Устройство для выравнивания гистограмм

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫРАВНИВАНИЯ ГИСТОГРАММ(57) Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для статистической обработки информации, Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет обработки скользящих апертур различной длины. Устройство содержит группы элементов задержки, группу сумматоров и группы компараторов. 2 ил,обработи: Введео и связь,н19 м цифТехн во 19 8.5. Титце У. и Ше схемотехника: Сп . с нем,-М Мир,К. Полуп вочноеру 354-355,водникооводство, ис. 20.16. Изобретен ехнике и м стической ер изобра е отн ожет обраб жений осится к вычислитель- быть использовано для отки информации, наллел ации ительного фРтурынногортуры менПоставлеустройствоистограмм, сй элементов Целью изо функциона а за счет имирования сем скольз не превыш ртур длины ретенияьных вораллельрезультщимапеает задаот трех д является расширеэможностей устрой- ного рекуррентного атов операции СВГ Ртурам, длина котонную (т.е, для всехо й, где й задано).(2 ) 4927895/24 (2 ) 16,04.91 (4 ) 30.08.93, Бюл. М 32 (76) Научно-исследовательский институт тел визионной техники "Электрон" (7 ) С.А, Елманов (7 ) С.А, Елманов (5 ) 1. Авторское свидетельство СССР М 1312614, кл. О 06 Р 15/36, 1986.2. Очин Е.Ф, Вычислительные системы о работки изображений,-Л,: Энергоатом здат. Ленингр. отд-ние, 1989, с, 104-105, р с. 5.3, Структура полусистолического про- ц ссора локальной эквализации гистог- р м 3. Ярославский Л.П. Цифрова игналов в оптике и голограф в цифровую оптику. - М.: Рад 7, с. 229-238.4. Справочник по устройств обработки информации - К. Пар ов опе ам ра ключ уррент для апе олуче пеьное формирование результа- СВГ по скользящим апертуной длины (от трех до й но) возможно эа счет реормирования результата СВГ больших размеров на основе ранее результата СВГ для ьших размеров.нная цель достигается тем, что для локального выравнивания одержащее первую группу из задержки, вторую группу из йэлементов задержки, группу из й компараторов, причем элементы задержки первой группы соединены последовательно, введены третья группа из й элементов задержки, й компараторов, группа из й сумматоров, объединенные в й процессорных элементов, причем элементы задержки второй группы соединены последовательно, информационный вход устройства соединен с входами первых элементов задержки первой и второй группы и с первыми входами (21-1)-ых компараторов (1-1,й),. выход 1-го элемента задержки второй группы соединен с вторыми входами (21-1) и 21-го компараторов, выход 21-го элемента задержки первой группы соединен с первым входом 21-го компаратора, выходы (21-1) и 21-го компараторов соединены с первым и вторым входами 1-го сумматора, выход)-го сумматора О=1, й) соединен с входом -го элемента задержки третьей группы, выход которого соединен с третьим входом +1)-го сумматора и )-ым выходом устройства, третий вход первого сумматора соединен с входом нулевого кода устройства, выход й-го сумматора соединен с входом й-го элЕмента задержки третьей группы, выход которого является й-ым выходом устройства, тактовые входы элементов задержки первой, второй и третьей групп объединены и соединены с тактовым вхОдом устройства.Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием новых блоков: й компараторов, й сумматоров, группы из Й эле.ментов задержки, а также из связи между собой и с остальными элементами схемы,Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию "новизна".Сопоставительный анализ с другими техническими решениями показывает, что компараторы и сумматоры широко известны (4.Элемент задержки на один такт работы можно реализовать, как параллельный регистр на МЯ-триггерах, которые также широко известны (5. Однако введение известных элементов в указанной связи позволяет расширить функциональные возможности устройства за счет параллельного рекуррентного формирования результатов операции СВГ по скользящим апертурам различной длины,Это позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого решения критерию "Существенные отличия".На фиг, 1 представлена схема заявляемого устройства; на фиг. 2 - взаимное расположение точек окрестности Ок длины к и 0-2 длины (к), имеющих одну и ту же центральную 1-ю точку и отличающихся друг от друга двумя точками (1 ) и ( + ).2 2Устройство содержит первую группу 5 элементов 2.1, 2.22,й 2.2 й элементовзадержки, вторую группу элементов 3.1, 3.23,й задержки, третью группу элементов 4.1, 4.24.й задержки, группу компараторов 5,1, 5.25.й 5.2 й, группу 10 сумматоров 6.1, 6,26,й, объединенных в йпроцессорных элементов 1 1, 1.21.