專利名稱：圖象處理系統(tǒng)的邊緣檢測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處理系統(tǒng)中，建議了一種預(yù)處理，因為它能夠以消除諸如噪聲之類的圖象處理中的有害因素而提高檢測運動矢量的精度。預(yù)處理也能以將一個高分辨率圖象，通常以8個比特一個象素表示，映射為以少于8個比特一個象素表示的一種不同類型的圖象來減輕計算負擔(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)字信號處理的自動圖象穩(wěn)定系統(tǒng)”中采用抽取代表點(BERP)法，載于IEEE用戶電子學(xué)報，36卷，3號，(510-519頁)，1990年8月出版，它可認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，諸如強度平坦區(qū)，但它仍然需要兩個以上比特每一象素來表示BERP圖象。然而，檢測到的邊緣信息可以每一象素一個比特來表示。從而，該邊緣檢測方法可以簡化硬件。邊緣檢測有多種方案，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)與一個事先規(guī)定的模式匹配或擬合，以及(ⅴ)檢測用圖象中的高斯拉普拉斯算子濾波的零交義。(ⅰ)-(ⅳ)中列舉的邊緣檢測器的兩大缺點是由于它們檢測圖象信號中的高頻成分，所以它們只對某些圖象工作得很好，但當(dāng)噪聲存在時邊緣檢測的性能明顯地降低。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計算量顯著增加的潛在缺點。即，由于噪聲與邊緣信息位于不同的高頻區(qū)域，方案(ⅴ)需要更強的低通濾波來完全地檢測邊緣。所以用于邊緣檢測的窗口必將進一步加大。
從而，本發(fā)明的一個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方法。
本發(fā)明的另一目的為提供一種能簡化硬件實現(xiàn)並進行實時操作的邊緣檢測裝置。
為了實現(xiàn)第一目的，本發(fā)明的一種邊緣檢測方法包括下述步驟將輸入象素數(shù)據(jù)變換成一個多態(tài)值集合;
計算所述多態(tài)值集合與一個預(yù)先規(guī)定的值的集合的一個內(nèi)積;以及根據(jù)所述內(nèi)積的結(jié)果作出判定。
為了實現(xiàn)第二目標(biāo)，本發(fā)明的一種邊緣檢測裝置包括一個變換裝置，用于將輸入象素數(shù)據(jù)變換成多態(tài)值;
一個匹配裝置，用于計算所述多態(tài)值與預(yù)定值的一個內(nèi)積;以及一個判定裝置，用于根據(jù)所述內(nèi)積的結(jié)果作出一個判定。


圖1為示出根據(jù)本發(fā)明的一個圖象處理系統(tǒng)的一種邊緣檢測裝置的信號流的流程圖。
圖2為示出根據(jù)本發(fā)明的邊緣檢測裝置的方框圖。
圖3為示出根據(jù)本發(fā)明的邊緣檢測裝置的一個較佳實施例的方框圖。
圖4為示出根據(jù)本發(fā)明的邊緣檢測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)明的邊緣檢測裝置的一個匹配裝置計算內(nèi)積W1.V的電路。
圖6B示出用于根據(jù)本發(fā)明的邊緣檢測裝置的匹配裝置計算內(nèi)積W2.V的電路。
圖6C示出用于根據(jù)本發(fā)明的邊緣檢測裝置的匹配裝置計算內(nèi)積W3.V的電路。
圖6D示出用于根據(jù)本發(fā)明的邊緣檢測裝置的匹配裝置計算內(nèi)積W4.V的電路。
圖7為根據(jù)本發(fā)明的邊緣檢測裝置的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)明的邊緣檢測裝置的匹配裝置的絕對值電路的一個邏輯電路圖。
圖10為根據(jù)本發(fā)明的邊緣檢測裝置的判定電路的一個邏輯電路圖。
圖11為用于說明根據(jù)本發(fā)明的邊緣檢測裝置的操作的時序圖。
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)輸入的一個線性可分函數(shù)的定義。
令P為一個L維矢量的集合，P中任何一個矢量的各分量取值｛-j，…，-1，0，1，…，k｝中M＝j(luò)+k+1個值之一，也就是說，P＝｛X｜Xiε｛-j，…，-1，0，1，…，k｝，i＝1，…，L｝。
此時，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，定義的一個邏輯函數(shù)F當(dāng)且僅當(dāng)WTX＞W(wǎng)TY，
XξP1，與
YξP0時屬于線性可分類型。
