專利名稱：圖象處理系統(tǒng)的邊緣檢測(cè)方法與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種圖象處理系統(tǒng)，更具體地涉及采用多態(tài)線性閾值邏輯元件的一種圖象處理系統(tǒng)的一種邊緣檢測(cè)方法與裝置。
在本發(fā)明最重要的應(yīng)用領(lǐng)域之一的一種圖象信號(hào)處理系統(tǒng)中，建議了一種預(yù)處理，因?yàn)樗軌蛞韵T如噪聲之類的圖象處理中的有害因素而提高檢測(cè)運(yùn)動(dòng)矢量的精度。預(yù)處理也能以將一個(gè)高分辨率圖象，通常以8個(gè)比特一個(gè)象素表示，映射為以少于8個(gè)比特一個(gè)象素表示的一種不同類型的圖象來減輕計(jì)算負(fù)擔(dān)。
已為上述目的提出過多種預(yù)處理。例如，Uomori等人在“全數(shù)字信號(hào)處理的自動(dòng)圖象穩(wěn)定系統(tǒng)”中采用抽取代表點(diǎn)(BERP)法，載于IEEE用戶電子學(xué)報(bào)，36卷，3號(hào)，(510-519頁)，1990年8月出版，它可認(rèn)為是一種帶通濾波方法。雖然BERP方法能夠有效地濾去極高空間頻率成分，例如噪聲，以及低頻成分，諸如強(qiáng)度平坦區(qū)，但它仍然需要兩個(gè)以上比特每一象素來表示BERP圖象。然而，檢測(cè)到的邊緣信息可以每一象素一個(gè)比特來表示。從而，該邊緣檢測(cè)方法可以簡(jiǎn)化硬件。邊緣檢測(cè)有多種方案，諸如(ⅰ)采用圖象空間梯度，(ⅱ)使用拉普拉斯算子，(ⅲ)使用平均值的差，(ⅳ)與一個(gè)事先規(guī)定的模式匹配或擬合，以及(ⅴ)檢測(cè)用圖象中的高斯拉普拉斯算子濾波的零交義。(ⅰ)-(ⅳ)中列舉的邊緣檢測(cè)器的兩大缺點(diǎn)是由于它們檢測(cè)圖象信號(hào)中的高頻成分，所以它們只對(duì)某些圖象工作得很好，但當(dāng)噪聲存在時(shí)邊緣檢測(cè)的性能明顯地降低。另一方面，方案(ⅴ)具有噪聲降低效應(yīng)但也有在消除大量噪聲時(shí)計(jì)算量顯著增加的潛在缺點(diǎn)。即，由于噪聲與邊緣信息位于不同的高頻區(qū)域，方案(ⅴ)需要更強(qiáng)的低通濾波來完全地檢測(cè)邊緣。所以用于邊緣檢測(cè)的窗口必將進(jìn)一步加大。
從而，本發(fā)明的一個(gè)目的為提供一種既能降低噪聲又不增大窗口大小的邊緣檢測(cè)方法。
本發(fā)明的另一目的為提供一種能簡(jiǎn)化硬件實(shí)現(xiàn)並進(jìn)行實(shí)時(shí)操作的邊緣檢測(cè)裝置。
為了實(shí)現(xiàn)第一目的，本發(fā)明的一種邊緣檢測(cè)方法包括下述步驟將輸入象素?cái)?shù)據(jù)變換成一個(gè)多態(tài)值集合;
計(jì)算所述多態(tài)值集合與一個(gè)預(yù)先規(guī)定的值的集合的一個(gè)內(nèi)積;以及根據(jù)所述內(nèi)積的結(jié)果作出判定。
為了實(shí)現(xiàn)第二目標(biāo)，本發(fā)明的一種邊緣檢測(cè)裝置包括一個(gè)變換裝置，用于將輸入象素?cái)?shù)據(jù)變換成多態(tài)值;
一個(gè)匹配裝置，用于計(jì)算所述多態(tài)值與預(yù)定值的一個(gè)內(nèi)積;以及一個(gè)判定裝置，用于根據(jù)所述內(nèi)積的結(jié)果作出一個(gè)判定。


圖1為示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)圖象處理系統(tǒng)的一種邊緣檢測(cè)裝置的信號(hào)流的流程圖。
圖2為示出根據(jù)本發(fā)明的邊緣檢測(cè)裝置的方框圖。
圖3為示出根據(jù)本發(fā)明的邊緣檢測(cè)裝置的一個(gè)較佳實(shí)施例的方框圖。
圖4為示出根據(jù)本發(fā)明的邊緣檢測(cè)裝置的編碼電路的方框圖。
圖5示出用于本發(fā)明的內(nèi)積的預(yù)定邊緣模式。
圖6A示出用于根據(jù)本發(fā)明的邊緣檢測(cè)裝置的一個(gè)匹配裝置計(jì)算內(nèi)積W1.V的電路。
圖6B示出用于根據(jù)本發(fā)明的邊緣檢測(cè)裝置的匹配裝置計(jì)算內(nèi)積W2.V的電路。
圖6C示出用于根據(jù)本發(fā)明的邊緣檢測(cè)裝置的匹配裝置計(jì)算內(nèi)積W3.V的電路。
圖6D示出用于根據(jù)本發(fā)明的邊緣檢測(cè)裝置的匹配裝置計(jì)算內(nèi)積W4.V的電路。
圖7為根據(jù)本發(fā)明的邊緣檢測(cè)裝置的W與V的內(nèi)積輸出的真值表。
圖8示出用于在根據(jù)本發(fā)明的邊緣檢測(cè)裝置中獲得內(nèi)積的卡諾圖與特征等式。
圖9為根據(jù)本發(fā)明的邊緣檢測(cè)裝置的匹配裝置的絕對(duì)值電路的一個(gè)邏輯電路圖。
圖10為根據(jù)本發(fā)明的邊緣檢測(cè)裝置的判定電路的一個(gè)邏輯電路圖。
圖11為用于說明根據(jù)本發(fā)明的邊緣檢測(cè)裝置的操作的時(shí)序圖。
