DE4105516C2 - Verfahren und Vorrichtung zur verbesserten Wiedergabe von Konturen - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur verbesserten Wiedergabe von KonturenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der elektronischen Bildverarbeitung und
betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur verbesserten Wiedergabe von Kon
turen durch Filterung von Signalen, auch Schärfesteigerung oder elektronische
Unscharfmaskierung genannt.
Ein Verfahren zur verbesserten Wiedergabe von Konturen bzw. Schärfesteigerung
durch Filterung von Signalen, deren Signalamplituden einer quantisierten zweidi
mensionalen Bezugsebene zugeordnet sind, ist beispielsweise aus der
EP-B 0 051 068 bekannt. Dort werden zunächst in einem Frequenzfilter aus einem
Eingangssignal Gleichanteile sowie hochfrequente Signalanteile herausgefiltert
und aus dem Ausgangssignal des Frequenzfilters durch weitere Signalfilterung ein
Korrektursignal abgeleitet. Das Korrektursignal wird dann dem Eingangssignal zur
Verbesserung der Konturenwiedergabe additiv überlagert.
Es zeigt sich, daß die bekannten Verfahren zur verbesserten Wiedergabe von
Konturen, die mit einer reinen Signalfilterung arbeiten, insbesondere dann keine
befriedigenden Ergebnisse liefern, wenn die Amplituden des Nutzsignals nicht
deutlich größer als die Stör- oder Rauschsignalamplituden sind, da Signale mit
geringem Störabstand nur unzureichend gefiltert werden können.
Sollen beispielsweise in der elektronischen Reproduktionstechnik Bilder mit
kleinen vergleichsweise regelmäßigen Textelementen einer Bildverarbeitung
unterzogen werden, so ist es mit den herkömmlichen Verfahren bereits bei ver
gleichsweise geringem Störabstand nicht möglich, eine befriedigende Schärfe
steigerung an den Konturen der Textelemente des Bildes zu erreichen.
In der Druckschrift Jain, Anil K.: "Fundamentals of Digital Image Processing"; Eng
lewood Cliffs, New Jersey; Prentice-Hall, Inc.; 1989; Seiten 233 bis 266; sind le
diglich verschiedene herkömmliche Verfahren zur Schärfesteigerung mittels Filtern
und die Wirkungsweise derartiger Filter angegeben.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrich
tung zur verbesserten Konturenwiedergabe durch Filterung von Signalen anzuge
ben, mit denen auch bei einem geringen Störabstand der Signale eine gute Schär
festeigerung an Konturen und damit eine gute Bildqualität erreicht wird.
Diese Aufgabe wird bezüglich des Verfahrens durch die Merkmale des Anspruchs
1 und bezüglich der Vorrichtung durch die Merkmale des Anspruchs 15 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Während bei den bekannten Verfahren lediglich die Rauschsignalanteile im Nutz
signal mittels Filter vermindert werden, werden bei dem erfindungsgemäßen Ver
fahren zunächst in einem Filternebenzweig mittels einer Kaskade von Konturfilter
stufen Konturen in einem verrauschten Korrektursignal erkannt und die Signalan
teile der erkannten Konturen aus dem verrauschten Korrektursignal eliminiert, so
daß ein reines Rauschsignal übrigbleibt. Dieses Rauschsignal wird dann von dem
verrauschten Korrektursignal subtrahiert, wodurch ein vom Rauschen befreites
Korrektursignal zur Verfügung steht, das dem Nutzsignal zwecks Schärfesteige
rung hinzuaddiert wird. Durch die Kaskadierung der Konturfilterstufen ist eine
nahezu beliebig genaue Detektion von Konturen und damit von Rauschsignal
anteilen in dem Korrektursignal möglich. Durch eine geeignete Dimensionierung
der Konturfilterstufen kann ein guter Kompromiß zwischen Konturenschärfe und
Glätte in einem Bild erreicht werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Fig. 1 bis 13 näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild zur Verdeutlichung des prinzipiellen Ablaufes des
Verfahrens,
