DE4105516C2 - Verfahren und Vorrichtung zur verbesserten Wiedergabe von Konturen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der elektronischen Bildverarbeitung und betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur verbesserten Wiedergabe von Kon­ turen durch Filterung von Signalen, auch Schärfesteigerung oder elektronische Unscharfmaskierung genannt.

Ein Verfahren zur verbesserten Wiedergabe von Konturen bzw. Schärfesteigerung durch Filterung von Signalen, deren Signalamplituden einer quantisierten zweidi­ mensionalen Bezugsebene zugeordnet sind, ist beispielsweise aus der EP-B 0 051 068 bekannt. Dort werden zunächst in einem Frequenzfilter aus einem Eingangssignal Gleichanteile sowie hochfrequente Signalanteile herausgefiltert und aus dem Ausgangssignal des Frequenzfilters durch weitere Signalfilterung ein Korrektursignal abgeleitet. Das Korrektursignal wird dann dem Eingangssignal zur Verbesserung der Konturenwiedergabe additiv überlagert.

Es zeigt sich, daß die bekannten Verfahren zur verbesserten Wiedergabe von Konturen, die mit einer reinen Signalfilterung arbeiten, insbesondere dann keine befriedigenden Ergebnisse liefern, wenn die Amplituden des Nutzsignals nicht deutlich größer als die Stör- oder Rauschsignalamplituden sind, da Signale mit geringem Störabstand nur unzureichend gefiltert werden können.

Sollen beispielsweise in der elektronischen Reproduktionstechnik Bilder mit kleinen vergleichsweise regelmäßigen Textelementen einer Bildverarbeitung unterzogen werden, so ist es mit den herkömmlichen Verfahren bereits bei ver­ gleichsweise geringem Störabstand nicht möglich, eine befriedigende Schärfe­ steigerung an den Konturen der Textelemente des Bildes zu erreichen.

In der Druckschrift Jain, Anil K.: "Fundamentals of Digital Image Processing"; Eng­ lewood Cliffs, New Jersey; Prentice-Hall, Inc.; 1989; Seiten 233 bis 266; sind le­ diglich verschiedene herkömmliche Verfahren zur Schärfesteigerung mittels Filtern und die Wirkungsweise derartiger Filter angegeben.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrich­ tung zur verbesserten Konturenwiedergabe durch Filterung von Signalen anzuge­ ben, mit denen auch bei einem geringen Störabstand der Signale eine gute Schär­ festeigerung an Konturen und damit eine gute Bildqualität erreicht wird.

Diese Aufgabe wird bezüglich des Verfahrens durch die Merkmale des Anspruchs 1 und bezüglich der Vorrichtung durch die Merkmale des Anspruchs 15 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Während bei den bekannten Verfahren lediglich die Rauschsignalanteile im Nutz­ signal mittels Filter vermindert werden, werden bei dem erfindungsgemäßen Ver­ fahren zunächst in einem Filternebenzweig mittels einer Kaskade von Konturfilter­ stufen Konturen in einem verrauschten Korrektursignal erkannt und die Signalan­ teile der erkannten Konturen aus dem verrauschten Korrektursignal eliminiert, so daß ein reines Rauschsignal übrigbleibt. Dieses Rauschsignal wird dann von dem verrauschten Korrektursignal subtrahiert, wodurch ein vom Rauschen befreites Korrektursignal zur Verfügung steht, das dem Nutzsignal zwecks Schärfesteige­ rung hinzuaddiert wird. Durch die Kaskadierung der Konturfilterstufen ist eine nahezu beliebig genaue Detektion von Konturen und damit von Rauschsignal­ anteilen in dem Korrektursignal möglich. Durch eine geeignete Dimensionierung der Konturfilterstufen kann ein guter Kompromiß zwischen Konturenschärfe und Glätte in einem Bild erreicht werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Fig. 1 bis 13 näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild zur Verdeutlichung des prinzipiellen Ablaufes des Verfahrens,

