DE69416584T2

DE69416584T2 - Unscharfes Verfahren zur Bildrauschverringerung

Info

Publication number: DE69416584T2
Application number: DE69416584T
Authority: DE
Inventors: Massimo Mancuso; Laura Pennino; Rinaldo Poluzzi; Gianguido Rizzotto; Federico Travaglia
Original assignee: STMicroelectronics SRL; CORIMME Consorzio per Ricerca Sulla Microelettronica nel Mezzogiorno
Current assignee: STMicroelectronics SRL; CORIMME Consorzio per Ricerca Sulla Microelettronica nel Mezzogiorno
Priority date: 1994-08-25
Filing date: 1994-08-25
Publication date: 1999-10-07
Anticipated expiration: 2014-08-26
Also published as: JP3014622B2; JPH08190628A; EP0698990A1; US5748796A; EP0698990B1; DE69416584D1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Fuzzy-Vorrichtung zum Verringern von Bildrauschen, besser als Glättungsglied bekannt.
Wie bekannt ist, wird ein wichtiges Problem auf dem Gebiet der Bildbearbeitung durch die Implementierung von speziellen Filtern, sowohl linearen als auch nicht linearen, dargestellt, die zur Verringerung des Rauschens geeignet sind.
Innerhalb der nicht linearen Techniken wurden verschiedene Filter, basierend auf der Fuzzy-Satztheorie implementiert. Diese Filter können die nützliche Signalinformation von dem Rauschen mittels grammatikalischer Elemente unterscheiden.
Ein Nachteil bekannter Glättungsglieder, basierend auf der Fuzzy-Logiktheorie, liegt darin, daß sie eine komplexe Hardwareimplementierung benötigen.
Darüber hinaus wird eine sehr störende und immer auftretende Art von Rauschen durch das Gauss'sche Rauschen repräsentiert; seine Effekte sind tatsächlich schwierig von der wirklichen Signalinformation zu unterscheiden, da sie den Grauwert eines der Prüfung unterliegenden Pixels nicht zu sehr verschlechtern.
Daher ist es einer der Hauptprobleme bei der Implementierung dieser Art von Glättungsgliedern, die Auswahl zwischen der Ausführung eines Filters mit guten Rauschunterdrückungseigenschaften, jedoch mit kleinen Kanten erhaltenden Eigenschaften, und der Implementierung eines Glättungsgliedes, welches sowohl die Hochpaßinformation (Kanten) als auch unglücklicherweise die Rauscheffekte erhält.
Aus "Proceedings of the International Conference on Fuzzy Systems, March 92, Seiten 561-568, F. Russo: "A User-friendly Research Tool for Image Processing with Fuzzy Rules", ist ein allgemeines Werkzeug zum Entwickeln eines Algorithmus bekannt, welcher zur Verringerung des Rauschens geeignet ist, und welcher eine adaptive Tiefpaßfilterung mittels einer Basis mit Fuzzy-Wissen ausübt: Das Ziel der Regeln der Basis ist es, Pixels zu korrigieren, deren Werte sich zu sehr von denen der Nachbarn unterscheiden. Dies wird mit allen Pixeln durchgeführt, die innerhalb eines vorgewählten Fensters liegen.
Aus der EP-A-0 398 861 ist ein Verfahren zum adaptiven Schärfen elektronischer Bilder bekannt, in welchem die Kanten und Details eines digitalen Bildes ohne Verstärkung des Rauschens geschärft werden. Das oben zitierte Dokument bezieht sich jedoch nicht auf das Entfernen von Rauschen bei Kanten erhaltenden Fähigkeiten.
Daher ist es ein prinzipielles Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Fuzzy-Vorrichtung zur Verringerung des Bildrauschens zur Verfügung zu stellen, welche geeignet ist, eine gute Verringerung des Rauschens zur Verfügung zu stellen, während sie die nützliche Hochpaßinformation erhält.
Innerhalb des Bereiches dieses Zieles ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Fuzzy-Vorrichtung zum Verringern des Bildrauschens zur Verfügung zu stellen, welche in der Architektur einfacher als die bekannten Geräte ist.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, die gute Filtereigenschaften in den homogenen Regionen eines Bildes aufweist, während sie gleichzeitig bei Kantendetails die Effekte des Rauschens verringert.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, welche höchst zuverlässig ist, relativ einfach herzustellen, und bei niedrigen Kosten herzustellen ist.