Fig. 2 eine Blockschaltbilddarstellung einer Konturfilterstufe mit parallel ge
schalteten Stufenelementen,
Fig. 3 eine teilweise Blockschaltbilddarstellung einer Vorrichtung mit
kaskadierten Konturfilterstufen,
Fig. 4 eine Darstellung eines anderen Bereiches der Vorrichtung mit
kaskadierten Konturfilterstufen,
Fig. 5 eine Darstellung der Vorrichtung mit kaskadierten Konturfilter
stufen im Bereich eines Ausganges,
Fig. 6 eine vereinfachte eindimensionale Darstellung eines Signalver
laufes im Bereich eines Einganges,
Fig. 7 eine Darstellung einer im Signalverlauf gemäß Fig. 6 detektierten
Kontur mit zugeordneten großen Signalamplituden,
Fig. 8 eine Darstellung des Signalverlaufes gemäß Fig. 6 nach einer
Eliminierung der gemäß Fig. 7 ermittelten Kontur,
Fig. 9 einen über einen Tiefpaß gefilterten Verlauf des Signales gemäß
Fig. 8 bei einem Tiefpaßfilter zur Auswertung von drei benach
barten Koordinaten,
Fig. 10 ein Restsignal des Signalverlaufes gemäß Fig. 9 bei Berücksich
tigung der in Fig. 9 eingezeichneten Schwellwerte,
Fig. 11 ein prinzipielles Ablaufdiagramm eines Algorithmus zur Durch
führung des Filterverfahrens mit Hilfe eines Digitalrechners,
Fig. 12 eine prinzipielle Darstellung von Amplitudenwerten, die
Koordinaten einer gerasterten Ebene zugeordnet sind und
Fig. 13 ein Ablaufdiagramm zur Eliminierung isolierter Signalanteile.
Eine Vorrichtung zur Filterung von Signalen besteht im wesentlichen aus
einer Weiche (1), in der ein an einem Eingang (2) anliegendes
Eingangssignal in einen durchgehenden Zweig (3) sowie einen Filterzweig
(4) verzweigt wird. Der in den Filterzweig (4) geleitete Teil des
Eingangssignales wird zunächst einem Hochpaß (5) zugeführt, der eine
zweidimensionale Wirkungsweise aufweist. Aufgrund der zweidimen
sionalen Wirkungsweise des Hochpasses (5) können innerhalb einer
quantisierten Bezugsebene (6) bezüglich des Verlaufes von Koordinaten
achsen (7, 8) lokalisierbare Bildpunkte mit ihren zugeordneten
Amplitudenwerten bei der Hochpaßfilterung berücksichtigt werden. Statt
des Hochpasses (5) kann grundsätzlich auch ein Bandpaß verwendet
werden. Eine prinzipielle Anordnung von den Koordinatenachsen (7, 8) in
der Bezugsebene (6) zugeordneten Bildpunkten ist in Fig. 12 dargestellt.
Aus dem in Fig. 1 angegebenen Blockschaltbildaufbau der Vorrichtung
ist ersichtlich, daß in Signalflußrichtung hinter dem Hochpaß (5) eine
Filterweiche (9) angeordnet ist, in der das den Hochpaß (5) verlassende
Signal in einen Koppelzweig (10) sowie einen Konturfilterzweig (11)
aufgeteilt wird. Innerhalb des Konturfilterzweiges (11) sind Konturfilter
stufen (12) angeordnet, in denen Konturanteile detektiert und aus dem
über den Konturfilterzweig (11) weitergeleiteten Signalanteil eliminiert
werden. In Abhängigkeit von der zu erzielenden Filtergüte ist es möglich,
lediglich eine Konturfilterstufe (12) oder eine Reihenschaltung von
Konturfilterstufen (12) zu verwenden. Bei einer Reihenschaltung von
Konturfilterstufen (12) ist es zweckmäßig, in Richtung des Signalflusses
zunächst intensive Konturen und anschließend schwächer ausgeprägte
Konturen zu eliminieren.
Das den Konturfilterzweig (11) verlassende Signal wird in einer
Subtraktionsstufe (13) von dem über den Koppelzweig (10) weiterge
leiteten Signalanteil subtrahiert. An einem Ausgang (14) der
Subtraktionsstufe (13) steht somit ein weitgehend von Rauschanteilen
befreites Kontursignal zur Verfügung. Dieses Signal wird in einer
Verstärkungsstufe (15) verstärkt und anschließend in einer Zusam
menführung (16) zu dem über den durchgehenden Zweig (3) weiterge
leiteten Anteil des Eingangssignales addiert. Hierdurch entsteht ein an
einem Ausgang (17) abgreifbares Signal, das einen wesentlich höheren
Störabstand als das am Eingang (2) an liegende Signal aufweist.