Fig. 2 eine Blockschaltbilddarstellung einer Konturfilterstufe mit parallel ge­ schalteten Stufenelementen,

Fig. 3 eine teilweise Blockschaltbilddarstellung einer Vorrichtung mit kaskadierten Konturfilterstufen,

Fig. 4 eine Darstellung eines anderen Bereiches der Vorrichtung mit kaskadierten Konturfilterstufen,

Fig. 5 eine Darstellung der Vorrichtung mit kaskadierten Konturfilter­ stufen im Bereich eines Ausganges,

Fig. 6 eine vereinfachte eindimensionale Darstellung eines Signalver­ laufes im Bereich eines Einganges,

Fig. 7 eine Darstellung einer im Signalverlauf gemäß Fig. 6 detektierten Kontur mit zugeordneten großen Signalamplituden,

Fig. 8 eine Darstellung des Signalverlaufes gemäß Fig. 6 nach einer Eliminierung der gemäß Fig. 7 ermittelten Kontur,

Fig. 9 einen über einen Tiefpaß gefilterten Verlauf des Signales gemäß Fig. 8 bei einem Tiefpaßfilter zur Auswertung von drei benach­ barten Koordinaten,

Fig. 10 ein Restsignal des Signalverlaufes gemäß Fig. 9 bei Berücksich­ tigung der in Fig. 9 eingezeichneten Schwellwerte,

Fig. 11 ein prinzipielles Ablaufdiagramm eines Algorithmus zur Durch­ führung des Filterverfahrens mit Hilfe eines Digitalrechners,

Fig. 12 eine prinzipielle Darstellung von Amplitudenwerten, die Koordinaten einer gerasterten Ebene zugeordnet sind und

Fig. 13 ein Ablaufdiagramm zur Eliminierung isolierter Signalanteile.

Eine Vorrichtung zur Filterung von Signalen besteht im wesentlichen aus einer Weiche (1), in der ein an einem Eingang (2) anliegendes Eingangssignal in einen durchgehenden Zweig (3) sowie einen Filterzweig (4) verzweigt wird. Der in den Filterzweig (4) geleitete Teil des Eingangssignales wird zunächst einem Hochpaß (5) zugeführt, der eine zweidimensionale Wirkungsweise aufweist. Aufgrund der zweidimen­ sionalen Wirkungsweise des Hochpasses (5) können innerhalb einer quantisierten Bezugsebene (6) bezüglich des Verlaufes von Koordinaten­ achsen (7, 8) lokalisierbare Bildpunkte mit ihren zugeordneten Amplitudenwerten bei der Hochpaßfilterung berücksichtigt werden. Statt des Hochpasses (5) kann grundsätzlich auch ein Bandpaß verwendet werden. Eine prinzipielle Anordnung von den Koordinatenachsen (7, 8) in der Bezugsebene (6) zugeordneten Bildpunkten ist in Fig. 12 dargestellt. Aus dem in Fig. 1 angegebenen Blockschaltbildaufbau der Vorrichtung ist ersichtlich, daß in Signalflußrichtung hinter dem Hochpaß (5) eine Filterweiche (9) angeordnet ist, in der das den Hochpaß (5) verlassende Signal in einen Koppelzweig (10) sowie einen Konturfilterzweig (11) aufgeteilt wird. Innerhalb des Konturfilterzweiges (11) sind Konturfilter­ stufen (12) angeordnet, in denen Konturanteile detektiert und aus dem über den Konturfilterzweig (11) weitergeleiteten Signalanteil eliminiert werden. In Abhängigkeit von der zu erzielenden Filtergüte ist es möglich, lediglich eine Konturfilterstufe (12) oder eine Reihenschaltung von Konturfilterstufen (12) zu verwenden. Bei einer Reihenschaltung von Konturfilterstufen (12) ist es zweckmäßig, in Richtung des Signalflusses zunächst intensive Konturen und anschließend schwächer ausgeprägte Konturen zu eliminieren.

