Спосіб цифрової обробки зображень

1. Спосіб цифрової обробки зображень, при якому формують значення елементів зображення у ковзному вікні розміром 3  3 пікселів, обчислюють медіану медіан трьох відповідних груп елементів зображення у ковзному вікні, формують результат обробки, який відрізняється тим, що додатково в залежності від значення центрального елемента ковзного вікна встановлюють належність значення центрального елемента ковзного вікна корисному сигналу або перешкоді, при цьому як 3 ковзного вікна, якщо встановлено належність значення центрального елемента ковзного вікна корисному сигналу, причому як результат обробки використовують значення медіани медіан лівого і правого стовпців і верхнього або нижнього рядка ковзного вікна, якщо встановлено належність значення центрального елемента ковзного вікна перешкоді. Суть корисної моделі досягається й тим, що як результат обробки використовують значення медіани медіан верхнього і нижнього рядків і лівого або правого стовпця ковзного вікна, якщо встановлено належність значення центрального елемента ковзного вікна перешкоді. Порівняльний аналіз технічного рішення, яке заявляється, з прототипом дозволяє зробити висновок, що спосіб цифрової обробки зображень, який заявляється, відрізняється тим, що додатково в залежності від значення центрального елемента ковзного вікна встановлюють належність значення центрального елемента ковзного вікна корисному сигналу або перешкоді, при цьому як результат обробки використовують значення центрального елемента ковзного вікна, якщо встановлено належність значення центрального елемента ковзного вікна корисному сигналу, причому як результат обробки використовують значення медіани медіан лівого і правого стовпців і верхнього або нижнього рядка ковзного вікна, якщо встановлено належність значення центрального елемента ковзного вікна перешкоді. Спосіб цифрової обробки зображень, який заявляється, відрізняється й тим, що як результат обробки використовують значення медіани медіан верхнього і нижнього рядків і лівого або правого стовпця ковзного вікна, якщо встановлено належність значення центрального елемента ковзного вікна перешкоді. Суть корисної моделі пояснюється за допомогою креслень, де на фіг. 1 представлена послідовність операцій, що пояснює суть способу цифрової обробки зображень, який заявляється; на фіг. 2 представлена структурна схема пристрою цифрової обробки зображень, за допомогою якого реалізується зазначений спосіб; на фіг. 3 показане вихідне зображення, а на фіг. 4 показане вихідне зображення, спотворене в результаті одночасного впливу сильних імпульсних перешкод типу "сіль" і "перець" з ймовірностями виникнення 0.3 кожна. На фіг. 5, 6, 7 показані результати однократної обробки зображення, спотвореного перешкодами, яка була здійснена із застосуванням аналога, прототипу і запропонованого способу відповідно. На фіг. 8, 9, 10 показані результати послідовної двократної обробки зображення, спотвореного перешкодами, яка була здійснена із застосуванням аналога, прототипу і запропонованого способу відповідно. На фіг. 11, 12, 13 показані результати послідовної трикратної обробки зображення, спотвореного перешкодами, яка була здійснена із застосуванням аналога, прототипу і запропонованого способу відповідно. Згідно із схемою на фіг. 1, суть способу цифрової обробки зображень пояснюється за допомогою наступної послідовності операцій. 