Dieses Ziel, diese Aufgaben und andere, die im folgenden klar werden, werden durch eine Fuzzy-Vorrichtung zur Verringerung des Bildrauschens gemäß Anspruch 1 erreicht. Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung werden aus der Beschreibung eines bevorzugten jedoch nicht exklusiven Ausführungsbeispiels klar, welches durch ein nicht begrenzendes Beispiel in den begleitenden Zeichnungen beschrieben ist, in denen:
Fig. 1 ein Blockdiagramm ist, welches die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 2 ein Blockdiagramm ist, welches Schnittstellenmittel der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 2a das zentrale Pixel X darstellt, welches verarbeitet wird, und die benachbarten Pixel P1-P24 darstellt;
Fig. 3 ein Blockdiagramm ist, welches die Differenzmittel der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 4 ein Blockdiagramm ist, welches die Regionbeurteilungsmittel der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 5 ein Blockdiagramm ist, welches das Fuzzy-Glättungsmittel für flache Gebiete der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 6 ein Blockdiagramm ist, welches die Kanten erhaltenden Glättungsmittel der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 7 ein Beispiel eines Satzes von Masken ist, welcher durch die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
Gemäß Fig. 1 ist die Vorrichtung mit Schnittstellenmitteln 1 versehen, welche ausgelegt sind, um an ihren Eingängen IN1-IN5 nicht nur den Wert des Grauwertes des Pixels, welcher verarbeitet wird, zu erhalten, sondern auch die der benachbarten Pixel.
Die Schnittstellenmittel 1 sind in der Fig. 2 deutlicher dargestellt. Jeder Eingang IN1-IN5 ist mit einer Vielzahl von Verzögerungsschaltungen T verbunden, im Falle dieser Ausführungsform fünf an der Zahl. Diese Ausgänge der Verzögerungsschaltungen sind die Grauwerte für einen zentralen Pixel X, welcher verarbeitet wird, und für die benachbarten Pixel P1-P24. Die benachbarten Pixel P1-P24 und der zentrale Pixel X bilden eine Matrix gemäß Fig. 2a. Die Anordnung der Pixel in der Fig. 2a bilden ein 5 · 5-Fenster oder eine Maske in dem Bild, welches verarbeitet wird. Die Pixel wurden derart numeriert, um ein 3 · 3-Unterfenster, gebildet durch die Pixel P1-P8 und den zentralen Pixel X natürlich, leicht zu unterscheiden.
Die Schnittstellenmittel 1 sind mit Differenzmitteln 2 verbunden, die ausgelegt sind, um die Unterschiede Di zwischen den Grauwerten der Pixel P1-P24, die zu der Maske gehören, und den zentralen Pixel X herauszufinden. Die Werte werden von den Schnittstellenmitteln 1 empfangen. Die Differenzmittel sind in der Fig. 3 deutlicher dargestellt. Die Grauwertwerte der Pixel P1-P24 und der Grauwertwert des zentralen Pixels sind mit einem Subtrahierer 3 verbunden, welcher den Grauwert von X von den individuellen Grauwerten jedes Pixels subtrahiert. Die Differenz Di ist gegeben durch:
Di = Pi - X, für i = 1, ....., 24.
Der Ausgang der Schnittstellenmitteln 1, gebildet durch die Grauwerte der Pixel P1- P24 und des zentralen Pixels X ist ebenfalls mit den Regionüberwachungsmitteln 4 verbunden. Die Regionüberwachungsmittel sind geeignet, gemäß den Eingangsparametern, zu beurteilen, ob der Pixel X, welcher verarbeitet wird, zu einer gleichförmigen Region des Bildes gehört oder nicht. Mit einer gleichförmigen Region ist eine Region gemeint, in welcher sehr geringe Unterschiede in den Grauwerten zwischen dem verarbeiteten Pixel und den benachbarten besteht. Der Nachbarschaftsgrad wird in dem Intervall [0,1] ausgedrückt. Gemäß diesem Grad werden zwei Glättungsprozesse ausgeführt: Fuzzy-Glättung für flache Gebiete und Kanten erhaltende Glättung.
Da es eines der Ziele der vorliegenden Erfindung ist, einen neuen Filter mit guten Filtereigenschaften in den homogenen Regionen des Bildes zur Verfügung zu stellen, der gleichzeitig erhaltend wirkt und gleichzeitig Rauscheffekte an den Kantendetails reduziert, müssen zwei verschiedene Prozesse abhängig von dem Typ der Region, welche durch die Verarbeitungsmaske des Fensters ausgewählt wurde, implementiert werden. Beispielsweise wurde für eine gleichförmige (homogene) Region eine 5 · 5-Fenstermaske (Pixel P1-P24 und X) angewendet, während zum Herausfinden einer Hochpaßinformation eine 3 · 3-Maske (Pixel P1-P8 und X) ausgewählt wurde.