Das den Konturfilterzweig (11) verlassende Signal wird in einer Subtraktionsstufe (13) von dem über den Koppelzweig (10) weiterge­ leiteten Signalanteil subtrahiert. An einem Ausgang (14) der Subtraktionsstufe (13) steht somit ein weitgehend von Rauschanteilen befreites Kontursignal zur Verfügung. Dieses Signal wird in einer Verstärkungsstufe (15) verstärkt und anschließend in einer Zusam­ menführung (16) zu dem über den durchgehenden Zweig (3) weiterge­ leiteten Anteil des Eingangssignales addiert. Hierdurch entsteht ein an einem Ausgang (17) abgreifbares Signal, das einen wesentlich höheren Störabstand als das am Eingang (2) an liegende Signal aufweist.

Zwischen den Ausgang (14) und die Verstärkungsstufe (15) kann ein Selektor geschaltet werden, mit dessen Hilfe innerhalb der Bezugsebene zugeordnete isolierte Signalamplituden eliminiert werden. Koordinaten innerhalb der Bezugsebene (6), denen eine Amplitude ungleich Null zugewiesen ist, obwohl den Koordinaten in einer unmittelbaren Umgebung dieser Arbeitskoordinate keine Amplitudenwerte ungleich Null zugewiesen wurden, resultieren mit hoher Wahrscheinlichkeit aus Störungen und sind keinem Nutzsignalanteil zugeordnet. Mit Hilfe des Selektors ist es möglich, derartige Störungen herauszufiltern. Den dabei aufgefundenen Koordina­ ten wird der Wert Null, bzw. zumindest ein nicht wesentlich von Null abweichender Wert, zugeordnet.

Ein Beispiel für den Ablauf des Selektionsprozesses bei einer Amplituden­ zuordnung innerhalb der Bezugsebene (6) gemäß Fig. 12 ist in Fig. 13 dargestellt. Für die Koordinate E wird zunächst überprüft, ob sie einen Wert ungleich Null aufweist. Ist dies nicht der Fall, so kann unmittelbar eine Überprüfung eines nächsten Bildpunktes erfolgen. Ist der Koordinate E eine Amplitude ungleich Null zugeordnet, so werden die Koordinaten in ihrer unmittelbaren Umgebung nacheinander solange geprüft, bis ein Amplitu­ denwert ungleich Null gefunden wurde. Bei einem Auffinden eines derar­ tigen Amplitudenwertes wird gleichfalls der nächste Bildpunkt analysiert. Weisen sämtliche Koordinaten in der unmittelbaren Umgebung der Koordinate E den Amplitudenwert Null auf, so wird die der Koordinate E zugeordnete Amplitude auf Null gesetzt. Prinzipiell ist es möglich, bei der Überprüfung eines nächsten Bildpunktes innerhalb eines vorangegangenen Zyklus gewonnene Informationen bezüglich der Amplitudenwerte von bestimmten Koordinaten zu berücksichtigen. Aufgrund der bei einer digitalen Realisierung mit sehr geringem Zeitaufwand durchzuführenden Überprüfung auf einen Wert gleich Null bzw. einen Wert ungleich Null kann jedoch auch der in Fig. 13 dargestellte Ablauf für jeden einzelnen Bild­ punkt mit sehr geringem Zeitaufwand durchlaufen werden.

Bei der Darstellung gemäß Fig. 2 ist der Aufbau einer Konturfilterstufe (12) mit parallel geschalteten Stufenelementen (18) dargestellt. An einem Filterstufeneingang (19) wird das zu filternde Signal zugeleitet und in einer Filterverzweigung (20) zum einen den Stufenelementen (18) und zum anderen einem Detektor (21) zugeführt. Jedes der Stufenelemente (18) besteht aus einem anisotropen Tiefpaß (22) und einem Schwell­ wertelement (23). Mit Hilfe der Schwellwertelemente (23) ist es möglich, Signalanteile unterhalb eines vorgebbaren Schwellwertes (24) zu eliminieren und Signalanteile oberhalb des Schwellwertes (24) unverändert passieren zu lassen oder mit einem Verstärkungsfaktor zu multiplizieren.