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，對于i＝1，…L這些不等式求和，可得WTX＞W(wǎng)TY，因為至少對于一個i，等號不成立。
我們還可以考慮一個集合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，我們必須將一個象素的連續(xù)亮度值映射到若干離散狀態(tài)上。
讓我們使用一個1×1局部窗口來在一個給定的象素位置上檢測一條邊緣。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個象素值，其中r＝1×1。則對于對應(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，對應(yīng)于第i個象素的局部平均值等于Mi=1rΣj=1pZJ]]>然后將對多態(tài)線性閾值邏輯的第j個輸入狀態(tài)Vj定義為
其中ε為對燥聲數(shù)據(jù)的防護。要抑制的噪聲量越大，ε應(yīng)當(dāng)越大。
我們定義四對雙向邊，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，對于l＝3，右邊及其對邊，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邊以相同的方法定義，即
以右上與左下兩邊表示的第三對邊，由下式給出
最后，以左上與右下兩邊表示的第四對邊由下式給出
例如，對于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，檢測出，因為它們是由極端值組成的且左邊與右邊的絕對值相等而符號相反。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。如上述定理所揭示，例如對于l＝3的一個用于檢測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)矢量進行或運算而檢測的。完整的邊緣檢測過程以下述算法描述。
1.選擇局部窗口的大小1。
2.對于i＝1，…，n執(zhí)行2.1構(gòu)成Z2.2計算輸入狀態(tài)V，設(shè)置V0＝1。
2.3計算四個內(nèi)積WTV、WT1V、WT/V與WT\V。如果它們中至少有一個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檢測到一條邊緣，否則，不存在邊緣。
在實現(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，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算，框越大對噪聲的控制越好。然而，增加框的大小有兩個缺點，即，(ⅰ)對于不在0、45、90、135、180、225、270與315度方向上的邊緣更難于檢測，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算。l＝3的框大小顯示出非常有效，基于該窗口對于任何向上的邊緣是最敏感的一個，由于它是最小的對稱窗口。
圖1是展示根據(jù)本發(fā)明的邊緣檢測方法中的一個信號流的流程圖。應(yīng)用圖1，3以直接進行軟件實現(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個象素Xi為中心的局部圖象模式的鄰接點Zj，j＝1，…，m。在第三步驟，Zj表示在包含第i個象素Xi的一個局部窗口中的一個象素集合而m則為該局部窗口中的象素的數(shù)目。同時，在第三步驟中，Zj，j＝1，…，m被映射到對應(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中至少一個匹配，如果是，則在第六步驟確定第i個象素是一個邊緣。否則，在第七步驟，確定第i個象素Xi不是一個邊緣。在第八步驟，如果第i個象素Xi不是全部象素，則在第九步驟將i增加1而進程返回到第二步驟重復(fù)執(zhí)行一個主循環(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所示的邊緣檢測裝置包含三塊，一個編碼塊用于在應(yīng)用一個局部窗口將一個原始圖象數(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，一個匹配塊用于計算多態(tài)數(shù)據(jù)V1，…，Vm與預(yù)定的分別對應(yīng)于W_、W1、W/與W\的邊緣模式W1、W2、W3與W4的內(nèi)積，以及一個判定塊用于將各內(nèi)積的結(jié)果數(shù)據(jù)與一個輸出閾值進行比較，將比較結(jié)果進行“或”運算並判定原始圖象數(shù)據(jù)Xi是否是一個邊緣。