本發(fā)明基于多態(tài)線性閾值邏輯的線性可分性，它可以以下述定義與定理說明。二值輸入的線性可分性已在P.M.LewisⅡ與C.L.Coates的《閾值邏輯》，John Wiley aud Sons(約
維蘭父子出版公司)，1967出版中討論過。這里首先給出多態(tài)輸入的一個(gè)線性可分函數(shù)的定義。
令P為一個(gè)L維矢量的集合，P中任何一個(gè)矢量的各分量取值｛-j，…，-1，0，1，…，k｝中M＝j(luò)+k+1個(gè)值之一，也就是說，P＝｛X｜Xiε｛-j，…，-1，0，1，…，k｝，i＝1，…，L｝。
此時(shí)，P中的不同矢量數(shù)為ML，而我們稱-j與k為輸入狀態(tài)的極端值。令Po與P1為P的兩個(gè)互不相交的子集且P0UP1＝P。
給定加權(quán)矢量W，以
這里θ為一閾值，定義的一個(gè)邏輯函數(shù)F當(dāng)且僅當(dāng)WTX＞W(wǎng)TY，
XξP1，與
YξP0時(shí)屬于線性可分類型。
多態(tài)線性可分性分析通常是復(fù)雜的工作。然而，根據(jù)下述定理，將用于所提出的邊緣檢測(cè)器的一種特殊類型的邏輯函數(shù)可表示為線性可分的。
令X為-L維輸入矢量，其分量均為極端值且令P1＝｛X｝與P0＝P-｛X｝，即P1＝｛X｜Xiξ｛-j，k｝，i＝1，…，L｝以及P0＝P-P1，其中P、-j與k由上述定義給定。則存在一線性可分函數(shù)F，將輸入矢量X與其它矢量分離。
上述定理的證明如下。我們使用上述定義來證明這一定理並揭示存在著一個(gè)加權(quán)矢量W滿足
WTX＞W(wǎng)TY，
XξP1與
YξP0。讓我們來考慮下述加權(quán)矢量
則下述不等式成立WiXi≥WiYi，
i，對(duì)于i＝1，…L這些不等式求和，可得WTX＞W(wǎng)TY，因?yàn)橹辽賹?duì)于一個(gè)i，等號(hào)不成立。
我們還可以考慮一個(gè)集合P-1＝｛-X｝，其中X與W各自在上述等式中定義。則我們可得一種多態(tài)輸入的多疇判別式函數(shù)，諸如WT(-X)＜WTY＜WTX
TξP0。
為了使用多態(tài)線性閾值邏輯于邊緣檢測(cè)，我們必須將一個(gè)象素的連續(xù)亮度值映射到若干離散狀態(tài)上。
讓我們使用一個(gè)1×1局部窗口來在一個(gè)給定的象素位置上檢測(cè)一條邊緣。假定圖象的大小為n＝n1×n2。令Xi，i＝1，…，r為字典式排序的圖象中的第i個(gè)象素值，且Zj，j＝1，…r，為以Xi為中心的局部窗口中的字典式排序的象素值中的第j個(gè)象素值，其中r＝1×1。則對(duì)于對(duì)應(yīng)于Xi的局部窗口，Zj可以用映射Zj＝Xk，j＝1，…，r獲得，其中K＝i+｛L(j-1)/1」-L1/2」｝n2+｛(j-1)mod1-L1/2」｝。符號(hào)L1/2」表示商的整數(shù)部分，而i mod l等于整數(shù)i被整數(shù)l除的余數(shù)的值。
得到一維數(shù)值Zj以后，對(duì)應(yīng)于第i個(gè)象素的局部平均值等于Mi=1rΣj=1pZJ]]>然后將對(duì)多態(tài)線性閾值邏輯的第j個(gè)輸入狀態(tài)Vj定義為
其中ε為對(duì)燥聲數(shù)據(jù)的防護(hù)。要抑制的噪聲量越大，ε應(yīng)當(dāng)越大。
我們定義四對(duì)雙向邊，其方向分別為0與180，90與270，45與225，以及135與315度。
首先，以局部窗口中自右至左的遞增輸入狀態(tài)定義一條右邊。例如，對(duì)于l＝3，右邊及其對(duì)邊，左邊，分別由
給定，其中X表示任意狀態(tài)。
以上、下兩邊表示的第二對(duì)邊以相同的方法定義，即
以右上與左下兩邊表示的第三對(duì)邊，由下式給出
最后，以左上與右下兩邊表示的第四對(duì)邊由下式給出
例如，對(duì)于l＝5，右邊在第一列中為1，在最后一列中為-1，而在其余的列中為X(任意)。
使用上面提供的多疇判別式函數(shù)(WT(-X)＜WTY＜WTX，
YξP0)，右、左兩邊能用同一加權(quán)矢量，以W_表示，檢測(cè)出，因?yàn)樗鼈兪怯蓸O端值組成的且左邊與右邊的絕對(duì)值相等而符號(hào)相反。以同樣方式，上、下兩邊，右上與左下兩邊，以及左上與右下兩邊分別以W1、W/及W\檢測(cè)。如上述定理所揭示，例如對(duì)于l＝3的一個(gè)用于檢測(cè)右邊或左邊的可能的加權(quán)矢量等于W_＝〔1X-1 1 X -1 1 X -1〕T。明顯地，以這一等式為基礎(chǔ)，其余的加權(quán)矢量，即W1、W/與W\可以將W_的元素進(jìn)行適當(dāng)?shù)呐帕忻娑玫健?br> 另一方面，LMS算法也可用于求得加權(quán)矢量。
基于對(duì)邊的上述定義，邊是以將四種多態(tài)線性閾值邏輯的輸出與適當(dāng)?shù)嘏懦尚蛄械募訖?quán)矢量進(jìn)行或運(yùn)算而檢測(cè)的。完整的邊緣檢測(cè)過程以下述算法描述。
1.選擇局部窗口的大小1。
2.對(duì)于i＝1，…，n執(zhí)行2.1構(gòu)成Z2.2計(jì)算輸入狀態(tài)V，設(shè)置V0＝1。