Insbesondere ist daran gedacht, für positive und negative Amplituden betragsmäßig gleiche Schwellwerte (24) vorzusehen. Der anisotrope Tiefpaß (22) weist innerhalb der Bezugsebene (6) eine Filterorientierung auf. Ein einfach aufgebauter anisotroper Tiefpaß (22) ist beispielsweise in Richtung einer der Koordinatenachsen (7, 8) orientiert und wertet Bereiche innerhalb der Bezugsebene (6) aus, die eine Breite von vorzugsweise einer Quantisierungsstufe und eine Länge von einer vorgebbaren Zahl von Quantisierungsstufen haben. Als Länge für einfache Tiefpässe (22) können beispielsweise drei oder fünf Quantisierungsstufen verwendet werden. Neben einer Orientierung in Richtung einer der Koordinatenachsen (7, 8) ist es aber auch möglich, zur Auffindung von schräg verlaufenden Konturen beliebige andere Orientierungen des Tiefpasses (22) vorzusehen. Die Ausgänge der Schwellwertelemente (23) sind mit einem Verknüpfungs­ element (25) verbunden, in dem eine logische ODER-Verknüpfung durchgeführt wird. Der Ausgang des Verknüpfungselementes (25) ist mit dem Detektor (21) verbunden, in dem das vom Verknüpfungselement (25) bereitgestellte Signal von dem über den Filterstufeneingang (19) zugeführten Signal subtrahiert wird. Es erfolgt somit eine Eliminierung der im Bereich der Stufenelemente (18) ermittelten Konturen.

In Fig. 3 ist eine ausführliche Schaltung von Bauelementen zur Reali­ sierung eines kaskadierten Filters im Bereich einer Eingangsstufe darge­ stellt. Die Schaltung gemäß Fig. 3 ergibt zusammen mit den Schaltungen gemäß Fig. 4 und Fig. 5 die Gesamtschaltung des Filters. Die Bauele­ mente der Filterstufe gemäß Fig. 3 sind über Anschlüsse (26, 27, 28, 29) mit den Bauelementen gemäß Fig. 4 verbunden und die Bauelemente gemäß Fig. 4 sind über Anschlüsse (30, 31, 32, 33) mit den Bauelementen gemäß Fig. 5 verbunden.

Das über die Filterweiche (9) der ersten Konturfilterstufe (12) zugeführte Signal wird in dem des Schwellwertelement (23) mit einer pegeladaptiven Schwellwertkennlinie beaufschlagt. Zur Ermittlung des Schwellwertes (24) ist ein Adaptionselement (34) vorgesehen, in das eine Adaptionskennlinie (35) implementiert ist. Mit Hilfe der Adaptionskennlinie (35) wird vorzugs­ weise der Schwellwert (24) symmetrisch für positive und negative Amplitudenanteile des zu filternden Signales vorgegeben. Hierzu wird dem Adaptionselement (34) das am Eingang (2) anliegende Eingangssignal zugeführt und in Abhängigkeit von der aktuellen Amplitude dieses Eingangssignales über die Adaptionskennlinie (35) der jeweilige Schwell­ wert (24) ermittelt. Der Schwellwert (24) weist für eine Amplitude des Eingangssignales gleich Null einen Mindestwert auf und die Adaptions­ kennlinie (35) erstreckt sich ausgehend von diesem Mindestschwellwert in einer Parameterebene, die von einer Schwellwertachse und einer Amplitudenachse aufgespannt ist, vorzugsweise mit abnehmender Steigung. Der Verlauf der Adaptionskennlinie ist vorzugsweise proportional zum pegelabhängigen Verlauf des Störabstands des zu filternden Eingangssignals (2). Die Schwellwertkennlinie wird in Abhängigkeit vom Störabstand des zu filternden Signales, in Abhängigkeit von einer vorgenommenen Quantisierungseinheit oder in Abhängigkeit von anderen bekannten Informationen bezüglich des zu filternden Signales festgelegt. Zur Festlegung der Schwellwerte (24) unterschiedlicher Konturfilterstufen (12) können unterschiedliche Schwellwertkennlinien und Adaptionskenn­ linien (35) verwendet werden.

