DK164974B

DK164974B - Fremgangsmaade til billedbehandling under anvendelse af blokoverlapningstransformationsprocedure

Info

Publication number: DK164974B
Application number: DK344984A
Authority: DK
Inventors: Philip G Powell
Original assignee: Eastman Kodak Co
Priority date: 1982-11-15
Filing date: 1984-07-13
Publication date: 1992-09-21
Also published as: US4442454A; WO1984002019A1; IT8323724A1; EP0126148B1; IT8323724A0; CA1193012A; DK344984A; DE3376701D1; EP0126148A1; JPS60500349A; DK344984D0; IT1172428B

Description

i

DK 164974 B

Opfindelsen angår en fremgangsmåde til billedbehandling til reduktion af støj i et eksempleret billede. Nærmere bestemt angår opfindelsen en fremgangsmåde ved hvilke et billede opdeles i blokke af eksemplerede billedelementer, 5 hvilke elementer transformeres i overensstemmelse med en lineær transformationsprocedure.

Kendte billedbehandlingsapparater anvender i almindelighed to typer fremgangsmåder til at reducere støj i en eksempleret billedfremstilling, en metode udføres som en omgi-10 velsespunktproces, og den anden metode udføres som en transformationsproces. I begge typer fremgangsmåder erstattes hver eksempleret billedværdi med en modificeret værdi tilvejebragt fra billedværdier inden for et omgivende felt af billedelementer. Værdierne inden for det omgivende felt anvendes til 15 tilvejebringelse af et antal forskellige lineære kombinationer hver repræsenterende forskellige enheder i billedstruktu-ren inden for feltet, og hvoraf de fleste repræsenterer detaljer inden for feltet. Hver detaljefølsom kombination er udtryk for en forskel mellem lokale billedværdier og vil i 20 større eller mindre grad forsvinde når en særlig biHeddetal·1 je ikke er til stede. Støjen reduceres ved modifikation af de detaljefølsomme kombinationer f.eks. således at værdien af en kombination sænkes eller sættes til nul hver gang en særlig billeddetalje ikke er til stede i en vis, væsentlig grad.

25 Ved omgivelsespunktprocessen undersøges værdien af hvert oprindelig element for sig sammen med værdierne inden for et lille naboområde af omgivende elementer. Disse processer gendanner billedet ved at erstatte værdien af hvert oprindeligt billedelement med summen af et antal af linear-30 kombinationer af værdier inden for et naboområde.

Som omtalt i AFIPS Conference Proceedings, 5-8 juni 1978, Morei et al, "Design of Local Parallel Pattern Processor for Image Processing", Montvale, US, er det kendt at anvende en filtermatrix til forskellig vægtning af den midt-35 stillede pixel og de omkring denne placerede pixel.

2

O

DK 164974 B

Transformationsprocesser kan i stedet for et lille naboområde anvende hele samlingen af eksemplerede billedvær-dierf således som dette er offentliggjort i Computer and Electronic Engineering, bind 2, 1975, Agrawal og Jain, 5 "Bandwidth Compression of Noisy Images", side 275-284, og Computer and Electronic Engineering, bind 4, 1977, Keshavan et al, "Application of Orthogonal Transforms in the Enhancement of Images in the Presence of Additive Noise", side 279--295. I en transformationsproces udtrykkes det oprindelige 10 billede ved en kombination af forud fastsatte mønstre, (dvs. funktioner). Hvert mønster vægtes numerisk af en transformationskoefficient, hvilken koefficient er beregnet ud af en linearkombination af billedværdier. Størrelsen af hver transformationskoefficient viser hvor meget det tilsva-15 rende mønster har betydet for det oprindelige billede. Transformationskoefficienterne for alle disse mønstre udgør således det oprindelige billede i dets transformerede form. Billedet (i dets oprindelige form) kan gendannes ved at erstatte biliedværdierne for hvert element med forskellige 20 lineærkombinationer af transformationskoefficienterne.

Såvel i omgivelsespunktprocessen som i transformationsprocessen reduceres støj ved modifikation af de detaljesensitive linearkombinationer af billedværdierne. Eftersom støjmodifikationsprocessen indbefatter anvendelsen af en 25 ikke-lineær funktion, kan der frembringes utilsigtede ændringer af de lokale billedværdier (dvs. en artefakt fra selve processen), hvilke ændringer indvirker på det ønskede billede og på den* uønskede støjrest, men dette accepteres for at kunne tilvejebringe den ønskede støjreduktion.

30 For et typisk billede udføres en transformations proces både som en direkte transformationsberegning og en spejltransformationsberegning på et stort datasæt. Det er, i forbindelse med kompression af data gennem en transformationsproces, i Proceedings of the IEEE, bind 60, nr. 7, juli 35 1972, Wintz, "Transform Picture Coding", side 809-820 offent liggjort, hvorledes opdeling af billedet i indbyrdes til- 3

O

DK 164974B

stødende billedelementblokke udføres, for herigennem at forenkle kodificeringen i forbindelse med billedtransmission. Opdelingen af billedet i blokke gør behandlingen nemmere ikke alene ved billedkodificering, men også ved støjreduktion.

5 Behandlingen af hver blok for sig i forbindelse med støjreduktion nedsætter beregningsarbejdet og reducerer problemet med at styre store datamængder. Det samlede antal transformationskoefficienter, som skal tilvejebringes til den senere modifikation nedsættes kun lidt, men beregningsmængden for 10 hver af dem er mindre.

Der er uheldigvis også en ulempe forbundet med at opdele billedet i blokke. Efter modifikation og spejltransformation kan der være tilvejebragt en afgrænsningskant mellem tilstødende blokke. Disse afgrænsningskanter kan medføre at 15 det rekonstruerede billede fremtræder med et ternet mønster, hvilket kan accepteres ved visse anvendelser, men er uacceptabelt ved biliedreproduktion af høj kvalitet. I SPIE bind 238, Image Processing for Missile Guidance, Nicholson og Davis, "The Binomial Window", side 467-479, offentlig-20 gøres, at denne fejl kan reduceres ved at lade billedet gennemgå gentagne forløb af blokprocessen, under hvilke pro-cesblokadressen øges mellem de enkelte forløb, således at der tilvejebringes en overlapning mellem blokkene. Det påpeges imidlertid, at datamatomkostninger (eller tid) normalt be-25 grænser blokbehandlingspraksis til sammenstødende ikke-overlap-pende billedblokke.

Udvælgelsen af blokstørrelsen i en til støjreduktion anvendt transformationsbehandling må nøje overvejes. Hvis blokstørrelsen er for lille, vil støjkomposanter med lav mel-30 lemrumsfrekvens forblive uændrede efter modifikationen af koefficienterne, hvilke kan medføre en restpletning i billedets udseende. I visse tilfælde, hvor der anvendes billeder af jævn kvalitet og mellemrumsopløsning, vil en lille blok med relativ få elementer tilvejebringe en tilstrækkelig grad 35 af støjreduktion. En sådan anvendelse er offentliggjort i US patentskrift nr. 4163258. I disse tilfælde, vil fremgangs- 4

O

DK 164974 B

måden med flere procesgennemløb med blokoverlapning, således som foreslået af Nicholson og Davis, løse problemet med blokafgrænsningskanterne, uden at kræve store beregninger.

I andre tilfælde, hvor der anvendes billeder af høj kvalitet, 5 er det imidlertid nødvendigt, at anvende en stor blok med et indhold af et relativt højt antal elementer for at kunne undertrykke pletter. Anvendelsen af en sådan blok forøger ikke alene beregningsarbejdet, især hvis der anvendes overlapning, men forringer også højfrekvensdetaljer som forekom-10 mer i et lille område inden for blokken.

Af disse årsager er det at foretrække i forbindelse med støjreduktion at behandle billedet med flere forskellige blokstørrelser og at anvende overlapning, for at undgå tilsynekomsten af et ternet mønster. Afhængig af den anvendte 15 fremgangsmåde, kan kravene til datamattid og datamatkapacitet være meget store. I forbindelse med et biliedkodningssystem er der ved US patentskrift nr. 4.134.134 offentliggjort en fremgangsmåde, hvor beregningsmængden reduceres gennem behandling i et antal trin således som følger. I det første 20 trin deles billedet i blokke, og hver blok transformeres.

En koefficient fra hver transformeret blok er et udtryk for gennemsnittet inden for blokken. I det andet trin, anvendes disse gennemsnitskoefficienter til at tilvejebringe et reduceret billede, som er afledt af blokgennemsnittet i det 25 foregående trin. Det reducerede billede deles i blokke, hver blok transformeres og koefficienterne, som er et udtryk for gennemsnittene, anvendes til tilvejebringelse af et yderligere reduceret billede. Eftersom antallet af blokke i det første trin er mindre end antallet af elementer i det første 30 trin, er beregningsomfanget for det andet trin mindre end for det første. Efterfølgende trin kan indføres, hvilke trin kræver mindre og mindre yderligere beregning.

Til støjreduktionsformål, hvilke formål ikke er behandlet i US patentskrift 4.134.134, har flertrinsproce-35 duren den fordel, at behandlingen kan ske med forskellige blokstørrelser. Små blokke som kun indeholder få lokale 5

DK 164974B

O

billedelementer, anvendes ved behandling af høje mellemrumsfrekvenser, medens store blokke, som indeholder gennemsnit fra små blokke og som er et udtryk for mange billedelementer, anvendes ved behandling af lave mellemrumsfrekvenser.