Größere Abmessungen des für die homogene Region verwendeten Fensters garantieren mehr Information über die reale Struktur des verarbeiteten Bildes. Auf der anderen Seite ist es ausreichend, um die Hochpaßdetails zu erhalten, eine kleinere Maske (3 · 3) zu verwenden, so daß der Filterprozeß nicht übermäßig durch das Vorhandensein von scharfen Differenzen in den Grauwerten beeinflußt wird.
Die Regionüberwachungsmittel 4 sind ausgelegt, um einen Meßwert, ausgedrückt in dem Intervall [0,1], auszugeben, um zu berücksichtigen, ob die Region, begrenzt durch eine größere 5 · 5-Maske, homogen ist. Ein Flächentypparameter p, welcher zum Auswerten des Typs der Fläche verwendet wird, welche betrachtet wird, wird in diesem Fall ausgedrückt durch
wobei Pi der Grauwert jedes Pixels ist, und xave der Durchschnittsgrauwert aller Pixel in der Maske ist.
Das Regionüberwachungsmittel 4 ist in der Fig. 4 deutlicher dargestellt. Das Regionüberwachungsmittel enthält Durchschnittswertberechnungsmittel 5, welche an ihren Eingängen die Grauwerte der Pixel P1-P24 und des Pixels X empfangen, und welche ausgelegt sind, den Durchschnittsgrauwert Xave solcher Grauwerte zu berechnen. Der Ausgang des Durchschnittsberechnungsmittels 5, gebildet durch den Wert Xave, ist mit dem Eingang der Parameterauswertungsmittel 6 verbunden, welcher ebenfalls an seinen Eingängen die Grauwerte der Pixel P1-P24 und X empfängt, und welcher ausgelegt ist, die Berechnung, die durch die oben erwähnte Gleichung beschrieben ist, auszuführen, um den Flächentypparameter p zu erhalten.
Der Ausgang der Parameterauswertungsmittel 6, gebildet durch den Parameter p ist mit den Fuzzy-Verarbeitungsmitteln 7 verbunden, welche ausgelegt sind, den Grad der Nachbarschaft zu der Eigenschaft (oder dem Fuzzy-Satz) "homogene Region" zu bestimmen. Ein solcher Grad der Nachbarschaft Kedge bildet den Ausgang der Fuzzy-Verarbeitungsmittel.
Natürlich kann, wenn der Parameter p klein ist, die durch die Maske beschriebene Region als homogen betrachtet werden, so daß die Fuzzy-Verarbeitungsmittel 7 entweder unter Verwendung einer Ablesetabelle (off-line-Berechnung) oder durch Verwenden anderer einfacher arithmetischer Kalkulationen implementiert werden können.
Die beiden Glättungsprozesse werden in Übereinstimmung mit den Ausgangswerten Kedge ausgeführt. Insbesondere wird die Fuzzy-Glättung für flache Gebiete mit dem Wert Kedge gewichtet, während das Kanten erhaltende Glätten mit der Gewichtung (1 - Kedge) bedacht wird.
Die Fuzzy-Glättung für flache Gebiete wird durch die Fuzzy-Glättungsmittel 8 für flache Gebiete ausgeführt, während die Kanten erhaltende Glättung durch Kanten erhaltende Glättungsmittel 9 ausgeführt wird. Die Gewichtung der Prozesse der Glättungsmittel 8 und 9 wird durch weiche Faltmittel 10 ausgeführt, wie im folgenden beschrieben werden wird.
Die Fuzzy-Glättungsmittel 8 für flache Gebiete sind in der Fig. 5 deutlicher dargestellt. Derartige Mittel führen eine Tiefpaßglättung aus, die Fuzzyregeln WENN..DANN..SONST (IF..THEN..ELSE) auf einer fast homogenen Fläche dieses Bildes verwendet. Da diese Glättungsmittel mit einer homogenen Region beschäftigt sind, werden die Unterschiede D1-D24 der größeren 5 · 5-Maske zu deren Eingängen gesandt, d. h. die Glättungsoperation wird ausgeführt, während alle Unterschiede zwischen den Grauwerten der Pixel P1-P24, die zu der Untersuchungsmaske gehören, und des Grauwertes des zentralen Pixels X der Maske, wie durch die Differenzmittel 2 zur Verfügung gestellt, betrachtet werden.
Jeder Eingang D1-D24 der Fuzzy-Glättungsmittel 8 für flache Gebiete ist mit einem Paar von Multiplexern verbunden: Ein erster Multiplexer 11 für das selektive Hindurchleiten von positiven Werten und ein zweiter Multiplexer für das selektive Hindurchleiten von negativen Werten. Jeder Multiplexer 11, 12 wird durch die Polarität des durch die Leitungen 16 und 17 hereinkommenden Wertes aktiviert, d. h. wenn der Wert des Einganges D1 ein negativer Wert ist, wird er den Multiplexer 12 durch seinen invertierenden ENABLE-Eingang aktivieren.