In einer nachfolgenden Filterstufe (12) sind vier Schwellwertelemente (23) in Reihe geschaltet, deren anisotrope Tiefpässe (22) jeweils unterschiedliche Orientierungen aufweisen. Die hier verwendeten anisotropen Tiefpässe (22) weisen jeweils eine Filterbreite von einer Quantisierungsstufe und eine Filterlänge von drei Quantisierungsstufen auf. Diese Tiefpässe sind somit insbesondere zur Auffindung von groben Konturen, d. h. von Konturen mit vergleichsweise hohen Signalamplituden, geeignet. Die Schwellwerte (24) der Schwellwertelementen (23) innerhalb der eine Verstärkungsstufe (15) ausbildenden Stufenelemente (18) werden vorzugsweise gleich gewählt.

In der Darstellung gemäß Fig. 4 sind zwei weitere die zweite Konturfilter­ stufe (12) ausbildende Stufenelemente (18) dargestellt, die zu den in Fig. 3 dargestellten ersten beiden Stufenelementen (18) in Reihe geschaltet sind. Das Ausgangssignal des vierten Stufenelementes (18) wird dem Eingang einer weiteren Konturfilterstufe (12) zugeführt. Zur Auffindung von feine­ ren Konturen weist die dritte Konturfilterstufe (12) anisotrope Tiefpässe (22) mit einer längeren Ausbildung auf. In Fig. 4 ist für die dritte Kontur­ filterstufe ein anisotroper Tiefpaß (22) mit einer Filterbreite von einer Quantisierungsstufe und einer Filterlänge von fünf Quantisierungsstufen dargestellt.

Gemäß Fig. 4 können sich an die dritte Konturfilterstufe (12) weitere Kon­ turfilterstufen (12) anschließen. Das Ausgangssignal der in Signalflußrich­ tung letzten Konturfilterstufe (12) wird der Subtraktionsstufe (13) zuge­ führt und hiervon dem über den Koppelzweig (10) geführten Signalanteil subtrahiert. Die Verstärkungsstufe (15) ist bei der Ausführungsform gemäß Fig. 5 mit einem Begrenzungselement (36) versehen, in dem eine Verstär­ kungskennlinie (37) implementiert ist und ein maximaler Ausgangswert (38) über ein Adaptionselement (39) festgelegt wird, das den maximalen Aus­ gangswert (38) in Abhängigkeit von der Amplitude des Eingangssignales am Eingang (2) verstellt. Das Adaptionselement (39) kann beispielsweise eine lineare Kennlinie aufweisen, die zu einer symmetrischen Vorgabe des maximalen Ausgangswertes (38) für positive und negative Amplitudenwerte führt. Die Kennlinie des Adaptionselementes (39) kann im wesentlichen linear ausgebildet sein und den maximalen Ausgangswert (38) linear mit der Amplitude des Eingangssignales verknüpfen. Die Implemen­ tierung eines Offsets für die Verstärkungskennlinie (37) ist zweckmäßig.

Der Ausgang des Begrenzungselementes (36) ist mit der Zusammenführung (16) verbunden, in der das Ausgangssignal des Begrenzungselementes (36) zum Eingangssignal addiert wird.

