Устройство для фильтрации бинарного изображения

СОНй СОВЕТСНИСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН,(1% И 1) 50 4 С 06 К 9/40 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФИЛЬТРАЦИИ БИНАРНОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ(5) Изобретение относится к устройствам предварительной обработки изо-бражений и подчеркивания информационных признаков объекта. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства за счет вазможности выделения контуров и удаления шумов в виде пятен на бинарном изображении. Принцип работы устройства заключается в подсчете количества единичных элементов изображения в пределах фильтрующей апертуры. Это количество сравнивается с заданными порогами, что и определяет результат обработки текущего элемента изображения. Подсчет количества единичных элементов осуществляется с помощью рекурентной процедуры в процессе сканирования изображения. Устройство отличается простотой изменения алгоритма обработки, размеров и формы фильт- Я рующей апертуры. 4 ил.Изобретение относится к автоматике и вычислительной. технике и можетбыть применено автономно или в составе специализированной быстродействую.)щей вычислительной системы распозна. вания зрительных образов в реальномвремени,Цель изобретения . расширение функциональных возможностей устройстваза счет возможности выделения контуров и удаления на бинарном изображении шумов в виде пятен,На фиг.1 представлена функциональная схема устройства; на фиг.2 - порядок сканирования изображения; нафиг.3 - примеры Фильтрации изображения; на фиг.4 - положение отсчетовдля различных фильтрующих апертур.Устройство (фиг1) содержит блок 1 2ввода изображения, блок 2 элементс)взадержки, блок 3 вывода изображения,блок 4 синхронизации, сумматор-вычитатель 5, элемент б задержки, сумматор 7, накапливающий сумматор 8,блок 259 сравнения.Выход блока 1 ввода подключен квходу блока 2 задержки, два выхода которого соединены соответственно сдвумя информационными входами сумма- ЗОтора-вычитателя 5. Первь 1 й информационный вход сумматора 7 подключенк выходу сумматора-вычитателя 5, авторой информационный вхоц - к выходуэлемента б задержки, Вьгход сумматора7 подключен к входу элемента б задержки и к информационному входу накапливающего сумматора 8. Первый вход блока 9 сравнения соединен с выходом сумматора 8, второй является пороговым входом устройства, а выход - с информационнь(м входом блока 3 вывода. Входы синхронизации блоков 1 и 3, блока 2 элементов задержки, элемента 6 задержки, сумматоравычитателя 5, сумматоров 7 и 8 и блока 9 сравнения объединены и подключены к выходу блока 4 синхронизации, Фильтрация бинарного изображения связана с подсчетом числа единичньг элементов изображения в пределах Фильтрующей апертуры и. со сравнением этого числа с выбранными порогами, Дгя обеспечения высокого быстродействия)В устройства при больших размерах Фильтрующей апертуры вместо прямого подсчета числа единичных элементов реализовано рекуррентное вычисление. Возможность рекуррентного расчета существует для апертур различной формы, но пояснить ее удобно на примере Фильтра с прямоугольным окном обработки, Пусть бинарное изображение размера М х Ы элементов поступает поэлементно на линию 2 задержки с выхо,ца блока 1 ввода при стандартном способе построчной развертки (Фиг.2) и обрабатывается при помощи скользящей апертуры размера К х (Е. элементов. Причем изображение таково, что областям объектов соответствуют единичные от" счеты, которые расположены на расстоянии не ближе половины соответствующего размера (К или Е.) Фильтрующей апертуры от краев изображения.Прямой расчет описывается форму- лой:е - ,") е:,"1 где В - элемент бинарного изображения с порядковым номером , отсчитываемым от левого верхнего угла пв направлению развертки;целая часть числа.Изменение числа единичных элементов внутри апертуры при ее смещении на один элемент вдоль строки определяется небольшой частью изображения, выделенной на Фиг.2 штриховкой. Поэтому можно модифицировать правило расчета (1)Я, =Я;+Р;, (2)Мгде Р;к рВЕ,Ее)И+1+)-В 1+Ес)И+1 - 1+)Е,-1 1-Е,2, 2Уравнение (2) требует меньше операций сложения, чем исходное уравнение (1), но и оно может быть упрощено аналогичным образом, если восполь-,зоваться результатом вычисления приращения Р на предыцущей строкеУстройство работает в конвейерном5 режиме, при этом максимальная тактовая частота блока 4 синхронизации и быстродействие устройства определяется операцией суммирования.Конвейерные вычисления организуют ся стандартным способом: все блоки и узлы устройства работают в синхронном режиме под управлением сигналов блока 4. Синхронный режим узлов, которые в обычном включении работают асин хронно, достигается известным способом путем добавления регистров промежуточной памяти, входы синхронизации которых будут в этом случае входами синхронизации соответствующих узлов. 20Устройство работает следующим образом,По очередному импульсу блока 4 синхронизации на входе блока 2 элементов задержки блоком 1 ввода устанав ливается значение нового элемента иэображения, который является крайним правым элементом в нижней строке текущего положения апертуры (в случае прямоугольной апертуры это третье 30 слагаемое уравнение (3.