5 Små områder med højfrekvensbilleddetaljer er nu udtrykt ved kun et lille antal koefficienter, som er tilvejebragt fra de små blokke, som indeholder den bestemte detalje. Dette muliggør, at der kan fjernes mere af højfrekvensstøjen i andre områder uden derved at nedsætte højfrekvensbilleddetaljen i 10 de blokke,, i hvilket det finder sted. Yderligere vil, selv om US patentskrift nr. 4.134.134 ikke behandler overlapning, en trinvis arbejdsmåde nedsætte beregningsarbejdet således, at blokoverlapning bliver mulig i praksis. Denne overlapning nedsætter synligheden af blokafgrænsningskanterne.

15 Den ved opfindelsen tilvejebragte fremgangsmåde an vender en forening af en blokoverlapningstransformationsproces og en flertrinsprocedure for at overvinde problemerne med afgrænsningskanternes synlighed i en billedbehandlingsfremgangsmåde til støjreduktion. Ud over at reducere behandlings-20 omfanget til et passende niveau, skønt der fortsat anvendes forskellige blokstørrelser, har denne samlede løsning af bloksynlighedsproblemet en anden fordel. Til forståelse af denne fordel, betragtes først det tilfælde, at der finder anvendelse af en flertrinsprocedure med ikke-overlappende 25 afgrænsninger sted. Hvert billedelement er til stede i én blok af hver størrelse. Hvert billedelements værdi er efter behandling den lineære kombination af den modificerede detalj-følsomme transformationskoefficient fra en blok i hver trin, og gennemsnitsværdien af en blok af den største størrelse i 30 serien. I modsætning hertil, afhænger værdien af hvert element i en flertrinsprocedure med overlapning efter behandling og gennemsnitsberegning over antallet af procesforløb af et meget større antal koefficienter. Disse koefficienter er for det første de modificerede detaljfølsomme transformations-35 koefficienter for hver blok, som overlapper det pågældende element i hvert trin, og for det andet gennemsnitsværdien 6

DK 164974 B

af alle de største blokke som overlapper det pågældende element. Det aktuelle antal af beregningsenheder afhænger af antal trin, størrelsen af transformationsblokken i hvert trin og den overlapningsstørrelsesorden, der anvendes i hvert 5 trin. Værdien af sammenhørende koefficienter fra alle de blokke, som overlapper hvert element^vil være forskellige, og hver af dem vil blive modificeret på forskellig vis ved den ikke-lineære støjreduktionsproces. Som tidligere forklaret, har den lokale forvrængning (dvs. artefakt) sammen 10 denne ikke-lineære modifikation indflydelse på det ønskede billedes komposanter og hvad der endnu er til stede af uønskede støjkomposanter. Imidlertid reducerer en gennemsnitsberegning over et stort antal af overlappede delbilleder, således som tilvejebragt ved opfindelsen til reduktion af 15 bloksynligheden, også den tydelighed hvormed artefakter ses i begge billedkomposanter, hvorved støjreduktionsvirke-måden forbedres.

Opfindelsen angår en fremgangsmåde som angivet i indledningen til krav 1, hvilken fremgangsmåde er ejendomme-20 lig ved det i samme kravs kendetegnende del angivne, hvorved der tilvejebringes en fremgangsmåde til behandling af et oprindeligt billede for herved at tilvejebringe et behandlet billede med færre uønskede bestanddele, som f.eks. støjbestanddele, i det oprindelige billede, men uden at 25 frembringe et karakteristisk bloklignende mønster på grund af bloktransformationsprocessen. Yderligere tilvejebringes de ønskede billedbestanddele med mindre billedtab og forvrængning end det ville være tilfældet hvis blokkene stødte op mod hverandre. Endvidere er den tilbageblivende mængde af 30 uønskede støjbestanddele som følge af den ikke-lineære behandling formindsket. Ved fremgangsmåden anvendes en flertrinsprocedure som virker på biliedsignaler, som er knyttet til de respektive bestanddele i det oprindelige billede, på følgende måde. Billedsignalerne samles i billedsignalsæt 35 knyttede til overlappende billedbestanddelsblokke, idet hver blok indbefatter i det mindste en billedbestanddel i fælles-

DK 164974 B

O

7 skab med i det mindste en anden blok. Disse opstillede sæt behandles i et antal hinanden efterfølgende trin, i hvilke trin det billedsignal som tilvejebringes i hvert trin, som følger efter det første, er udtryk for signaler afledt af 5 sammensætningen af billedsignaler, som var til stede i det foregående trin. Inden for hvert trin bliver hvert sæt af billedsignaler gennem et sæt af uafhængige funktioner transformeret til et tilsvarende sæt af koefficientsignaler som udtrykker samlingen af billedsignaler, som er knyttet til 10 almindelig lysstyrke og billeddetalje. Visse koefficientsignaler modificeres for at formindske uønskede bestanddele i det behandlede billede. Et behandlet billede bliver så tilvejebragt fra de mange koefficientsignalsæt, af hvilke nogle blev modificeret i det foregående trin.

15 Det afledte billedsignal som tilvejebringes for hvert trin som følger efter det første, kan udformes på et antal måder. Eksempelvis kan det afledte billedsignal indbefatte de koefficientsignaler som er knyttet til et overslag over den almindelige lysstyrke inden for hver blok i det foregående 20 trin. I et andet eksempel kan sådanne billedsignaler blive tilvejebragt gennem filtrering af det billedsignal, som skal behandles i et foregående trin, for herved at tilvejebringe filtrerede billedsignaler som udtryk for den almindelige lysstyrke inden for de områder af billedet, som skal behandles 25 i det foregående trin.

Koefficientsignalmodificeringstrinnet kan også indføres på forskellige måder. En sådan indførelsesform, som herefter er benævnt som "udtagning og addering", indbefatter anvendelsen af en tærskelværdi (eller et tærskelværdisæt 30 knyttet til koefficientsignalsættet), som udtryk for en koefficientværdi større end, hvad der kunne forventes på grund af støj (dvs. at den større koefficientværdi sjældent frembringes på grund af støj alene), udvælgelse af koefficientsignaler, som har en mindre værdi end denne tærskelværdi, ændring 35 af disse udvalgte koefficientsignaler gennem reduktion af deres størrelse, og tilvejebringelse af et behandlet billede

O

DK 164974 B

8 gennem addering af summen af de fra modificerede og umodifi-cerede koefficienter afledede billedsignaler til et billed-signal, der udtrykker billedets almindelige lysstyrke. En anden form, som herefter benævnes "afskæring og subtraktion", 5 indbefatter udpegning af koefficientsignaler, som har en større værdi end tærskelværdien, modifikation af disse udpegede koefficientsignaler gennem reducering af deres værdi, og tilvejebringelsen af et behandlet billede gennem subtraktion af summen af de fra modificerede og umodificerede koef-10 ficienter afledte billedsignaler fra et totalt billedsignal, som repræsenterer det oprindelige billede.

Opfindelsen forklares i det følgende nærmere under henvisning til tegningen, på hvilken fig. 1 viser et blokdiagram af hovedelementerne i en 15 ved opfindelsen tilvejebragt bloktransformationsfremgangsmåde til nedsættelse af støjen i et billede, fig. 2 er et blokdiagram, som anskueliggør en ved opfindelsen tilvejebragt første udførelsesform af en tretrins, overlappende bloktransformationsfremgangsmåde, 20 fig. 3 er et blokdiagram, som anskueliggører en ved opfindelsen tilvejebragt anden udførelsesform af en tretrins, overlappende bloktransformationsfremgangsmåde, fig. 4 er et blokdiagram, som anskueliggører en ved opfindelsen tilvejebragt tredje udførelsesform af en totrins, 25 overlappende bloktransformationsfremgangsmåde, fig. 5 er et diagram, som viser anvendelsen af Walsh--Hadamard's operation på et 2 x 2 billedsignalsæt, fig. 6 anskueliggør indlæggelse af billedelementer i blokke af forskellig størrelse, 30 fig. 7 A og 7B er diagrammer til forståelse af den indbyrdes blokoverlapning med henholdsvis 2 x 2 og 4 x 4 blokke, fig. 8A og 8B er diagrammer over vægtningsmønstrene, der anvendes til efterfiltrering i fig. 2, 35 fig. 9A og 9B er diagrammer af vægtningsmønstrene, som anvendes til forfiltrering i fig. 3,

