SE531372C2 - Metod för signalkonditionering - Google Patents

Description

l0 15 20 25 30 531 372 användande av mindre block är relativt känsliga för brus. Metoderna fallerar i regel för scener med låg kontrast där många block då saknar signalinnehåll att korrelera mot.

Ett sätt att minska beräkningsbördan och samtidigt göra rörelseestimering mindre känslig för brus är att använda sig av Radontransfonnen. Radontransforrnen är linjeintegralen genom en viss punkt vid en viss vinkel. Om bara vinklama 0 och 90° används reducerar transformen en tvådimensionell bild till två endimensionella projektioner. Den första projektionsvektom är då bara summan av värdena beräknat kolumn för kolumn och den andra projektionen är summan av värdena beräknat rad för rad. För en tvådimensionell bild med MxN bildpunkter ersätts då problemet att korrelera M*N värden till att bara korrelera M+N data. Detta innebär en mycket drastisk minskning av antalet operationer som behöver göras. Vidare kommer variationer i from av temporalt brus från en bild till en annan i regel inte att ha någon inverkan då summan av en kolumn respektive rad innehåller ett stort antal bildpunkter med inbördes oberoende temporalt brus.

Metoden enligt ovan är sedan länge känd. Ett stort antal varianter av ovannämnda princip finns beskrivna i vetenskapliga publikationer. Exempel på metoder utnyttjande radontransfonnen är bl a beskrivna i publikationema S. Alliney and C. Morandi, ”Digital Image Registration Using Projections”, IEEE Transactions, Pattern Analysis, Machine Intelligence, Vol. 8, No. 2, 1986, p. 222-233, MILANFAR P. ”Model of the effect of image motion in the radon transform domain”, IEEE Transactions on Image Processing, 1999, Vol. 8, nr. 9, p.1276-l28l, ISSN 1057-7149, CRAWFORD A I et al. ”Gradient based dominant motion estimation with integral projections for real time video stabilisation” 2004, Vol. 5, p. 3371-3374, ISBN 0-7803-8554-3, MILANFAR et al. “Efficiency and accuracy tradeoffs in using projections for motion estimation”, Conference Record on 'Ihirty-Fifth Asimolar Conference on Signals, Systems and Computers, 2001, IEEE, Vol. l, p. 545-550, ISBN 0-7803-7l47-X, samt US 6 259 396 Bl.

Ett problem med proj ektiva metoder är att lokala förändringar i scenen, t.ex. när ett eller flera objekt i bilden har en rörelse relativt bakgrunden, kan distordera projektionen. Detta är särskilt tydligt i IR applikationer där rörliga föremål, såsom 10 15 20 25 30 531 3172 personer, bilar, flygplan etc. ofta har en hög temperatur och därmed ger upphov till en hög detektorsignal relativt bakgrunden. Då det enklaste måttet av korrelation d.v.s. vektoravstånd eller summan av de absoluta differensema används, kommer rörelser hos objekt med hög signalstyrka ge stort utslag i korrelationen. Det finns då risk att objektets rörelse beräknas istället för bakgrundens/kamerans, vilket försvårar bildförbättrande temporal filtrering då samma punkt i scenen inte kan identifieras i bilder tagna vid olika tidpunkter.

Ett ändamål med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en metod som vid situationer beskrivna i föregående stycke är mindre känslig för påverkan från objekt med rörelse relativt bakgrund.

Uppfinningsändarnålet uppnås med en metod enligt första stycket kännetecknad av att de endimensionella projektionema deriveras för erhållande av projektionemas lutning eller gradient som bas för korreleringen av bilder separerade i tiden och signalkonditionering. Genom derivering av projektionerna görs de oberoende av den absoluta signalstyrkan för de olika delama av scenen. De två endimensionella vektorerna ersätts då med två vektorer som beskriver projektionens lutning (gradient).