2.3計(jì)算四個(gè)內(nèi)積WTV、WT1V、WT/V與WT\V。如果它們中至少有一個(gè)大于或等于輸出閾值θ，或小于或等于-θ，在這種情況中或門的輸出為1，而在位置i檢測(cè)到一條邊緣，否則，不存在邊緣。
在實(shí)現(xiàn)上述算法中，使用了下面給出的非線性函數(shù)g(.)，
其中θ為一閾值。在使用上述加權(quán)矢量時(shí)，θ設(shè)置為等于6。
關(guān)于框的大小的選擇，必須注意以下各方面。由于上述算法中步驟2.2中的局部求平均值運(yùn)算，框越大對(duì)噪聲的控制越好。然而，增加框的大小有兩個(gè)缺點(diǎn)，即，(ⅰ)對(duì)于不在0、45、90、135、180、225、270與315度方向上的邊緣更難于檢測(cè)，以及(ⅱ)由于多態(tài)線性閾值邏輯需要更多的輸入，要求更多的連接與計(jì)算。l＝3的框大小顯示出非常有效，基于該窗口對(duì)于任何向上的邊緣是最敏感的一個(gè)，由于它是最小的對(duì)稱窗口。
圖1是展示根據(jù)本發(fā)明的邊緣檢測(cè)方法中的一個(gè)信號(hào)流的流程圖。應(yīng)用圖1，3以直接進(jìn)行軟件實(shí)現(xiàn)。在第一步驟，下標(biāo)i表示字典式排序的象素位置。在第二步驟，取以第i個(gè)象素Xi為中心的局部圖象模式的鄰接點(diǎn)Zj，j＝1，…，m。在第三步驟，Zj表示在包含第i個(gè)象素Xi的一個(gè)局部窗口中的一個(gè)象素集合而m則為該局部窗口中的象素的數(shù)目。同時(shí)，在第三步驟中，Zj，j＝1，…，m被映射到對(duì)應(yīng)的多態(tài)值Vj，j＝1，…，m。在第四步驟，V＝〔V1，…，Wm〕T分別與預(yù)定的模式W1、W2、W3與W4進(jìn)行比較。在第五步驟，判定V是否與預(yù)定的邊緣模式W1、W2、W3與W4中至少一個(gè)匹配，如果是，則在第六步驟確定第i個(gè)象素是一個(gè)邊緣。否則，在第七步驟，確定第i個(gè)象素Xi不是一個(gè)邊緣。在第八步驟，如果第i個(gè)象素Xi不是全部象素，則在第九步驟將i增加1而進(jìn)程返回到第二步驟重復(fù)執(zhí)行一個(gè)主循環(huán)。否則在第八步驟，結(jié)束操作。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的邊緣檢測(cè)裝置的總框圖。該裝置的構(gòu)造及功能如下。
圖2所示的邊緣檢測(cè)裝置包含三塊，一個(gè)編碼塊用于在應(yīng)用一個(gè)局部窗口將一個(gè)原始圖象數(shù)據(jù)Xi字典式排序以后將字典式排序的數(shù)據(jù)Z1，…，Zm變換為多態(tài)V2，…，Vm，一個(gè)匹配塊用于計(jì)算多態(tài)數(shù)據(jù)V1，…，Vm與預(yù)定的分別對(duì)應(yīng)于W_、W1、W/與W\的邊緣模式W1、W2、W3與W4的內(nèi)積，以及一個(gè)判定塊用于將各內(nèi)積的結(jié)果數(shù)據(jù)與一個(gè)輸出閾值進(jìn)行比較，將比較結(jié)果進(jìn)行“或”運(yùn)算並判定原始圖象數(shù)據(jù)Xi是否是一個(gè)邊緣。
上述三塊所執(zhí)行的功能如下。
首先，需要窗口概念來通過相鄰象素的相互關(guān)系判定原始圖象數(shù)據(jù)Xi是否為一條邊緣。因此編碼塊將相鄰象素Z1、Z2，…Zm排列成一維的並得到一個(gè)具有亮度值的中值並將相鄰象素Z1、Z2…Zm變換成對(duì)應(yīng)的多態(tài)值V1、V2、…、Vm。
如果Vj，j＝1，…、m，具有M態(tài)(M＞2)，則需要〔Log2M〕來表示Vj。記號(hào)〔log2M〕當(dāng)M為2的冪時(shí)表示log2M，否則，它表示log2M+1的整數(shù)部分。這里，通過插入中值與一個(gè)噪聲控制參數(shù)ε，匹配塊將各象素分離為三級(jí)，它們分別是，具有大于中值加ε的值的，小于中值減ε的值的，以及在中值加ε與中值減ε之間的值的。這里，噪聲減弱效應(yīng)根據(jù)參數(shù)ε突出地表現(xiàn)出來。
一個(gè)匹配塊分別輸出變換后的圖象數(shù)據(jù)與四個(gè)預(yù)先規(guī)定邊緣模式的匹配程度。即，匹配塊計(jì)算變換后的圖象數(shù)據(jù)V1、V2、…、Vm;V與對(duì)應(yīng)的四個(gè)預(yù)先規(guī)定的邊緣模式W1、W2、W3與W4的內(nèi)積，它們是期望為對(duì)應(yīng)于水平、垂直以及兩條對(duì)角線方向的。這里，WT1。V表示變換后的圖象數(shù)據(jù)V1、V2、…、Vm;V與預(yù)先規(guī)定的邊緣模式W1的內(nèi)積，W1是期望為對(duì)應(yīng)于水平方向的。
可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的進(jìn)程，它基于圖象處理系統(tǒng)同時(shí)執(zhí)行四個(gè)內(nèi)積的計(jì)算。