й, информационный вход 7 устройства, тактовый вход 8 устройства, выходы 9.1, 9.29,й устройства.15 Элементы 2,1, 2.22.2 й задержки первой группы, а также элементы 3,1, 3.2.3,й задержки второй группы соединены последовательно. Информационный вход 7 устройства соединен с входами элементов 2.1 20 и 3.1 задержки, а также с первыми входамикомпараторов 5.(21-1) (где 1-1,Й). Выход элемента 3.1 задержки соединен с вторыми входами компараторов 5.(21-1) и 5.21, Выход элемента 2.21 задержки соединен с первым 25 входом компаратора 5.21. Выходы компараторов 5.(21-1) и 5.21 соединены с первым и вторым входами сумматора 6 Л. Выход сумматора 6.1 (1-1, й) соединен с входом элемента 4,) задержки. Выход элемента 4.) 30 задержки соединен с третьим входом сумматора 6.)+1 и выходом 9.) устройства. Третий вход сумматора 6.1 соединен с входом нулевого кода устройства, Выходсумматора 6.й соединен с входом элемента 4,й задер жки, выход которого является выходом 9.йустройства, Тактовые входы элементов задержки 2.12.2 й; 3,13.й; 4.14 й объединены и соединены с тактовым входом 8устройства40 Перед изложением описания принципов работы устройства целесообразно отметить следующее.Операция скользящего выравниваниягистограммы (СВГ) широко используется 45 при обработке структурных сигналов, например телевизионных изображений с целью повышения их детальности (локальных контрастог)(3. Операция СВГ позволяет нелинейНо подавить низкочастотную и 50 усилить высокочастотную составляющиесигнала. При обработке иэображений возникает необходимостьгизменения размеров скользящей локальной окрестности (апертуры), по элементам которой идет формирова ние значений результата СВГ, т,е.необходимо параллельное формирование результатов операции СВГ для локальных окрестностей различных размеров. При операции СВГ значение х в центральной точке текущей локальной окрестности Оь, 1837326ючаюей в себя 1 точек, заменяется знаием Й его локального ранга,у = Кк, (1)у - результат операции СВ Г в 1-ой точке;В - локальный ранг значения х центьного элемента локальной окрестностиО - текущая локальная окрестность,ержащая К точек.Ок=(х) )= + (2)22Ранг й значения х равен количествуек иэ множества Сй значения х, в котох (х 6 О) не превышает х,вче гд то рь Як=и (х 1, х) хЕО(3) гд Ь(х 1, х) - признак результата сравнениязн ченийхих;1, если х х 0, если х ) хОк СЬ.2 Учитывая= -2+( Формирование результатов СВГ можно ос ществлять рекуррентно. Суть предлагаем го подхода заключается в следующем.Рассмотрим локальные окрестности рамичной длины, центральные точки котор х совпадают. Локальная окрестность О дл ны К с центром в 1-ой точке и локальная ок естность О:-2 длины(Ь 2) с центром в 1-ойто ке отличаются друг от друга двумя точкам (см. фиг, 2). Это значит, что результат операции СВГ для окрестности О равенре льтату операции СВГ для окрестности О 2 плюс вклад двух новых точек, т.е. резу ьтат операции СВГ можно формировать р уррентно, переходя от локальной окрест ости меньшей длины к локальной окрест ости большей длины. Такой подход к о ганизации вычислений позволяет в паралле ьно-конвейерном режиме осуществить и аллельное вычисление результатов опера ии СВГ для всех локальных окрестностей, равмеры которых не превышают заданный ер. Рекуррентная организация процесса слений позволяет свести к минимуму уемый объем вычислительных затрат, Локальные окрестности О и О(см. 2) отличаются двумя точками. х( - 1и х+ где М - нечетное,Выражение (6) описывает закон рекуррентного формирования результатовоперации СВГ в 1-ой точке для локальной5 окрестности длины 1 на основе полученногоранее результата операции СВ Г в -ой точкедля локальной окрестности длины (М) и результатов сравнения значений сигнала в 11 - 1 1 - 110 - 2, 2ой точке и в ( - в ) и ( + ) точках.Рекуррентное формирование результатовСВГ позволяет с минимальными вычислительными затратами для каждой 1-ой точкисигнала определить результат операции15 СВГ для всех локальных окрестностей, длина которых не превышает заданнуюй = Вк+ ь (х -- , х) + ь (х +; х)М - 1, 1( - 1,2 21 - нечетное. к= З,М Р)20 й =0где М - заданная константа, равна половинедлины локальной окрестности максимальной длины.Предложенное устройство реализует25 параллельное рекуррентное вычисление результатов операции СВГ по всем локальнымокрестностям, размеры которых не превышает заданный.Устройство работает следующим обра 30 зом.В начальный момент времени элементы2 12,2 й, ЗЛ.З.М, 4,14.й задержки обнулены.Пусть в текущем 1-ом такте работы па 35 раллельный код значения х текущего отсчета сигнала поступает на вход 7 устройства.Значение х с информационного входа 7 устройства поступает на входы элементов 2.1и 3.1 элементов задержки и на первые входы40 компараторов 5,(2)-1) Ц" 1 ч). На первые входы компаратора 5.2) поступает значение отсчета х) с выхода элемента 2.2) задержки,На вторые входы компараторов 2.