O

9

DK 164974 B

fig. 10A, 10B og IOC er diagrammer, som viser de særlige billedelementslokationer, som udpeges til transformation i hvert trin i fremgangsmåden især ifølge udførelsesformerne i fig. 2 og 3, 5 fig. 11 er et kredsløbsdiagram, som anskueliggører indførelsen af det første trinfilter i fig. 3, fig. 12 er et kredsløbsdiagram som anskueliggører indførelsen af det andet trinfilter i fig. 3, fig. 13 er et kredsløbsdiagram som anskueliggører 10 indførelsen af det tredje trinfilter i fig. 3, fig. 14 er et kredsløbsdiagram, som viser Walsh--Hadamard's datamat, som er indbefattet i fig. 11, 12 og 13, fig. 15 et et kredsløbsdiagram af de 2 x 2 transformationsorganer, som er indbefattet i fig. 14, 15 fig. 16 er et kredsløbsdiagram af de i de 1 x 2 transformationsorganer indgående elementer, hvilket transformationsorganer igen er indbefattet af de 2 x 2 transformationsorganer som er vist i fig. 15, fig. 17 og fig. 18 er kredsløbsdiagrammer af det gen-20 nemsnitsudregnende tre filterpar, som er indbefattet i fig. 3, fig. 19 er et kredsløbsdiagram, som viser det kredsløb, som anvendes til forsinkelsesopretning og summering i fig. 3, fig. 20 er et diagram som anskueliggører den 25 4x4 billedelementsopbygning, som behandles af filtret i fig. 21, fig. 21 er et kredsløbsdiagram over indførelsen af fig. 4's første trinfilter, fig. 22 er et kredsløbsdiagram af rampeprocessoren 30 som er indbefattet i fig. 21, fig. 23 er et kredsløbsdiagram af opbygningen af et 1x4 transformationsorgan, til indførelse af det direkte rampetransformationsorgan i fig. 22, fig. 24 er et kredsløbsdiagram af elementerne til 35 indføring af hvert 1x4 transformationsorgan som beskrevet i fig. 23, og 10

DK 164974 B

fig. 25 er et kredsløbsdiagram af elementer for indførelse af et 1 x 4 omvendt rampetransformationsorgan, som anvendes i opbygningen af det 4x4 omvendte rampetransformationsorgan, som er vist i fig. 22.

5 I den følgende beskrivelse tilvejebringes indgangs signalet ved scanning og eksemplering af et oprindelig billede. I den foretrukne udførelsesform af opfindelsen antages det, at indgangssignalet tilvejebringes fra et billede som f.eks. et negativt eller positivt transparent fotografi. Det 10 er yderligere forudsat, at et sådant signal kan repræsentere et antal adskilte billedelementer, indbefattende et gennemsnitligt hvidhedsniveau, fine detaljer som f.eks. meget fine linier og teksturer, mellemliggende detaljer, som f.eks. små elementer, og grove detaljer som f.eks. formdannelse gen-15 nem afskygning og andre gradvis varierende forekomster.

(Formdannelse,således som det anvendes her, henviser til gengivelsen af jævnt varierende træk og detaljer.) Yderligere indbefatter signalerne en støjdel, som i en vis udstrækning har indflydelse på de enkelte elementer. I et transparent 20 fotografi frembringes en stor del af støjen som følge af den tilfældige fordeling af lysabsorberende partikler, som danner grundlaget for nærværende billedoptegnelsessystem. Selv om den foreliggende opfindelse beskrives i forbindelse med ek-semplerede data fra et transparent fotografi, er det under-25 forstået, at indgangssignalet kan repræsentere anden information eller andre data, som f.eks. sådanne, som er tilvejebragt fra direkte scanning af en genstand, fra et sammensat videosignal eller fra billedinformation i :et optisk, elektrisk eller magnetisk lager. I sådanne tilfælde frembringes støjen 30 i andre områder af signalgenerationssystemet.

Fig. 1 er et diagram over de større enheder i et apparat til indførelse af en fremgangsmåde til overlappende bloktransformationsstøjundertrykkelse i tre trin ifølge opfindelsen. Selv om tre trin beskrives i forbindelse med 35 fig. 1, kan to trin eller mere end tre trin anvendes. Hvert trin er i stand til at behandle en blokstørrelse afvigende

DK 164974 B

11 fra blokstørrelsen i de øvrige trin. Billedsignaler knyttet til hvidhedsværdierne for elementerne i det oprindelige billede, tilvejebringes af et apparat 8 til scanning og eksemplering. En signalsekvens repræsenterende disse elemen-5 ter i det eksemplerede billede overføres til et opretnings-og summeringskredsløb 10 som en strøm af hinanden efterfølgende billedsignaler. Kredsløbet 10 sammensætter et billed-signalsæt udvalgt fra denne signalsekvens således, at der dannes et todimensionalt sæt knyttet til en blok af bil-10 ledelementer, hvilket sæt er egnet til bloktransformation, hvorefter der tilvejebringes sådanne sæt af billedsignaler i forudbestemte størrelser til behandling i et efter hinanden følgende antal trin, hvilke trin hver for sig står i et bestemt forhold til det foregående trin. Der er endvidere 15 tilvejebragt passende lavpas forfiltrering af de signaler, som frembringer de forskellige todimensionale sæt, og der tilvejebringes en kontinuerlig strøm af sådanne todimensionale sæt, svarende til overlappende billedelementblokke, hvilke blokke er flyttet i det mindste et billedelement i 20 forhold til den foregående blok. Hvert trin indbefatter en kanal til overførsel af signaler, som registrerer særlige adskilte billedelementer: det første trin overfører signaler for fine detaljer i kanal 14a, det andet trin overfører signaler for detaljer af middel størrelse i kanal 14b og 25 det tredje trin overfører signaler for grovere detaljer i kanal 14c. Støjsignaler fra fotografiske korn forekommer fordelt over alle kanaler, idet støjsignalniveauet i hver kanal svarer til billedopløsningsniveauet af den dertil svarende detalje.

30 Til anskueliggørelse af arbejdsmåderne, vises i fig. 6 et billedfelt i hvilket billedelementer er indlagt i tre blokke 15a, 15b og 15c af forskellig størrelse, hvilke blokke er vist koncentriske alene af hensyn til anskueliggørelsen. Det billedsignal der er knyttet til disse elemen-35 ter kan være det oprindelige billedsignal tilvejebragt fra apparatet 8 til scanning og eksempl-ering, eller de kan være afledte signaler frembragt ved filtrering eller behandling

O

12

DK 164974 B

på anden måde. Blok 15a (2 x 2) svarer til billedsignalsættet, hvilket sæt føres gennem det første trins kanal 14a til fine detaljsignaler/ blok 15b (4x4) svarer til signaler, som føres gennem anden trins kanal 14b for mellemstore de-5 taljer, og blok 15c (8 x 8) svarer til signaler som føres gennem tredje trins kanal 14c for signaler for grove detaljer. Por at sættet knyttet til blok 15b kan repræsentere mellemstore detaljer, og for at sættet svarende til blok 15c kan repræsentere grove detaljer, skal hvert element af disse 10 sæt repræsentere et gennemsnit taget over den tilsvarende blok af indgangsbilledsignaler (svarende til at disse signaler bliver lavpasforfiltrerede). Dette udføres af opretnings- og summeringskredsløbet 10. Den i fig. 6 viste blok 15a er en 2x2 blok, men der forstås herved at dette udelukkende er 15 for anskueliggørelsens skyld, og den kan være større. Det er ligeledes underforstået, at størrelsen af blokkene 15b og 15c kan være en anden end vist, og at deres anbringelser således som det er vist, udelukkende er eksempler svarende til de sætj der optræder, når billedsignalsekvenserne føres gennem 20 kredsløbet 10.

Den stadige strøm af sådanne signaler ordnede i sæt og tilvejebragt fra kredsløbet 10, bevirker en stadig ændring af blokafgrænsningernes placering mellem de forskudte blokke, som er dannet i hver kanal til frembringelse af blokoverlap-25 ning. I fig. 7a er blokken 15a vist i forskellige forskudte placeringer 15a-l, 15a-2, 15a-3 og 15a-4, hvilke placeringer henføres til billedelementet A. Det ses, at billedelementet A (og alle andre elementer efter tur tilvejebringer elementer (4 hvis det er en 2 x 2 blok) til deltagelse 30 i dannelsen af flere sæt i kanalen 14a til signaler for fine detaljer. Tilsvarende føres blokken 15b (4x4) effektivt i alle retninger ved forøgelse med et afbildningselement således at billedelementet A deltager i tilvejebringelsen af flere sæt i kanal 14b. I fig. 7b vises fire placeringer af blokken 35 15b, hvilken blok er bevæget i en retning B og indbefat tende en række billedelementer hvori også indgår element A.

O

13

DK 164974 B

Denne placering af blok 15b gentages yderligere fire gange (ikke vist af hensyn til tydeligheden) i retningen C hvorved tilvejebringes fire mulige kombinationer af fire rækker, som vil kunne overlappe elementet A, hvilket fører til, at 5 elementet A i alt deltager i tilvejebringelsen af seksten sæt i kanalen 14b. Det ses ligeledes ved en tilsvarende analyse, at blokoverlapningen af 8 x 8 blokken 15c tilvejebringer deltagelse af elementet A i fireogtreds sæt i kanal 14c. Diskussionen om blokoverlapning forudsætter, at hver blok 10 bevæges et stykke ud fra den oprindelige blokposition svarende til et billedelement. Det må forstås, at for blokke større end 2x2 kan bevægelsen være af en anden størrelsesorden end et billedelement, hvilket har indflydelse på antallet af transformationer hvori hvert billedelement deltager.

