[go: up one dir, main page]

RU2522044C1 - Apparatus for selecting object contours on textured background when processing digital images - Google Patents

Apparatus for selecting object contours on textured background when processing digital images Download PDF

Info

Publication number
RU2522044C1
RU2522044C1 RU2013101106/08A RU2013101106A RU2522044C1 RU 2522044 C1 RU2522044 C1 RU 2522044C1 RU 2013101106/08 A RU2013101106/08 A RU 2013101106/08A RU 2013101106 A RU2013101106 A RU 2013101106A RU 2522044 C1 RU2522044 C1 RU 2522044C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
unit
input
output
multiplier
image
Prior art date
Application number
RU2013101106/08A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013101106A (en
Inventor
Владимир Иванович Марчук
Александр Иванович Шерстобитов
Вячеслав Владимирович Воронин
Евгений Александрович Семенищев
Владислав Александрович Приходченко
Дмитрий Витальевич Тимофеев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС")
Priority to RU2013101106/08A priority Critical patent/RU2522044C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2522044C1 publication Critical patent/RU2522044C1/en
Publication of RU2013101106A publication Critical patent/RU2013101106A/en

Links

Landscapes

  • Image Processing (AREA)
  • Image Analysis (AREA)

Abstract

FIELD: information technology.
SUBSTANCE: apparatus includes a Laplacian matrix generating unit (4); a diagonal matrix unit (5); delay units (14), (15); a control unit (13), decimation units (1), (2), (3); multiplier units (6), (8), (11); a multiplier (9); an adder unit (7); an inverse matrix unit (10); a delay unit (16); a linear interpolation unit (12); a clock-pulse generator (17).
EFFECT: enabling selection of an object with an irregular contour on an arbitrary textured background of a digital image.
1 dwg

Description

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано в цифровых телевизионных и фотосистемах, глобальных системах позиционирования и наблюдения.The invention relates to the field of computer technology and can be used in digital television and photo systems, global positioning and surveillance systems.

Упрощенная математическая модель изображения Iz(x, y) определяется для пикселя z как комбинация изображения переднего плана Fz и изображения фона Bz, разделенные с помощью альфа-канала αz A simplified mathematical image model I z (x, y) is defined for a pixel z as a combination of a foreground image F z and a background image B z , separated by an alpha channel α z

I z = α z F z + ( 1 α z ) B z , ( 1 )

Figure 00000001
I z = α z F z + ( one - α z ) B z , ( one )
Figure 00000001

где αz может принимать любое значение на интервале (0, 1). Для изображения все три величины αz, Fz и Bz являются неизвестными для каждого пикселя изображения.where α z can take any value on the interval (0, 1). For an image, all three values of α z , F z and B z are unknown for each pixel in the image.

Основная решаемая задача - выделение объекта со сложным контуром на произвольном текстурированном фоне.The main problem to be solved is the selection of an object with a complex outline on an arbitrary textured background.

Из-за несовершенства светочувствительной матрицы цифровой камеры, ошибок съемки широкое развитие получили программные комплексы цифровой обработки изображений, реализующие от простейших методов масштабирования и цветокоррекции, до фильтрации и ретуширования. В современных фотокамерах уже реализованы простейшие методы цифровой обработки изображений в автоматическом режиме. Задачи морфологического анализа изображения, сегментации, реконструкции требуют более глубокого анализа изображения. Одной из задач системы вторичной обработки, когда композиция на цифровой фотографии сформирована и не может быть воспроизведена снова, является сегментация, анализ контуров - классификация множеств точек объектов. Целью их решения является изучение структурных свойств объектов, представленных на изображении, и их взаимодействия.Due to the imperfection of the photosensitive matrix of a digital camera and shooting errors, digital image processing software systems that implement from the simplest methods of scaling and color correction to filtering and retouching have gained widespread development. Modern cameras have already implemented the simplest methods of digital image processing in automatic mode. The tasks of morphological image analysis, segmentation, reconstruction require a deeper image analysis. One of the tasks of the secondary processing system, when a composition in a digital photograph is formed and cannot be reproduced again, is segmentation, contour analysis - a classification of the sets of points of objects. The purpose of their solution is to study the structural properties of the objects represented in the image, and their interaction.

Упрощенно способы выделения контуров объекта на изображении можно разделить на следующие группы.Simplified ways to highlight the contours of an object in an image can be divided into the following groups.

1) Способы на основе решения дифференциальных уравнений в частных производных.1) Methods based on the solution of partial differential equations.

2) Способы на основе построения плотности распределения вероятности для множества точек объекта и фона.2) Methods based on the construction of a probability distribution density for a set of points of an object and background.

3) Способы на основе линейной комбинации цветов переднего плана и фона.3) Methods based on a linear combination of foreground and background colors.

Анализ существующих способов обработки показывает, что область их использования в условиях ограниченного объема информации о составляющих обрабатываемого процесса крайне ограничена. Использование способов выделения контуров объекта на изображении на основе решения дифференциальных уравнений в частных производных приводит к размытию резких перепадов яркостей и контуров и требует априорную информацию для выбора параметров способов и минимизации функционала. Неспособность выделять сложные контуры объекта на изображении без дополнительной априорной информации ограничивает область использования данных способов, которые в основном применимы для выделения сглаженных контуров объекта на изображении. Для использования способов на основе построения плотности распределения вероятности для множества точек объекта и фона требуется априорная информация для плотности распределения вероятности цвета фона и объекта переднего плана (глубокая сегментация). Также следует отметить, что распределения цвета объекта и фона не должны пересекаться. Применение способов на основе линейной комбинации цветов переднего плана и фона требует больших вычислительных затрат из-за решения больших систем линейных уравнений.An analysis of the existing processing methods shows that the area of their use in conditions of a limited amount of information about the components of the processed process is extremely limited. The use of methods for distinguishing the contours of an object in an image based on the solution of partial differential equations leads to blurring of sharp changes in brightness and contours and requires a priori information to select the parameters of the methods and minimize the functional. The inability to distinguish complex contours of an object in an image without additional a priori information limits the scope of use of these methods, which are mainly applicable for highlighting smoothed contours of an object in an image. To use methods based on the construction of the probability distribution density for many points of the object and background, a priori information is required for the probability density distribution of the background color and the foreground object (deep segmentation). It should also be noted that the color distribution of the object and the background should not overlap. The application of methods based on a linear combination of foreground and background colors requires large computational costs due to the solution of large systems of linear equations.