Alle "positiven" Multiplexer 11 sind mit einem positiven Addierer 13 verbunden, während alle negativen Multiplexer 12 mit einem negativen Addierer 14 verbunden sind. Wenn einer der Unterschiede D1-D24 positiv ist, dann ist der Wert D+ in dem positiven Addierer 13 gemäß dem Unterschied selbst angehoben, andererseits wird der Wert D- in dem negativen Addierer 14 entsprechend angehoben.
Die Ausgänge der Addierer 13 und 14 sind mit einem Fuzzy-Prozessor 15 verbunden, welcher geeignet ist, den Glättungsprozeß zu etablieren.
Wenn der Wert von D+ HOCH ist, und der Wert von D- NIEDRIG ist, dann sind fast alle die Unterschiede D1-D24, die durch die Maske begrenzt sind, positiv. Dies bedeutet, daß fast alle der Pixel P1-P24 der Maske hellere Grauwerte als der zentrale Pixel X aufweisen. Es würde daher erscheinen, daß der zentrale Pixel X durch einen negativen Spitzenwert des Gauss'schen Rauschens gefeuert wurde, und daher zurück zu einem höheren Grauwert genommen werden muß. Eine ähnliche Regel kann für den symmetrischen Fall implementiert werden, wenn ein positiver Spitzenwert des Rauschens auftritt. Die für die Glättungsaktion angenommenen Regeln sind demnach:
WENN D+ HOCH ist UND D- NIEDRIG ist DANN IST FLATVorgang HP
WENN D+ NIEDRIG ist UND D- HOCH ist DANN IST FLATVorgang HN
WENN D+ MITTEL ist UND D- NIEDRIG ist DANN IST FLATVorgang MP
WENN D+ NIEDRIG ist UND D- MITTEL ist DANN IST FLATVorgang MN
wobei HP und MP jeweils für hoch positiv und mittelmäßig positiv, und auf ähnliche Weise HN und MN für hoch negativ und mittelmäßig negativ stehen, und FLATVorgang der Ausgang des Fuzzy-Verarbeitungsmittels 15 und des Fuzzy-Glättungsmittels 8 für flache Gebiete ist.
Daher implementiert der Fuzzy-Prozess, welcher durch die Fuzzy-Verarbeitungsmittel 15 ausgeführt wird, einige WENN-DANN-(IF-THEN-)Regeln, mit zwei ersten Gliedern und einem folgenden, um die korrekte Glättungsaktion zu etablieren.
Es ist jedoch wichtig zu betonen, daß diese Aktion nicht die abschließende Glättungsaktion ist, jedoch mit der durch die Kanten erhaltenden Glättungsmittel 9 zur Verfügung gestellten Aktion kombiniert werden muß.
Die Kanten erhaltenden Glättungsmittel 9 sind ausgelegt, die Tiefpaßfilterung einer Region auszuführen, die von Regionüberwachungsmittel 4 als nicht ganz genau homogen betrachtet wird. Diese Unterscheidung des Typs der Filterung ist notwendig, wenn die Kanten erhaltenden Glättungsmittel 9 benötigt werden; tatsächlich wird auf diese Weise der neue Ausgangswert weniger durch die scharfen Differenzen der in der Nähe einer Kante auftretenden Grauwerte beeinflußt.
Kanten erhaltende Glättung wird durch Verwendung verschiedener Masken erreicht, so daß es möglich ist, die richtige Topologie der durch die studierte Maske bestimmten Region des Bildes zu verstehen.
Für jede vordefinierte Maske werden zwei simultane Prozesse ausgeführt: Fuzzy- Maskenabgleich und Fuzzy-Kantenglättung.
Der Fuzzy-Maskenabgleich etabliert, wie sehr die durch die studierte Maske bestimmte Region einem bestimmten Muster ähnelt. Diese Operation liefert einen Grad einer Sicherheit, daß eine Kante als sich in derselben Position befindend betrachtet werden kann, wie eine in dem betrachteten vordefinierten Muster.
Die Fuzzy-Musterglättung reduziert auf der anderen Seite Rauscheffekte, während sie gleichzeitig die Struktur des Bildes kennt. Auf diese Weise wird der Glättungsvorgang nicht durch die scharfen Änderungen in den mit den Kanten auftretenden Grauwerten beeinflußt.
Daher wird für jedes vordefinierte Muster eine Glättungsoperation in zwei Berechnungsschritten zur Verfügung gestellt: Fuzzy-Musterglättung wird ausgeführt, um die Gesamtheit des Glättungsvorganges zur Verfügung zu stellen, und Fuzzy- Musterabgleich wird verwendet, um den Grad der Ähnlichkeit des betrachteten Musters mit dem bestimmten durch die studierte Maske umgrenzten Teil des Bildes zu bestimmen.