15 I fig. 1 overføres de billedsignaler, som udgør hvert trins todimensionale sæt, til et direkte transformationskredsløb 12, hvilket kredsløb virker med en todimensional lineær transformation. Kredsløbet kan deltage med adskillige kendte transformationer, heri indbefattet men ikke begrænset til 20 Fourier-, cosinus-, sinus-, Walsh-Hadamard-, Haar-, rampeeller Karhunen-Loeve-transformationer. Disse transformationer er velkendte for fagfolk på området. Der henvises til W. K. Pratt, "Digital Image Processing", 1978, John Wiley & Sønner, New York, kap. 10 og bibliografiske henvisninger. Hvert 25 trin behøver ikke nødvendigvis at anvende den samme transformationsform. De følgende udførelsesformer vil blive beskrevet i forbindelse med anvendelsen af rampe- og Walsh-Hadamard--transformationer.

Hver af disse transformationer indbefatter et opera-30 torsæt som er defineret som funktioner af værdierne i en datablok, således at der efter transformationen er sket en erstatning af hver datablokværdi med en transformationskoefficient. Operatorerne er tilvejebragt på sædvanlig vis som matricer sammensat af multiplicerende faktorer, hvilke matri-35 cer anvendes i en summation af en tilsvarende datamatrix.

I fig. 5 er vist de aritmetiske operationer, som anvendes i

O

14

DK 164974 B

et 2 x 2 billedsignalsæt for hver af de fire Walsh-Hadamard--operationer. Walsh-Hadamard-operatorerne fastsætter de matricer sammensat af multiplicerende faktorer (som enten er -1 eller +1), som skal anvendes ved summationen af en 2 x 2 5 billedsignalblok. F.eks. viser Hl operatormatricen at alle signalværdierne i blokken er adderede, medens H2 operatormatricen viser, at værdierne i den højre søjle er subtraherede fra værdierne i den venstre søjle, og så fremdeles. Det er væsentligt at bemærke, at disse datamatricer ikke nødvendig-10 vis billedflademæssigt er knyttet til en blok af oprindelige billedelementer. Medens f.eks. 2x2 blokken af billedelementer 15a kan stedfæstes element for element i den 2x2 transformationsoperator, som er vist i fig. 5, kan en 2 x 2 transformation også anvendes på 4 x 4 blokken 15b gennem udpeg-15 ning af billedsignalværdier fra andre elementer i andre rækker til tilvejebringelsen af et 2 x 2 datasæt til transformationen. For 8x8 blokken 15c kan en 2 x 2 transformation anvendes ved at tages signalværdierne fra hver fjerde element i hver fjerde række til tilvejebringelsen af et 2 x 2 datasæt 20 til transformation. Det skal også bemærkes, at eftersom elementerne i blokkene 15b og 15c i sig fører afledede signaler, som repræsenterer gennemsnittet af indgangsbilledsignaler taget over de tilsvarende blokke, vil de afledede signalværdier, som udpeges til de forskellige datasæt,også indeholde 25 deltagelse fra andre billedelementsindgangssignaler i blokkene 15b og 15c, hvilke signalers afledte værdier ikke var udpegede til denne særlige transformation. Selv om denne beskrivelse henviser til særlige billedelementblokstørrelser og transformationssæt forstås det, at de samme betragtninger 30 kan anvendes på andre størrelser.

Hvert sæt af billedsignaler transformeres ved hjælp af et sæt uafhængige funktioner, hvilke funktioner er fastlagt gennem valget af transformationer, og transformationen resulterer i et tilsvarende sæt af koefficientsignaler, hvilke 35 signaler repræsenterer sammensætningen af almindelig hvid-hedsbilledsignaler og billeddetaljesignaler inden for hver

DK 164974B

O

15 blok. Visse af disse koefficientsignaler vil blive påvirkede af billedmæssige variationer som skyldes støjkomposanter.

Hvert trins transformationskoefficientsignaler føres til et koefficientmodifikationskredsløb 16. I disse kredsløb er til-5 vejebragt et sæt tærskelkriterier til fastlæggelse af, om de forskellige koefficientsignaler overvejende repræsenterer støj og kun overfører en lille eller slet ingen billedinfor-mation. Tærskelværdierne vælges således, at de er større end transformationskoefficientværdierne i tilfælde af støj for-10 ventes at være, idet større koefficientværdier som følge af støj alene kun sjældent forekommer. Koefficientsignalerne i hver af de tre kanaler 14a, 14b og 14c sammenlignes med de tilsvarende tærskelværdier og modificeres i overensstemmelse hermed. Således sættes f.eks. hver koefficient lig med nul, 15 hvis koefficientværdien er mindre end den tilsvarende tærskelværdi .

Modificerede koefficientsignaler i hver af de tre kanaler 14a, 14b og 14c overføres til inverstransformationskredsløbet 18. Eftersom koefficientsignalerne tilvejebragt 20 fra kredsløbet 16 kan henføres til totale billedsignalsæt (svarende til billedelementblokke) tilvejebringer kredsløbet 18 for hver kanal et sæt af modificerede billedsignaler, som er knyttet til den i kanalen anvendte blokstørrelse. Kredsløbet 18 frembringer disse modificerede billedsignaler ud 25 fra lineære kombinationer af de modificerede transformations-koefficientsignaler. Eftersom der er indbefattet tre kanaler idet i fig. 1 viste system, tilvejebringer kredsløbet 18 tre forskellige lineære kombinationssæt sammenknyttet med de tre blokstørrelser, som anvendes i disse kanaler. Yderligere 30 vil der, efterhånden som billedsignalsekvenserne føres gennem netværket 18 fra hver af disse tre sæt lineære kombinationer blive tilvejebragt et antal lineære kombinationer, som er knyttet til hvert billedelement og som svarer til alle de overlappende placeringer af hver blok, som indbefatter bil-35 ledelementet. Et opretnings- og summeringskredsløb 2 samler, sammenlægger og foretager gennemsnitsberegninger af alle dis-

O

16

DK 164974 B

se delbidrag fra hvert billedelement. I virkeligheden erstat-ter kredsløbet 20 værdien af hvert oprindeligt billedelement, som indføres i systemet i fig. 1, med summen af et antal delbilledstørrelser, som er tilvejebragt fra spejltrans-5 formationskredsløbet 18. Uddata fra kredsløbet 20 indbefatter en række gendannede billedsignaler, som kan undergå yderligere behandling.

Fig. 2 og fig. 3 viser diagrammer af opbygningen af to apparater til udøvelse af den ved opfindelsen tilvejebrag-10 te fremgangsmåde til billedbehandling under anvendelse af flertrinsblokoverlapningstransformationsprocedure. Som eksempel er der i hver af de tre trin, som er vist i fig. 2 og 3 anvendt 2x2 Walsh-Hadamard transformationsoperatorer. Hvis 2x2 transformationsoperatorerne skal anvendes i hvert 15 trin til behandling af detaljer med forskellige niveauer, så vil de billedsignaler, som tilvejebringes i hvert trin efter det første være filtrerede eller behandlede gengivelser af enten de oprindelige billedsignaler, eller af disse billedsignaler behandlet i et foran liggende trin. Selv om der 20 kun transformeres fire billedsignaler på samme tid, så vil det billedmæssige forhold - dvs. om de er tæt sammenliggende eller adskilt af mellemliggende billedelementer - af de tilsvarende af Walsh-Hadamard operatorer behandlede billedelementer afhænge af til hvilket trin de er henført. I 25 fig. 10 vises placeringen af de særlige billedelementer, som for hvert trin er udpeget til Walsh-Hadamard transformation. Bogstaverne a, b, c og d viser placeringerne af de billed-sætelementer, som er udpegede til at frembringe de 2 x 2 transformationsblokke i hvert trin, medens stregene viser 30 billedelementer som ikke tilvejebringer inddata til de forskellige beregninger. Udpegningen på hvert trin af fire billedsignaler til transformation betyder, at hvert billedsignal i hvert trin medvirker i transformationen af fire billedsig- nalsæt. Eftersom hvert billedsignal i et hvilket som helst 35 trin efter det første er en filtreret gengivelse af et forudgående billedsignal, så vil imidlertid de fire billedelement-

DK 164974B

O

17 placeringer, som er udpegede til transformation i sådanne trin, allerede indbefatte deltagende data fra nabolokationer på grund af filterprocessen.

Fig. 2 og fig. 3 viser forskellige udførelsesformer 5 af opretnings- og summeringskredsløbene 10 og 20. I hver udførelsesform tilvejebringer opretnings- og summeringskredsløbene tidsmæssig opretning af en inddata-billedsignalsstrøm, hvorved der tilvejebringes et sæt billedsignaler som et to--dimensionalt sæt egnet til bloktransformation, hvorefter der 10 tilvejebringes en tilsvarende tidsmæssig genopretning efter en inverstransformation, hvorved en strøm af modificerede billedsignaler gendannes. I fig. 2 gennemføres trinvirkemåden under anvendelse af Hl transformationskoefficientsignalet (det signal, som er tilvejebragt ved anvendelse af operator 15 Hl). Hl koefficientsignalet repræsenterer et hvidhedsgennem-snit taget over en 2 x 2 blok og frembringer et lavpas-for-filtreret billede til det næste trin i processen. Denne funktion, som tidligere er beskrevet i forbindelse med opretnings-og summeringskredsløbet 10 i fig. 1, udføres i blokkene 26a, 20 26b og 26c i fig. 2. I det første trin bliver inddatabilied signalerne forsinkede og oprettede på passende vis i et forsinkelses- og opretningskredsløb 22a hvorved tilvejebringes et 2 x 2 billedsignalsæt, hvilket signalsæt er tilvejebragt ud fra det oprindelige billede, og som overføres til et 25 direkte transformationskredsløb 26a for transformation. Det første trin er således virksomt på et billede, som er opdelt i små blokke 15a i fig. 6. Hvert Hl koefficientsignal i dette første trin repræsenterer et gennemsnit af en 2 x 2 billedelementblok, hvorved tilvejebringes et første lavpas-30 signal, og koefficientsignalet overføres til et forsinkelses-og opretningskredsløb 22b i det andet trin. De resterende H2, H3 og H4 koefficientsignaler, som er tilvejebragt fra kredsløbet 26a repræsenterer tilsammen et højpasfilter, og tilvejebringer signaler til yderligere behandling i det før-35 ste trin af kredsløbet 28a og 30a.