Zwischen den Ausgang (14) und die Verstärkungsstufe (15) kann ein
Selektor geschaltet werden, mit dessen Hilfe innerhalb der Bezugsebene
zugeordnete isolierte Signalamplituden eliminiert werden. Koordinaten
innerhalb der Bezugsebene (6), denen eine Amplitude ungleich Null
zugewiesen ist, obwohl den Koordinaten in einer unmittelbaren Umgebung
dieser Arbeitskoordinate keine Amplitudenwerte ungleich Null zugewiesen
wurden, resultieren mit hoher Wahrscheinlichkeit aus Störungen und sind
keinem Nutzsignalanteil zugeordnet. Mit Hilfe des Selektors ist es möglich,
derartige Störungen herauszufiltern. Den dabei aufgefundenen Koordina
ten wird der Wert Null, bzw. zumindest ein nicht wesentlich von Null
abweichender Wert, zugeordnet.
Ein Beispiel für den Ablauf des Selektionsprozesses bei einer Amplituden
zuordnung innerhalb der Bezugsebene (6) gemäß Fig. 12 ist in Fig. 13
dargestellt. Für die Koordinate E wird zunächst überprüft, ob sie einen Wert
ungleich Null aufweist. Ist dies nicht der Fall, so kann unmittelbar eine
Überprüfung eines nächsten Bildpunktes erfolgen. Ist der Koordinate E eine
Amplitude ungleich Null zugeordnet, so werden die Koordinaten in ihrer
unmittelbaren Umgebung nacheinander solange geprüft, bis ein Amplitu
denwert ungleich Null gefunden wurde. Bei einem Auffinden eines derar
tigen Amplitudenwertes wird gleichfalls der nächste Bildpunkt analysiert.
Weisen sämtliche Koordinaten in der unmittelbaren Umgebung der
Koordinate E den Amplitudenwert Null auf, so wird die der Koordinate E
zugeordnete Amplitude auf Null gesetzt. Prinzipiell ist es möglich, bei der
Überprüfung eines nächsten Bildpunktes innerhalb eines vorangegangenen
Zyklus gewonnene Informationen bezüglich der Amplitudenwerte von
bestimmten Koordinaten zu berücksichtigen. Aufgrund der bei einer
digitalen Realisierung mit sehr geringem Zeitaufwand durchzuführenden
Überprüfung auf einen Wert gleich Null bzw. einen Wert ungleich Null kann
jedoch auch der in Fig. 13 dargestellte Ablauf für jeden einzelnen Bild
punkt mit sehr geringem Zeitaufwand durchlaufen werden.
Bei der Darstellung gemäß Fig. 2 ist der Aufbau einer Konturfilterstufe
(12) mit parallel geschalteten Stufenelementen (18) dargestellt. An einem
Filterstufeneingang (19) wird das zu filternde Signal zugeleitet und in einer
Filterverzweigung (20) zum einen den Stufenelementen (18) und zum
anderen einem Detektor (21) zugeführt. Jedes der Stufenelemente (18)
besteht aus einem anisotropen Tiefpaß (22) und einem Schwell
wertelement (23). Mit Hilfe der Schwellwertelemente (23) ist es möglich,
Signalanteile unterhalb eines vorgebbaren Schwellwertes (24) zu
eliminieren und Signalanteile oberhalb des Schwellwertes (24) unverändert
passieren zu lassen oder mit einem Verstärkungsfaktor zu multiplizieren.
Insbesondere ist daran gedacht, für positive und negative Amplituden
betragsmäßig gleiche Schwellwerte (24) vorzusehen. Der anisotrope
Tiefpaß (22) weist innerhalb der Bezugsebene (6) eine Filterorientierung
auf. Ein einfach aufgebauter anisotroper Tiefpaß (22) ist beispielsweise in
Richtung einer der Koordinatenachsen (7, 8) orientiert und wertet Bereiche
innerhalb der Bezugsebene (6) aus, die eine Breite von vorzugsweise einer
Quantisierungsstufe und eine Länge von einer vorgebbaren Zahl von
Quantisierungsstufen haben. Als Länge für einfache Tiefpässe (22) können
beispielsweise drei oder fünf Quantisierungsstufen verwendet werden.