(2)-1) и 2,21поступает значение отсчета х- с выхода эле 45 мента 34 задержки, Значения величин и (х;х) и и (х, х) с выходов компараторов 5.1и 5,2 поступают на первый и второй входысумматора 6.1, на третий вход которого поступает нулевое значение с входа нулевого50 кода устройства.На выходе сумматора 6.1 формируется(согласно (7 значение Вз", которое поступает на вход элемента 4.1 задержки. На выходе элемента 4.2 задержки сформировано55 значение Вз, поступившее на его вход впредыдущем такте. Значение Взс выходаэлемента 4.1 задержки поступает на выход9;1 устройства и третий вход сумматора 6,2,на вторые входы которого поступают значения ь(х; х) и ь(х; х) с выходов компара 1837326 810 времени. 15 20 25 30 компараторов первой группы и с входами.35 1-го элемента задержки третьей группы сое: динен с входом (1+1)-го элемента задержки 40 мента задержки четвертой группы соединен45 1-м выходом устройства и с третьим входом (1+1)-го сумматора группы, третий вход пвр 50 торов 5,3 и 5.4. На выходе сумматора 6.2 формируется (согласно (7 значение В 5 , которое поступает на вход элемента 4.2 задержки. На выходе элемента 4.2 задержки сформировано значение В 5 з, поступившее 5 на его вход в предыдущем такте, Значение В 5 с выхода элемента 4.2 задержки. поступает на вход 9.2 устройства и на третий вход сумматора 6.3. и т.д. Таким образом, в 1-ом такте работы на выходе. 9 А(-1,й) формируется значение Вд+т. С приходом очередного тактового.,импульса в элементах 2 12.2 й, 3 13.й, 4,14 й осуществляется запись новых значений с их входов (по переднему фронту тактового импульса) и сдвиг информации (по заднему фронту. тактового импульса) и начинается новый такт работы устройства. В (1+1)-ом такте работы на выхокде 9.к(1=1,Й) формируется значение В 2 к+1,Устройство работает в параллельно- конвейерном режиме (вычисления в ПЭ 1.11.й проводятся параллельно и результаты, полученные в текущем такте в предшествующем ПЭ, используются в последующем такте в следующем ПЗ) и в каждом такте работы на выходе 9,И устройства будет формироваться значение результата операции СВ Г по скользящей окрестности размерами (21+1) для соответствующей точки. Предлагаемое устройство позволяет в каждом такте работы параллельно формировать результаты СВ Г для всех локальных окрестностей различной длины, не превышающих заданную, в отличие от устройства-прототипа, в котором фоРмируется результат операции СВГ для одной локальной окрестности заданной длины, Параллельное формирование результатов СВГ по окрестностям различной длины позволяет расширить функциональные возможности заявляемого устройства, расширить область его применения и повысить эффективность обработки различного рода сигналов. Рекуррентная организация процесса вычислений позволила свести уровень аппаратурных затрат к минимуму и их обьем не превышает объема аппаратурных затрат в устройстве-прототипе,Устройство работает в конвейерном режиме и его высокое быстродействие позволяет использовать его в различного рода быстродействующих специализированных системах обработки сигналов, например в автоматизированных системах обработки изображений.Предполагаемый экономический эф.фект от использования изобретения заключается в расширении области применения устройства, повышении точности обработки сигналов, а также в экономии машинного Формула изобретения Устройство для выравнивания гистограмм, содержащее три группы элементов задержки и первую группу компараторов, причем выход 1-го элемента задержки первой группы (где 1=1, й) соединен с входом 1-го элемента задержки второй группы, выход 1-го элемента задержки второй группы подключен к входу(1+1)-го элемента задержкипервойгруппы, отличающееся тем,что, с целью расширения функциональных возможностей за счет обработки скольэящих апертур различной длины, в него введены четвертая группа элементов задержки, вторая группа компараторов и группа сумматоров, причем информационный вход устройства соединен с первыми входами первых элементов задержки первой и трвтьей групп, выход 1-го элемента задержки второй группы подключен к первому вхо.".ду 1-го компаратора второй группы, выход этой группы и с вторыми входами 1-х компараторов первой и второй групп, выходы 1-х компараторов первой и второй групп подключены:к первому и второму входам 1-го сумматора группы, выход 1-го сумматора группы подключен к входу 1-го элемента звдержки четвертой группы, выход 1-го элевого сумматора группы является входом начальной установки устройства, тактовыйвход которого соединен с тактовыми входами элементов задержки всех групп,1837326 2 У.1ЮцГ / тавитель С.Елма ред М,Моргентал М.Пе Карре р М.Кузнецо 286 И Госуд и од, ул. Гагарина,енно-издательский комбинат "Патент", г. роизв Тираж Подписное венного комитета по изобретениям и открыти 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5