Die Kanten erhaltenden Glättungsmittel sind in der Fig. 6 deutlicher dargestellt. Da diese Mittel mit nicht homogenen Regionen (Hochpaßinformation) umgehen, empfangen sie an ihren Eingängen die Unterschiede D1-D8 der Grauwerte, welche durch das kleinere 3 · 3-Unterfenster gegeben sind. Die Grade der Differenz werden durch die Differenzmittel 12 zur Verfügung gestellt. Derartige Differenzgrade werden zu einem Fuzzy-Musterabgleicher 18 gesandt, welcher ausgelegt ist, um den Fuzzy-Musterabgleich auszuführen, und an einem Fuzzy-Musterglätter 19, welcher ausgelegt ist, um die Fuzzy-Musterglättung auszuführen.
Der Fuzzy-Musterabgleicher 18 ist ausgelegt, um zu berechnen, bis zu welchem Maße die durch das 3 · 3-Fenster umgebende Region des Bildes mit einem der vordefinierten Muster übereinstimmt. Beispiele der vordefinierten Muster sind in der Fig. 7 dargestellt. Der Vergleich mit allen vordefinierten Mustern erlaubt es, die wirkliche Topologie der durch die studierte Maske umgebenden Region zu verstehen. Indem man weiß, welche Muster die studierte Region am ähnlichsten ist, ist es möglich, eine Glättungsaktion durchzuführen, ohne das Ausgangspixel mit den scharfen Differenzen der Kante zu verschlechtern. Auf diese Weise wird Hochpaßinformation sicher erhalten.
Der Fuzzy-Musterabgleicher 18 berechnet einen Parameter Ki, welcher verwendet wird, um die Topologie der betrachteten Fläche zu berechnen. Solch ein Parameter ist durch den folgenden Ausdruck gegeben:
wobei Pi die Grauwerte der Pixel darstellt, die zu der studierten Maske gehören, und X der Grauwert des zu bearbeitenden zentralen Pixels ist. Daher ist der Parameter Ki eine Summe der Unterschiede, geteilt durch die Anzahl der für jedes Muster betrachteten Pixel. Es ist wichtig zu betonen, daß die Unterschiede nur unter Betrachtung der Pixel berechnet werden, die nicht zu einer Kante gehören, d. h. die in der Fig. 7 nicht dunkel dargestellten Pixel.
Wenn die Region, die in dem Bild durch die studierte Maske begrenzt ist, einem bestimmten Muster ähnelt, dann wird der Parameter Ki sicher kleine Werte aufweisen. Gemäß diesem Parameter wird ein Fuzzy-Prozeß durch den Fuzzy-Musterabgleicher 18 ausgeführt, um den Grad der Ähnlichkeit zwischen der studierten Region und einem betrachteten Muster festzustellen. Ein solcher Fuzzy-Prozeß ist dem ähnlich, welcher durch die Regionüberwachungsmittel 4 implementiert wird, jedoch auf einer anderen Art von Fläche.
Es ist wichtig zu betonen, daß im Unterschied zu den Regionüberwachungsmittel 4 keine Berechnung des Durchschnittes unter den Pixeln der Maske zu berechnen ist. Dies liefert eine signifikante Reduzierung bei den Berechnungen, da die Durchschnittswertberechnungsoperation für jedes Muster durchgeführt werden sollte, wobei jedes Mal unterschiedliche "homogene" Pixel betrachtet werden. Mit der vorliegenden Lösung werden stattdessen alle Differenzen nur einmal für alle betrachteten Muster berechnet, und während der Berechnung des Übereinstimmungsgrades zwischen der Region des Bildes und jedes Musters werden nur die nützlichen Unterschiede verwendet.
Die Glättung einer nicht gleichförmigen Region (Fuzzy-Musterglättung) wird durch den Fuzzy-Musterglätter 19 ausgeführt. Die Konfiguration dieses Glätters 19 ist dem des Fuzzy-Glätters 8 für flache Gebiete (Fig. 5) vollständig ähnlich. Der einzige Unterschied ist, daß die Glättungsaktion durch Berücksichtigung des Vorhandenseins einer Kante berechnet wird. Wiederum werden die Unterschiede D1-D8 zwischen den Grauwerten der Pixel P1-P8 der studierten 3 · 3-Maske und des zentralen Pixels X berechnet. Wenn die Unterschiede positiv sind, dann wird der Wert D+ des positiven Addierers durch die Differenzen selbst angehoben, andererseits wird der Wert D- des negativen Addierers angehoben. Gemäß dem Vorzeichen dieser Unterschiede wird mit einem auf einer Fuzzy-Logik basierenden Prozeß ein Ausgangswert des Glättungsvorganges Smi berechnet.