O

DK 164974 B

18

Kredsløbet 22b forsinker og opretter derefter på passende vis Hl koefficientsignalerne fra det første trin, hvorved der tilvejebringes de særlige elementer i sættet (svarende til fig. 10(B)) ..som er udpeget til Walsh-Hadamard 5 transformationen i det andet trin, og hvorved der endvidere sker en overføring af dette sæt af udpegede elementer til det direkte transformationskredsløb 26b til transformation i det andet trin. Dette vil sige, at der i det andet trin udføres en 2 x 2 Walsh-Hadamard transformation (beskrevet i 10 fig. 5) af udpegede elementer fra 4x4 sættet, som svarer til blok 15b, idet hvert element repræsenterer gennemsnittet af oprindelige billedelementer udregnet over en 2 x 2 blok. Hvert Hl koefficientsignal i dette andet trin repræsenterer gennemsnittet af billedelementer beregnet over en 4 x 4 blok, 15 hvorved tilvejebringes et andet lavpassignal, og overføres til et forsinkelses- og opretningskredsløb 22c i det tredje trin. De tilbageblevne H2, H3 og H4 koefficientsignaler tilvejebragt fra kredsløbet 26b repræsenterer tilsammen et højpasfilter, som virker på lavpassignalet fra det første trin, 20 hvorved der tilvejebringes et første båndpassignal til yderligere behandling i andet trin i kredsløbene 28b og 30b. Kredsløbet 22c forsinker og opretter herefter på afpasset vis Hl koefficientsignalerne fra det andet trin, hvorved tilvejebringes de sætelementer (svarende til fig. 10(C)), 25 som er udpeget til Walsh-Hadamard transformationerne i det tredje trin, og dette sæt af udpegede elementer overføres til det direkte transformationskredsløb 26c til transformation i det tredje trin. Herefter udføres i det tredje trin den 2x2 Walsh-Hadamard transformation (vist i fig. 5) på 30 det til blok 15c svarende 8x8 sæt, i hvilket sæt hvert element repræsenterer gennemsnittet af en 4 x 4 blok af billedelementer. Hvert Hl koefficientsignal i dette tredje trin er udtryk for gennemsnittet over en 8 x 8 blok af billedelementer og udgør et tredje lavpassignal. De øvrige 35 H2, H3 og H4 koefficientsignaler, som er tilvejebragt fra kredsløbet 26c udgør tilsammen et højpasfilter, som virker

DK 164974B

O

19 på lavpassignalet fra det andet trin, hvorved der tilvejebringes et andet båndpassignal til yderligere behandling i det tredje trin i kredsløbene 28c og 30c.

De H2, H3 og H4 transformationskoefficientsignaler, 5 som er tilvejebragt i hvert trin behandles i de ikke-lineære koefficientmodifikationskredsløb 28a, 28b og 28c før en eventuel rekombination. Hvert af disse kredsløb virker for at reducere støjen, således som beskrevet i forbindelse med koefficientmodifikationskredsløbet 16 i fig. 1. I den 10 foreliggende udførelsesform af opfindelsen sættes de koefficientsignaler, som er mindre end de tilsvarende tærskelværdier, lig med nul, hvilken proces undertiden kaldes en udtagningsproces. De Hl koefficientsignaler, som er tilvejebragt i et tredje trin overføres til transformationsnetværket 30c, 15 idet de overspringer det ikke-lineære kredsløb 28c. Disse koefficienter repræsenterer et lavpasfilter, og der tilvejebringes således et umodificeret lavpassignal som eventuelt kan rekombineres med højpassignalerne og båndpassignalerne. Walsh-Hadamard's inverstransformationskredsløb 30a, 30b og 20 30c frembringer modificerede billedsignaler i hver kanal.

Det modificerede billedsignal er frembragt ud fra lineære kombinationer af de modificerede transformationskoefficientsignaler, således som det er beskrevet i forbindelse med transformationskredsløbet 18 i fig. 1. Eftersom Walsh-Hada-25 mard transformationerne er nøjagtigt invertible og anvender de samme operatorer både som inversoperatorer og som direkte operatorer (dog med en forstærkningsfaktor til forskel), anvendes operatorerne i fig. 5 til inverstransformationen sammen med en egnet forholdsfaktor.

30 De efterliggende filtre 32b og 32c virker på de mo dificerede billedsignaler i andet og tredje trin på en sådan måde at båndpasbilledsignalerne interpoleres, og således, at der tilvejebringes billedsignaler knyttet til hvert element i de større sæt som igen er knyttet til henholdsvis 35 blokkene 15b og 15c som vist i fig. 6. De i fig. 8A og fig. 8B viste vægtmønstre anvendes som lavpaskoefficienter

O

20

DK 164974 B

i filtrene 32b og 32c. De gendannede billedsignaler i det første trin og de gendannede interpolerede signaler i det andet og tredje trin overføres til et forsinkelses-, opretnings- og summeringskredsløb 34 som, med en egnet tidsopret-5 ning samler, sammenlægger og foretager gennemsnitsberegning af de delelementer, som indgår i hvert billedelement.

I diagrammet i fig. 3 bemærkes det at der er en del ændringer i forhold til diagrammet i fig. 2. I fig. 3 er arbejdsmåden i forbindelse med støjisolering og signalrekom-10 bination afskæring og subtraktion, i modsætning til den udtagnings- og adderingsarbejdsmåde, som er beskrevet i fig. 2, hvilken sidste arbejdsmåde nedsætter støjen i hver kanal og summerer de tilbageblevne signaler. I fig. 3 føres det modtagne samlede billedsignal uden modifikation gennem en le-15 der 40 til inddataport 48a i et forsinkelses-, opretnings-og summeringskredsløb 48. Imidlertid ledes de til billedet knyttede højfrekvensdele af signalerne i hvert af de tre trin (repræsenterede af H2, H3 og H4 koefficientsignaler) til ikke-lineære koefficientmodifikationskredsløb 42a, 42b 20 og 42c. Hvert af disse kredsløb virker på en sådan måde, at alle koefficientsignaler, som er mindre end fastlagte tærskelværdier, forbliver uændrede, og koefficientsignaler som er større end disse tærskelværdier sættes lig med nul. Lavpasgennemsnitssignalet (Hl koefficientsignalet) anvendes 25 ikke og sættes lig med nul i hvert af disse trin. Højfrekvenssignaler med lav amplitude føres gennem inddataportene henholdsvis 48b, 48c og 48d på kredsløbet 48, hvor de oprettes og summeres, så der herved tilvejebringes en beregnet støj størrelse, som subtraheres fra det umodificerede samlede 30 signal. Det behandlede uddatasignal føres videre fra en ud-dataport 48e.

Fig. 3 indbefatter også en anden ændring i forhold til det tidligere diagram. Egnede forfiltrerede lavpasbilled-signaler, som er knyttede til den gennemsnitlige hvidhed i 35 det oprindelige billedes områder tilvejebringes i det andet og tredje trin under anvendelse af forfiltrene 38a og 38b,

DK 164974B

O

21 hvilke filtre foretager en gennemsnitsberegning, i stedet for som i fig. 2 at samle gennemsnitstransformationskoeffi-cienterne fra det foregående trin. Yderligere indbefatter forfiltreringerne ikke alene gennemsnitsberegningen over en 5 2x2 blok, hvilket fører til Hl koefficientsignalet i fig. 2, men virkemåden, som er indbefattet i de efterliggende filtre i fig. 2,udføres nu før støjreduktionen i stedet for efter. I det første trin føres en inddatabilledsignalstrøm til et forsinkelses- og opretningskredsløb 36a, hvilket 10 kredsløb overfører et billedsignalsæt til transformationskredsløbet 26a til transformation i det første trin (kanal 14a). Inddatabilledsignalet overføres også til det andet trins forfilter 38a, som udfører gennemsnitsberegninger, i hvilket forfilter hvert billedsignal fra det oprindelige 15 billede erstattes af et gennemsnitssignal udregnet for det omkring det oprindelige billedsignal beliggende område i overensstemmelse med vægtmønsteret i fig. 9A. Denne strøm af billedsignaler, på hvilke signaler der er foretaget en gennemsnitsberegning en gang, overføres til et forsinkel-20 ses- og opretningskredsløb 36b i det andet trin og et forfilter 38b, som foretager gennemsnitsberegninger, i det tredje trin. Kredsløbet 36b overfører et billedsignalsæt til transformationskredsløbet 26b til transformation i det andet trin (kanal 14b). I forfiltret 38b, i hvilket filter der 25 foretages gennemsnitsberegninger, erstattes ethvert af førstegennemsnitssignalerne af et gennenmsnitssignal beregnet for et større område omkring førstegennemsnitssignalerne, således som vist i fig. 9B. Denne strøm af andetgennemsnits-billedsignaler overføres til et tredje forsinkelses- og 30 opretningskredsløb 36c, som overfører et sæt af andetgennem-snitsbilledsignaler til transformationskredsløbet 26c til transformation i det tredje trin (kanal 14c) .

