Устройство для адаптивного скользящего усреднения — SU 1695326 (original) (raw)
(51)5 6 06 Е 15/3 ТЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ ИЗОБ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) Авторское свидетельство СССРМ 1283793, кл, 6 06 Р 15/36, 1985 (прототип).(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АДАПТИВНОГОСКОЛЬЗЯЩЕГО УСРЕДНЕНИЯ(57) Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для Изобретение относится к вычислительной технике, может быть использовано в устройствах обработки изображений, обеспечивая повышение контрастности изображения, и является усовершенствованием устройства по авт. св, М 1283793.Цель изобретения - повышение точности.На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг, 2 - показано размещение трех врзможных отрезков Л 1, Й и Ьз длиной к каждый локального усреднения входного сигнала т(т) относительно точки дискретизации т;,Устройство содержит аналого-цифровой преобразователь 1 (АЦП), элемент 2 задержки, блок 3 вычисления среднего значения квадратов, блок 4 вычисления квадрата среднего значения, блок 5 вычитания, блок 6 извлечения корня, блоки 7, 8 элементов задержки, селектор минимума 9, коммутаторы 10, 11, делитель 12, выполненный в виде блока постоянной памяти, блок 13 вычисления весовой функции, выполненный в виде блока постоянной памяти, блок, 1695326 А 2 обработки изображений. Цель изобретения - повышение точности. Устройство содержит аналого-цифровой преобразователь 1, элемент задержки 2, блок 3 вычисления среднего значения квадратов, блок 4 вычисления квадрата среднего значения, блоки 5, 14 вычитания, блок 6 извлечения корня, блоки 7, 8 элементов задержки, селектор минимума 9, коммутаторы 10, 11, делитель 12, блок 13 вычисления весовой функции, умно- жители 15, 16, регистры 17 - 20, сумматор 21, генератор 22 тактовых импульсов, 2 ил. 14 вычитания, умножители 15 и 16, регистры 17 - 20, сумматор 21, генератор 22 тактовых импульсов (ГТИ), выходы 23, 24,Выход АЦП 1 подключен к входу элемента 2 задержки, который объединен с входами задания 1-го отсчета блока 3 вычисления среднего значения квадратов и блока 4 вычисления квадрата среднего значения, Выход элемента 2 задержки соединен с входами задания ( - Й)-го отсчета блока 3 вычисления среднего значения квадратов и блока 4 вычисления квадрата среднего значения. Выход блока 3 вычисления среднего значения квадратов подключен к входу уменьшаемого блока 5 вычитания. Вход вычитаемого блока 5 вычитания соединен с выходом блока 4 вычисления квадрата среднего значения и объединен с входом блока 6 извлечения корня. Выход блока 6 извлечения корня подключен к входу первого блока 7 элементов задержки и к первому информационному входу коммутатора 10. Второй и третий информационные входы коммутато- ра 10 соединены с первым и вторым выходами первого блока 7 элементов задержкиПервые и вторые управляющие входы коммутаторов 10 и 11 подключены к выходам первого и второго разрядов селектора минимума 9 соответственно. Выход коммутатора 10 соединен с выходом 23 устройства. Первый и второй информационные входы селектора минимума 9 соединены с первым и вторым выходами второго блока 8 элементов задержки соответственно. Вход блока 8 элементов задержки объединен с третьим информационным входом селектора минимума 9 и подключен к выходу блока 5 вычитания. Первый и второй выходы блока 8 элементов задержки соединены соответственно с первым и вторым информационными входами коммутатора 11, Третий информационный вход коммутатора 11 соединен с выходом первого блока 5 вычитания, Выход коммутатора 11 соединен с первым входом первого умножителя 15. Первый выход второго блока 8 элементов задержки соединен со входом делителя 12. Выход делителя 12 соединен со вторым входом первого умножителя 15, Выход умножителя 15 соединен с информационным входом третьего регистра 19, Выход регистра 19 соединен с входом блока 13 вычисления весовой функции, Выход блока 13 вычисления весовой функции соединен с первым входом второго умножителя 16. Первый выход первого блока 7 элементов задержки соединен с входом уменьшаемого блока 14 вычитания, Вход вычитаемого блока 14 вычитания объединен с информационным входом второго регистра 18 и соединен с выходом первого коммутатора 1 О. Выход блока 14 вычитания соединен с информационным входом первого регистра 17. Выход регистра 17 соединен с вторым входом второго умножителя 16, Выход умножителя 16 соединен с первым входом сумматора 21. Выход регистра 18 соединен со вторым входом сумматора 21. Выход сумматора 21 соединен с информационным входом четвертого регистра 20. Выход регистра 20 является информационным выходом 24 анализатора, Тактовые входы блока 3 вычисления среднего значения квадратов, блока 4 вычисления квадрата среднего значения, селектора минимума 9, аналого-цифрового преобразователя 1, блока 5 вычитания, блока 6 извлечения корня, делителя 12, блока 13 вычисления весовой функции 13, блока 14 вычитания, умножителей 15 и 16, регистров 17 - 20 объединены и соединены с выходом генератора 22 тактовых импульсов.