In Fig. 6 ist ein typischer Signalverlauf (40) am Ausgang des Hochpasses (5) bezüglich einer Zeitachse (41) und einer Amplitudenachse (42) dargestellt. Fig. 7 zeigt das Ausgangssignal (43) des Schwellwertelementes (23) der ersten Konturfilterstufe (12) und in Fig. 8 ist das nach einer im Detektor (21) durchgeführten Subtraktion des Ausgangssignales (43) des Schwellwertelementes (23) vom Ausgangssignal (40) des Hochpasses (5) ermittelte Ausgangssignal (44) dargestellt.

Fig. 9 zeigt das mit Hilfe eines Tiefpasses mit entsprechendem Verstär­ kungsfaktor gefilterte Signal aus Fig. 8. Es wurde hierzu ein anisotroper Tiefpaß (22) mit einer Filterbreite von einer Quantisierungsstufe und einer Filterlänge von drei Quantisierungsstufen verwendet. Das hierdurch er­ zeugte Ausgangssignal (45) weist deshalb eine größere Amplitude und eine andere Dynamik als das Ausgangssignal (43) auf. Bei Berücksichtigung des in Fig. 9 eingezeichneten Schwellwertes (24) ergibt sich nach einer Kontur­ eliminierung das in Fig. 10 dargestellte Ausgangssignal (46).

Ein prinzipielles Ablaufdiagramm für eine Realisierung wesentlicher Ablauf­ teile als Digitalrechnerprogramme ist in Fig. 11 dargestellt. Die jeweiligen Softwaremodule wurden hier mit den gleichen Bezugsziffern versehen wie die zugeordneten Schaltungselemente in den Fig. 3 bis 5. Ein Eingangs­ signal wird zunächst über ein Softwaremodul zur Nachbildung des Hochpas­ ses (5) gefiltert und anschließend dem mit einer adaptiven Schwellwert­ kennlinie versehenen Schwellwertelement (23) zugeführt. Über ein Modul zur Nachbildung des Detektors (21) erfolgt anschließend eine Reduktion des Kontursignals im Bereich der detektierten Kontur. In einer nachfolgenden Filterstufe sind bei der in Fig. 11 dargestellten Ausführungsform zwei anisotrope Tiefpässe (22) vorgesehen, die beispielsweise Orientierungen in Richtung der Koordinatenachsen (7, 8) aufweisen. Die Ausgangswerte der anisotropen Tiefpässe (22) werden anschließend wiederum Modulen zur Nachbildung der adaptiven Schwellwertelemente (23) zugeführt. Die Aus­ gangswerte der Schwellwertelemente (23) sowie der Ausgangswert des Detektors (21) werden bei der hier vorgenommenen Parallelschaltung im Verknüpfungselement (25) zur Durchführung einer ODER-Kombination der Einzelwerte in Relation zueinander gesetzt. Der Ausgangswert des Ver­ knüpfungselementes (25) wird in einer nachfolgenden Konturfilterstufe (12) erneut über anisotrope Tiefpässe (22) und adaptive Schwellwert­ elemente (23) gefiltert und die Ausgangswerte der betreffenden Schwell­ wertelemente (23) sowie das Ausgangssignal des vorgeschalteten Verknüp­ fungselementes (25) in einem weiteren Verknüpfungselement (25) in Beziehung zueinander gesetzt. Das Ausgangssignal des in Signalflußrich­ tung letzten Verknüpfungselements (25) wird der Subtraktionsstufe (13) zur Austastung des Rauschsignales aus dem Kontursignal mit Rauschanteil zugeführt und vor einer Addition des Kontursignales zum Bildsignal im Bereich der Zusammenführung (13) erfolgt in der Verstärkungsstufe (15) eine Verstärkung und ggf. Begrenzung des Kontursignals.

Die in Fig. 11 mit gleichen Bezugsziffern versehenen Module können beispielsweise als Unterprogramme realisiert sein, die zu Zeitpunkten, die von einer Ablaufsteuerung vorgegeben sind, aufgerufen werden.

Eine Verwendung des Verfahrens und der Vorrichtung können bei einer Vielzahl von Anwendungen erfolgen, bei denen einer Bezugsebene zuord­ bare Signalverläufe gefiltert werden sollen. Ein typisches Beispiel ist die Filterung von Bildern in der Reproduktionstechnik.