Der durch die Kanten erhaltende Glättungsmittel 9 zur Verfügung gestellte Gesamtfiltervorgang EDGEVorgang ist eine gewichtete Summe des Glättungsvorganges Smi und des durch den Fuzzy-Musterabgleicher 18 berechneten Parametes Ki. Daher ist Ki die Stärke der Aktivierung jedes Musters, während Smi der durch den Fuzzy- Filter zur Verfügung gestellte Glättungsvorgang ist, immer auf jedem vordefinierten Muster.
In dieser speziellen Ausführungsform wurden nur acht Muster verwendet. Der durch die Kanten erhaltenden Glättungsmittel ausgeführte Gesamtglättungsvorgang wird durch Verarbeitungsmittel 20 gemäß der folgenden Gleichung berechnet:
Schließlich werden der Ausgang FLATVorgang der Fuzzy-Glättungsmittel 8 für flache Gebiet und der Ausgang EDGEVorgang der Kanten erhaltenden Glättungsmittel 9 zu den weichen Schaltmitteln 10 gesandt, welche ausgelegt sind, um das weiche Umschalten zwischen den beiden verschiedenen Glättungsvorgängen zu bewerkstelligen. Das Gewicht der beiden Vorgänge wird gemäß dem Parameter Kedge berechnet, welcher am Anfang durch die Regionüberwachungsmittel 4 aussortiert wurde, präzise wird der Fuzzy-Glättungsvorgang - FLATVorgang für flache Gebiete mit dem Wert Kedge gerichtet, während der Kanten erhaltende Glättungsvorgang - EDGEVorgang mit dem Gewicht (1 - Kedge) versehen wird.
Tatsächlich korrespondiert diese gewichtete Summe zu der Implementierung einer Fuzzy-WENN...DANN...SONST(IF...THEN...ELSE)-Regel, wobei der DANN(THEN)- Teil durch das Fuzzy-Glätten für flache Gebiete und der SONST(ELSE)-Teil durch das Kanten erhaltende Glätten repräsentiert wird.
Auf diese Weise erzeugen die Weichenschaltmittel 10 einen neuen Ausgangswert OUT des Pixels X, welcher verarbeitet wird.
Es ist wichtig zu betonen, daß die Struktur aller beschriebener Blöcke sehr einfach ist: Die meisten der Blöcke benötigen dieselben Operationen, wie etwa Berechnung der Differenzen unter den Grauwerten der zu der studierten Maske gehörenden Pixel und der des zentralen Pixels, welcher verarbeitet werden soll. Alle Teilungs operationen, die eingeführt wurden, sind durch eine Division durch eine Konstante gegeben, und demnach sind sie sehr einfach aus Sicht der Hardware zu implementieren. Sogar die Abmessungen der verwendeten Speicher zum Speichern der Fuzzy-Prozesse sind sehr beschränkt.
Daher wurde ein Gerät zum Verringern des Rauschens als Videosignals zur Verfügung gestellt. Ein effizienter Glättungsvorgang wird dank der Fähigkeit des Verständnisses für die wirkliche Topologie des in Bearbeitung befindlichen Bildes ausgeführt. Die Weichenschaltmittel erlauben das Zusammenführen der beiden Filtervorgänge, die auf einer Region des Bildes, welche als homogen betrachtet wird, und auf einer, die viele Hochpaßdetails aufweist, ausgeführt werden.
Das Ergebnis des Zusammenführens eines klassischen Weges mit einem Weg, der auf der Fuzzy-Logik basiert, stellt einen weicheren Vorgang zur Verfügung, mit einem guten Verhalten sowohl der rauschreduzierenden Eigenschaften als auch beim Erhalten der Hochpaßinformation (Kanten). Der tabellenartige Weg zur Speicherung der Fuzzy-Information garantiert die Möglichkeit einer sehr einfachen Implementierung.
Die so gefaßte Erfindung ist empfänglich für verschiedene Veränderungen und Variationen, von denen alle innerhalb des erfinderischen Konzeptes liegen.
Beispielsweise können Masken mit verschiedenen Größen verwendet werden, sowie eine größere und stärker variierende Gruppe von Mustern.
Schließlich können alle Details mit anderen technisch Äquivalenten ersetzt werden.
Der Praxis können die verwendeten Materialien sowie die Formen und Abmessungen beliebig sein, gemäß den Anförderungen, ohne daß somit der Bereich des Schutzes der folgenden Ansprüche verlassen wird.
Wenn technische Eigenschaften, die in einem der Ansprüche erwähnt sind, durch Bezugszeichen ergänzt werden, wurden diese Bezugszeichen zu dem einzigen Zweck des Erhöhens der Lesbarkeit der Ansprüche hereingenommen, und demnach haben derartige Bezugszeichen keinerlei begrenzenden Effekt auf den Schutzbereich jedes beispielhaft durch derartige Bezugszeichen bezeichneten Elementes.