По тому же импульсу блока 4 значение этого элемента вместе с тремя (в случае прямоугольной апертуры) другими отсчетами изображения, соответствующими трем последним членам уравнения (3), поступают с выходов блока 2 элементов задержки на информационные входы сумматора-вычитателя 5. Для определенности условимся, что отсчеты, 40 отвечающие в уравнении типа (3) членам со знаком плюс и минус, выводятся соответственно на нечетные и четные выходы блока 2 элементов задержки, а нечетные и четные информацион ные входы сумматора-вычитателя 5 соответственно являются входами суммирования и вычитания.По следующему импульсу блока 4 синхронизации на выходе сумматора-вычи тателя 5 и на первом информационном входе и-разрядного сумматора 7 устанавливается результат сложения-вычитания четырех одноразрядных чисел (выполнение операций над четырьмя пос ледними членами уравнения (3. Одновременно на второй информационный вход сумматора 7 с выхода и-разрядного элемента 6 задержки поступает величина приращения Р и по следующему им.1,1пульсу блока 4 на выходе сумматора 7появляется величина приращения Р; По следующему импульсу эта величина загружается в элемент 6 задержки, .а результат ее сложения с числом Я, , единичных элементов в предыдущем положении апертуры появляется на выходе накапливающего сумматора 8. Таким образом, на первом входе блока 9 сравнения устанавливается число единичных элементов изображения в предЕлах апертуры, это число сравнивается с выбранными величинами порогов и результат сравнения (ноль или единица) фиксируется на выходе блока 9 по следующему импульсу блока 4 и поступает в блок 3 вывода изображения для отображения или дальнейшей обработки.Возможности фильтрации в значитель ной степени определяются выбором порогов сравнения в узле 9. Так, устанавливая один порог равным половине полного числа элементов изображения, составляющих апертуру, и присваивая единичное значение элементу изображения, если Б; больше порога, и ноль1,1в противном случае, получим площадной селектор, удаляющий объекты, площадь которых меньше половины площади апертуры, и сглаживающий границы фигур большего размера, Алгоритм выделения контурных элементов можно получить, если установить два близких по значению порога и присваивать элементу единичные значения, когда Я; лежит между этими порогами. Примерй обработки изображения с фильтрующей апертурой в ЗхЗ элемента показаны на фиг.З, где д - исходное иэображение, 6 - результат площадной селекции с порогом 4, а б - изображение после контурного фильтра с порогами 4 и 7.Если для работы с прямоугольной апертурой достаточно иметь 2 ш=4 отсчета изображения, то для более слож-ной апертуры число отсчетов (соответственно число выходов блока 2 элементов задержки и число информационных входов сумматора-вычитателя 5) необходимо увеличить. На фиг,4 поясняется определение положения отсчетов для апертур более сложной формы. Так, для апертуры крестообразной формы (фиг.4 а) область подсчета приращения Р показана на фиг.4 б, а на фиг.4 в 1,1изображено положение отсчетов, необходимых для расчета Б; по уравнению4 44типа (3), Знаки плюс или минус нафиг.4 соответствуют знакам, с которыми отсчеты входят в уравнение типа(3). Для определенного вида апертуртребуемое число отсчетов можно сократить, если управлять полной задержкой элемента 6. Время задержки элемента 6 в нормальном режиме составляет Бтактов блока 4 синхронизации,что вместе с задержкой сумматора 7составляет задержку на одну строку(Н тактов). Если, например, увеличитьзадержку элемента б на один такт, тодля работы с апертурой типа параллелограмм (фиг,4 г) достаточно толькочетырех отсчетов (фиг.4 а). Это упрощение возможно, так как область рас"чета приращения Р; (фиг.4 д) отличается от соответствующей области приращения Р;.формируемой на выхоьде элемента 6 задержки, только четырьмя элементами.Таким образом, управляя задержкамиэлементов 2 и 6 и порогами в блоке 9сравнения, устройство позволяет изменять в довольно широких пределах алгоритм фильтрации, размер и формуЗОфильтрующей апертуры,Формула изобретения Устройство для фильтрации бинарного иэображения, содержащее блоки ввода и вывода изображения, блок эле ментов задержки, вхоц когорого подключен к выходу блока ввода изображения, блок синхронизации, выход которого соединен с входами синхронизации блока элементов задержки и блоков ввода и вывода изображения, оптический вход блока ввода и оптическийвыход блока вывода иэображения являются соответственно входом и вьходом устройства, о т л и ч а ю щ е -е с. я тем, что, с целью расширенияего функциональных возможностей засчет воэможности выделения контурови удаления на. бинарном иэображениишумов в виде пятен, в устройство введены сумматор-вычитатель, элемент задержки, сумматор, накапливающий сумматор и блок сравнения, причем информационные входы сумматора-вычитателя подключены к соответствующимвыходам блока элементов задержки, выход сумматора-вычитателя соединен спервым информационным входом сумматора, второй информационный вход которого подключен к выходу элементазадержки, выход сумматора соединен свходом элемента задержки и информационным входом накапливающего сумматора, выход которого подкгочен к пер;вому входу блока сравнения, второйвход которого является пороговым входом устройства, выход блока сравнения соединен с информационным входомблока вывода изображения, а входысинхронизации сумматора-вычитателя,элемента задержки, сумматора, накапливающего сумматора и блока сравнения подключень к выходу блока синхронизации.1