Hvert forsinkelses- og opretningstrin 36a, 36b og 36c er opbygget således, at der overføres et sæt af særlige 35 billedsignaler, hvilke billedsignaler er udpegede i overensstemmelse med de i fig. 10 vist placeringer a, b, c og

DK 164974B

O

22 d, til transformation ved de 2 x 2 Walsh-Hadamard operatorer i hvert trin. Dette betyder, at i andet trin virker 2x2 transformationen på fire signaler som er udtaget fra de næst-nærmeste signaler i de næstnærmeste raskker i første gennem-5 snigssignalerne, som er tilvejebragt ved en opretning af den udtagne signalstrøm. I det tredje trin virker 2x2 transformationen på de fire nærmeste signaler i den fjerde nærmeste række i det overførte andet gennemsnitssignal. I den næste opretning af den modtagne billedsignalstrøm over-10 føres nye sæt på fire signaler til transformationskredsløbene. Hvert billedsignal er derfor indbefattet i fire transformationssæt i hvert trin. Som et resultat af den to gange foretagne gennemsnitsberegning sammen med sammensætningen af forfiltrering med efterfølgende filtrering eller interpo-15 lation, indvirker et stort antal elementer i det oprindelige billede på gendannelsen af hvert billedelement i det behandlede billede.

De i hvert af de tre trin fra de direkte transformationskredsløb henholdsvis 26a, 26b og 26c tilvejebragte 20 transformationskoefficientsignaler overføres til koeffi cientmodifikationskredsløbene. I den i fig. 3 viste udførelsesform indbefatter disse kredsløb afskæringskredsløbene henholdsvis 42a, 42b og 42c, som alle har et afskæringsniveau udvalgt i overensstemmelse med de forventede støjniveauer, 25 som udtrykt i de koefficientsignaler, som er ført gennem hvert af trinnene. De koefficientsignaler som ligger under afskæringsniveauet, hvilke signaler indeholder størstedelen af støjen, føres ubehandlede til inverstransformationskredsløb 30a, 30b og 30c. Koefficientsignaler større end afskæ-30 ringsniveauerne, hvilke signaler indeholder størstedelen af billedinformationen, sættes lig med nul. Uddata fra spejltransformationerne i inverstransformationskredsløbene 30a, 30b og 30c sammensættes i sæt på fire billedsignaldele svarende til placeringen af elementerne a, b, c og d som 35 vist i henholdsvis fig. 10(A), (B) og (C). Disse billedsignaldele overføres til samlings- og gennemsnitsberegnings-

DK 164974B

O

23 kredsløb henholdsvis 44a, 44b og 44c, hvor de fire delelementer, på grund af blokoverlapningen i hvert trin, sammensættes gennem en egnet opbygning af forsinkelseselementer hvorefter der foretages gennemsnitsberegning for hvert billed-5 signal. Gennemsnitsbilledsignalet (nu fortrinsvis støj) fra hvert trin overføres derefter til forsinkelses-, opretnings- og summeringskredsløbet 48, hvor der tilvejebringes forsinkelser som kompensation for de forsinkelser, som frembringes i de enkelte trin, hvorefter billedsignalerne opret-10 tes og de i alle tre trin tilvejebragte billedsignaler (nu overvejende støjsignaler) subtraheres fra det umodificerede samlede signal, som tilvejebringes på lederen 40.

En måde at udføre fremgangsmåden på beskrives i det følgende under henvisning til fig. 3. De dele af blokdia-15 grammet i fig. 3, som udgør de forskellige filtertrin, er af denne årsag særligt indrammet med punkterede linier.

Herefter vil den indrammede kasse 60 blive benævnt førstetrins 2x2 Walsh-Hadamard-filter, den indrammede kasse 62 benævnes andettrins 2x2 Walsh-Hadamard-filter, og den 20 indrammede kasse 64 benævnes tredjetrins 2x2 Walsh-Hadamard-filter. Fig. 11, 12 og 13 viser hvorledes de enkelte filtertrin opbygges, idet fig. 11 viser Walsh-Hadamard-filteret 62 og fig. 13 viser Walsh-Hadamard-filteret 64. Forfiltrene 38a og 38b til gennemsnitsberegning, er tilvejebragt af 25 forsinkelses- og summeringselementerne som er vist i fig. 17 og 18. Forsinkelses-, opretnings- og summeringskredsløbet 48 er tilvejebragt fra de forsinkelses- og summeringselementer; som tilvejebringer forbindelse i den inddata-opbygning som er vist i fig. 19.

30 Et antal af lignende elementer er vist i diagrammerne i fig. 11-19, således som forklaret herefter. Linie- og elementforsinkelsesenheder er angivet med kasser henholdsvis mærket med et "L" eller "P". (Hvor det er hensigtsmæssigt, anføres et multiplum af "L" eller "P" i en enkelt kasse, 35 for herved at vise, at der er tilvejebragt flere forsinkelsesenheder) . Summeringsorganer er angivet med kasser som o

DK 164974B

24 er mærkede med "s", og inddata er angivet med et "+" eller Forholdsændringer er vist ved kasser mærkede med divisionssymbolet '"i" fulgt af den særlige divisor (dvs. forholdsfaktor) , som anvendes i denne særlige forholdsændring.

5 Endelig kan de komponenter, som indgår i opbygningen af de i figurerne 11-19 og 21-25 viste kredsløb tilvejebringes fra almindelige forsyningskilder . Udvælgelsen af komponenttyper kan foretages af enhver fagmand på området. Yderligere specifikationer anses for at være unødvendige til udøvelse 10 af den ved opfindelsen tilvejebragte fremgangsmåde.

Med henvisning til såvel fig. 3 som til fig. 11-19 overføres inddatabilledsignalstrømmen på samme tid til det første trins 2x2 Walsh-Hadamard-filter 60 (fig. 11) og til det andet trins forfilter 38a, som udfører gennemsnits-15 beregninger, (fig. 17). Den i fig. 17 viste opbygning af forsinkelses- og summeringsenheder tilvejebringer det i fig. 9A viste mønster til udførelse af gennemsnitsberegning. Det resulterende gennemsnit divideres med 16 og overføres til det andet trins Walsh-Hadamard-filter 62 (fig. 12) og 20 til det tredje trins forfilter 38b, som foretager gennemsnitsberegner (fig. 18). De i fig. 18 viste forsinkelses- og summeringsenheder tilvejebringer det i fig. 9B viste mønster til udførelse af gennemsnitsberegning. Det resulterende gennemsnit divideres herefter med 16 og overføres til det tredje 25 trins Walsh-Hadamard-filter 64 (fig. 13).

Hvert Walsh-Hadamard-filter (fig. 11-13) indbefatter en 2 x 2 Walsh-Hadamard-processor 70, hvilken processsor vises mere detaljeret i fig. 14. Med henvisning til de i fig. 3 viste enheder, omfatter hver processor 70 et direkte-30 transformationskredsløb 26a, 26b eller 26c (også vist som et 2 x 2 transformationsorgan 72 i fig. 14), endvidere afskæringskredsløbene 42a, 42b eller 42c (også vist som en stør-relseskomparator 76 og en multipleksor 77 i fig. 14) og endelig inverstransformationskredsløbet 30a, 30b eller 30c 35 (også vist som et 2 x 2 transformationsorgan 78 i fig. 14).

De kredsløb med forsinkelsesenheder som ligger foran kreds-

O

25

DK 164974 B

løbet 70 i hver af diagrammerne i fig. 11-13 svarer til forsinkelses- og opretningskredsløbene henholdsvis 36a, 36b eller 36c, hvilke kredsløb er indbefattet i det i fig. 3 viste apparats forskellige trin. Disse forsinkelsesenheder 5 tilvejebringer fire billedsignaler a, b, c og d, hvilke billedsignaler er knyttet til de fire billedelementlokatio-ner a, b, c og d, som er udpegede til Walsh-Hadamard-trans-formationerne i hvert trin (som vist i fig. 10(A), 10(B) og 10(C)). De i hver af diagrammerne i fig. 11-13 efter kreds-10 løbet 70 følgende forsinkelses- og summeringsenheder svarer til de samlings- og gennemsnitsberegningskredsløb henholdsvis 44a, 44b og 44c, som er vist i fig. 3.

