УСТРОЙСТВО НЕЛИНЕЙНОЙ ЦИФРОВОЙ ФИЛЬТРАЦИИ

Заявляемая полезная модель относится к прикладному телевидению и может быть использована при цифровой обработке сигналов изображений следов объектов с положительным контрастом по отношению к неподвижному фону. Данная задача возникает, в частности, при визуализации динамических структур газоразрядного свечения при их возбуждении одиночными импульсами.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству нелинейной цифровой фильтрации является устройство цифровой фильтрации, описанное в литературе «Цифровое телевидение», под ред. М.И.Кривошеева, М. Связь. 1980. С.132. Данное устройство содержит арифметико-логическое устройство (АЛУ) и блок памяти на кадр телевизионного изображения. При этом первый вход АЛУ является входом устройства, второй вход АЛУ подключен к выходу блока памяти на кадр, вход которого подключен к выходу АЛУ, являющимся выходом устройства.
АЛУ в данном устройстве выполняет взвешенное суммирование текущих кодов яркости элементов изображения и соответствующих кодов яркости элементов изображения, задержанных на один кадр при помощи блока памяти. За счет взвешенного суммирования осуществляется «подавление» шума и, соответственно, обнаружение сигнала объекта на неподвижном фоне.
Однако, в рассматриваемом устройстве, если число пространственно совпадающих реализации сигнала в кадрах видеопоследовательности мало, то такие реализации подавляются вместе с шумом, что и является недостатком данного устройства.
Таким образом, недостатком известного устройства является его низкая эффективность работы при обнаружении сигнала объекта с положительным контрастом по отношению к неподвижному фону в случае малого числа пространственно совпадающих реализации сигнала в кадрах видеопоследовательности. В свою очередь эффективность работы устройства оценивается вероятностью правильного обнаружения сигнала в смеси с шумом.
Поэтому задачей полезной модели является повышение вероятности правильного обнаружения сигнала объекта с положительным контрастом по отношению к неподвижному фону при малом числе пространственно совпадающих реализации сигнала в кадрах видеопоследовательности.
Для решения поставленной задачи в устройство нелинейной цифровой фильтрации, содержащее арифметико-логическое устройство, первый вход которого является входом устройства, а второй вход соединен с выходом блока памяти на кадр, введен коммутатор, управляющий вход которого подключен к выходу арифметико-логического устройства, первый информационный вход соединен с входом устройства, а второй информационный вход подключен к выходу блока памяти на кадр, вход которого подключен к выходу коммутатора, являющимся выходом устройства
Технический результат, достигнутый при решении поставленной задачи, заключается в формировании на выходе устройства цифровых кодов с максимальными значениями яркости из соответствующих кадров видеопоследовательности. Формирование на выходе кодов с максимальными значениями яркости повышает вероятность правильного обнаружения сигнала при малом числе его пространственно совпадающих реализации в кадрах видеопоследовательности.
Заявляемое техническое решение новое, т.к. аналогичные известные из уровня техники решения не обладают тождественной совокупностью признаков.
Заявляемое техническое решение является промышленно применимым, поскольку оно может быть использовано при решении задач цифровой обработке сигналов и изображений.
Структурная схема заявляемого устройства приведена на фиг.1.
Устройство содержит арифметико-логическое 1 устройство (АЛУ), блок 2 памяти на кадр телевизионного изображения, коммутатор 3. Первый вход АЛУ 1 является входом устройства и подключен к первому информационному входу коммутатора 3. Второй вход АЛУ 1 соединен с выходом блока 2 памяти на кадр, а также со вторым информационным входом коммутатора 3. Управляющий вход коммутатора 3 соединен с выходом АЛУ 1. Выход коммутатора подключен к входу блока 2 памяти на кадр и является выходом устройства.
Устройство работает следующим образом. На первый вход АЛУ 1 с входа устройства поступают цифровые коды элементов текущего кадра изображения. На второй вход АЛУ 1 поступают с выхода блока 2 цифровые коды соответствующих элементов изображения, задержанные на один кадр. АЛУ 1 осуществляет сравнение соответствующих текущих и задержанных на кадр цифровых кодов элементов изображения и формирует управляющий сигнал «≥» уровня логической единицы в случае превышения или равенства сравниваемых цифровых кодов (например, текущий код равен или превышает задержанный) и логического нуля, если это условие не выполняется (текущий код меньше задержанного). Управляющий сигнал поступает на управляющий вход коммутатора 3, и производит переключение сигналов (цифровых кодов) поступающих на его первый информационный вход непосредственно с входа устройства и на второй информационный вход с выхода блока 3 памяти. При этом если текущий код больше или равен задержанному, то на выход коммутатора 3, который является выходом устройства, пропускается текущий код. Если текущий код меньше задержанного, то на выход коммутатора 3 пропускается задержанный код. Результат сравнения перезаписывается в блок 2 памяти на кадр за счет его работы в режиме считывание-модификация-запись, при котором обеспечивается считывание информации по выбранному адресу и перезапись по этому же адресу новой информации, поступающей на вход.
Таким образом, устройство формирует на своем выходе цифровые коды с максимальными значениями яркости из соответствующих элементов кадров видеопоследовательности. Такая максимизация отсчетов яркости соответствующих элементов в кадрах видеопоследовательности относится к классу нелинейной (ранговой) цифровой фильтрации и обеспечивает формирование сигнала от объектов с положительным (светлые объекты на темном фоне) контрастом на неподвижном фоне. При этом, в отличие от линейной операции взвешенного суммирования, сигнал от объекта не подавляется даже в случае отсутствия пространственного совпадения его реализации в кадрах видеопоследовательности. Иными словами, фиксируется все светлые объекты, появляющиеся хотя бы один раз на неподвижном темном фоне
Устройство может быть реализовано на цифровых микросхемах широкого применения.