Om detektom antas ha linjär respons så skall dessa gradientvärden vara oberoende av 4 signalnivå/offset. Utförda simuleringar visar även att gradienterna är mer robusta då det finns rörliga föremål i scenen.

I de fall då de rörliga föremålen upptar en större del av bildytan kommer det ofta att vara så att även föremålens interna dynamik är högre än för bakgrunden. De rörliga objekten har alltså kraftigare interna gradienter. Problemet med att dessa objekt får ett för storleken oproportionellt stort utslag vid korrelation kvarstår alltså om än i mindre utsträckning. En lösning på detta är att ignorera gradientemas magnitud och övergå till en binär representation av gradienten. Enligt en fördelaktíg vidareutveckling av metoden ignoreras därför magnituden hos projektionemas gradienter och utnyttjas gradienternas teckenvärde för en binär representation som bas för korreleringen av bilder separerade i tiden. 10 15 20 25 30 53"! 372 Enligt ytterligare en iördelaktig vidareutveckling av metoden tilldelas det binära värdet 1 när gradient är positiv och det binära värdet 0 till en negativ gradient och en nollgradient. Genom denna vidareutveckling uppnås att: 1 Algoritmen är oberoende av absolut temperatur/ signalstyrka eller plötsliga globala nivåskillnader i signalstyrka. 2 Algoritrnen är oberoende av globala förändringar i respons hos detektorn. Detta är särskilt värdefullt för icke temperaturstabiliserade IR-system eller system med kraftigt globalt l/f brus. 3 Algoritrnen blir mycket robust mot relativ rörelse hos objekt så länge dessa inte upptar en mycket stor del av den avbildade scenen. Detta för att varje element i de två transformerade och binäriserade endimensionella projektionema får lika stor vikt vid korrelation, vikten 1. När objekten med rörelse relativt bakgrunden blir mycket stora kanske det trots allt är deras rörelse man skall detektera då bakgrunden ändå till stor del täcks. 4 Algoritmen lämpar sig mycket bra för realisering i hårdvara då man i den normalt beräkningskrävande korrelationen nu arbetar med binärt data. Problemet reduceras från korrelation av M*N 16 bitars tal till korrelation av M+N tal om 1 bit vardera.

Detta motsvarar en reduktion av datamängden med en faktor >4000 ggr. För att beräkna rörelsen mellan två bilder måste alla tänkbara förflyttningar i horisontell och vertikal led beaktas och varvid korrelationsberäkningama behöver upprepas ett stort antal gånger. Det sammanlagda antalet operationer som behöver utföras för att beräkna rörelsen är dänned mycket stort och redaktionen som kan uppnås genom att minska datamängden är därför av stor betydelse.

Genom införande av derivering och binärisering av endimensionella projektioner erhållna genom radontransformer bibehålls den ursprungliga fördelen, d.v.s. att metoden är mycket brustålig då man jobbar med mycket stora datauppsättningar där effekterna av godartat normalfórdelat brus i princip tar ut varandra.

Med fördel utförs signalkonditioneringen enligt metoden på videosignaler från IR- detektorer. Metoden utförs vidare i realtid. 10 15 20 25 30 531 372 Uppfinningen kommer nedan att beskrivas ytterligare under hänvisning till bifogade ritningar där: Figur 1 visar ett exempel på en bild och med bilden Sammanhörande horisontell och vertikal projektion.

Figur 2 visar gradienterna för den horisontella och vertikala projektionen enligt figur 1.

Figur 3 visar gradienterna enligt figur 2 binäriserade med endast värden 0 eller 1.

Figur 4 visar i tabellforrn ett exempel på binäriserat data från två bilder med inbördes rörelse samt deras korrelation.

Figur 5 i blockschernafonn schematiskt illustrerar processteg som kan ingå i en metod för si gnalkonditionering enligt uppfinningens principer.