Известен способ и система выделения данных об изображении объекта переднего плана на основе данных о цвете и глубине [патент №2426172, МПК G06K 9/34]. Изобретение относится к области распознавания и сегментации изображений и, в частности, к способу и системе для выделения целевого объекта из фонового изображения и изображения объекта путем создания маски, используемой для выделения целевого объекта. Техническим результатом является создание усовершенствованного способа выделения данных об изображении объекта, используя данные о глубине изображения. Указанный технический результат достигается тем, что создают скалярное изображение разности изображения объекта и фона на основе разности освещенности, а в областях, где разность освещенности ниже заранее установленного порогового значения, на основе разности цвета; инициализируют маску по результатам, полученным из предыдущего видеокадра, где скалярное изображение разности меньше заранее установленного порога, если эти результаты доступны, при этом маску объекта заполняют нулями и единицами, где единица означает, что соответствующий пиксель принадлежит объекту, и нуль в ином случае; кластеризуют скалярное изображение разности и данные по глубине на основе нескольких кластеров; создают маску для каждого положения пикселя видеокадра, используя центры тяжести кластеров скалярной разности и данные по глубине для текущего положения пикселя; компенсируют изменения фона сцены во времени путем обновления изображения фона на основе использования созданной маски и изображения разности.A known method and system for extracting data about an image of a foreground object based on data on color and depth [patent No. 2426172, IPC G06K 9/34]. The invention relates to the field of recognition and segmentation of images, and, in particular, to a method and system for extracting a target object from a background image and an image of an object by creating a mask used to highlight the target object. The technical result is the creation of an improved method for extracting data about the image of an object using data about the depth of the image. The specified technical result is achieved by creating a scalar image of the difference in the image of the object and the background based on the difference in illumination, and in areas where the difference in illumination is below a predetermined threshold value, based on the color difference; initialize the mask according to the results obtained from the previous video frame, where the scalar image of the difference is less than a predetermined threshold, if these results are available, while the mask of the object is filled with zeros and ones, where one means that the corresponding pixel belongs to the object, and zero otherwise; Clustering a scalar image of the difference and depth data based on several clusters; create a mask for each pixel position of the video frame using the centers of gravity of the clusters of scalar difference and depth data for the current pixel position; compensate for background changes in the scene over time by updating the background image based on the use of the created mask and the difference image.

Признаки способа и системы-аналога, совпадающие с признаками заявляемого технического решения, следующие: выделение целевого объекта из фонового изображения.The features of the method and the analog system that match the features of the proposed technical solution are as follows: the selection of the target object from the background image.

Недостатки известного способа и системы: использование двух видеокамер приводит к большим вычислительным затратам при получении альфа-канала выделяемого объекта.The disadvantages of the known method and system: the use of two cameras leads to large computational costs when receiving the alpha channel of the selected object.

Известен способ выделения объекта на изображении на основе решения уравнений Пуассона (Poisson matting for images) [Patent USA №7636128]. Способ основан на решении системы уравнений Пуассона с граничными условиями для изображения, сегментированного на три области: передний план, фон, неизвестная область, разделяющая передний план и фон. Для нахождения альфа-канала решают уравнение Пуассона вида:There is a method of isolating an object in an image based on the solution of Poisson matting for images [Patent USA No. 7636128]. The method is based on solving a system of Poisson equations with boundary conditions for an image segmented into three areas: foreground, background, unknown region separating the foreground and background. To find the alpha channel, they solve the Poisson equation of the form:

α = arg min α z Ω α z 1 F z B z I z 2 d z ( 2 )

Figure 00000002
α = arg min α z Ω α z - one F z - B z I z 2 d z ( 2 )
Figure 00000002

с граничным условием Дирихлеwith the Dirichlet boundary condition

α | Ω = α ¯ | Ω , ( 3 )

Figure 00000003
α | | | Ω = α ¯ | | | Ω , ( 3 )
Figure 00000003

α ¯ | Ω = { 1, p Ω F 0, p Ω B ( 4 )

Figure 00000004
. α ¯ | | | Ω = { one, p Ω F 0 p Ω B ( four )
Figure 00000004
.

Найденное решение системы уравнений Пуассона является альфа-каналом изображения, для уточнения которого применяют локальные фильтры, позволяющие вручную исправить окончательный результат с помощью решения локальных уравнений Пуассона.The found solution of the system of Poisson equations is the alpha channel of the image, to refine which local filters are used, which allow you to manually correct the final result by solving local Poisson equations.

Признаки способа-аналога, совпадающие с признаками заявляемого технического решения, следующие: выделение объекта из фонового изображения.The features of the analogue method, coinciding with the features of the proposed technical solution, are as follows: the selection of the object from the background image.

Недостатками известного способа являются: применение локальных фильтров, исправляющих вручную окончательный результат с помощью решения локальных уравнений Пуассона, что не позволяет получить эффективной автоматизированной системы обработки.The disadvantages of this method are: the use of local filters, manually correcting the final result by solving local Poisson equations, which does not allow to obtain an effective automated processing system.