Neben einer Orientierung in Richtung einer der Koordinatenachsen (7, 8) ist
es aber auch möglich, zur Auffindung von schräg verlaufenden Konturen
beliebige andere Orientierungen des Tiefpasses (22) vorzusehen. Die
Ausgänge der Schwellwertelemente (23) sind mit einem Verknüpfungs
element (25) verbunden, in dem eine logische ODER-Verknüpfung
durchgeführt wird. Der Ausgang des Verknüpfungselementes (25) ist mit
dem Detektor (21) verbunden, in dem das vom Verknüpfungselement (25)
bereitgestellte Signal von dem über den Filterstufeneingang (19)
zugeführten Signal subtrahiert wird. Es erfolgt somit eine Eliminierung der
im Bereich der Stufenelemente (18) ermittelten Konturen.
In Fig. 3 ist eine ausführliche Schaltung von Bauelementen zur Reali
sierung eines kaskadierten Filters im Bereich einer Eingangsstufe darge
stellt. Die Schaltung gemäß Fig. 3 ergibt zusammen mit den Schaltungen
gemäß Fig. 4 und Fig. 5 die Gesamtschaltung des Filters. Die Bauele
mente der Filterstufe gemäß Fig. 3 sind über Anschlüsse (26, 27, 28, 29) mit
den Bauelementen gemäß Fig. 4 verbunden und die Bauelemente gemäß
Fig. 4 sind über Anschlüsse (30, 31, 32, 33) mit den Bauelementen gemäß
Fig. 5 verbunden.
Das über die Filterweiche (9) der ersten Konturfilterstufe (12) zugeführte
Signal wird in dem des Schwellwertelement (23) mit einer pegeladaptiven
Schwellwertkennlinie beaufschlagt. Zur Ermittlung des Schwellwertes (24)
ist ein Adaptionselement (34) vorgesehen, in das eine Adaptionskennlinie
(35) implementiert ist. Mit Hilfe der Adaptionskennlinie (35) wird vorzugs
weise der Schwellwert (24) symmetrisch für positive und negative
Amplitudenanteile des zu filternden Signales vorgegeben. Hierzu wird dem
Adaptionselement (34) das am Eingang (2) anliegende Eingangssignal
zugeführt und in Abhängigkeit von der aktuellen Amplitude dieses
Eingangssignales über die Adaptionskennlinie (35) der jeweilige Schwell
wert (24) ermittelt. Der Schwellwert (24) weist für eine Amplitude des
Eingangssignales gleich Null einen Mindestwert auf und die Adaptions
kennlinie (35) erstreckt sich ausgehend von diesem Mindestschwellwert
in einer Parameterebene, die von einer Schwellwertachse und einer
Amplitudenachse aufgespannt ist, vorzugsweise mit abnehmender
Steigung. Der Verlauf der Adaptionskennlinie ist vorzugsweise proportional
zum pegelabhängigen Verlauf des Störabstands des zu filternden
Eingangssignals (2). Die Schwellwertkennlinie wird in Abhängigkeit
vom Störabstand des zu filternden Signales, in Abhängigkeit von einer
vorgenommenen Quantisierungseinheit oder in Abhängigkeit von anderen
bekannten Informationen bezüglich des zu filternden Signales festgelegt.
Zur Festlegung der Schwellwerte (24) unterschiedlicher Konturfilterstufen
(12) können unterschiedliche Schwellwertkennlinien und Adaptionskenn
linien (35) verwendet werden.
In einer nachfolgenden Filterstufe (12) sind vier Schwellwertelemente (23)
in Reihe geschaltet, deren anisotrope Tiefpässe (22) jeweils unterschiedliche
Orientierungen aufweisen. Die hier verwendeten anisotropen Tiefpässe
(22) weisen jeweils eine Filterbreite von einer Quantisierungsstufe und eine
Filterlänge von drei Quantisierungsstufen auf. Diese Tiefpässe sind somit
insbesondere zur Auffindung von groben Konturen, d. h. von Konturen mit
vergleichsweise hohen Signalamplituden, geeignet. Die Schwellwerte (24)
der Schwellwertelementen (23) innerhalb der eine Verstärkungsstufe
(15) ausbildenden Stufenelemente (18) werden vorzugsweise gleich
gewählt.
In der Darstellung gemäß Fig. 4 sind zwei weitere die zweite Konturfilter
stufe (12) ausbildende Stufenelemente (18) dargestellt, die zu den in Fig. 3
dargestellten ersten beiden Stufenelementen (18) in Reihe geschaltet sind.