Claims

1. Fuzzy-Vorrichtung zur Verringerung von Bildrauschen, umfassend:

Interface-Mittel (1), angepaßt zum Empfangen des Grauwertes eines zu bearbeitenden Pixels (X) eines Bildes und benachbarter Pixel (P1-P24);

Differenz-Mittel (2), verbunden mit den Interface-Mitteln (1) und angepaßt zum Erzeugen einer Differenz (Di) von Grauwerten zwischen den benachbarten Pixeln (P1-P24) und dem zu bearbeitenden Pixel (X);

dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin umfaßt:

Fuzzy-Glättungsmittel für flache Gebiete (8), die an die Differenz-Mittel (2) angeschlossen sind und angepaßt sind, um eine Tiefpaß-Glättung eines fast homogenen Bereiches durchzuführen, der durch den Pixel (X) und die benachbarten Pixel (P1- P24) definiert ist, und der ein Bereich ist, in dem eine sehr geringe Differenz der Grauwerte zwischen dem zu bearbeitenden Pixel (X) und den benachbarten Pixeln (P1-P24) besteht, wobei die Fuzzy-Glättungsmittel für flache Gebiete (8) umfassen: einen positiven Addierer (13), der zum Addieren der von den Differenz-Mitteln (2) erzeugten positiven Differenz (Di) angepaßt ist;

einen negativen Addierer (14), der angepaßt ist, um die von den Differenz-Mitteln (2) erzeugte negative Differenz (Di) zu addieren;