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具有亮度值的中值並將相鄰象素Z1、Z2…Zm變換成對應(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〔log2M〕當(dāng)M為2的冪時表示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噪聲控制參數(shù)ε，匹配塊將各象素分離為三級，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。
一個匹配塊分別輸出變換后的圖象數(shù)據(jù)與四個預(yù)先規(guī)定邊緣模式的匹配程度。即，匹配塊計算變換后的圖象數(shù)據(jù)V1、V2、…、Vm;V與對應(yīng)的四個預(yù)先規(guī)定的邊緣模式W1、W2、W3與W4的內(nèi)積，它們是期望為對應(yīng)于水平、垂直以及兩條對角線方向的。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是期望為對應(yīng)于水平方向的。
可實現(xiàn)實時的進程，它基于圖象處理系統(tǒng)同時執(zhí)行四個內(nèi)積的計算。
一個判定塊執(zhí)行下述功能分別將內(nèi)積WT1、V、WT2.V，WT3.V，WT4.V的輸出值與一個給定的常量進行比較，如果輸出值中至少有一個大于該給定值則判定為一條邊緣。而用于與內(nèi)積的輸出值進行比較的給定常量則可由用戶使用一臺微型計算機進行控制。
圖3示出根據(jù)本發(fā)明的邊緣檢測裝置的一個較佳實施例。該裝置的構(gòu)造與功能如下。
一個編碼裝置包括一個用于輸出一個輸入圖象數(shù)據(jù)的水平掃描線延時信號的第一延時設(shè)備10，一個串接在該第一延遲設(shè)備10上的第二延時設(shè)備20，它用于輸出二個水平掃描線延時信號，一個3×3窗口電路30，它連接到編碼裝置的輸入端，第一延時設(shè)備10的輸出端與第二延時設(shè)備20的輸出端，用于在3×3局部窗口電路中存儲九個象素數(shù)據(jù)，一個中值計算電路40用于計算3×3局部窗口中除外中心象素的其余8個象素數(shù)據(jù)的一個中值，以及一個三態(tài)編碼器50用于應(yīng)用該中值與給定的閾值ε將8個象素數(shù)據(jù)分為三級，並將該8個象素數(shù)據(jù)變換成對應(yīng)于三個級的編碼。
一個匹配裝置包括內(nèi)積電路60、61、62、63用于計算各預(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行比較並輸出匹配信號，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較佳實施例。該3×3窗口電路30包括三個寄存器90、91、92，它們分別包括一組8個并聯(lián)的D型觸發(fā)器且串接到用于輸入由8個比特表示的一個順序掃描數(shù)字視頻信號的一個輸入端，以及三個寄存器100，101，102，它們分別包括一組8個并聯(lián)的D型觸發(fā)器且串接到第一延時設(shè)備10的一個輸出端上用于輸入第一延時設(shè)備10的輸出信號，以及三個寄存器110，111，112，它們分別包括一組8個并聯(lián)D型觸發(fā)器且串接到第二延時設(shè)備20的輸出端上用于輸入該第二延時設(shè)備20的輸出信號，借此，將9個象素數(shù)據(jù)存儲在3×3窗口電路30中。一個實際中值計算電路120包括加法器121，122，123，123用于將8個寄存器90、91、92、100、102、110、111、112(除外一個寄存器101的輸出信號)的輸出信號兩兩相加，以及加法器130、131用于將加法器121、122、123、124輸出信號去掉最低位比特LSB后剩下的信號兩兩相加，以及一個加法器140用于將加法器130、131輸出信號去掉一個最低比特LSB后剩下的信號相加，並用于輸出一個將其輸出信號去掉一個最低位比特LSB后剩下的信號。
8個寄存器90、91、92、100、102、110、111、112的輸出信號以及加法器140的輸出信號暫存在寄存器中(未示出)用于在下一階段中作為輸入。即，中值計算電路120以下述方法計算中值。