Устройство работает следующим образом. Устройство реализует метод адаптивного усреднения сигнала ф) по трем возможным отрезкам Л 1, Ь и Ьз длинойт каждый, относительное расположение ко 5 торых показано на фиг. 2 для точки дискритизации 1 ь и метод повышения локальногоконтраста сигнала, причем в качестве усредненного значения принимается результатадаптивногоусреднения. В методе адаптив"0 ного усреднения сигнала для каждой точки1 вычисляются три локальные средние значения и три дисперсии по отсчетам трехдисперсий, Тогда результату скользящегоусреднения 9(1) входного сигнала ф) в точкеи присваивается локальное среднее значение по тому из трех отрезков, для которогодисперсия минимальна. Результат г(с) операции повышения локального контраставходного сигнала 1(1) в точке Ъ определяетсяиз выражения(В) = 9(1) + а(О,(б/Офф) - ЯЦВД,где ф) - результат операции повышениялокального контраста в точке т,9(б) - результат адаптивного усреднения для точки 1 ьа - весовая функция, определяющаякоэффициент усиления,Оин(О) - минимальное значение дисперсии по отрезкам Л 1, Лг и Ьз дляточки 1 ьО(1) - значение дисперсии по отрезкуЛ 1 для точки О;Я(ц - среднее значение по отрезку Лдля точки тьОтсчеты (выборки) входного сигнала свыхода АЦП 1 последовательно в соответствии с частотой ГТИ 22 поступают на входэлемента задержки 2, Последний состоит изИ последовательно соединенных элементовзадержки на один отсчет, где М - количествоточек дискретизации (отсчетов) на один от,резок усреднения длиной г. В каждом такте работы устройства на выходе АЦП 1присутствует двоичный код одного отсчетасигнала б, а на выходе элемента задержки 2- код отсчета б-и. Локальные дисперсии поМ последовательным отсчетам сигнала вычисляются с помощью блока 3 вычислениясреднего значения квадратов, блока 4 вычисления квадрата среднего значения и блока 5 вычитания путем реализацииследующей формулы:О =(д Х 6-+)-(д Х -+)55 1 = т,е. дисперсия О является разностью между средним значением квадратов отсчетов сиг 1695326нала и квадратом его локального среднего значения. В каждом такте работы устройства блок 4 рекурсивно вычисляют квадрат локального среднего значения а на основе следующего рекуррентного соотношения:1 1э = аь 1+ - б -- адьюМ йБлок 3 в каждом такте работы устройства рекурсивно вычисляет локальное среднее значение Ь квадратов 1 ч отсчетов сигнала по следующему рекуррентному соотношению:1 2 1Ь = Ьь 1+ - б - - б-ы.й йКод разности Ь-а т.е, локальной дисперг,сии Оь вычисленной по формуле (1), формируется на выходе блока 5 вычитания, Блоки 3 и 4 работают параллельно, а вычисления в этих блоках и блоке 5 вычитания осуществляются в конвейерном режиме, Это значит, что в каждом такте работы устройства вычисления реализуются одновременно во всех составных узлах блока 3, блока 4 и блока 5 вычитания.Выходной код блока 4 поступает на вход блока 6 извлечения корня. В каждом такте работы устройства на выходе блока 6 формируется код локального среднего значения а по Й отсчетам входного сигнала, поскольку на его адресный вход поступает код значения а , В каждом такте работы на входы селектора минимума 9 с выхода блока 5 вычитания и первого и второго выходов блока 8 поступают коды трех локальных дисперсий О-п., О и Он.,п, где п 1 = (И - 1)2 и й - нечетное целое число, Первый 7 и второй 8 блоки элементов задержки состоят из М - 1 последовательно соединенных элементов задержки нэ один отсчет, причем первый выход каждого из них является выходом элемента задержки с номером (И - 1)/2, а второй выход - выходом элемента задержки с номером И - 1. На выходе селектора 9 формируется двухразрядный двоичный код номера минимального значения трех дисперсий О-п, Оь О+п.