一個(gè)判定塊執(zhí)行下述功能分別將內(nèi)積WT1、V、WT2.V，WT3.V，WT4.V的輸出值與一個(gè)給定的常量進(jìn)行比較，如果輸出值中至少有一個(gè)大于該給定值則判定為一條邊緣。而用于與內(nèi)積的輸出值進(jìn)行比較的給定常量則可由用戶使用一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制。
圖3示出根據(jù)本發(fā)明的邊緣檢測(cè)裝置的一個(gè)較佳實(shí)施例。該裝置的構(gòu)造與功能如下。
一個(gè)編碼裝置包括一個(gè)用于輸出一個(gè)輸入圖象數(shù)據(jù)的水平掃描線延時(shí)信號(hào)的第一延時(shí)設(shè)備10，一個(gè)串接在該第一延遲設(shè)備10上的第二延時(shí)設(shè)備20，它用于輸出二個(gè)水平掃描線延時(shí)信號(hào)，一個(gè)3×3窗口電路30，它連接到編碼裝置的輸入端，第一延時(shí)設(shè)備10的輸出端與第二延時(shí)設(shè)備20的輸出端，用于在3×3局部窗口電路中存儲(chǔ)九個(gè)象素?cái)?shù)據(jù)，一個(gè)中值計(jì)算電路40用于計(jì)算3×3局部窗口中除外中心象素的其余8個(gè)象素?cái)?shù)據(jù)的一個(gè)中值，以及一個(gè)三態(tài)編碼器50用于應(yīng)用該中值與給定的閾值ε將8個(gè)象素?cái)?shù)據(jù)分為三級(jí)，並將該8個(gè)象素?cái)?shù)據(jù)變換成對(duì)應(yīng)于三個(gè)級(jí)的編碼。
一個(gè)匹配裝置包括內(nèi)積電路60、61、62、63用于計(jì)算各預(yù)先規(guī)定的邊緣模式W1、W2、W3及W4與三態(tài)編碼器50的輸出的內(nèi)積。
一個(gè)判定裝置包括比較器70、71、72、73，用于將各內(nèi)積電路60、61、62、63的輸出與給定的常量進(jìn)行比較並輸出匹配信號(hào)，以及“或”門80用于邏輯求和比較器70、71、72、73的輸出。
圖4示出編碼裝置的一個(gè)較佳實(shí)施例。該3×3窗口電路30包括三個(gè)寄存器90、91、92，它們分別包括一組8個(gè)并聯(lián)的D型觸發(fā)器且串接到用于輸入由8個(gè)比特表示的一個(gè)順序掃描數(shù)字視頻信號(hào)的一個(gè)輸入端，以及三個(gè)寄存器100，101，102，它們分別包括一組8個(gè)并聯(lián)的D型觸發(fā)器且串接到第一延時(shí)設(shè)備10的一個(gè)輸出端上用于輸入第一延時(shí)設(shè)備10的輸出信號(hào)，以及三個(gè)寄存器110，111，112，它們分別包括一組8個(gè)并聯(lián)D型觸發(fā)器且串接到第二延時(shí)設(shè)備20的輸出端上用于輸入該第二延時(shí)設(shè)備20的輸出信號(hào)，借此，將9個(gè)象素?cái)?shù)據(jù)存儲(chǔ)在3×3窗口電路30中。一個(gè)實(shí)際中值計(jì)算電路120包括加法器121，122，123，123用于將8個(gè)寄存器90、91、92、100、102、110、111、112(除外一個(gè)寄存器101的輸出信號(hào))的輸出信號(hào)兩兩相加，以及加法器130、131用于將加法器121、122、123、124輸出信號(hào)去掉最低位比特LSB后剩下的信號(hào)兩兩相加，以及一個(gè)加法器140用于將加法器130、131輸出信號(hào)去掉一個(gè)最低比特LSB后剩下的信號(hào)相加，並用于輸出一個(gè)將其輸出信號(hào)去掉一個(gè)最低位比特LSB后剩下的信號(hào)。
8個(gè)寄存器90、91、92、100、102、110、111、112的輸出信號(hào)以及加法器140的輸出信號(hào)暫存在寄存器中(未示出)用于在下一階段中作為輸入。即，中值計(jì)算電路120以下述方法計(jì)算中值。
令Z1、Z2、Z3、Z4、Z6、Z7、Z8、與Z9為寄存器90、91、92、100、102、110、111、112的輸出。令A(yù)、B、C與D為選自寄存器的輸出的兩個(gè)數(shù)據(jù)之和，則A、B、C與D表示為A＝Z1+Z2，B＝Z3+Z4，C＝Z6+Z7以及D＝Z8+Z9。這里，令E、F、G與H為值A(chǔ)、B、C、D去掉一個(gè)LSB比特后剩下的值。則E、F、G與H表示為
並且，令I(lǐng)與J分別為E與F及G與H之和，則I與J表示為I＝E＋F＝ (Z1＋Z2＋Z3＋Z4)/2 ，及J=G+H= (Z6＋Z7＋Z8＋Z9)/2 。
這里，令K與L分別為I與J去掉一個(gè)LSB后剩下的值，則K與L表示為k＝ (E+F)/2 = (Z1＋Z2＋Z3＋Z4)/4 ，及L= (G+H)/2 = (Z6＋Z7＋Z8＋Z9)/4 。
。
並且，設(shè)K與L相加后去掉其和的一個(gè)LSB比特所得之值為中值M，則M表示為M= (K+L)/2 = (Z1＋Z2＋Z3＋Z4+Z6＋Z7＋Z8＋Z9)/8所得到的中值M並不是精確的。由于所得到的中值是用于F一階段的三態(tài)編碼的，所以精確中值與所得中值之差並不降低結(jié)果邊緣的質(zhì)量。