Das Ausgangssignal des vierten Stufenelementes (18) wird dem Eingang
einer weiteren Konturfilterstufe (12) zugeführt. Zur Auffindung von feine
ren Konturen weist die dritte Konturfilterstufe (12) anisotrope Tiefpässe
(22) mit einer längeren Ausbildung auf. In Fig. 4 ist für die dritte Kontur
filterstufe ein anisotroper Tiefpaß (22) mit einer Filterbreite von einer
Quantisierungsstufe und einer Filterlänge von fünf Quantisierungsstufen
dargestellt.
Gemäß Fig. 4 können sich an die dritte Konturfilterstufe (12) weitere Kon
turfilterstufen (12) anschließen. Das Ausgangssignal der in Signalflußrich
tung letzten Konturfilterstufe (12) wird der Subtraktionsstufe (13) zuge
führt und hiervon dem über den Koppelzweig (10) geführten Signalanteil
subtrahiert. Die Verstärkungsstufe (15) ist bei der Ausführungsform gemäß
Fig. 5 mit einem Begrenzungselement (36) versehen, in dem eine Verstär
kungskennlinie (37) implementiert ist und ein maximaler Ausgangswert (38)
über ein Adaptionselement (39) festgelegt wird, das den maximalen Aus
gangswert (38) in Abhängigkeit von der Amplitude des Eingangssignales
am Eingang (2) verstellt. Das Adaptionselement (39) kann beispielsweise
eine lineare Kennlinie aufweisen, die zu einer symmetrischen Vorgabe des
maximalen Ausgangswertes (38) für positive und negative
Amplitudenwerte führt. Die Kennlinie des Adaptionselementes (39) kann im
wesentlichen linear ausgebildet sein und den maximalen Ausgangswert (38)
linear mit der Amplitude des Eingangssignales verknüpfen. Die Implemen
tierung eines Offsets für die Verstärkungskennlinie (37) ist zweckmäßig.
Der Ausgang des Begrenzungselementes (36) ist mit der Zusammenführung
(16) verbunden, in der das Ausgangssignal des Begrenzungselementes (36)
zum Eingangssignal addiert wird.
In Fig. 6 ist ein typischer Signalverlauf (40) am Ausgang des Hochpasses (5)
bezüglich einer Zeitachse (41) und einer Amplitudenachse (42) dargestellt.
Fig. 7 zeigt das Ausgangssignal (43) des Schwellwertelementes (23)
der ersten Konturfilterstufe (12) und in Fig. 8 ist das nach einer im
Detektor (21) durchgeführten Subtraktion des Ausgangssignales (43) des
Schwellwertelementes (23) vom Ausgangssignal (40) des Hochpasses (5)
ermittelte Ausgangssignal (44) dargestellt.
Fig. 9 zeigt das mit Hilfe eines Tiefpasses mit entsprechendem Verstär
kungsfaktor gefilterte Signal aus Fig. 8. Es wurde hierzu ein anisotroper
Tiefpaß (22) mit einer Filterbreite von einer Quantisierungsstufe und einer
Filterlänge von drei Quantisierungsstufen verwendet. Das hierdurch er
zeugte Ausgangssignal (45) weist deshalb eine größere Amplitude und eine
andere Dynamik als das Ausgangssignal (43) auf. Bei Berücksichtigung des in
Fig. 9 eingezeichneten Schwellwertes (24) ergibt sich nach einer Kontur
eliminierung das in Fig. 10 dargestellte Ausgangssignal (46).