61608 4 Формують значення елементів зображення у ковзному вікні W  w lk wlk,l  1,2,3;k  1,2,3 розміром 3  3 пікселів двовимірного масиву вихідного зображення в q- бітовому паралельному коді. Обчислюють медіану медіан у трьох відповідних групах елементів зображення у ковзному вікні W згідно з наступними співвідношеннями відповідно: y  medw1, w 2 , w 3  , де w 1, w 3 медіани (1) елементів лівого w11, w 21, w 31  і правого w13 , w 23 , w 33  стовпців ковзного вікна W відповідно; медіана елементів верхнього w2 або нижнього w 31, w 32 , w 33  рядка ковзного вікна W. При цьому медіани w1, w 2 , w 3 визначаються формулами: w11, w12 , w13  w1  medw11, w 21, w 31  ; w 2  medw11, w12 , w13  w 2  w 31, w 32 , w 33  ; w 3  medw13 , w 23 , w 33  , (2a) aбo (2б) (2в) де w11, w 21, w 31 w13 , w 23 , w 33  - елементи лі, вого і правого стовпців ковзного вікна W; w11, w12 , w13  - елементи верхнього рядка ковзного вікна W; w 31, w 32 , w 33  - елементи нижнього рядка ковзного вікна W; meda,b,c - функція медіани трьох елементів a,b,c , яка визначається формулою: meda,b,c  a  b  b  c   c  a ; (3) a  b  mina,b ; (4) a  b  c  maxa,b,c  , (5) де: meda,b,c  - функція медіани трьох елементів a,b,c ; mina, b - мінімальний елемент із пари елементів a, b ; maxa,b,c  - максимальний елемент із трійки елементів a,b,c . В залежності від значення центрального елемента w 22 ковзного вікна W встановлюють належність значення центрального елемента w 22 ковзного вікна W корисному сигналу або перешкоді відповідно до наступних нерівностей: 5 61608 h0  w 22  h1 ; (6) w 22  h0 ; (7a) h1  w 22 , (7б) де h 0 - нижнє граничне значення; h1 - верхнє граничне значення; w 22 - значення центрального елемента ковзного вікна W. Як результат обробки z використовують значення центрального елемента w 22 ковзного вікна W, якщо виконується подвійна нерівність (6) і, таким чином, встановлено належність значення центрального елемента w 22 ковзного вікна W корисному сигналу: z  w 22 . (8) Як результат обробки z використовують значення медіани медіан у лівого і правого стовпців і верхнього або нижнього рядка ковзного вікна, якщо виконується нерівність (7а) або (7б) і, таким чином, встановлено належність значення центрального елемента w 22 ковзного вікна W перешкоді: z  y, (9) де y визначається формулою (1). Формують результат обробки z на основі рівняння (8) або (9). При реалізації способу цифрової обробки зображень за п. 2 формули, обчислюють медіану медіан у трьох відповідних групах елементів зображення у ковзному вікні W згідно з наступними співвідношеннями відповідно: y  medw1, w 2 , w 3  , де w 1, w 3 (10) - медіани елементів верхнього w11, w12 , w13  і нижнього w 31, w 32 , w 33  рядків ковзного вікна W відповідно; w 2 - медіана елементів лівого w11, w 21, w 31  або правого w13 , w 23 , w 33  стовпця ковзного вікна W. При цьому медіани w1, w 2 , w 3 визначаються формулами: w1  w11, w12 , w13  ; w 2  w11, w 21, w 31 , w 2  w13 , w 23 , w 33  ; w 3  w 31, w 32 , w 33  , (11a) або (11б) (11в) 6 де w11, w12 , w13 w 31, w 32 , w 33  - елементи , верхнього і нижнього рядків ковзного вікна W відповідно; w11, w 21, w 31  - елементи лівого стовпця ковзного вікна W; w13 , w 23 , w 33  - елементи правого стовпця ковзного вікна W. Як результат обробки z використовують значення медіани медіан у верхнього і нижнього рядків і лівого або правого стовпця ковзного вікна, якщо виконується нерівність (7а) або (7б) і, таким чином, встановлено належність значення центрального елемента w 22 ковзного вікна W перешкоді: z  y, де y визначається формулою (10). При реалізації способу цифрової обробки зображень за п. 2 формули, всі інші операції, зазначені на схемі на фіг. 1, залишаються без змін. Спосіб цифрової обробки зображень, який заявляється, реалізується за допомогою пристрою цифрової обробки зображень, що конструктивно містить (див. фіг. 2): перші три цифрові медіанні фільтри - 1; четвертий цифровий медіанний фільтр - 1'; регістр нижнього граничного значення 2; регістр верхнього граничного значення - 3; блок управління - 4; мультиплексор - 5. Сукупність структурних елементів і зв'язків між ними пристрою цифрової обробки зображень дозволяє реалізувати послідовність дій даного способу. Реалізація