Устройство для обработки сигналов изображения

СОЮЗ СОВЕТСНИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСКИ 19) И)4 Г Об Р ОБР ПЬСТВУ ли Р эле,Эгипти8. 8) с рафия иений накропроцес"1986,Микротомо ка изображ 226", - М ис темь ство СССР37/28, 198 идетел Н 01,1(57) Иэобрет мам обработк ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТПРИ ГКНТ СССР(56) Сасов А,П,цифровая обработмикроЭВИ "Искрасорные средстваУ 1, с. 53-58.Авторское свУ 1105961, кл. ВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ СИГЕНИЯние относится к систеинформации, в частности к устройствам о бработки и визуаэации изображений, Целью изобретения является повышение точности анаиэа 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 нормализации сигнала иэображения, 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.1462360 Изобретение относится к системамобработки информации, в частностик устройствам обработки и визуализации иэображений,Цель изобретения - повышение точ 5ности анализа объекта по его изображению эа счет улучшения условий выделения малоконтрастных деталей.На фиг.1 представлена функциональная схема, поясняющая работуустройства: на фиг.2 - эпюры характерных сигналов и их гистограммы приразличных 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 преобразователь (АЦП) 6, первый блок 7сопряжения, 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 егогистограмма 13 после нормализации,выходной сигнал 14 изображения и егогистограмма 15 при адаптивном . к распределению уровней ограничении. 30Устройство работает следующим образом.Под управлением синхрогенератораосуществляется синхронизация датчика 2 сигналов изображенйя и ихприемника, например видеоконтрольного блока 3.В режиме автоматической нормализации сигнал 1 О изображения с выходадатчика 2 поступает на информацион. - 40ный вход блока 5 нормализации сигнала иэображения. В интервале времени кадра детекторами экстремумов(максимума и минимума ), входящими всостав блока 5, производится измерение с преобразованием в циФровуюформу максимального и минимальногозначений сигнала изображения, Во время обратного хода по кадру измеренные значения через коммутаторы,входящие в блок 5, переписываютсяв соответствующие регистры экстремумов (максимума и минимума ) такжевходящие в блок 5. В следующем кадре по результатам анализа под воздействием копов экстремумов, записанных в регистрах, осуществляется привязка минимального значения сигналаизображения к уровню черлоео (Г),а максимального значения к уровню белого (1 ). Нормализованный сигнал 12 изображения поступает на вход А 11 П 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 ЭВМ (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 ЭВМ 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 ограничения314623604уст ш л влиняются на О сно Ве анализ ястатистических свойств сигнала изображения, Нормализованный сигнал изображения вводится в блок 8 через пер вый блок 7 сопряжения, Первый бдок 7сопряжения может быть выполнен ввиде контроллера прямого доступа коперативной памяти блока 8 или иметьв 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 15следования элементов изображения, адля идентификации адреса элемента впределах поля изображения на негоподаны кадровые синхронизирующие им:.пульсы от синхрогенератрра 1. Для 20обеспечения возможности подключенияк блоку 8 кроме первого блока 7 сопряжения и других источников информации в первом блоке 7 сопряжениядолжна быть предусмотрена возмож- . 25ность отключения его выходов от входов блока 8, например, путем установки выходов первого блока 7 сопряжения в состояние высокого выходногосопротивления. В блоке 8 производит" 30ся анализ распределения уровней всигнале изображения путем вычисленияего гистограммы,На фиг.2 показаны примеры сигнала10 изображения с выхода датчика 2,где Б - максимально возможное зна 1 п Пчение этого сигнала,и его гистограмма 11, По оси абсцисс отложены значения входного сигнала, а по осиординат - частоты появления этих 4 Означений в сигнале за время кадра.Позиция 12 отображает тот же сигналпосле нормализации, а его гистограммар вычисленная по формулеГ(11)пи 45иМ:огде Ю - номер уровня сигнала изображения (принято, что осуществляется преобразованиесигнала в 8-разрядный код, 50т,е. М = 0 - 255);п - число элементов изображенияив кадре, соответствующееуровню сигнала изображения Я,обозначена позицией 13. 55 35 где Для вычисления уровней ограничения входного сигнала Пи П по запросу блока 8 оператор вводит в блок 8 уровень ограничения, например, в К% т наиболее частовстречающихся уровней, принятых нафиг.2, позиция 13 за 100%. В блоке8 вычисляются значения М и И , соответствующие выбранному уровню ограничения, Иэ условия геометрическогоподобия гистограмм 11 и 13 ненормалиэованного и нормализованного сигналов 1 О и 12 находим, чтоСмаке - УмкнПе + Ю- -----огрс мкнУмакс - 11 мкнБы + Яаиогр 2 мкн Фмаксгде Ю , =- 255 при испопьзовании8-разрядного АЦП 6,Необходимые для расчета значения11 ми Бмакс вводятся в блок 8иэ соответствующих детекторов блока5 через второй блок 9 сопряжения,Значения Пи Биз блока 8через 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 Псгр и 11 вгр. Гистограмма такого сигнала представлена на позиции 15, фиг.2. При этом улучшается визуализация участков изображения, соответствукюцих среднимуровням 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 видБс при Бвх ЪБогрг Цк Й) = АП И) р П П (Е)ипри П в (11 ,Ув Б 4 А = -----1 Уогр 1 11 огр 1Таким образом, второй блок 9 сопряжения должен обеспечивать четыре направления передачи информации: два с выхода данных блока 8 (на входы регистров максимума и минимума блока 5) и два на вход данных блока 8 (с детекторов максимума и минимума блока 5). Направление передачи задается35 5 14623 программно из блока Я и сопровождается установкой соответствующего кода на адресном выходе блока 8, Для это" го второй блок 9 сопряжения должен5 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 О ния.Таким образом описанное устройство может осуществлять автоматическую нОрмализацию экстремумов сигнала ивображения, а при необходимости . 15 етого ограничение с масштабированием, в том числе и адаптивное, для улучшения условий визуального восприятия ивображения наблюдаемого объекта, Как следствие этого, задавая различ О фе уровни ограничения, можно осуществлять 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 дПя 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 электронного микроскопавозможны 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 6на них излучения, изображения которых вследствие обработки отображаются на экране блока 3 в одинаковом диапазоне яркостей,Ф о р м у л а 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, отличающееся тем, что, с целью повышения точности анализа объекта по его иэображению за счет улучшения условий выделения мало- контрастных 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 Составитель А.Пак ектор Н,Король Редакто гар Техред Л.Сердюкова Тираж 667 венного комитета по 113035, Москва, Ж-З ГКНТ СССР ский комбинат "Патент", г. Ужгор Гагарина,Производственно-издате От Уп Уог огр Уи з 716(5НИИПИ Госу Подписноеобретениям и открытиям Раушская наб., д. 4/5