以及，三態(tài)編碼器電路150包括加法器160用于將該中值M與一個(gè)且有噪聲減弱效應(yīng)的參數(shù)ε相加以生成一個(gè)值M+ε;加法器161用于將該中值M與參數(shù)-ε相加以生成一個(gè)值M-ε;一個(gè)比較器170用于將除外中心象素?cái)?shù)據(jù)Z5的各象素?cái)?shù)據(jù)Z1、Z2、…、Z9與值M+ε進(jìn)行比較;比較器171用于將除外中心象素?cái)?shù)據(jù)Z5的各象素?cái)?shù)據(jù)Z1、Z2、…、Z9與該值M-ε進(jìn)行比較;以及反相器180用于輸出比較器170的一個(gè)最高位比特MSB信號(hào)V11、V21、…、V91;以及“或”門190用于分別對(duì)三態(tài)信號(hào)的最低位比特LSBV10、V20、…、V90與比較器171的輸出進(jìn)行“或”運(yùn)算，即邏輯求和。即，當(dāng)對(duì)應(yīng)的象素?cái)?shù)據(jù)小于值M-ε時(shí)，三態(tài)編碼器150輸出一個(gè)值11，而當(dāng)對(duì)應(yīng)的象素?cái)?shù)據(jù)大于值M+ε時(shí)輸出一個(gè)值01，否則輸出一個(gè)值00。這里，設(shè)定最高位比特MSB為符號(hào)位而最低位比特LSB為數(shù)值位，則值11，00、01分別對(duì)應(yīng)于三態(tài)-1、0、1。
圖5示出四個(gè)預(yù)先規(guī)定的邊緣模式W1、W2、W3與W4。
圖6A、6B、6C、6D示出本發(fā)明的匹配裝置中用于計(jì)算內(nèi)積的電路。
匹配裝置計(jì)算四種預(yù)先規(guī)定的邊緣模式W1、W2、W3與W4中各個(gè)的元素的二進(jìn)制補(bǔ)碼與屏蔽值V11V10V21V20…、V91V90的內(nèi)積。
圖7示出內(nèi)積的真值表。
圖8示出內(nèi)積電路的簡(jiǎn)化的卡諾圖。
圖8的簡(jiǎn)化邏輯等式為Uj′(MSB)＝VjivjoWji+vji+WjljoUjo(LSB)＝VjoWjo這些邏輯等式可使用四種預(yù)先規(guī)定的邊緣模式進(jìn)一步化簡(jiǎn)。
首先，在Wjl＝Wjo＝1時(shí)，Uj′(MSB)＝VjivjoUjo(LSB)＝Vjo其次，在Wjl＝Wjo＝0時(shí)，Ujl(MSB)＝Ujo(LSB)＝0。
即不論圖象數(shù)據(jù)如何，其內(nèi)積輸出永遠(yuǎn)為“0”從而對(duì)結(jié)果邊緣沒有影響。
第三，在Wjl＝0，Wjo＝1時(shí)，Ujl(MSB)＝Vjl，Ujo(LSB)＝Vjo。
結(jié)果，在配置硬件時(shí)，四種預(yù)先規(guī)定的邊緣模式蘊(yùn)含地存在，只有三態(tài)值好象對(duì)內(nèi)積的輸出有影響。並且，所得到的內(nèi)積輸出是用兩個(gè)比特表示的並且在配置硬件時(shí)九個(gè)象素中除去加權(quán)值為0的象素只使用六個(gè)象素。
使用上述邏輯等式的一種硬件配置示出如下。
首先，W1.V的匹配電路輸出(V11.V10)V10、(V31)V30、(V41.V40)V40、V61V60、(V71.V70)V70、V91V90。
其次，W2.V的匹配電路輸出(V11.V10)V10、V71V70、(V21.V20)V20、V81V80、(V31.V30)V30、V91V90。
第三，W3.V的匹配電路輸出(V11.V10)V10、V61V60、(V21.V20)V20、V81V80、(V41.V40)V40、V91V90。
第四，W4.V的匹配電路輸出(V21.V20)V20、V41V40、(V31.V30)V30、V71V70、(V61.V60)V60、V81V80。
這些邏輯等式是用反相器200與“與”門210實(shí)現(xiàn)的，如圖6A、6B、6C與6D中所示。
爾后，對(duì)應(yīng)匹配電路中“與”門210的輸出與反相器200的輸出相加以求內(nèi)積。
這里，加法是使用加法器220並以增加一個(gè)絕對(duì)值電路230來實(shí)現(xiàn)的。增加絕對(duì)值電路230是用于當(dāng)加法的最終值為負(fù)值時(shí)能得到相同的邊緣結(jié)果，因?yàn)椤芭c”門210的輸出是以二進(jìn)制補(bǔ)碼表示的。同樣，“與”門210的輸出與反相器200的輸出的相加使用符號(hào)延伸法。
圖6A、6B、6C與6D中所示的用于得到絕對(duì)值的絕對(duì)值電路230在圖9中更詳細(xì)地展示。