Известен способ выделения объекта на изображении на основе метода Байеса [Chuang Y., Curless В., Salesin D., Szeliski R. A Bayesian Approach to Digital Matting, Proc. of IEEE CVPR, 2001, pp.264-271]. Для использования метода Байеса необходима сегментации входного изображения на три области: передний план, фон и неизвестная область. Альфа-канал оценивается построением плотности распределения вероятности для множества точек объекта и фона [Ruzon М.A. and Tomasi С. Alpha estimation in natural images. In CVPR 2000, pp.18-25]. Используется непрерывно скользящее окно, в котором на каждом шаге обрабатываются пиксели вдоль границы неизвестной области.A known method of selecting an object in an image based on the Bayesian method [Chuang Y., Curless B., Salesin D., Szeliski R. A Bayesian Approach to Digital Matting, Proc. of IEEE CVPR, 2001, pp. 264-271]. To use the Bayesian method, you need to segment the input image into three areas: foreground, background, and unknown region. The alpha channel is estimated by building the probability density for a set of points of an object and background [Ruzon M.A. and Tomasi C. Alpha estimation in natural images. In CVPR 2000, pp. 18-25]. A continuously sliding window is used, in which at each step pixels are processed along the border of an unknown region.

Цветовые выборки формируются по окрестности обрабатываемого пикселя и кластеризуются. Каждый кластер представляет собой неориентированный гауссиан. Для каждой пары цветовых гауссианов объекта и фона вычисляются оптимальные значения F, B и α.Color samples are formed in the vicinity of the processed pixel and are clustered. Each cluster is an undirected Gaussian. For each pair of color Gaussians of the object and background, the optimal values of F, B, and α are calculated.

В качестве F и B выбираются точки, максимизирующие условную вероятность P(F,B,α|C). Для оценки этой вероятности используется формула Байеса:The points that maximize the conditional probability P (F, B, α | C) are selected as F and B. To evaluate this probability, the Bayes formula is used:

P ( F , B , α | C ) = P ( C | F , B , α ) P ( F ) P ( B ) P ( α ) P ( C ) , ( 5 )

Figure 00000005
P ( F , B , α | | | C ) = P ( C | | | F , B , α ) P ( F ) P ( B ) P ( α ) P ( C ) , ( 5 )
Figure 00000005

где P(C|F,B,α) оценивается через расстояние между цветом C и смесью F, B с коэффициентом α (1); P(F), Р(B) оцениваются через плотность вероятности для гауссианов цветов объекта и фона; Р(α) игнорируется; Р(C) - константа относительно параметров максимизации также игнорируется.where P (C | F, B, α) is estimated through the distance between the color C and the mixture F, B with coefficient α (1); P (F), P (B) are estimated through the probability density for the Gaussian colors of the object and background; P (α) is ignored; P (C) - the constant relative to the maximization parameters is also ignored.

Признаки способа-аналога, совпадающие с признаками заявляемого технического решения, следующие: выделение объекта из фонового изображения.The features of the analogue method, coinciding with the features of the proposed technical solution, are as follows: the selection of the object from the background image.

Недостатки известного способа: построение плотности распределения вероятности для множества точек объекта и фона требует глубокую сегментацию исходного изображения; неизвестная область должна содержать только смешанные пиксели.The disadvantages of this method: the construction of the probability distribution density for many points of the object and background requires deep segmentation of the original image; unknown area should contain only mixed pixels.

Известно устройство выделения контуров объектов на изображении [патент №2362210, МПК G06K 9/36, G06K 9/62, A61B 5/04]. Изобретение относится к области распознавания образов и может быть использовано в системах технического зрения при решении задач предварительной обработки изображения. Техническим результатом является повышение быстродействия выделения контуров объектов на изображении. В устройство выделения контуров объектов, содержащее датчик изображения, блок выделения кадрового и строчного импульсов, аналого-цифровой преобразователь, генератор, цифровой сигнальный процессор, оперативное запоминающее устройство, введены селектор, блок фильтрации, блок пространственного дифференцирования, буферная память блока фильтрации, буферная память блока пространственного дифференцирования, соединенные между собой так, как указано в формуле изобретения. Повышение быстродействия достигается за счет аппаратной реализации операции фильтрации и пространственного дифференцирования в соответствующих блоках устройства.A device for isolating the contours of objects in the image [patent No. 2362210, IPC G06K 9/36, G06K 9/62, A61B 5/04]. The invention relates to the field of pattern recognition and can be used in vision systems for solving problems of image preprocessing. The technical result is to increase the speed of selecting contours of objects in the image. An object-contour extraction device containing an image sensor, a frame and line-pulse extraction unit, an analog-to-digital converter, a generator, a digital signal processor, random access memory, a selector, a filtering unit, a spatial differentiation unit, a buffer memory of the filtering unit, a buffer memory of the unit are introduced spatial differentiation, interconnected as described in the claims. The increase in performance is achieved due to the hardware implementation of the filtering operation and spatial differentiation in the corresponding blocks of the device.

Признаки устройства-аналога, совпадающие с признаками заявляемого технического решения, следующие: выделение контуров объекта на изображении.The features of the analog device, coinciding with the features of the claimed technical solution, are as follows: highlighting the contours of the object in the image.

Недостатками известного устройства являются: использование двух датчиков изображения приводит к большим вычислительным затратам при получении альфа-канала выделяемого объекта.The disadvantages of the known device are: the use of two image sensors leads to high computational costs when receiving the alpha channel of the selected object.

