблока 1Регистр 3 зформацию срежиме записывает инвыхода АЛБ в и считывает инзаписанную в 11603408 Адрес блоков6 - 9 Код микрокоманды перация, выполняемаялоками 2 - 5 3 кадр О О Н . Н Н Н О 1 Н Н Н Н О 1 Блок 5 подключен к выходурегистра 3 ШУ 7 ШУ 6 ШУ 5 ШУ 4 ИУЗ ШУ 2 ШУ ШУО ША 1 ШАО О 1 1 О 1 1 0 Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н 1 1 Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н О 1 18Продолжение табл. 2 А+В - АЛБ выполняет операцию, исключающее ИЛИ сданными с выхода блока 1и с выхода регистра 3 Регистр 3 считывает инФормацию в черезстрочномрежиме