Es sind aber auch eine Vielzahl anderer Anwendungsmöglichkeiten denkbar. Bei der Bildverarbeitung können dies beispielsweise die Qualitäts­ verbesserung von über Telefaxeinrichtungen oder Bildtelefone übertrage­ ner Bildinformationen sein, es ist aber auch möglich, Fernsehbilder, auf Videogeräten aufgezeichnete Bilder oder Satellitenbilder einer Filterung zu unterwerfen, um verrauschte Konturen innerhalb der Bilder herauszuar­ beiten. Generell kann das Verfahren und die Vorrichtung aber auch außer­ halb der Bildverarbeitung verwendet werden. Prinzipiell tritt überall bei der Auswertung von einer Fläche zuordbaren Signalverläufen das Problem auf, daß die Nutzsignalanteile von Störungen überlagert sind. Als Beispiel sei hier nur die Aufnahme eines Temperaturprofils einer Fläche angeführt. Bei Parameterkonstellationen, die in einem Parameterraum größerer Dimension dargestellt werden, ist es entweder möglich, jeweils drei­ dimensionale Teilstrukturen einer Filterung zu unterwerfen, oder die beispielsweise in den Fig. 11 und 13 beschriebenen Verarbeitungsalgo­ rithmen derart vektoriell durchzuführen, daß bei den jeweiligen Operatio­ nen die zu berücksichtigenden Parameter in Vektoren und Matrixen geeig­ neter Dimensionierung angeordnet werden.

Weiterhin wäre denkbar, daß das Ausgangssignal (14) ohne die Weiterver­ arbeitung in den Stufen (15, 16) als von Störungen befreite Konturinforma­ tion gewertet wird und z. B. für Aufgaben im Bereich der Mustererkennung als Eingangssignal für eine Stufe zur Merkmalsextraktion verwendet werden kann.

Bei einer gegenüber der Darstellung gemäß Fig. 1 abgewandelten Ausfüh­ rungsform kann zur Minimierung eines ggf. auftretenden Restfehlers an einem Ausgang vorzugsweise einer der Konturfilterstufen (12) eine Entzerrungskennlinie angeordnet werden. Der Verlauf der Entzer­ rungskennlinie wird vorzugsweise so gewählt, daß das Kontursignal nach einer Beaufschlagung mit der Entzerrungskennlinie einen Verlauf aufweist, der im wesentlichen unabhängig vom Verlauf des pegelabhängigen Störab­ standes des Eingangssignales ist. Hierdurch wird näherungsweise ein pegel­ unabhängiger Störabstand realisiert. Bei dieser Arbeitsweise wird berück­ sichtigt, daß die Subtraktionsstufe (13) als eine Austaststufe arbeitet, die von der in Signalflußrichtung letzten Konturfilterstufe (12) gesteuert wird. Das über den Koppelzweig (10) in den Bereich der Subtraktionsstufe (13) gelangende Signal wird immer dann auf "NULL" gesetzt, wenn das von der in Signalflußrichtung letzten Konturfilterstufe (12) bereitgestellte Signal von "NULL" verschieden ist.

Eine derartige Entzerrungskennlinie kann auch bei der in Fig. 3 darge­ stellten Ausführungsform berücksichtigt werden. Die Entzerrungskennlinie wird hier zweckmäßigerweise im Bereich des Ausganges des Detektors (21) angeordnet.