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與一個且有噪聲減弱效應(yīng)的參數(shù)ε相加以生成一個值M+ε;加法器161用于將該中值M與參數(shù)-ε相加以生成一個值M-ε;一個比較器170用于將除外中心象素數(shù)據(jù)Z5的各象素數(shù)據(jù)Z1、Z2、…、Z9與值M+ε進行比較;比較器171用于將除外中心象素數(shù)據(jù)Z5的各象素數(shù)據(jù)Z1、Z2、…、Z9與該值M-ε進行比較;以及反相器180用于輸出比較器170的一個最高位比特MSB信號V11、V21、…、V91;以及“或”門190用于分別對三態(tài)信號的最低位比特LSBV10、V20、…、V90與比較器171的輸出進行“或”運算，即邏輯求和。即，當(dāng)對應(yīng)的象素數(shù)據(jù)小于值M-ε時，三態(tài)編碼器150輸出一個值11，而當(dāng)對應(yīng)的象素數(shù)據(jù)大于值M+ε時輸出一個值01，否則輸出一個值00。這里，設(shè)定最高位比特MSB為符號位而最低位比特LSB為數(shù)值位，則值11，00、01分別對應(yīng)于三態(tài)-1、0、1。
圖5示出四個預(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算內(nèi)積的電路。
匹配裝置計算四種預(yù)先規(guī)定的邊緣模式W1、W2、W3與W4中各個的元素的二進制補碼與屏蔽值V11V10V21V20…、V91V90的內(nèi)積。
圖7示出內(nèi)積的真值表。
圖8示出內(nèi)積電路的簡化的卡諾圖。
圖8的簡化邏輯等式為Uj′(MSB)＝VjivjoWji+vji+WjljoUjo(LSB)＝VjoWjo這些邏輯等式可使用四種預(yù)先規(guī)定的邊緣模式進一步化簡。
首先，在Wjl＝Wjo＝1時，Uj′(MSB)＝VjivjoUjo(LSB)＝Vjo其次，在Wjl＝Wjo＝0時，Ujl(MSB)＝Ujo(LSB)＝0。
即不論圖象數(shù)據(jù)如何，其內(nèi)積輸出永遠為“0”從而對結(jié)果邊緣沒有影響。
第三，在Wjl＝0，Wjo＝1時，Ujl(MSB)＝Vjl，Ujo(LSB)＝Vjo。
結(jié)果，在配置硬件時，四種預(yù)先規(guī)定的邊緣模式蘊含地存在，只有三態(tài)值好象對內(nèi)積的輸出有影響。並且，所得到的內(nèi)積輸出是用兩個比特表示的並且在配置硬件時九個象素中除去加權(quán)值為0的象素只使用六個象素。
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實現(xiàn)的，如圖6A、6B、6C與6D中所示。
爾后，對應(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並以增加一個絕對值電路230來實現(xiàn)的。增加絕對值電路230是用于當(dāng)加法的最終值為負值時能得到相同的邊緣結(jié)果，因為“與”門210的輸出是以二進制補碼表示的。同樣，“與”門210的輸出與反相器200的輸出的相加使用符號延伸法。
圖6A、6B、6C與6D中所示的用于得到絕對值的絕對值電路230在圖9中更詳細地展示。
在圖9中，假定四比特的一個輸入數(shù)據(jù)為A3A2A1A0，而一個輸出數(shù)據(jù)為B2B1B0。絕對值電路230包括用于將輸入數(shù)據(jù)A1與A0進行“或”運算的“或”門240，當(dāng)“或”門240的輸出與輸入數(shù)據(jù)A3全為“1”時用于提供一個“0”的“與非”門250，當(dāng)輸入數(shù)據(jù)A3與A0全為“1”時用于提供“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用于輸出“1”的同門280。這樣，“同”門270、280的輸出值和一個輸入數(shù)據(jù)A0分別成為絕對值電路230的輸出B2B1B0。
圖10示出本發(fā)明的邊緣檢測裝置的判定裝置的一個較佳實施例。該判定裝置包括用于輸入來自絕對值電路230的輸出信號OUT1、OUT2、OUT3、與OUT4以及一個表示一條邊緣的閾值“110”的四個比較器290，以及用于將分別選自4個比較器240的輸出信號兩兩進行“或”運算的兩個“或”門300，以及用于對兩個“或”門300的輸出信號進行“或”運算的“或”門310。並且，如果選自輸出信號OUT1、OUT2、OUT3與OUT4的至少一個大于或等于“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)明的邊緣檢測電路的操作的定時圖。假定圖11中所示的輸入圖象數(shù)據(jù)是存儲在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方形區(qū)域中的兩個輸入模式等于對應(yīng)的預(yù)先規(guī)定的邊緣模式。即第一個虛線加框的方形區(qū)域等于W1，以及第二個虛線加框的方形區(qū)域等于W2。相應(yīng)地，當(dāng)至少一個輸出信號OUT1與OUT2為“1”時，輸出信號EDGE(邊緣)成為“1”。