Ein prinzipielles Ablaufdiagramm für eine Realisierung wesentlicher Ablauf
teile als Digitalrechnerprogramme ist in Fig. 11 dargestellt. Die jeweiligen
Softwaremodule wurden hier mit den gleichen Bezugsziffern versehen wie
die zugeordneten Schaltungselemente in den Fig. 3 bis 5. Ein Eingangs
signal wird zunächst über ein Softwaremodul zur Nachbildung des Hochpas
ses (5) gefiltert und anschließend dem mit einer adaptiven Schwellwert
kennlinie versehenen Schwellwertelement (23) zugeführt. Über ein Modul
zur Nachbildung des Detektors (21) erfolgt anschließend eine Reduktion des
Kontursignals im Bereich der detektierten Kontur. In einer nachfolgenden
Filterstufe sind bei der in Fig. 11 dargestellten Ausführungsform zwei
anisotrope Tiefpässe (22) vorgesehen, die beispielsweise Orientierungen in
Richtung der Koordinatenachsen (7, 8) aufweisen. Die Ausgangswerte der
anisotropen Tiefpässe (22) werden anschließend wiederum Modulen zur
Nachbildung der adaptiven Schwellwertelemente (23) zugeführt. Die Aus
gangswerte der Schwellwertelemente (23) sowie der Ausgangswert des
Detektors (21) werden bei der hier vorgenommenen Parallelschaltung im
Verknüpfungselement (25) zur Durchführung einer ODER-Kombination der
Einzelwerte in Relation zueinander gesetzt. Der Ausgangswert des Ver
knüpfungselementes (25) wird in einer nachfolgenden Konturfilterstufe
(12) erneut über anisotrope Tiefpässe (22) und adaptive Schwellwert
elemente (23) gefiltert und die Ausgangswerte der betreffenden Schwell
wertelemente (23) sowie das Ausgangssignal des vorgeschalteten Verknüp
fungselementes (25) in einem weiteren Verknüpfungselement (25) in
Beziehung zueinander gesetzt. Das Ausgangssignal des in Signalflußrich
tung letzten Verknüpfungselements (25) wird der Subtraktionsstufe (13) zur
Austastung des Rauschsignales aus dem Kontursignal mit Rauschanteil
zugeführt und vor einer Addition des Kontursignales zum Bildsignal im
Bereich der Zusammenführung (13) erfolgt in der Verstärkungsstufe (15)
eine Verstärkung und ggf. Begrenzung des Kontursignals.
Die in Fig. 11 mit gleichen Bezugsziffern versehenen Module können
beispielsweise als Unterprogramme realisiert sein, die zu Zeitpunkten, die
von einer Ablaufsteuerung vorgegeben sind, aufgerufen werden.
Eine Verwendung des Verfahrens und der Vorrichtung können bei einer
Vielzahl von Anwendungen erfolgen, bei denen einer Bezugsebene zuord
bare Signalverläufe gefiltert werden sollen. Ein typisches Beispiel ist die
Filterung von Bildern in der Reproduktionstechnik.
Es sind aber auch eine Vielzahl anderer Anwendungsmöglichkeiten
denkbar. Bei der Bildverarbeitung können dies beispielsweise die Qualitäts
verbesserung von über Telefaxeinrichtungen oder Bildtelefone übertrage
ner Bildinformationen sein, es ist aber auch möglich, Fernsehbilder, auf
Videogeräten aufgezeichnete Bilder oder Satellitenbilder einer Filterung zu
unterwerfen, um verrauschte Konturen innerhalb der Bilder herauszuar
beiten. Generell kann das Verfahren und die Vorrichtung aber auch außer
halb der Bildverarbeitung verwendet werden. Prinzipiell tritt überall bei der
Auswertung von einer Fläche zuordbaren Signalverläufen das Problem auf,
daß die Nutzsignalanteile von Störungen überlagert sind. Als Beispiel sei
hier nur die Aufnahme eines Temperaturprofils einer Fläche angeführt.
Bei Parameterkonstellationen, die in einem Parameterraum größerer
Dimension dargestellt werden, ist es entweder möglich, jeweils drei
dimensionale Teilstrukturen einer Filterung zu unterwerfen, oder die
beispielsweise in den Fig. 11 und 13 beschriebenen Verarbeitungsalgo
rithmen derart vektoriell durchzuführen, daß bei den jeweiligen Operatio
nen die zu berücksichtigenden Parameter in Vektoren und Matrixen geeig
neter Dimensionierung angeordnet werden.
Weiterhin wäre denkbar, daß das Ausgangssignal (14) ohne die Weiterver
arbeitung in den Stufen (15, 16) als von Störungen befreite Konturinforma
tion gewertet wird und z. B. für Aufgaben im Bereich der Mustererkennung
als Eingangssignal für eine Stufe zur Merkmalsextraktion verwendet
werden kann.
Bei einer gegenüber der Darstellung gemäß Fig. 1 abgewandelten Ausfüh
rungsform kann zur Minimierung eines ggf. auftretenden Restfehlers an
einem Ausgang vorzugsweise einer der Konturfilterstufen (12) eine
Entzerrungskennlinie angeordnet werden. Der Verlauf der Entzer
rungskennlinie wird vorzugsweise so gewählt, daß das Kontursignal nach
einer Beaufschlagung mit der Entzerrungskennlinie einen Verlauf aufweist,
der im wesentlichen unabhängig vom Verlauf des pegelabhängigen Störab
standes des Eingangssignales ist. Hierdurch wird näherungsweise ein pegel
unabhängiger Störabstand realisiert. Bei dieser Arbeitsweise wird berück
sichtigt, daß die Subtraktionsstufe (13) als eine Austaststufe arbeitet, die
von der in Signalflußrichtung letzten Konturfilterstufe (12) gesteuert wird.