способу цифрової обробки зображень за допомогою вищезазначеного пристрою здійснюється таким чином (див. фіг. 2). Формують значення елементів зображення wlk ,l  1,2,3;k  1,2,3 у ковзному вікні W  w lk розміром 3  3 пікселів, які в q- бітовому паралельному коді надходять на відповідні входи перших трьох цифрових медіанних фільтрів пристрою цифрової обробки зображень (див. фіг. 2), причому на входи двох цифрових медіанних фільтрів надходять значення елементів лівого w11, w 21, w 31  і правого w13 , w 23 , w 33  стовпців ковзного вікна W, а на входи третього цифрового медіанного фільтра надходять значення елементів верхнього w11, w12 , w13  або нижнього w 31, w 32 , w 33  рядка ковзного вікна W. На десятий вхід пристрою цифрової обробки зображень надходить значення центрального елемента w 22 ковзного вікна W. При реалізації способу за п. 2 формули, на входи двох цифрових медіанних фільтрів надходять значення елементів верхнього w11, w12 , w13  і нижнього w 31, w 32 , w 33  рядків ковзного вікна W, а на входи третього цифрового медіанного фільтра надходять значення елементів лівого w11, w 21, w 31  або правого w13 , w 23 , w 33  стовпця ковзного вікна W. За допомогою трьох перших цифрових медіанних фільтрів 1 формують результати обробки даних у вигляді медіан трьох елементів лівого і 7 правого стовпців і верхнього або нижнього рядка ковзного вікна W згідно із співвідношеннями (2а), (2б), (2в) відповідно, а при реалізації способу цифрової обробки зображень за п. 2 формули, за допомогою трьох перших цифрових медіанних фільтрів 1 формують результати обробки даних у вигляді медіан трьох елементів верхнього і нижнього рядків і лівого або правого стовпця ковзного вікна W згідно із співвідношеннями (11а), (11б), (11в) відповідно. За допомогою четвертого цифрового медіанного фільтра 2 обчислюють медіану медіан трьох відповідних груп елементів зображення у ковзному вікні W з виходів трьох перших цифрових медіанних фільтрів відповідно до співвідношень (1) або (10). Конструкція цифрових медіанних фільтрів 1,2 (див. фіг. 2) аналогічна конструкції цифрових медіанних фільтрів прототипу (див. [2], фіг. 1), структурна схема яких показана на фіг. 2, [2]. Обчислення медіани в кожному із чотирьох цифрових медіанних фільтрів здійснюється відповідно до співвідношення (3) таким чином (див. [2], фіг. 2). Три цифрових відліки a,b,c в q- бітовому паралельному коді надходять на три входи цифрового медіанного фільтра, причому кожний із трьох сигналів a,b,c надходить одночасно на два селектори мінімального елемента 2 (див. [2], фіг. 2), у кожному з яких здійснюється відбір мінімального із двох вхідних сигналів відповідно до співвідношення (4). Далі три мінімальні значення a  b, b  c, c  a трьох пар сигналів a,b,c надходять на селектор максимального елемента 3 (див. [2], фіг. 2), у якому здійснюється відбір максимального із трьох вхідних сигналів відповідно до співвідношення (5) і обчислюється медіана у вибірки із трьох елементів відповідно до співвідношення (3). Перед початком роботи пристрою цифрової обробки зображень за допомогою регістрів нижнього граничного значення 3 і верхнього граничного значення 4 (див. фіг. 2) встановлюють нижнє h 0 і верхнє h1 граничні значення відповідно, які обираються в залежності від статистичних характеристик перешкоди. На три входи блока керування 5 надходять значення центрального елемента w 22 ковзного вікна W, а також нижнє h 0 і верхнє h1 граничні значення з виходів регістрів нижнього граничного значення 3 і верхнього граничного значення 4 відповідно. За допомогою блока керування 5, в залежності від значення центрального елемента w 22 ковзного вікна W встановлюють належність значення центрального елемента w 22 ковзного вікна W корисному сигналу або перешкоді відповідно до нерівностей (6) та (7а), (7б). Якщо