I fig. 14 er vist et detaljeret diagram af 2 x 2 Walsh-Hadamard-processoren 70, hvor fire inddatabilledsig-15 naler a^, blf c1 og d1 overføres til 2x2 transformationsorganet 72, som tilvejebringer en Walsh-Hadamard-transforma-tion af inddatasignalet og tilvejebringer de fire transformationskoefficientsignaler Hl, H2, H3 og H4. De til Walsh-Hada-mard-operationerne nødvendige beregninger tilvejebringes 20 fra et sæt af 1 x 2 Walsh-Hadamard-transformationsorganer 74 i fig. 15, hvilke organer indbefatter et summeringskredsløb som vist i fig. 16. Tre af koefficientsignalerne H2, H3 og H4 sammenlignes med referencestørrelser i størrelseskompa-ratoren 76. Hvis et af koefficientsignalerne har en størrel-25 se som overskrider referencestørrelsen, tilføres der en bit til multiplekseren 77, som medfører at multipleksoren 77 forbinder den tilsvarende koefficient med jord (nul). Hvis størrelsen er mindre end den tilsvarende referencestørrelse, overføres inddatakoefficientsignalet til 2x2 transforma-30 tionsorganet 78 uden ændringer. I et "udtagnings- og adde-rings-" system vil ethvert inddatakoefficientsignal, som er større end den tilsvarende referencestørrelse bliver overført til transformationsorganet 78, medens andre signaler forbindes med jord (nul), og Hl koefficientsignalet, som 35 repræsenterer et gennemsnit af inddatabilledsignalerne, overføres enten til det næste trin (som i de første to trin i

DK 164974B

O

26 fig. 2), eller direkte til 2x2 transformationsorganet 78 (som i det tredje trin i fig. 2). I udførelsesformen i fig. 3, som er et "afskærings- og subtraktions-" system, bliver det til transformationsorganet 78 førte Hl signal indstillet til 5 nul. Til Walsh-Hadamard-inverstransformation er 2 x 2 transformationsorganet 78 opbygget på samme måde som 2x2 transformationsorganet 72, idet dog inddata nu er modificerede koefficientsignaler Hl', H2', H3' og H41. I transformationsorganet 78 frembringes Walsh-Hadamard's inverstransformation, 10 og der tilvejebringes, efter division med en forholdsfaktor på 4, fire modificerede billedsignaler a^, b^, og d4·

Disse modificerede billedsignaler overføres derefter til de af forsinkelses- og summeringsenheder tilvejebragte kredsløb, som ligger efter processoren 70 i fig. 11, 12 15 og 13. I disse kredsløb samles de fire delelementer, som er tilvejebragt ved blokoverlapningen, af de indsatte forsinkelseselementer, og der foretages en gennemsnitsberegning for hvert billedsignal. Strømmen af disse gennemsnitsbiliedsignaler overføres derefter til de tilsvarende porte på forsin-20 kelses-, opretnings- og summeringskredsløbet i fig. 19. I dette kredsløb tilvejebringes forsinkelse til udligning af de forsinkelser der frembringes i de enkelte trin, og endvidere sker der en opretning og en subtraktion af de fra de tre trin frembragte signaler fra det umodificerede samlede signal, 25 som overføres til porten 48a fra lederen 40.

Eftersom opfindelsen angår flertrinsopbygningen og blokoverlapningstrans formations fremgangsmåden til støjreduktion, er den særlige art eller sammensætning af transformationer, som anvendes, ikke udslaggivende for opfindelsens 30 udøvelse. Ikke desto mindre gengiver visse arter eller kombinationer af transformationer visse billedelementer i det behandlede billede forskelligt fra, hvorledes andre arter eller kombinationer af transformationer ville gengive sådanne elementer. Hvorvidt en gengivelse ved anvendelse af en art 35 eller kombination af transformationer er "bedre" end andre, afhænger af de samlede fordele og ulemper ved brugen af den/-

O

27 de bestemte transformation(er) set ud fra det resultat som er særlig foretrukket i billedbehandlingen. Som eksempel er i fig. 4 vist et blokdiagram af en blokoverlapningstransformationsfremgangsmåde, som udøves i to trin ifølge en tredje 5 udførelsesform af opfindelsen. I det første trin anvendes et 4 x 4 rampetransformationsorgan, og i det andet trin et 2x2 Walsh-Hadamard-transformationsorgan. Det antages, at sammensætningen af transformationer, som er anvendt i denne tredje udførelsesform, kan indbefatte visse fordele 10 i forhold til udførelsesformen i fig. 3 ved gengivelsen af form, medens sammensætningen af transformationer, som er anvendt i udførelsesformen i fig. 3 synes at have visse fordele ved gengivelsen af kanter.

Som i udførelsesformen i fig. 3 indbefattes i fig. 4 15 en afskærings- og subtraktionsarbejdsmåde til støjisolation og signalrekombination. Yderligere er flere af elementerne i udførelsesformen i fig. 3 også indbefattet i udførelsesformen i fig. 4. Den tilførte sekvens af billedsignaler (som repræsenterer det samlede billedsignal) overføres uden modi-20 fikation via en leder 100 til inddataporten 48a på forsinkelses-, opretnings- og summeringskredsløbet 48. De til billedet knyttede højfrekvensdele af signalet transformeres og afskæres i et 4 x 4 rampefilter 102 i det første trin, og i 2x2 Walsh-Hadamard-filteret 64 i det andet trin. Det fra 25 afskæringen tilvejebragte resultat inverstransformeres og overføres til samlekredsløb, hvori foretages gennemsnitsberegninger, hvilke kredsløb er indbefattet i filtrene 64 og 102, hvor delelementerne, som er tilvejebragt ved blokoverlapningen, samles og hvor der foretages en fælles gennemsnitsbereg-30 ning for hvert billedsignal. De resulterende højfrekvenssignaler med små amplituder, hvilke signaler indbefatter gennemsnitsbilledsignaler, som hovedsagelig repræsenterer støj, overføres til inddataportene 48c og 48d på forsinkelses-, opretnings- og summeringskredsløbet 48. Fig. 20 viser den 35 4x4 billedelementopbygning, som behandles af 4 x 4 rampe filteret 102. 2x2 Walsh-Hadamard-filteret 64 behandler den

DK 164974B

O

28 opbygning af billedelementer, som er vist i fig. 10(C) (tredje trin). I det andet trin er der ved et forfilter 104, til gennemsnitsberegning tilvejebragt en udjævnet udgave af det oprindelige billede.

5 De i en udførelse af de i blokdiagrammet i fig. 4 indgående kredsløbselementer er vist i fig. 13-19 og 21-25. 4x4 rampefilteret 102 i det første trin er vist i fig. 21 indbefattende et antal forsinkelses- og summeringskredsløb og en 4 x 4 rampeprocessor 106. Rampeprocessoren 106 indbefat-10 ter de i fig. 22 viste dele: et 4 x 4 direkte rampetransformationsorgan 108, en størrelseskomparator 110, en multipleksor 112, et 4 x 4 inversrampetransformationsorgan 114, og et forholdsændringsorgan 115, som dividerer med 16, til hver koefficient. 4x4 rampetransformationsorganet 108 beskri-15 ves yderligere i fig. 23, idet det indbefatter en indbyrdes forbundet gruppe af 1 x 4 direkte rampetransformations-organer 116, hvilket organer igen er vist i fig. 24. Det er her vist, hvorledes 1x4 rampetransformationen tilvejebringes fra fire 1x2 Walsh-Hadamard transformationsorganer 20 118 ved en sammensætning af aritmetiske operationer. 1x2

Walsh-Hadamard-transformationsorganet 118 er vist i fig. 16 i sin grundform indbefattende summerings og divisionselementer. Et forfilter 104, som foretager beregning af gennemsnit, er en sammensætning af elementerne i fig. 17 og 18, 25 dvs. at uddata fra elementerne i fig. 17 sammensættes til inddata for elementerne i fig. 18. 2x2 Walsh-Hadamard-filteret i andet trin i fig. 4 er det samme filter, som er vist i fig. 13, og indbefatter den samling af kredsløbselementer, som tidligere er beskrevet i forbindelse med fig. 14-16.

30 Ved fremgangsmådens udøvelse overføres en strøm af inddatabilledsignaler samtidig til 4x4 rampefilteret 102 i det første trin og forfilteret 104, som foretager gennemsnitsberegninger, i det andet trin. I det første trin indrangerer samlingen af forsinkelsesenheder på inddatasiden af 35 4x4 rampeprocessoren 106 (fig. 21) inddatasignalerne i det datasæt, som er anskueliggjort i fig. 20. Disse seksten

O

29 DK1b4»/^e inddatabilledsignaler a^...p1 overføres til 4x4 rampetrans-forxnationsorganet 108, hvor der tilvejebringes en rampetrans-formation af inddatasignalerne, samt frembringes 16 transformationskoefficientsignaler a^—P3· Rampetransformations-5 organet 108 indbefatter et antal 1x4 rampetransformationsorganer 116 (fig. 23). Et skematisk diagram over et enkelt 1x4 rampetransformationsorgan, som virker på de første fire billedsignaler a^...d^ er vist i fig. 24, hvor også vises dets tilvejebringelse fra 1x2 Walsh-Hadamard trans-10 formationsorganet 118 (som vist i fig. 16). Det i fig. 23 viste andet 1x4 rampetransformationsorgan er tilsvarende opbygget, når bortses fra inddata- og uddatalinierne.