Наиболее близкими к изобретению являются способ и устройство определения альфа-канала в канонической форме (Closed form method and system for matting a foreground object in an image having a background) [Patent USA №7692664]. Метод классификации множества точек объекта и фона на изображении с помощью определения альфа-канала в канонической форме основан на предположении о том, что цвета пикселей в малых фрагментах изображений F и B лежат примерно на одной прямой в пространстве RGB (являются линейной комбинацией двух цветов), альфа-канал αz считается линейно зависимым от цвета в локальной области изображения:Closest to the invention are a method and apparatus for determining the alpha channel in canonical form (Closed form method and system for matting a foreground object in an image having a background) [Patent USA No. 7692664]. The method for classifying multiple points of an object and background in an image by determining the alpha channel in canonical form is based on the assumption that the colors of pixels in small fragments of images F and B lie approximately on one straight line in the RGB space (they are a linear combination of two colors), alpha channel α z is considered linearly dependent on color in the local area of the image:

Figure 00000006
Figure 00000006

где c - канал цвета,

Figure 00000007
,
Figure 00000008
where c is the color channel
Figure 00000007
,
Figure 00000008

Используя четырехмерную линейную модель (6) получают целевую функцию для цветного изображения:Using the four-dimensional linear model (6), we obtain the objective function for the color image:

Figure 00000009
Figure 00000009

Значения a и b могут быть исключены из (7):The values of a and b can be excluded from (7):

J ( α ) = α T L α , ( 8 )

Figure 00000010
J ( α ) = α T L α , ( 8 )
Figure 00000010

где L - матрица размером N×N, (i,j)-элемент которой равен:where L is a matrix of size N × N, (i, j) -element of which is equal to:

K | i , j w k ( δ i j 1 | w k | ( 1 + ( I i μ k ) ( Σ k + ε | w k | I 3 ) 1 ( I i μ k ) ) ) , ( 9 )

Figure 00000011
K | | | i , j w k ( δ i j - one | | | w k | | | ( one + ( I i - μ k ) ( Σ k + ε | | | w k | | | I 3 ) - one ( I i - μ k ) ) ) , ( 9 )
Figure 00000011

где Σk - ковариационная матрица 3×3, µk - вектор 3×1 средних цветов в окне;where Σ k is the 3 × 3 covariance matrix, µ k is the 3 × 1 vector of medium colors in the window;

wk и I3 - идентичная матрица 3×3.w k and I 3 are the identical 3 × 3 matrix.

Рассматриваемое устройство-прототип предполагает:Consider a prototype device involves:

1) определение веса для всех ребер соседних пикселов на изображении;1) determination of the weight for all edges of neighboring pixels in the image;

2) построение матрицы Лапласа L с весами;2) the construction of the Laplace matrix L with weights;

3) решение уравнения:3) solution of the equation:

α = arg min α T L α , ( 10 )

Figure 00000012
α = arg min α T L α , ( 10 )
Figure 00000012

αi=si, ∀i∈S, S - группа выделенных пикселей, si - значение выделенных пикселей;α i = s i , ∀i∈S, S is the group of selected pixels, s i is the value of the selected pixels;

4) решение уравнения (1) для F и B с дополнительными предположениями о гладкости F и B;4) the solution of equation (1) for F and B with additional assumptions about the smoothness of F and B;

5) композиция выделенного объекта переднего плана с выбранным фоном.5) composition of the selected foreground object with the selected background.

Признаки способа-прототипа, совпадающие с признаками заявляемого технического решения, следующие: обработка двумерного цифрового сигнала, выделение объекта со сложным контуром на произвольном текстурированном фоне.The features of the prototype method, which coincide with the features of the proposed technical solution, are as follows: processing a two-dimensional digital signal, selecting an object with a complex contour on an arbitrary textured background.

Недостатками известного способа и устройства, его реализующего, являются:The disadvantages of the known method and device that implements it are:

1. требование двух входных изображений для начала обработки: исходное изображение и размеченное на две области исходное изображение;1. the requirement of two input images to start processing: the original image and the original image marked into two areas;

2. требование больших вычислительных затрат на обработку разреженных матриц.2. The requirement of large computational costs for processing sparse matrices.

Структурная схема устройства, реализующего рассмотренный алгоритм, содержит блок хранения изображения, блок весов, блок матрицы Лапласа, блок вычислений, блок композиции, блок отображения.The block diagram of a device that implements the considered algorithm contains an image storage unit, a weight unit, a Laplace matrix unit, a calculation unit, a composition unit, a display unit.

Предлагаемое устройство выделения контуров объектов на текстурированном фоне при обработке цифровых изображений позволяет выделять объект со сложным контуром на произвольном текстурированном фоне. Устройство реализует следующий алгоритм. На первом шаге исходное изображение I, на котором представлен некоторый объект на произвольном фоне, двумерный массив M, содержащий маркеры фона и выделяемого объекта, двумерный массив V, содержащий маркеры только выделяемого объекта, децимируются на 2. На втором шаге для изображения mI с уменьшенным разрешением и двумерного массива mM с уменьшенной размерностью строится разреженная матрица Лапласа L размерностью N×N:The proposed device for selecting the contours of objects on a textured background when processing digital images allows you to select an object with a complex contour on an arbitrary textured background. The device implements the following algorithm. At the first step, the original image I, on which an object is presented against an arbitrary background, a two-dimensional array M containing the markers of the background and the object to be selected, a two-dimensional array V containing the markers of the selected object only, are decimated at 2. In the second step, for the image mI with a reduced resolution and a two-dimensional array mM with reduced dimension, a sparse Laplace matrix L of dimension N × N is constructed

N = h w , ( 11 )

Figure 00000013
N = h w , ( eleven )
Figure 00000013

где h - высота изображения, w - ширина изображения, (i, j) - элемент которой определяется по формуле (9). На третьем шаге для двумерного массива M с уменьшенной размерностью строится диагональная матрица D, диагональные элементы которой равны единице для маркированных пикселей и равны 0 для всех остальных. На четвертом шаге из двумерного массива mV с уменьшенной размерностью h 2