Fuzzy-Bearbeitungsmittel (15), angepaßt zum Anwenden von Fuzzy-Inferenz auf die Summe der negativen und der positiven Differenzen (Di) um ein Ausgangssignal (FLATVorgang) der Fuzzy-Glättungsmittel für flache Gebiete (8) zu erzeugen;

kantenerhaltende Glättungsmittel (9), die an die Differenz-Mittel (2) angeschlossen sind und angepaßt sind, um eine Tiefpaß-Filterung eines Hochpaß-Informationsbereiches (P1-P8, X) auszuführen, der durch den Pixel und die benachbarten Pixel definiert ist, wobei die kantenerhaltenden Glättungsmittel (9) umfassen:

einen Fuzzy-Schablonen-Abgleicher (18), angepaßt zum Auswerten einer Ähnlichkeit (Ki) zwischen dem von dem Pixel (X) und den benachbarten Pixeln (P1-P24) definierten Bereich und irgendeiner einer Vielzahl von Schablonen;

einem Fuzzy-Schablonen-Glätter (19), angepaßt zum Ausführen einer Tiefpaß- Filterung in dem Hochpaß-Informationsbereich, der durch den Pixel (X) und die benachbarten Pixel (P1-P24) definiert ist;

Bearbeitungsmittel (29), die mit den Ausgängen (Ki, Smi) des Fuzzy-Schablonen- Abgleichers (18) und des Fuzzy-Schablonen-Glätters (19) verbunden sind und zum Erzeugen einer gewichteten Summe (EDGEVorgang) der Ausgangssignale des Fuzzy-Maskenabgleichers (18) und Fuzzy-Maskenglätters (19) angepaßt sind;

wobei die gewichtete Summe (EDGEVorgang) das Ausgangssignal der kantenerhaltenen Mittel (9) ist;

Bereichauswertungsmittel (4) verbunden mit den Interface-Mitteln 1 und angepaßt zum Auswerten der Ordnung oder des Grades der Zugehörigkeit (KEDGE) mit welchen der von dem Pixel (X) und den benachbarten Pixeln (P1-P24) definierte Bereich zu einer Fuzzy-Menge gehört, die den Bereich als homogen definiert; und

weiche Schaltmittel (10), verbunden mit den Ausgängen der Glättungsmittel (8, 9) und angepaßt zum Ausführen der Gewichtung der entsprechenden Ausgangssignale (FLATVorgang' EDGEVorgang) der Glättungsmittel (8, 9) auf Basis der von den Bereichauswertungsmitteln (4) gelieferten Ordnung der Mitgliedschaft (KEDGE).

2. Fuzzy-Vorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß der fast homogene Bereich größer ist als der Hochpaß-Informationsbereich.

3. Fuzzy-Vorrichtung, nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Fuzzy-Schablonen-Abgleicher (10) einen für den Aktivierungsgrad jeder der Schablonen repräsentiven Wert erzeugt.

4. Fuzzy-Vorrichtung gemäß eines oder mehrerer der vorstehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß der Fuzzy-Schablonen-Glätter (19) angepaßt ist, um einen Wert zu liefern, der für die für jede der Schablonen ausgeführte Filtertätigkeit repräsentativ ist.

5. Fuzzy-Vorrichtung, gemäß eines oder mehrerer der vorstehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß die Bereichsauswertungsmittel (4) umfassen:

Mittelwertberechnungsmittel (5), angepaßt zum Berechnen des mittleren Grauwertes (Xave) des Pixels (X) und der benachbarten Pixel (P1-P24);

Parameterauswertungsmittel (6), angepaßt zum Berechnen des Grades (p) der Homogenität des von dem Pixel (X) und den benachbarten Pixeln (P1-P24) definierten Bereiches;

zweite Fuzzy-Berechnungsmittel (7), angepaßt zum Erzeugen des Grades der Zugehörigkeit (KEDGE) zum Bewerten, ob der von dem Pixel und dem benachbarten Pixeln definierte Bereich fast homogen ist.

6. Fuzzy-Vorrichtung gemäß eines oder mehrerer der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz-Mittel (2) einen Substraktor (3) umfassen, der angepaßt ist um eine Differenz (Di) von Grauwerten zwischen den benachbarten Pixeln (P1-P24) und dem zu bearbeitenden Pixel (X) zu erzeugen.