在圖9中，假定四比特的一個(gè)輸入數(shù)據(jù)為A3A2A1A0，而一個(gè)輸出數(shù)據(jù)為B2B1B0。絕對(duì)值電路230包括用于將輸入數(shù)據(jù)A1與A0進(jìn)行“或”運(yùn)算的“或”門240，當(dāng)“或”門240的輸出與輸入數(shù)據(jù)A3全為“1”時(shí)用于提供一個(gè)“0”的“與非”門250，當(dāng)輸入數(shù)據(jù)A3與A0全為“1”時(shí)用于提供“0”的“與非”門260，以及當(dāng)輸入數(shù)據(jù)A2和“與非”門250的輸出為不同的值時(shí)用于輸出“1”的同門270，以及當(dāng)輸入數(shù)據(jù)A2和“與非”門260的輸出為不同的值時(shí)用于輸出“1”的同門280。這樣，“同”門270、280的輸出值和一個(gè)輸入數(shù)據(jù)A0分別成為絕對(duì)值電路230的輸出B2B1B0。
圖10示出本發(fā)明的邊緣檢測(cè)裝置的判定裝置的一個(gè)較佳實(shí)施例。該判定裝置包括用于輸入來自絕對(duì)值電路230的輸出信號(hào)OUT1、OUT2、OUT3、與OUT4以及一個(gè)表示一條邊緣的閾值“110”的四個(gè)比較器290，以及用于將分別選自4個(gè)比較器240的輸出信號(hào)兩兩進(jìn)行“或”運(yùn)算的兩個(gè)“或”門300，以及用于對(duì)兩個(gè)“或”門300的輸出信號(hào)進(jìn)行“或”運(yùn)算的“或”門310。並且，如果選自輸出信號(hào)OUT1、OUT2、OUT3與OUT4的至少一個(gè)大于或等于“6”，則“或”門310的輸出成為“1”，並判定為一條邊緣。
圖11為展示本發(fā)明的邊緣檢測(cè)電路的操作的定時(shí)圖。假定圖11中所示的輸入圖象數(shù)據(jù)是存儲(chǔ)在3×3窗口電路90、91、92、100、101、102、110、111與112中的。這里ε設(shè)定為10。並且三態(tài)值V1、V2、V3、V4、V6、V7、V8V9示出在圖11中。這里，在用虛線加框的兩個(gè)方形區(qū)域中的兩個(gè)輸入模式等于對(duì)應(yīng)的預(yù)先規(guī)定的邊緣模式。即第一個(gè)虛線加框的方形區(qū)域等于W1，以及第二個(gè)虛線加框的方形區(qū)域等于W2。相應(yīng)地，當(dāng)至少一個(gè)輸出信號(hào)OUT1與OUT2為“1”時(shí)，輸出信號(hào)EDGE(邊緣)成為“1”。
本發(fā)明的邊緣檢測(cè)裝置具有下述優(yōu)點(diǎn)。
第一，由于在多態(tài)編碼方法中使用了噪聲減弱參數(shù)，可以不使用附加的低通濾波器而大大地減小噪聲的影響。
第二，由于采用了最小的二維對(duì)稱窗口3×3局部窗口，便能夠極大地簡(jiǎn)化硬件與最小化操作時(shí)間。
第三，由于同時(shí)使用若干線性閾值邏輯，它能夠利用多層線性閾值邏輯的旋轉(zhuǎn)不變性質(zhì)。
權(quán)利要求
1.一種用于圖象處理系統(tǒng)的邊緣檢測(cè)方法，包括下述步驟將輸入象素?cái)?shù)據(jù)變換為多態(tài)值；計(jì)算所述多態(tài)值與預(yù)先規(guī)定的值的一個(gè)內(nèi)積；以及根據(jù)所述內(nèi)積的結(jié)果作出一個(gè)判定。
2.一種用于圖象處理系統(tǒng)的邊緣檢測(cè)裝置，包括一個(gè)變換裝置，用于將輸入象素?cái)?shù)據(jù)變換為多態(tài)值;一個(gè)匹配裝置，用于計(jì)算所述多態(tài)值與預(yù)先規(guī)定的值的一個(gè)內(nèi)積;以及一個(gè)判定裝置，用于根據(jù)所述內(nèi)積的結(jié)果作出一個(gè)判定。
3.權(quán)利要求2所提出的一種用于圖象處理系統(tǒng)的邊緣檢測(cè)裝置，其中所述變換裝置進(jìn)一步包括用于存儲(chǔ)所述象素?cái)?shù)據(jù)的一個(gè)存儲(chǔ)裝置(30)。
4.權(quán)利要求3所提出的一種用于圖象處理系統(tǒng)的邊緣檢測(cè)裝置，其中所述存儲(chǔ)裝置(30)存儲(chǔ)1×1數(shù)據(jù)以存儲(chǔ)圍繞中心象素的相鄰象素。
5.權(quán)利要求4所提出的一種用于圖象處理系統(tǒng)的邊緣檢測(cè)裝置，其中所述變換裝置包括一個(gè)中值計(jì)算電路(40)用于計(jì)算所述1×1數(shù)據(jù)的一個(gè)中值;以及一個(gè)映射電路(50)，用于使用所述中值與一個(gè)任意常量將所述1×1數(shù)據(jù)變換成所述多態(tài)值。
6.權(quán)利要求5所提出的一種用于圖象處理系統(tǒng)的邊緣檢測(cè)裝置，其中所述任意常量為一個(gè)噪聲減弱參數(shù)。
7.權(quán)利要求6所提出的一種用于圖象處理系統(tǒng)的邊緣檢測(cè)裝置，其中所述1為3。
8.權(quán)利要求7所提出的一種用于圖象處理系統(tǒng)的邊緣檢測(cè)裝置，其中所述存儲(chǔ)裝置(30)包括一個(gè)第一延時(shí)設(shè)備(10)用于將所述輸入象素?cái)?shù)據(jù)延時(shí)一條水平掃描線;一個(gè)第二延時(shí)設(shè)備(20)，它是串接到所述第一延時(shí)設(shè)備的，用于將所述輸入象素?cái)?shù)據(jù)延時(shí)兩條水平掃描線;第一組三個(gè)寄存器(90)、(91)、(92)，它們是串接到一個(gè)輸入端上的，用于輸入所述輸入象素?cái)?shù)據(jù);第二組三個(gè)寄存器(100)、(101)、(102)，它們是串接到所述第一延時(shí)設(shè)備的，用于輸入所述延時(shí)一條水平掃描線的信號(hào);第三組三個(gè)寄存器(110)、(111)、(112)，它們是串接到所述第二延時(shí)設(shè)備的，用于輸入所述延時(shí)兩條水平掃描線的信號(hào)。