Das über den Koppelzweig (10) in den Bereich der Subtraktionsstufe (13)
gelangende Signal wird immer dann auf "NULL" gesetzt, wenn das von der
in Signalflußrichtung letzten Konturfilterstufe (12) bereitgestellte Signal
von "NULL" verschieden ist.
Eine derartige Entzerrungskennlinie kann auch bei der in Fig. 3 darge
stellten Ausführungsform berücksichtigt werden. Die Entzerrungskennlinie
wird hier zweckmäßigerweise im Bereich des Ausganges des Detektors (21)
angeordnet.
Claims (23)
1. Verfahren zur verbesserten Wiedergabe von Konturen durch Filterung von
Signalen, deren Signalamplituden einer quantisierten zweidimensionalen
Bezugsebene zugeordnet sind, bei dem
- - in einem Frequenzfilter (5) aus einem Eingangssignal Gleichanteilen sowie hochfrequente Signalanteile herausgefiltert werden,
- - aus dem Ausgangssignal des Frequenzfilters (5) ein Korrektursignal abgeleitet wird und
- - das Korrektursignal dem Eingangssignal zur Konturverbesserung in einem Addierer (16) hinzuaddiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß
- - Konturhöhen definierende Schwellwerte (24) in Abhängigkeit von einer Amplitude des Eingangssignals vorgegeben werden,
- - in mindestens einer Konturfilterstufe (12) durch eine mindestens zweifache Filterung des Ausgangssignals des Frequenzfilters (5) Konturen im Aus gangssignal mit oberhalb der vorgegebenen Schwellwerte (24) liegenden Konturhöhen detektiert werden,
- - die den detektierten Konturen entsprechenden Signalkomponenten im Aus gangssignal des Frequenzfilters (5) eliminiert werden,
- - das Ausgangssignal der Konturfilterstufe (12) von dem Ausgangssignal des Frequenzfilters (5) in einem Subtrahierer (13) zwecks Bereinigung von Stör signalanteilen subtrahiert wird und
- - das bereinigte Ausgangssignal des Frequenzfilters (5) als Korrektursignal für das Eingangssignal verwendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst
Konturen mit größerer Konturhöhe und anschließend Konturen geringerer
Konturhöhe erkannt und im Ausgangssignal des Frequenzfilters (5) eliminiert
werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das
Korrektursignal vor der Addition zum Eingangssignal verstärkt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die Konturerkennung in der Konturfilterstufe (12) durch Filterung mittels eines
anisotropen Tiefpasses (22) durchgeführt wird, der mindestens innerhalb der
Bezugsebene (6) eine vorgebbare Orientierung aufweist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß
- - zur Konturerkennung in der Konturfilterstufe (12) unterschiedlich dimensi onierte Stufenelemente (18) vorhanden sind,
- - jedes Stufenelement (18) aus einer Reihenschaltung eines anisotropen Tiefpasses (22) mit einer Schwellwert-Stufe (23) besteht und
- - die Tiefpässe (22) in den einzelnen Stufenelementen (18) mindestens in nerhalb der Bezugsebene (6) unterschiedliche Orientierungen aufweisen.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei
Filtervorgänge in den Stufenelementen (18) parallel durchgeführt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei
Filtervorgänge in den Stufenelemente (18) zeitlich nacheinander durchgeführt
werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß
- - mehrere Konturfilterstufen (12) hintereinander geschaltet werden und
- - die einzelnen Konturfilterstufen (12) anisotrope Tiefpässen (22) mit unter schiedlichen Tiefpaßlängen aufweisen.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß
vor der Addition des Korrektursignals zum Eingangssignal eine Begrenzung
des Korrektursignals durchgeführt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß
die adaptive Festlegung der Schwellwerte (24) in Abhängigkeit von einer zeit
lich unmittelbar zugeordneten Amplitude des Eingangssignales durchgeführt
wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet,
daß die Anzahl der verwendeten Konturfilterstufen (12) adaptiv in Abhän
gigkeit von einer Analyse des Eingangssignales durchgeführt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens die Orientierung eines der anisotropen Tiefpässe (22) in
nerhalb der Bezugsebene (6) adaptiv durch eine Analyse des Eingangssig
nales festgelegt wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet,
daß nach Subtraktion des Ausgangssignals der Konturfilterstufe (12) von dem
Ausgangssignal des Frequenzfilters (5) eine Löschung von innerhalb der Be
zugsebene (6) isolierten Amplitudenwerten durchgeführt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Fre
quenzfilterung des Eingangssignals in dem Frequenzfilter (5) als Hochpaß
filterung durchgeführt wird.