Figure 00000014
, w 2
Figure 00000015
формируется вектор-столбец b размерностью 1, h 2 w 2
Figure 00000016
, с поэлементным возведением в квадрат. Полученный вектор-столбец b и диагональная матрица D умножаются на константу λ. На пятом шаге формируется разреженная матрица K:where h is the image height, w is the image width, (i, j) is the element of which is determined by the formula (9). In the third step, for a two-dimensional array M with reduced dimension, a diagonal matrix D is constructed, the diagonal elements of which are equal to unity for marked pixels and equal to 0 for all others. In the fourth step, from a two-dimensional mV array with a reduced dimension h 2
Figure 00000014
, w 2
Figure 00000015
a column vector b of dimension 1 is formed, h 2 w 2
Figure 00000016
, with bitwise squaring. The resulting column vector b and the diagonal matrix D are multiplied by the constant λ. At the fifth step, a sparse matrix K is formed:

K = ( L + λ D ) ( 12 )

Figure 00000017
. K = ( L + λ D ) ( 12 )
Figure 00000017
.

Для полученной разреженной матрицы K находят обратную матрицу K-1. На шестом шаге формируется альфа-канал для изображения с уменьшенным размером:For the obtained sparse matrix K find the inverse matrix K -1 . At the sixth step, an alpha channel is formed for the image with a reduced size:

α = K 1 λ b ( 13 )

Figure 00000018
. α = K - one λ b ( 13 )
Figure 00000018
.

На седьмом шаге с помощью исходного изображения I, уменьшенного изображения mI альфа-канал α* уменьшенного изображения mI интерполируется в 2 раза на основе линейных коэффициентов по формуле (6).In the seventh step, using the original image I, the reduced image mI, the alpha channel α * of the reduced image mI is interpolated 2 times based on linear coefficients according to formula (6).

Устройство выделения контуров объектов на текстурированном фоне при обработке цифровых изображений (фиг.1) содержит блок децимации 1, блок задержки 14, блок управления 13, входы которых являются информационным входом устройства. Выход блока децимации 1 подключен к первому входу блока формирования матрицы Лапласиана 4 и входу блока задержки 15. Первый выход блока управления 13 подключен к входу блока децимации 2, выход которого подключен ко второму входу блока формирования матрицы Лапласиана 4 и входу блока диагональной матрицы 5. Второй выход блока управления 13 подключен к входу блока децимации 3, выход которого подключен к первому и второму входу блока умножителя 6. Выход блока умножителя 6 подключен к первому входу умножителя 9, третий выход блока управления 13 подключен ко второму входу блока умножителя 9 и второму входу блока умножителя 8. Выход блока диагональной матрицы 5 подключен к первому входу блока умножителя 8, выход которого подключен ко второму входу блока сумматора 7. Выход блока формирования матрицы Лапласиана 4 подключен к первому входу блока сумматора 7, выход которого подключен к входу блока обратной матрицы 10, выход которого подключен к первому входу блока умножителя 11. Выход блока умножителя 9 подключен к входу блока задержки 16, выход которого подключен ко второму входу умножителя 11, выход которого подключен к первому входу блока линейной интерполяции 12. Выход блока задержки 14 подключен ко второму входу блока линейной интерполяции 12, выход блока задержки 15 подключен к третьему входу блока линейной интерполяции 12, выход которого является информационным выходом устройства. Синхронность работы устройства обеспечивается генератором тактовых импульсов 17.The device for selecting the contours of objects on a textured background when processing digital images (Fig. 1) contains a decimation unit 1, a delay unit 14, a control unit 13, the inputs of which are the information input of the device. The output of the decimation unit 1 is connected to the first input of the Laplacian 4 matrix forming unit and the input of the delay unit 15. The first output of the control unit 13 is connected to the input of the decimation unit 2, the output of which is connected to the second input of the Laplacian 4 matrix forming unit and the input of the diagonal matrix unit 5. Second the output of the control unit 13 is connected to the input of the decimation unit 3, the output of which is connected to the first and second input of the multiplier unit 6. The output of the unit of the multiplier 6 is connected to the first input of the multiplier 9, the third output of the control unit 13 is connected is connected to the second input of the block of the multiplier 9 and the second input of the block of the multiplier 8. The output of the block of the diagonal matrix 5 is connected to the first input of the block of the multiplier 8, the output of which is connected to the second input of the block of the adder 7. The output of the block of the formation of the matrix Laplacian 4 is connected to the first input of the block of the adder 7 whose output is connected to the input of the inverse matrix unit 10, the output of which is connected to the first input of the multiplier unit 11. The output of the multiplier unit 9 is connected to the input of the delay unit 16, the output of which is connected to the second input of the multiplier 11, the output which is connected to a first input of a linear interpolation unit 12. The output of delay unit 14 is connected to the second input of the linear interpolation block 12 delays the output of unit 15 is connected to a third input of a linear interpolation unit 12, whose output is the data output device. The synchronization of the device is provided by the clock generator 17.