виконується подвійна нерівність (6), на виході блока керування 5 формується керуючий сигнал C , що дорівнює логічному нулю: C  0 , і встановлюють належність значення центрального елемента w 22 корисному сигналу, а як результат 61608 8 обробки z використовують значення центрального елемента w 22 ковзного вікна W. Якщо виконується нерівність (7а) або (7б), то на виході блока керування 5 формується керуючий сигнал C , що дорівнює логічній одиниці: C  1 , і встановлюють належність значення центрального елемента w 22 ковзного вікна W перешкоді, а як результат обробки z використовують значення медіани медіан у лівого і правого стовпців і верхнього або нижнього рядка ковзного вікна, тоді як при реалізації способу за п. 2 формули, як результат обробки z використовують значення медіани медіан у трьох відповідних групах елементів зображення у ковзному вікні, що отримано відповідно до формул (1) або (10). Керуючий сигнал C з виходу блока керування 5 надходить на мультиплексор 6, який в залежності від логічного значення керуючого сигналу C , здійснює комутацію значення центрального елемента w 22 ковзного вікна W або значення сигналу у з виходу четвертого цифрового медіанного фільтра 2 на вихід пристрою цифрової обробки зображень відповідно до таблиці: Таблиця w 22   h0 ,h1 w 22  h0 h1  w 22 h0  w 22  h1 або Сигнал на виході пристрою цифрової обробки зображень C Співвідношення вхідних сигналів Значення керуючого сигналу на виході блока керування z 1 y 0 w 22 Таким чином, за допомогою мультиплексора 6 формують результат обробки z на основі рівнянь (8) та (9), згідно із значенням керуючого сигналу C з виходу блока керування 5. На фіг. 3 показане вихідне зображення, а на фіг. 4 показане вихідне зображення, спотворене в результаті одночасного впливу сильних імпульсних перешкод типу "сіль" і "перець" з ймовірностями виникнення 0.3 кожна. На фіг. 5, 6, 7 показані результати однократної обробки зображення, спотвореного перешкодами, яка була здійснена із застосуванням аналога, прототипу і запропонованого способу відповідно. На фіг. 8, 9, 10 показані результати послідовної двократної обробки зображення, спотвореного перешкодами, яка була здійснена із застосуванням аналога, прототипу і запропонованого способу відповідно. На фіг. 11, 12, 13 показані результати послідовної трикратної обробки зображення, спотвореного перешкодами, яка була здійснена із застосуванням аналога, прототипу і запропонованого способу відповідно. Статистичне моделювання процесу обробки зображення виконано за допомогою математичного пакета MATHCAD. Як випливає з порівняльного 9 аналізу результатів обробки зображення, спотвореного сильними імпульсними перешкодами, запропонований спосіб цифрової обробки зображень забезпечує кращу якість обробки зображення, ніж аналог і прототип. Підвищення ефективності застосування способу цифрової обробки зображень, який заявляється, у порівнянні із прототипом досягається шляхом зміни алгоритму цифрової обробки зображень, а саме додаткового встановлення належності значення центрального елемента ковзного вікна корисному сигналу або перешкоді, за рахунок чого забезпечується підвищення якості обробки 61608 10 зображень в умовах впливу сильних імпульсних перешкод при збереженні швидкодії алгоритму цифрової обробки зображень. Джерела інформації: 1. Bernacchia G., Khriji L., Gabbouj M., Sicuranza G. Hardware Implementation of the Median-Rational Hybrid Filters// Proceedings of the 6th IEEE International Conference on Electronics, Circuits and Systems - ICECS'99, 1999, pp. 229-232. стор.229, мал. 1 - аналог. 2. Попов А. О. Цифровий гібридний медіанний фільтр// Патент України 50590, кл. G 06 F 17/18, 2010, стор. 3, мал. 1. - прототип. 11 Комп’ютерна верстка А. Крижанівський 61608 Підписне 12 Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601