本發(fā)明的邊緣檢測裝置具有下述優(yōu)點。
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稱窗口3×3局部窗口，便能夠極大地簡化硬件與最小化操作時間。
第三，由于同時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)的邊緣檢測方法，包括下述步驟將輸入象素數(shù)據(jù)變換為多態(tài)值；計算所述多態(tài)值與預(yù)先規(guī)定的值的一個內(nèi)積；以及根據(jù)所述內(nèi)積的結(jié)果作出一個判定。
2.一種用于圖象處理系統(tǒng)的邊緣檢測裝置，包括一個變換裝置，用于將輸入象素數(shù)據(jù)變換為多態(tài)值;一個匹配裝置，用于計算所述多態(tài)值與預(yù)先規(guī)定的值的一個內(nèi)積;以及一個判定裝置，用于根據(jù)所述內(nèi)積的結(jié)果作出一個判定。
3.權(quán)利要求2所提出的一種用于圖象處理系統(tǒng)的邊緣檢測裝置，其中所述變換裝置進一步包括用于存儲所述象素數(shù)據(jù)的一個存儲裝置(30)。
4.權(quán)利要求3所提出的一種用于圖象處理系統(tǒng)的邊緣檢測裝置，其中所述存儲裝置(30)存儲1×1數(shù)據(jù)以存儲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)的邊緣檢測裝置，其中所述變換裝置包括一個中值計算電路(40)用于計算所述1×1數(shù)據(jù)的一個中值;以及一個映射電路(50)，用于使用所述中值與一個任意常量將所述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)的邊緣檢測裝置，其中所述任意常量為一個噪聲減弱參數(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)的邊緣檢測裝置，其中所述存儲裝置(30)包括一個第一延時設(shè)備(10)用于將所述輸入象素數(shù)據(jù)延時一條水平掃描線;一個第二延時設(shè)備(20)，它是串接到所述第一延時設(shè)備的，用于將所述輸入象素數(shù)據(jù)延時兩條水平掃描線;第一組三個寄存器(90)、(91)、(92)，它們是串接到一個輸入端上的，用于輸入所述輸入象素數(shù)據(jù);第二組三個寄存器(100)、(101)、(102)，它們是串接到所述第一延時設(shè)備的，用于輸入所述延時一條水平掃描線的信號;第三組三個寄存器(110)、(111)、(112)，它們是串接到所述第二延時設(shè)備的，用于輸入所述延時兩條水平掃描線的信號。
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)的邊緣檢測裝置，其中所述中值計算電路(120)包括第一組四個加法器(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中心象素數(shù)據(jù)以外的四對輸出信號相加;第二組兩個加法器(130)、(131)，用于將所述第一組四個加法器的輸出去掉最低位比特后剩下的輸出信號中選擇的兩兩相加;一個第三加法器(140)，用于將所述第二組兩個加法器的輸出去掉最低位比特后剩下的輸出信號相加并將相加后的信號的最低位比特去掉后剩下的一個信號輸出。
11.權(quán)利要求10所提出的一種用于圖象處理系統(tǒng)的邊緣檢測裝置，其中所述映射電路(150)將所述輸入象素數(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)的邊緣檢測裝置，其中所述三態(tài)值為二的補碼二進制數(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)的邊緣檢測裝置，其中所述映射電路(150)包括一個第四加法器(160)，用于將所述第三加法器的一個輸出信號與所述任意常量相加;一個第五加法器(161)，用于將所述第三加法器的一個輸出信號與所述任意常量的負值相加;第一組八個比較器(170)，用于將除外所述中心象素數(shù)據(jù)的八個象素數(shù)據(jù)分別與所述第四加法器的輸出信號相比較;第二組八個比較器(171)，用于將所述八個象素數(shù)據(jù)分別與所述第五加法器的一個輸出信號相比較;八個反相器(180)，用于分別反相所述第一組比較器的輸出信號並分別輸出所述三態(tài)值的最高位比特信號;以及八個“或”門(190)，用于對所述八個反相器的一個輸出信號與所述第二組八個比較器的輸出信號進行“或”運算並分別輸出所述三態(tài)值的最低位比特信號。