Устройство выделения контуров объектов на текстурированном фоне при обработке цифровых изображений работает следующим образом. Одновременно на вход блока децимации 1, блок задержки 14 и блок управления 13 поступает исходное изображение, на котором представлен некоторый объект на произвольном фоне. С помощью блока управления 13 задается два двумерных массива. Первый массив содержит маркеры фона и выделяемого объекта, размер которого соответствует размеру одного из каналов обрабатываемого изображения (яркостному или одному из каналов цветности). Массив маркеров представляет собой матрицу, содержащую значения двух типов. Первый тип значений относится к маркерам фона и располагается в элементах массива, координаты которых соответствуют области координат пикселей фона на исходном изображении. Второй тип значений относится к маркерам объекта и располагается в элементах массива, координаты которых соответствуют области координат пикселей объекта на исходном изображении. Маркеры фона и объекта лишь частично помечают соответствующие области исходного изображения. Остальные значения элементов массива маркеров равны нулю (неразмеченные области). Второй массив содержит только маркеры объекта, размер которого соответствует размеру одного из каналов обрабатываемого изображения (яркостному или одному из каналов цветности). Массив маркеров представляет собой матрицу, содержащую значения, относящихся к маркерам объекта и располагающихся в элементах массива, координаты которых соответствуют области координат пикселей фона на исходном изображении. Маркеры объекта лишь частично помечают соответствующую область исходного изображения. Остальные значения элементов массива маркеров равны нулю (неразмеченные области). Массив, содержащий маркеры фона и выделяемого объекта, поступает с первого выхода блока управления 13 на вход блока децимации 2. Массив, содержащий маркеры выделяемого объекта, поступает со второго выхода блока управления 13 на вход блока децимации 3, в котором происходит уменьшение размерности массива, содержащего маркеры выделяемого объекта в два раза. В блоке децимации 2 происходит уменьшение размерности массива, содержащего маркеры фона и выделяемого объекта в два раза. В блоке децимации 1 происходит уменьшение разрешения исходного изображения в два раза. Одновременно на первый вход блока формирования матрицы Лапласиана 4 и вход блока задержки 15 подается уменьшенное в два раза исходное изображение с выхода блока децимации 1. На второй вход блока формирования матрицы Лапласиана 4 подается уменьшенный в два раза массив, содержащий маркеры фона и выделяемого объекта с выхода блока децимации 2. В блоке формирования матрицы Лапласиана 4 формируется разреженная матрица Лапласиана. На вход блока диагональной матрицы 5 подается уменьшенный в два раза массив, содержащий маркеры выделяемого объекта с выхода блока децимации 2, на выходе которого из уменьшенного в два раза массива, содержащего маркеры фона и выделяемого объекта, формируется разреженная диагональная матрица. Одновременно на первый вход блока умножителя 8 подается диагональная матрица с выхода блока диагональной матрицы 5, а на второй вход подается значение константы с третьего выхода блока управления 13. Результат перемножения с выхода блока умножителя 8 поступает на второй вход блока сумматора 7, на первый вход которого поступает разреженная матрица Лапласиана с выхода блока формирования матрицы Лапласиана 4. В блоке сумматора 7 происходит матричное суммирование матрицы Лапласиана и диагональной матрицы. Результат суммирования с выхода блока сумматора 7 подается на вход блока обратной матрицы 10, где происходит обращение входной матрицы значений. На входы блока умножителя 6 подается уменьшенный в два раза массив, содержащий маркеры выделяемого объекта с выхода блока децимации 3, на выходе которого формируется вектор, каждый элемент которого возведен в квадрат. Результат перемножения с выхода блока умножителя 6 поступает на первый вход блока умножителя 9, на второй вход которого подается значение константы с третьего выхода блока управления 13. Результат умножения с выхода блока умножителя 9 поступает на вход блока задержки 16, с выхода которого поступает на второй вход блока умножителя 11, на первый вход которого поступает обратная матрица с выхода блока обратной матрицы 10. Величина задержки блока задержки 16 задается таким образом, чтобы обеспечить синхронность поступления данных с выхода блока умножителя 9 и выхода блока обратной матрицы 10. В блоке умножителя 11 осуществляется матричное умножение разреженной матрицы на вектор-столбец значений маркеров. Одновременно результат умножения (альфа-канал уменьшенного в два раза исходного изображения) с выхода блока умножителя 11 поступает на первый вход блока линейной интерполяции 12. Исходное изображение с выхода блока задержки 14 поступает на второй вход блока линейной интерполяции 12, на третий вход которого поступает уменьшенное в два раза исходное изображение с выхода блока задержки 15. Величина задержки блоков задержки 14 и 15 задается таким образом, чтобы обеспечить синхронность поступления данных на первый, второй и третий входы блока линейной интерполяции 12. В блоке линейной интерполяции разрешение изображения альфа-канала, представляющего собой маску выделения объекта со сложным контуром на произвольном текстурированном фоне, увеличивается в два раза путем интерполирования на основе линейных коэффициентов. Выход блока линейной интерполяции 12 является информационным выходом устройства. Синхронность работы устройства обеспечивается генератором тактовых импульсов 17.A device for selecting the contours of objects on a textured background when processing digital images works as follows. At the same time, at the input of the decimation unit 1, the delay unit 14 and the control unit 13, the original image is received, which shows an object on an arbitrary background. Using the control unit 13 sets two two-dimensional array. The first array contains markers of the background and the selected object, the size of which corresponds to the size of one of the channels of the processed image (luminance or one of the color channels). An array of markers is a matrix containing values of two types. The first type of values refers to background markers and is located in array elements whose coordinates correspond to the coordinate area of the background pixels in the original image. The second type of values refers to the markers of the object and is located in the array elements whose coordinates correspond to the coordinates of the pixels of the object in the original image. Background and object markers only partially mark the corresponding areas of the original image. The remaining values of the elements of the marker array are equal to zero (unmarked areas). The second array contains only markers of an object whose size corresponds to the size of one of the channels of the processed image (luminance or one of the color channels). An array of markers is a matrix containing values related to the markers of the object and located in the elements of the array, the coordinates of which correspond to the coordinate region of the pixels of the background in the original image. Object markers only partially mark the corresponding area of the original image. The remaining values of the elements of the marker array are equal to zero (unmarked areas). An array containing the markers of the background and the selected object comes from the first output of the control unit 13 to the input of the decimation unit 2. An array containing the markers of the allocated object comes from the second output of the control unit 13 to the input of the decimation unit 3, in which the dimension of the array containing markers of the selected object twice. In decimation unit 2, the dimension of the array containing the background markers and the selected object is reduced by half. In the decimation unit 1, the resolution of the original image is reduced by half. At the same time, the first input of the Laplacian 4 matrix-forming unit and the input of the delay unit 15 are fed with a twice-reduced original image from the output of the decimation unit 1. At the second input of the Laplacian 4 matrix-forming unit, a twice-reduced array containing the background and selected object markers from the output is supplied decimation block 2. In the block of formation of the Laplacian matrix 4, a sparse Laplacian matrix is formed. At the input of the block of the diagonal matrix 5, a half-reduced array containing the markers of the selected object from the output of the decimation block 2 is fed, at the output of which, from the twice-reduced array containing the background markers and the selected object, a sparse diagonal matrix is formed. At the same time, the diagonal matrix from the output of the block of the diagonal matrix 5 is fed to the first input of the block of the multiplier 8, and the constant value from the third output of the control block 13 is fed to the second input. The result of the multiplication from the output of the block of the multiplier 8 goes to the second input of the block of the adder 7, the first input of which the sparse Laplacian matrix arrives from the output of the block forming the Laplacian matrix 4. In the adder block 7, the matrix summation of the Laplacian matrix and the diagonal matrix occurs. The result of the summation from the output of the adder block 7 is fed to the input of the inverse matrix block 10, where the input matrix of values is inverted. At the inputs of the block of the multiplier 6 is fed a half-reduced array containing the markers of the selected object from the output of the decimation block 3, at the output of which a vector is formed, each element of which is squared. The result of multiplication from the output of the block of the multiplier 6 is fed to the first input of the block of the multiplier 9, the second input of which is supplied with a constant value from the third output of the control unit 13. The result of the multiplication from the output of the block of the multiplier 9 is input to the block of the delay 16, from the output of which goes to the second input block of the multiplier 11, the first input of which receives the inverse matrix from the output of the block of the inverse matrix 10. The delay value of the delay block 16 is set in such a way as to ensure the synchronism of data from the output of the block of the mind scissors 9 and the output of the inverse matrix block 10. In the block of the multiplier 11, matrix multiplication of the sparse matrix by the column vector of the marker values is performed. At the same time, the result of multiplication (the alpha channel of the original image halved twice) from the output of the block of the multiplier 11 is supplied to the first input of the linear interpolation unit 12. The original image from the output of the delay unit 14 is fed to the second input of the linear interpolation unit 12, to the third input of which the reduced twice the original image from the output of the delay unit 15. The delay value of the delay units 14 and 15 is set in such a way as to ensure the synchronization of the data at the first, second and third inputs of the line block full interpolation 12. In the linear interpolation block, the resolution of the image of the alpha channel, which is a mask for selecting an object with a complex contour against an arbitrary textured background, is doubled by interpolation based on linear coefficients. The output of the linear interpolation unit 12 is the information output of the device. The synchronization of the device is provided by the clock generator 17.