9.權(quán)利要求8所提出的一種用于圖象處理系統(tǒng)的邊緣檢測(cè)裝置，其中所述第一組、第二組、第三組寄存器(90)、(91)、(92)、(100)、(101)、(102)、(110)、(111)、(112)分別由多個(gè)D型觸發(fā)器構(gòu)成。
10.權(quán)利要求9所提出的一種用于圖象處理系統(tǒng)的邊緣檢測(cè)裝置，其中所述中值計(jì)算電路(120)包括第一組四個(gè)加法器(121)、(122)、(123)、(124)，用于將所述第一組、第二組與第三組寄存器中除外所述第二組寄存器中的一個(gè)中心象素?cái)?shù)據(jù)以外的四對(duì)輸出信號(hào)相加;第二組兩個(gè)加法器(130)、(131)，用于將所述第一組四個(gè)加法器的輸出去掉最低位比特后剩下的輸出信號(hào)中選擇的兩兩相加;一個(gè)第三加法器(140)，用于將所述第二組兩個(gè)加法器的輸出去掉最低位比特后剩下的輸出信號(hào)相加并將相加后的信號(hào)的最低位比特去掉后剩下的一個(gè)信號(hào)輸出。
11.權(quán)利要求10所提出的一種用于圖象處理系統(tǒng)的邊緣檢測(cè)裝置，其中所述映射電路(150)將所述輸入象素?cái)?shù)據(jù)變換成三態(tài)值。
12.權(quán)利要求11所提出的一種用于圖象處理系統(tǒng)的邊緣檢測(cè)裝置，其中所述三態(tài)值為二的補(bǔ)碼二進(jìn)制數(shù)表示中的11、01與00。
13.權(quán)利要求12所提出的一種用于圖象處理系統(tǒng)的邊緣檢測(cè)裝置，其中所述映射電路(150)包括一個(gè)第四加法器(160)，用于將所述第三加法器的一個(gè)輸出信號(hào)與所述任意常量相加;一個(gè)第五加法器(161)，用于將所述第三加法器的一個(gè)輸出信號(hào)與所述任意常量的負(fù)值相加;第一組八個(gè)比較器(170)，用于將除外所述中心象素?cái)?shù)據(jù)的八個(gè)象素?cái)?shù)據(jù)分別與所述第四加法器的輸出信號(hào)相比較;第二組八個(gè)比較器(171)，用于將所述八個(gè)象素?cái)?shù)據(jù)分別與所述第五加法器的一個(gè)輸出信號(hào)相比較;八個(gè)反相器(180)，用于分別反相所述第一組比較器的輸出信號(hào)並分別輸出所述三態(tài)值的最高位比特信號(hào);以及八個(gè)“或”門(190)，用于對(duì)所述八個(gè)反相器的一個(gè)輸出信號(hào)與所述第二組八個(gè)比較器的輸出信號(hào)進(jìn)行“或”運(yùn)算並分別輸出所述三態(tài)值的最低位比特信號(hào)。
14.權(quán)利要求13所提出的一種用于圖象處理系統(tǒng)的邊緣檢測(cè)裝置，其中所述匹配裝置計(jì)算所述三態(tài)值與所述四種預(yù)先規(guī)定的邊緣模式的內(nèi)積。
15.權(quán)利要求14所提出的一種用于圖象處理系統(tǒng)的邊緣檢測(cè)裝置，其中所述四種預(yù)先規(guī)定的邊緣模式是由對(duì)應(yīng)的3×3矩陣構(gòu)成的。
16.權(quán)利要求15所提出的一種用于圖象處理系統(tǒng)的邊緣檢測(cè)裝置，其中各所述四種預(yù)先規(guī)定的邊緣模式包括一種第一模式(W1)，它在第一列中為-1，在第二列中為0，在第三列中為1;一種第二模式(W2)，它在第一行中為-1，在第二行中為0，在第三行中為1;一種第三模式(W3)，它在第一行中為-1，-1，0，在第二行中為-1，0，1，在第三行中為0，1，1;以及一種第四模式(W4)，它在第一行中為0，-1，-1，在第二行中為1，0，-1，在第三行中為1，1，0。
17.權(quán)利要求16所提出的一種用于圖象處理系統(tǒng)的邊緣檢測(cè)裝置，其中所述三態(tài)值與所述第一模式的所述內(nèi)積電路(60)包括三個(gè)反相器(200)，分別用于反相所述三態(tài)值的第一、第四與第七個(gè)值的最高位比特;三個(gè)“與”門(210)，分別用于將所述三個(gè)反相器的輸出信號(hào)與所述三態(tài)值的所述第一、第四與第七個(gè)值的最低位比特邏輯地相乘;第八組五個(gè)加法器(220)，用于使用附號(hào)延伸將所述三態(tài)值的第三、第六、第九個(gè)值與所述三個(gè)“與”門的輸出信號(hào)相加;以及一個(gè)絕對(duì)值電路(230)，用于當(dāng)所述第八組五個(gè)加法器的最終輸出信號(hào)為負(fù)值時(shí)求得一個(gè)絕對(duì)值。