14.權(quán)利要求13所提出的一種用于圖象處理系統(tǒng)的邊緣檢測裝置，其中所述匹配裝置計算所述三態(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)的邊緣檢測裝置，其中所述四種預(yù)先規(guī)定的邊緣模式是由對應(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、第四與第七個值的最高位比特;三個“與”門(210)，分別用于將所述三個反相器的輸出信號與所述三態(tài)值的所述第一、第四與第七個值的最低位比特邏輯地相乘;第八組五個加法器(220)，用于使用附號延伸將所述三態(tài)值的第三、第六、第九個值與所述三個“與”門的輸出信號相加;以及一個絕對值電路(230)，用于當(dāng)所述第八組五個加法器的最終輸出信號為負值時求得一個絕對值。
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、第二與第三個值的最高位比特;三個“與”門(210)，分別用于將所述三個反相器的輸出信號與所述三態(tài)值的第一、第二與第三個值的最低位比特邏輯地相乘;第九組五個加法器(220)，用于使用符號延伸將所述三態(tài)值的第七、第八與第九個值與所述三個“與”門的輸出信號相加;以及一個絕對值電路(230)，用于當(dāng)所述第九組五個加法器的最終輸出信號為負值時求得一個絕對值。
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、第二與第四個值的最高位比特;三個“與”門(210)，分別用于將所述三個反相器的輸出信號與所述三態(tài)值的第一、第二與第四個值的最低位比特邏輯地相乘;第十組五個加法器(220)，用于使用符號延伸將所述三態(tài)值的第六、第八與第九個值與所述三個“與”門的輸出信號相加;以及一個絕對值電路(230)，用于當(dāng)所述第十組五個加法器的最終輸出信號為一個負值時求得一個絕對值。
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、第三與第六個值的最高位比特;三個“與”門(210)，分別用于將所述三個反相器的輸出信號與所述三態(tài)值的第二、第三與第六個值的最低位比特邏輯地相乘;第十一組五個加法器(220)，用于使用符號延伸將所述三態(tài)值的第四、第七與第八個值以及所述三個“與”門的輸出信號相加;以及一個絕對值電路(230)，用于當(dāng)所述第十一組五個加法器的最終輸出信號為一個負值時求得一個絕對值。
21.權(quán)利要求20所提出的一種用于圖象處理系統(tǒng)的邊緣檢測裝置，其中所述絕對值電路(230)包括一個“或”門(240)，用于對輸入的四比特的兩個最低位比特進行“或”運算;一個第一“與非門”(250)，用于輸入所述“或”門的一個輸出信號以及所述輸入的四比特的最高位比特;一個第二“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;一個第一“同”門(270)，用于輸入所述第一“與非”門的一個輸出信號以及所述輸入的四比特的最高位比特;以及一個第二“同”門(280)，用于輸入所述第二“與非”門的一個輸出信號以及所述輸入的四比特的次最低位比特，從而，所述第一“同”門的一個輸出為所述絕對值的最高位比特，所述八個加法器的最低位比特為所述絕對值的最低位比特，所述第二“同”門的一個輸出為絕對值的中間比特。
22.權(quán)利要求21所提出的一種用于圖象處理系統(tǒng)的邊緣檢測裝置，其中所述判定裝置包括第三組四個比較器(270)，用于分別輸入四個絕對值電路的輸出以及一個給定的閾值;兩個“或”門(300)，用于對所述第三組四個比較器的輸出信號選擇的兩兩進行“或”運算;以及一個“或”門(310)，用于對所述兩個“或”門的輸出信號進行“或”運算。
全文摘要
公開了一種用于圖象處理系統(tǒng)的邊緣檢測裝置與方法。該裝置包括一個用于輸入象素數(shù)據(jù)變換為多態(tài)值的變換裝置，一個用于計算這些多態(tài)值與預(yù)先規(guī)定的值的內(nèi)積的匹配裝置，以及一個用于根據(jù)內(nèi)積的結(jié)果作出一個判定的判定裝置，該裝置能夠不用附加低通濾波器而除去噪聲。因此，它簡化了硬件并能進行實時處理。
文檔編號H04N5/14GK1065347SQ9110918
公開日1992年10月14日 申請日期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 申請人:三星電子株式會社