Технический результат - выделение объекта со сложным контуром на произвольном текстурированном фоне.The technical result is the selection of an object with a complex contour on an arbitrary textured background.

Claims (1)

Устройство выделения контуров объектов на текстурированном фоне при обработке цифровых изображений, содержащее блок формирования матрицы Лапласиана (4), блок диагональной матрицы (5), отличающееся тем, что информационным входом устройства являются блок задержки (14), блок управления (13), блок децимации (1), выход которого подключен к первому входу блока формирования матрицы Лапласиана (4) и входу блока задержки (15); первый выход блока управления (13) подключен к входу блока децимации (2), выход которого подключен ко второму входу блока формирования матрицы Лапласиана (4) и входу блока диагональной матрицы (5), второй выход блока управления (13) подключен к входу блока децимации (3), выход которого подключен к первому и второму входу блока умножителя (6), выход которого подключен к первому входу умножителя (9); третий выход блока управления (13) подключен ко второму входу блока умножителя (9) и второму входу блока умножителя (8); выход блока диагональной матрицы (5) подключен к первому входу блока умножителя (8), выход которого подключен ко второму входу блока сумматора (7); выход блока формирования матрицы Лапласиана (4) подключен к первому входу блока сумматора (7), выход которого подключен к входу блока обратной матрицы (10), выход которого подключен к первому входу блока умножителя (11); выход блока умножителя (9) подключен к входу блока задержки (16), выход которого подключен ко второму входу умножителя (11), выход которого подключен к первому входу блока линейной интерполяции (12); выход блока задержки (14) подключен ко второму входу блока линейной интерполяции (12), выход блока задержки (15) подключен к третьему входу блока линейной интерполяции (12), выход которого является информационным выходом устройства, синхронность работы устройства обеспечивается генератором тактовых импульсов (17). A device for isolating the contours of objects on a textured background during digital image processing, comprising a Laplacian matrix forming unit (4), a diagonal matrix unit (5), characterized in by,what the information input of the device is a delay unit (14), a control unit (13), a decimation unit (1), the output of which is connected to the first input of the Laplacian matrix forming unit (4) and the input of the delay unit (15); the first output of the control unit (13) is connected to the input of the decimation unit (2), the output of which is connected to the second input of the Laplacian matrix forming unit (4) and the input of the diagonal matrix unit (5), the second output of the control unit (13) is connected to the input of the decimation unit (3), the output of which is connected to the first and second input of the multiplier unit (6), the output of which is connected to the first input of the multiplier (9); the third output of the control unit (13) is connected to the second input of the multiplier unit (9) and the second input of the multiplier unit (8); the output of the diagonal matrix block (5) is connected to the first input of the multiplier block (8), the output of which is connected to the second input of the adder block (7); the output of the Laplacian matrix generation block (4) is connected to the first input of the adder block (7), the output of which is connected to the input of the inverse matrix block (10), the output of which is connected to the first input of the multiplier block (11); the output of the multiplier unit (9) is connected to the input of the delay unit (16), the output of which is connected to the second input of the multiplier (11), the output of which is connected to the first input of the linear interpolation unit (12); the output of the delay unit (14) is connected to the second input of the linear interpolation unit (12), the output of the delay unit (15) is connected to the third input of the linear interpolation unit (12), the output of which is the information output of the device, the synchronization of the device is provided by the clock generator (17 )
RU2013101106/08A 2013-01-09 2013-01-09 Apparatus for selecting object contours on textured background when processing digital images RU2522044C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013101106/08A RU2522044C1 (en) 2013-01-09 2013-01-09 Apparatus for selecting object contours on textured background when processing digital images