Femten af rampetransformationskoefficientsignalerne - b^.-.p^ - sammenlignes med tilsvarende referencestørrelser 15 i størrelseskomparatoren 110. Hvis et eller flere af koefficientsignalerne har en størrelse, som overstiger den tilsvarende referencestørrelse, overføres en bit til multiplekso-ren 112, hvilken bit bevirker at multipleksoren 112 forbinder det tilsvarende koefficientsignal med jord (nul). I mod-20 sat fald overføres koefficientsignalerne til 4x4 spejl- rampetransformationsorganet 114 uden ændringer. Eftersom det her er tilvejebragt en "afskærings- og subtraktions-" arbejdsmåde, indstilles koefficienten a3, som repræsenterer gennemsnits- eller lavpassignalet, til nul. 4x4 spejlrampetrans-25 formationsorganet 114 indbefatter et antal 1x4 rampetransformationsorganer, som vist i fig. 23, bortset fra at hvert 1x4 direkte transformationsorgan 116 er erstattet med det i fig. 25 viste 1x4 inversrampetransformationsorgan. Fire 1x2 Walsh-Hadamard-transformationsorganer 118 (fig. 16) 30 og egnede aritmetiske operationer er vist i fig. 25 for et enkelt 1x4 inversrampetransformationsorgan. Det bemærkes, at spejlrampetransformationer i en biokoverlapningstransformationsfremgangsmåde er identisk med den direkte rampetransformation, bortset fra fortegnende. Dvs. at 4 x 4 spejl-35 rampetransformationsorganet 114 kan opbygges på samme måde som 4x4 direkte rampetransformationsorganet 108, når der

O

30

DK 164974 B

tages hensyn til fortegnene. Det ved afskæring tildannede billedsignal divideres herefter med seksten og overføres til det efter processoren 106 i fig. 21 følgende, af forsinkelses- og summeringsenheder frembragte net. I dette net sam-5 les seksten fra blokoverlapningen tilvejebragte delelementer i de indsatte forsinkelseselementer, hvorefter gennemsnittet af dem for hvert billedsignal beregnes.

I det andet trin i fig. 4 overfører forfilteret 104, hvori der foretages gennemsnitsberegninger, sammenkæd-10 ningen af de i fig. 9 A og 9B viste gennemsnitsberegningsmønstre for billedsignalinddatastrømmen. Dette er iværksat ved sammenkædning af andet og tredje trins forfiltre, som vist i fig. 17 og 18 sammen med fig. 3. Eftersom andet trins 2x2 Walsh-Hadamard-filter 64 i fig. 4 er identisk med 15 tredje trins Walsh-Hadamard-f ilter 64 i fig. 3, henvises for en total beskrivelse af de i filteret indgående dele til beskrivelsen af tredje trins Walsh-Hadamard-filter i fig. 13.

Gennemsnitssignalerne (nu fortrinsvis støj) fra hvert trin i fig. 4 overføres nu til forsinkelses-, opret-20 nings- og summeringskredsløbet 48, hvor der frembringes forsinkelser til udligning af de forsinkelser, som frembringes i de enkelte trin, og hvor der finder en opretning sted, samt hvor der udføres en subtraktion af de i de to trin tilvejebragte signaler fra det umodificerede samlede signal, 25 som overføres på lederen 100. Den i diagrammet i fig. 19 viste sammenstilling af forsinkelses- og summeringselementer, tilvejebringer de til kredsløbet 48 i fig. 4 nødvendige forsinkelses-, opretnings- og summeringsfunktioner i det tilfælde at det samlede signalbånd forbindes med inddatapor-30 ten 48a, uddata fra 4x4 rampefilteret 102 forbindes med inddataporten 48c, og uddata fra andettrins 2x2 Walsh--Hadamard-filter 64 forbindes med inddataporten 48d. Ved anvendelsen af kredsløbet i fig. 19 til kredsløbet 48 i fig. 4 forbliver inddataporten 48b uforbundet.

35 Den foreliggende opfindelse er detaljeret beskrevet under henvisning til foretrukne udførelsesformer, men ek-

DK 164974 B

31 sempelvis vil det kunne forstås, at de ved opfindelsen tilvejebragte fremgangsmåder kan udøves ved egnet programmering af en digitaldatamat. En sådan programmering er kendt og er åbenbar for fagfolk på området.

5 10 15 20 25 30 35

Claims

32 DK 164974 B Patentkrav.
1. Fremgangsmåde til billedbehandling af et oprindeligt billede til frembringelse af et behandlet billede med færre uønskede bestanddele, end det oprindelige billede, 5 hvilken fremgangsmåde indbefatter følgende trin: A. i et første trin frembringelse af en første række billedsignaler knyttede til hvidheden af de enkelte elementer i det oprindelige billede, B. sammensætning af billedsignalerne fra den første 10 serie i billedsignalsæt svarende til overlappende blokke af billedelementer, hvor visse af billedsignalerne er indbefattede i mere end ét sæt, C. omsætning af hvert sæt af billedsignaler ved et sæt af uafhænige funktioner til et tilsvarende første sæt 15 af koefficientsignaler, som repræsenterer (a) en gennemsnitlig hvidhed inden for hver blok og (b) én eller flere værdiansættelser af rumlige hvidhedsvariationer, som er repræsentative for støj og billeddetaljer i hver blok, kendetegnet ved følgende trin:
20 D. frembringelse i idet mindste ét efterfølgende trin af en efterfølgende række af afledte billedsignaler fra sammensætningen af billedsignaler i den foregående række, som var repræsentative for hvidheden i udpegede områder af billedet, og som var behandlet i det foregående trin,
25 E. gruppering de afledte billedsignaler i sæt af afledte billedsignaler svarende til overlappende blokke af afledte billedelementer, hvori visse af de afledte billedsignaler er indbefattet i mere end ét sæt, F. omsætning af hver sæt af afleddede billedsignaler 30 ved et sæt uafhængige funktioner til et tilsvarende efterfølgende sæt af afledte koefficientsignaler, som repræsenterer (a) en gennemsnitlig hvidhed indenfor hver blok af afledte billedelementer, og (b) én eller flere værdiansættelser af rumlige variationer af hvidheden, som er repræsentativ for 35 støj og billeddetaljer, indenfor hver blok af afledte billedelementer, UIV I 0*t3/4- D 33 G. modifikation af i det mindste visse af sættene af koefficientsignaler ved (a) udpegning af visse koefficienter Ved sammenligning med i det mindste én tærskelværdi, og (b) ændring af disse udpegede koefficientsignaler,
5 H. frembringelse af et behandlet billede ud fra sættet af koefficientsignaler behandlet i hvert trin, hvorved støj reduceres uden dannelse af bloklignende strukturer, som er karakteristisk for bloktransformationsbehandling, og hvor billeddetaljer gengives med ringe billedtab og ringe for- 10 vrængning.
2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at det trin, i hvilket der tilvejebringes afledte billedsignaler, indbefatter anvendelse af de koefficientsignaler, som repræsenterer den gennemsnitlige hvidhed inden 15 for blokkene i det forudgående trin, som de afledte billedsignaler.
3. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at det trin, i hvilket der tilvejebringes afledte billedsignaler, indbefatter filtrering af de billedsignaler, 20 som er behandlede i det forudgående trin, for tilvejebringelse af filtrerede billedsignaler, som repræsenterer de i det forudgående trin behandlede billedsignalers almindelige hvidhed.
4. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendeteg- 25 net ved, at i det trin, hvor der opstilles afledte billedsignaler i sæt af afledte billedsignaler svarende til overlappende blokke af afledte billedelementer, frembringes tilsvarende blokke med det samme antal afledte billedelementer, idet hver blok indbefatter i det mindste ét afledt 30 billedelement, som blokken har fælles med i det mindste én anden blok.
5. Fremgangsmåde ifølge krav 2, 3 eller 4, kendetegnet ved, at trinnet til modifikation af i det mindste nogle af koefficientsignalsættene indbefatter følgen- 35 de trin, A. fastsættelse af én eller flere tærskelværdier, DK 164974B 34 som repræsenterer én eller flere koefficientstørrelser af sådanne værdier, at større koefficientstørrelser kun sjældent vil frembringes udelukkende på grund af støj, B. udpegning af dertil knyttede koefficientsignaler, 5 som er mindre end én eller flere af tærskelværdierne, C. ændring af disse udpegede koefficientsignaler ved reduktion af deres størrelse.
6. Fremgangsmåde ifølge krav 2, 3 eller 4, kendetegnet ved, at
10 A. trinnet med tilvejebringelse af billedsignaler yderligere indbefatter frembringelse af et samlet billedsig-nal, hvilket signal er sammensat af billedsignaler, som ikke indgår i billedsignalsæt, eller er overført til den forudbestemte række af adskilte trin,
15 B. modifikationstrinnet, hvori i det mindst nogle af koefficientsignalsættene modificeres, indbefatter følgende trin (a) fastsættelse af én eller flere tærskelværdier, som repræsenterer én eller flere 20 koefficientstørrelser af sådanne værdier, at større koefficientstørrelser kun sjældent vil frembringes udelukkende på grund af støj, (b) udvælgelse af dertil knyttede koeffi- 25 cientsignaler, som er større end én eller flere af tærskelværdierne, (c) ændring af disse udpegede koefficientsignaler, som er større end én eller flere af tærskelværdierne,
30 C. det trin, hvori frembringes behandlede billedsigna ler indbefatter frembringelse af støjsignaler fra koefficientsignalsættene, hvoraf nogle er ændrede, og subtrahering af støjsignaler fra det samlede billedsignal.