Коммутатор (мультиплексор) 10 выполняет функцию переключения на первый выход 23 устройства одного из трех кодов локальных средних значений а-п 1, а и ан-п с выхода блока 6 извлечения корня и с двух выходов первого блока 7 элементов задержки. Коммутатор (мультиплексор) 11 выполняетфункцию переключения на второй вход умножителя 15 кода, соответствующего минимальному значению для дисперсий О-п, 01, Онп. Таким образом, в /-м такте работы на выходах коммутаторов 10 и 11 сформиру- ютсЯ коды величины 9(т) и Омин(О) соответственно, причем код величины 9(т)5101520 поступает на первый выход 23 устройства, Код величины 9(т) с выхода коммутатора 10 поступает нэ вход регистра 18 и на второй вход блока 14 вычитания, на первый вход которого поступает код величины Я ф) = а с первого выхода первого блока 7 элементов задержки. Код величины 9(т 1-Яф) с выхода блока 14 вычитания поступает на вход перваго регистра 17. Код величины О(Ю) = О с первого выхода блока 8 элементов задержки поступает на вход делителя 12, в котором осуществляется табличное вычисление функции р (х) = 1/х. Код величины 1/01 (1) свыхода делителя 12 поступает на первый вход умножителя 15. На второй вход умно- жителя 15 с выхода коммутатора 11 поступает код величины Омин (т) и на выходе умножителя 15 формируется код величины Омин, который затем поступает на вход1 Ьрегистра 19, На выходах регистров 17, 18 и 19 сформируются коды величин, поступивших на их входы тактом ранее, т.е. ф 1-1) -25 ча ю щ ее ся тем,что, с целью повышения точности, в него введены дополнительный Омин- 131(т), 9(т), соответственно.01(Ц - 1)Омин- 1Код величины с выхода регист.01(, - 1)ра 19 поступает на вход блока 13, в ячейках которого реализовано табличное вычисление весовой функции а(х). Код величины а (Омин(1 Ь 1)/01(Ф) С ВЫХОда бЛОКа 13 ПОСтуПает на второй вход второго умножителя 16, на первый вход которого поступает код величины 9(1-1) - 31(т) с выхода регистра 17, КодВЕЛИЧИНЫ а (Омин(ф - 1)/01(т-)Яф - 1) -Я 1(ц) с выхода умножителя 16 поступает 40 на первый вход сумматора 21, на второйвход которого поступает код 9(ц) с выхода регистра 18, Код величины ф) = 9(ц) +Омин- 1а ) 9(т) - Я 1 (т) С выхсдаОф - 1)45 сумматора 21 поступает на вход регистра20, на выходе которого формируется код величины ф), поступившей на его вход тактом ранее. Таким образом, в текущем)-м такте на первом выходе 23 устройства 50 сформируется код величины 9(Ъ), а на втором выходе 24 устройства формируется код величины ф). Устройство работает в конвейерном режиме и через 2 такта работы в 0+2)-м такте работы на первом выходе 23 и 55 на втором выходе 24 устройства сформируются коды величин 9(т 1+2) и ф 1) соответственно.Формула изобретения Устройство для адаптивного скользящего усреднения по авт, св. %1283793, о т л и 1695326коммутатор, делитель, блок вычисления весовой функции, дополнительный блок вычитания, два умножителя, четыре регистра и сумматор, первый и второй выходы втрого блока элементов задержки соединены соответствнено с первым и вторым информационными входами дополнительного коммутатора, третий информационный вход которого соединен с выходом блока вычитания, первый и второй управляющие входы допол нител ьно го коммутатора подкл ючены к выходам первого и второго разрядов селектора минимума соответственно, выход дополнительного коммутатора соединены с первым входом первого умножителя, первый выход второго блока элементов задержки через делитель соединен с вторым входом первого умножителя, выход которого соединен с информационным входом первого регистра, выход которого соединен со входом блока вычисления весовой функции, выход которого соединен с первым входом второго умножителя, первый выход первого блока элементов задержки соединен с входом уменьшаемого дополнительного 5 блока вычитания, вход вычитаемого которого объединен с информационным входом второго регистра и с выходом коммутатора, выход дополнительного блока вычитания соединен с информационным входом треть его регистра, выход которого соединен со вторым входом второго умножителя, выход которого соединен с первым входом сумматора, выход второго регистра соединен со вторым входом сумматора, выход которого 15 соединен с информационным входом четвертого регистра, выход которого является информационным выходом устройства, тактовые входы делителя, блока вычислениявесовой функции, дополнительного блока вы читания, умножителей, регистров соединеныс выходом генератора тактовых импульсов,1695326 Ухтверовгентал оставитель Техред М.М орректор М.Максимишине едактор Т.Орловска каз 4164 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5П роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101