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013101106/08A RU2522044C1 (en) 2013-01-09 2013-01-09 Apparatus for selecting object contours on textured background when processing digital images

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2522044C1 true RU2522044C1 (en) 2014-07-10
RU2013101106A RU2013101106A (en) 2014-07-20

Family

ID=51215165

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013101106/08A RU2522044C1 (en) 2013-01-09 2013-01-09 Apparatus for selecting object contours on textured background when processing digital images

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2522044C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2577188C1 (en) * 2014-07-23 2016-03-10 Сяоми Инк. Method, apparatus and device for image segmentation
RU2718429C1 (en) * 2019-12-13 2020-04-02 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) Device for detecting local-stationary areas on an image

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1587553A1 (en) * 1988-05-12 1990-08-23 Институт Кибернетики Ан Азсср Device for displaying informative elements of image
SU1711204A1 (en) * 1989-08-22 1992-02-07 Научно-исследовательский институт телевизионной техники "Электрон" Object keyline separator
SU1737471A1 (en) * 1990-04-24 1992-05-30 Азербайджанский Институт Нефти И Химии Им.М.Азизбекова Device for separating image contour
US6151424A (en) * 1994-04-28 2000-11-21 Hsu; Shin-Yi System for identifying objects and features in an image
US20070286493A1 (en) * 2006-04-12 2007-12-13 Fujitsu Limited Shape comparison apparatus on contour decomposition and correspondence
US20100128927A1 (en) * 2008-03-14 2010-05-27 Sony Computer Entertainment Inc. Image processing apparatus and image processing method

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1587553A1 (en) * 1988-05-12 1990-08-23 Институт Кибернетики Ан Азсср Device for displaying informative elements of image
SU1711204A1 (en) * 1989-08-22 1992-02-07 Научно-исследовательский институт телевизионной техники "Электрон" Object keyline separator
SU1737471A1 (en) * 1990-04-24 1992-05-30 Азербайджанский Институт Нефти И Химии Им.М.Азизбекова Device for separating image contour
US6151424A (en) * 1994-04-28 2000-11-21 Hsu; Shin-Yi System for identifying objects and features in an image
US20070286493A1 (en) * 2006-04-12 2007-12-13 Fujitsu Limited Shape comparison apparatus on contour decomposition and correspondence
US20100128927A1 (en) * 2008-03-14 2010-05-27 Sony Computer Entertainment Inc. Image processing apparatus and image processing method

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2577188C1 (en) * 2014-07-23 2016-03-10 Сяоми Инк. Method, apparatus and device for image segmentation
RU2718429C1 (en) * 2019-12-13 2020-04-02 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) Device for detecting local-stationary areas on an image

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013101106A (en) 2014-07-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11983893B2 (en) Systems and methods for hybrid depth regularization
US9679387B2 (en) Depth-weighted group-wise principal component analysis for video foreground/background separation
Xiao et al. Fast image dehazing using guided joint bilateral filter
Le et al. Deeply Supervised 3D Recurrent FCN for Salient Object Detection in Videos.
CN104392228B (en) Target class detection method in UAV images based on conditional random field model
CN103020965B (en) A kind of foreground segmentation method based on significance detection
CN109214420A (en) The high texture image classification method and system of view-based access control model conspicuousness detection
EP2463821A1 (en) Method and system for segmenting an image
WO2019071976A1 (en) Panoramic image saliency detection method based on regional growth and eye movement model
KR101173559B1 (en) Apparatus and method for the automatic segmentation of multiple moving objects from a monocular video sequence
Liu et al. Image de-hazing from the perspective of noise filtering
Xiao et al. Shadow removal from single rgb-d images
CN110910421A (en) Weak and small moving target detection method based on block representation and variable neighborhood clustering
Cherian et al. Accurate 3D ground plane estimation from a single image
CN111028263A (en) Moving object segmentation method and system based on optical flow color clustering
Chen et al. Visual depth guided image rain streaks removal via sparse coding
RU2522044C1 (en) Apparatus for selecting object contours on textured background when processing digital images
CN108154488A (en) A kind of image motion ambiguity removal method based on specific image block analysis
CN110264417B (en) Automatic detection and extraction method of local motion blur region based on hierarchical model
RU2718429C1 (en) Device for detecting local-stationary areas on an image
Izquierdo et al. Nonlinear Gaussian filtering approach for object segmentation
Qi et al. Fast detection of small infrared objects in maritime scenes using local minimum patterns
Chen et al. Improving Graph Cuts algorithm to transform sequence of stereo image to depth map
Mahmoudabadi et al. Detecting sudden moving objects in a series of digital images with different exposure times
JP2018010359A (en) Information processor, information processing method, and program

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20150110