I figur l visas en tvådimensionell bild. Nedanför bilden är den vertikala projektion av bilden inlagd. Vertikalprojektionen är erhållen genom en radontransform för vinkeln 90° bildande en projektionsvektor som är summan av värdena från bilden beräknad kolumn för kolumn. Till höger om bilden är en horisontell projektion av bilden inlagd. Horisontalprojektionen är erhållen genom en radontransform för vinkeln 0° bildande en projektionsvektor som är summan av värden från bilden beräknade rad för rad.

Enligt vår föreslagna metod deriveras två genom radontransform i minst två riktningar (tex. 0 och 90 grader) erhållna projektionsvektorer av det slag som visas i figur l.

Projektionemas gradienter efter derivering visas i figur 2.

Efter derivering binäriseras projektionsvektorema på så sätt att lutningen i en punkt n i den horisontella projektionen och lutningen i en punkt m i den vertikala projektionen tilldelas det binära värdet 1 om lutningen är positiv och det binära värdet 0 om lutningen är negativ eller noll. Resultatet av en binärisering av de deriverade projektionsvektorerna visas i figur 3. 10 15 20 531 372 Tabellen i figur 4 (rad l) visar exempel på hur en horisontell (eller vertikal) projektion i en bild tilldelats de binâra värdena l respektive noll samt (rad 2 i tabellen) motsvarande värden från samma proj ektion ur en bild tagen vid en annan tidpunkt.

Som en effektiv korrelationsoperator används en exklusiv NELLER-operator (XNOR).

I figur 5 illustreras schematiskt i blockschemafonn processteg som kan ingå i metoden för signalkonditionering. I detta fall finns en IR-detektor 1 för bildupptagning. Den av IR-detektom levererade bilden i tvådimensionell form genomgår i blocket 2 en radontransform i två eller eventuellt flera riktningar och exempelvis kan en vertikal och en horisontell projektion erhållas. Projektionema genomgår en derivering i blocket 3. Efter derivering kan i ett ytterligare steg illustrerat genom blocket 4 derivatomas teckenvärden bestämmas och läggas till grund för en binärisering där ett positivt teckenvärde får svara mot binära värdet 1 och ett negativt värde eller nollvärde får svara mot det binära värdet noll. Med framtagna teckenvärden som bas kan i tiden separerade bilder bildkorreleras, vilket illustreras genom blocket 5.

Bildkorreleringsinformationen utnyttjas sedan för att signalkonditionera aktuell bild i blocket 6 för att sedan presenteras, block 7, på exempelvis en display.

Uppfinningen är inte begränsad till de i ovanstående såsom exempel beskrivna utförandena utan kan underkastas modifikationer inom ramen för efterföljande patentkrav.

Claims (5)

10 15 20 531 STE Patentkrav

1. Metod för si gnalkonditionering av signaler från en tvådimensionell bild genom att beräkna bildens rörelse relativt ett bildplan, varvid bilder korreleras separerade i tiden under användande av radontransfonner (2) beräknade över hela bilden för minst två vinklar för reducering av tvådimensionellt korrelationsproblem till korrelation av minst två endimensionella projektioner, kännetecknad av att de endimensionella projektionema deriveras (3) för erhållande av proj ektionemas lutning eller gradient som bas för korreleringen (5) av bilder separerade i tiden och signalkonditionering (6).

2. Metod enligt patentkravet 1, kännetecknar! av att magnituden hos proj ektionemas gradienter ignoreras och att gradienternas teckenvärde utnyttjas (4) för en binâr representation som bas fór korreleringen av bilder separerade i tiden.

3. Metod enligt patentkravet 2, kännetecknad av att det binära värdet l tilldelas en positiv gradient och det binära värdet 0 tilldelas en negativ gradient och en riollgradient.

4. Metod enligt något av föregående patentkrav, kännetecknad av att videosignaler från lR-detektorer (1) signalkonditioneras.

5. Metod enligt något av föregående patentkrav, kännetecknad av att si gnalkonditioneringen utförs i realtid.