15. Vorrichtung zur verbesserten Wiedergabe von Konturen durch Filterung von
Signalen, deren Signalamplituden einer quantisierten zweidimensionalen Be
zugsebene zugeordnet sind, bestehend aus
- - einer ein Eingangssignal in einen Hauptzweig (3) und einen Filterzweig (4) trennenden erste Weiche (1),
- - einem im Filterzweig (4) angeordneten Frequenzfilter (5) zur Herausfilte rung von Gleichanteilen sowie hochfrequenten Signalanteilen aus dem Eingangssignal und
- - einem in dem Hauptzweig (3) angeordneten Addierer (16) zur Addition des Eingangssignals mit einem Korrektursignal zwecks Konturverbesserung,
gekennzeichnet durch
- - eine das Ausgangssignal des Frequenzfilters (5) in einen Kopplungs zweig (10) und einen Konturfilterzweig (11) trennende zweite Weiche (9)
- - mindestens eine in dem Konturfilterzweig (11) angeordnete Konturfilter stufe (12) zum Detektieren von Konturen mit oberhalb von vorgegebenen Schwellwerten (24) liegenden Konturhöhen und zur Eliminierung der den detektierten Konturen entsprechenden Signalkomponenten im Ausgangs signal des Frequenzfilters (5) und
- - einen in dem Kopplungszweig (10) angeordnete Subtrahierer (13), der mit dem Frequenzfilter (5), der Konturfilterstufe (12) und dem Addierer (16) verbunden ist, zur Subtraktion des Ausgangssignals der Konturfilter stufe (12) von dem Ausgangssignal des Frequenzfilters (5) zwecks Be reinigung von Störsignalanteilen, wobei das bereinigte Ausgangssignal des Frequenzfilters (5) als Korrektursignal für das Eingangssignal ver wendet wird.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Kon
turfilterzweig (11) mindestens zwei Konturfilterstufen (12) zur Detektion und
Eliminierung von Konturen unterschiedlicher Konturhöhe in Reihe geschaltet
sind.
17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß
- - eine Konturfilterstufe (12) aus mindestens zwei Stufenelemente (18) und einer Ausblend-Stufe (21) besteht,
- - jedes Stufenelement (18) einen anisotropen Tiefpaß (22) und eine in Reihe geschaltete Schwellwert-Stufe (23) aufweist und
- - die anisotropen Tiefpässe (22) in den einzelnen Stufenelementen (18) mindestens innerhalb der Bezugsebene (6) unterschiedliche Orientierungen haben.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet,
daß die anisotropen Tiefpässe (22) in den einzelnen Stufenelementen (18)
unterschiedliche Tiefpaßlängen aufweisen.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet,
daß
- - die Schwellwert-Stufen (23) adaptiv ausgebildet sind und
- - die Schwellwert-Stufen (23) zur Verstellung der Schwellwerte (24) jeweils mit einem die Amplitude des Eingangssignales auswertenden Adaptions element (34) verbunden sind.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet,
daß
- - die Stufenelementen (18) parallel geschaltet sind und
- - den Stufenelementen (18) ein Verknüpfungselement (25) nachgeschaltet ist, welches die Ausgangssignale der Stufenelemente (18) einer ODER- Verknüpfung unterzieht.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen dem Subtrahierer (13) und dem Addierer (16) ein Selektor zur
Eliminierung von Signalanteilen geschaltet ist, der mindestens diejenigen Am
plitudenwerte, die Nachbarkoordinaten zu einer Arbeitskoordinate zugeordnet
sind, daraufhin überprüft, ob ihr Amplitudenwert gleich Null ist und für den Fall
einer vollzähligen Auffindung von Amplitudenwerten gleich Null den Amplitu
denwert der Arbeitskoordinate auf Null setzt.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 21, dadurch gekennzeichnet,
daß dem Subtrahierer (13) ein Verstärker (15) nachgeschaltet ist.
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