18.權(quán)利要求17所提出的一種用于圖象處理系統(tǒng)的邊緣檢測(cè)裝置，其中所述三態(tài)值與所述第二種模式的所述內(nèi)積電路(61)包括三個(gè)反相器(200)，分別用于反相所述三態(tài)值的第一、第二與第三個(gè)值的最高位比特;三個(gè)“與”門(210)，分別用于將所述三個(gè)反相器的輸出信號(hào)與所述三態(tài)值的第一、第二與第三個(gè)值的最低位比特邏輯地相乘;第九組五個(gè)加法器(220)，用于使用符號(hào)延伸將所述三態(tài)值的第七、第八與第九個(gè)值與所述三個(gè)“與”門的輸出信號(hào)相加;以及一個(gè)絕對(duì)值電路(230)，用于當(dāng)所述第九組五個(gè)加法器的最終輸出信號(hào)為負(fù)值時(shí)求得一個(gè)絕對(duì)值。
19.權(quán)利要求18所提出的一種用于圖象處理系統(tǒng)的邊緣檢測(cè)裝置，其中所述三態(tài)值與所述第三種模式的所述內(nèi)積電路(62)包括三個(gè)反相器(200)，分別用于反相所述三態(tài)值的第一、第二與第四個(gè)值的最高位比特;三個(gè)“與”門(210)，分別用于將所述三個(gè)反相器的輸出信號(hào)與所述三態(tài)值的第一、第二與第四個(gè)值的最低位比特邏輯地相乘;第十組五個(gè)加法器(220)，用于使用符號(hào)延伸將所述三態(tài)值的第六、第八與第九個(gè)值與所述三個(gè)“與”門的輸出信號(hào)相加;以及一個(gè)絕對(duì)值電路(230)，用于當(dāng)所述第十組五個(gè)加法器的最終輸出信號(hào)為一個(gè)負(fù)值時(shí)求得一個(gè)絕對(duì)值。
20.權(quán)利要求19所提出的一種用于圖象處理系統(tǒng)的邊緣檢測(cè)裝置，其中所述三態(tài)值與所述第四種模式的所述內(nèi)積電路(68)包括三個(gè)反相器(200)，分別用于反相所述三態(tài)值的第二、第三與第六個(gè)值的最高位比特;三個(gè)“與”門(210)，分別用于將所述三個(gè)反相器的輸出信號(hào)與所述三態(tài)值的第二、第三與第六個(gè)值的最低位比特邏輯地相乘;第十一組五個(gè)加法器(220)，用于使用符號(hào)延伸將所述三態(tài)值的第四、第七與第八個(gè)值以及所述三個(gè)“與”門的輸出信號(hào)相加;以及一個(gè)絕對(duì)值電路(230)，用于當(dāng)所述第十一組五個(gè)加法器的最終輸出信號(hào)為一個(gè)負(fù)值時(shí)求得一個(gè)絕對(duì)值。
21.權(quán)利要求20所提出的一種用于圖象處理系統(tǒng)的邊緣檢測(cè)裝置，其中所述絕對(duì)值電路(230)包括一個(gè)“或”門(240)，用于對(duì)輸入的四比特的兩個(gè)最低位比特進(jìn)行“或”運(yùn)算;一個(gè)第一“與非門”(250)，用于輸入所述“或”門的一個(gè)輸出信號(hào)以及所述輸入的四比特的最高位比特;一個(gè)第二“與非”門(260)，用于輸入所述輸入的四比特的最高位比特與最低位比特;一個(gè)第一“同”門(270)，用于輸入所述第一“與非”門的一個(gè)輸出信號(hào)以及所述輸入的四比特的最高位比特;以及一個(gè)第二“同”門(280)，用于輸入所述第二“與非”門的一個(gè)輸出信號(hào)以及所述輸入的四比特的次最低位比特，從而，所述第一“同”門的一個(gè)輸出為所述絕對(duì)值的最高位比特，所述八個(gè)加法器的最低位比特為所述絕對(duì)值的最低位比特，所述第二“同”門的一個(gè)輸出為絕對(duì)值的中間比特。
22.權(quán)利要求21所提出的一種用于圖象處理系統(tǒng)的邊緣檢測(cè)裝置，其中所述判定裝置包括第三組四個(gè)比較器(270)，用于分別輸入四個(gè)絕對(duì)值電路的輸出以及一個(gè)給定的閾值;兩個(gè)“或”門(300)，用于對(duì)所述第三組四個(gè)比較器的輸出信號(hào)選擇的兩兩進(jìn)行“或”運(yùn)算;以及一個(gè)“或”門(310)，用于對(duì)所述兩個(gè)“或”門的輸出信號(hào)進(jìn)行“或”運(yùn)算。
全文摘要
公開了一種用于圖象處理系統(tǒng)的邊緣檢測(cè)裝置與方法。該裝置包括一個(gè)用于輸入象素?cái)?shù)據(jù)變換為多態(tài)值的變換裝置，一個(gè)用于計(jì)算這些多態(tài)值與預(yù)先規(guī)定的值的內(nèi)積的匹配裝置，以及一個(gè)用于根據(jù)內(nèi)積的結(jié)果作出一個(gè)判定的判定裝置，該裝置能夠不用附加低通濾波器而除去噪聲。因此，它簡(jiǎn)化了硬件并能進(jìn)行實(shí)時(shí)處理。
文檔編號(hào)H04N5/14GK1065347SQ9110918
公開日1992年10月14日 申請(qǐng)日期1991年9月25日 優(yōu)先權(quán)日1991年3月28日
發(fā)明者白俊基, 樸容喆, 明贊奎 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社