Claims (23)

1. Verfahren zur verbesserten Wiedergabe von Konturen durch Filterung von Signalen, deren Signalamplituden einer quantisierten zweidimensionalen Bezugsebene zugeordnet sind, bei dem

• - in einem Frequenzfilter (5) aus einem Eingangssignal Gleichanteilen sowie hochfrequente Signalanteile herausgefiltert werden,
• - aus dem Ausgangssignal des Frequenzfilters (5) ein Korrektursignal abgeleitet wird und
• - das Korrektursignal dem Eingangssignal zur Konturverbesserung in einem Addierer (16) hinzuaddiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß
• - Konturhöhen definierende Schwellwerte (24) in Abhängigkeit von einer Amplitude des Eingangssignals vorgegeben werden,
• - in mindestens einer Konturfilterstufe (12) durch eine mindestens zweifache Filterung des Ausgangssignals des Frequenzfilters (5) Konturen im Aus­ gangssignal mit oberhalb der vorgegebenen Schwellwerte (24) liegenden Konturhöhen detektiert werden,
• - die den detektierten Konturen entsprechenden Signalkomponenten im Aus­ gangssignal des Frequenzfilters (5) eliminiert werden,
• - das Ausgangssignal der Konturfilterstufe (12) von dem Ausgangssignal des Frequenzfilters (5) in einem Subtrahierer (13) zwecks Bereinigung von Stör­ signalanteilen subtrahiert wird und
• - das bereinigte Ausgangssignal des Frequenzfilters (5) als Korrektursignal für das Eingangssignal verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst Konturen mit größerer Konturhöhe und anschließend Konturen geringerer Konturhöhe erkannt und im Ausgangssignal des Frequenzfilters (5) eliminiert werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Korrektursignal vor der Addition zum Eingangssignal verstärkt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Konturerkennung in der Konturfilterstufe (12) durch Filterung mittels eines anisotropen Tiefpasses (22) durchgeführt wird, der mindestens innerhalb der Bezugsebene (6) eine vorgebbare Orientierung aufweist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß

• - zur Konturerkennung in der Konturfilterstufe (12) unterschiedlich dimensi­ onierte Stufenelemente (18) vorhanden sind,
• - jedes Stufenelement (18) aus einer Reihenschaltung eines anisotropen Tiefpasses (22) mit einer Schwellwert-Stufe (23) besteht und
• - die Tiefpässe (22) in den einzelnen Stufenelementen (18) mindestens in­ nerhalb der Bezugsebene (6) unterschiedliche Orientierungen aufweisen.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Filtervorgänge in den Stufenelementen (18) parallel durchgeführt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Filtervorgänge in den Stufenelemente (18) zeitlich nacheinander durchgeführt werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß

• - mehrere Konturfilterstufen (12) hintereinander geschaltet werden und
• - die einzelnen Konturfilterstufen (12) anisotrope Tiefpässen (22) mit unter­ schiedlichen Tiefpaßlängen aufweisen.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Addition des Korrektursignals zum Eingangssignal eine Begrenzung des Korrektursignals durchgeführt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die adaptive Festlegung der Schwellwerte (24) in Abhängigkeit von einer zeit­ lich unmittelbar zugeordneten Amplitude des Eingangssignales durchgeführt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der verwendeten Konturfilterstufen (12) adaptiv in Abhän­ gigkeit von einer Analyse des Eingangssignales durchgeführt wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die Orientierung eines der anisotropen Tiefpässe (22) in­ nerhalb der Bezugsebene (6) adaptiv durch eine Analyse des Eingangssig­ nales festgelegt wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß nach Subtraktion des Ausgangssignals der Konturfilterstufe (12) von dem Ausgangssignal des Frequenzfilters (5) eine Löschung von innerhalb der Be­ zugsebene (6) isolierten Amplitudenwerten durchgeführt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Fre­ quenzfilterung des Eingangssignals in dem Frequenzfilter (5) als Hochpaß­ filterung durchgeführt wird.

15. Vorrichtung zur verbesserten Wiedergabe von Konturen durch Filterung von Signalen, deren Signalamplituden einer quantisierten zweidimensionalen Be­ zugsebene zugeordnet sind, bestehend aus

• - einer ein Eingangssignal in einen Hauptzweig (3) und einen Filterzweig (4) trennenden erste Weiche (1),
• - einem im Filterzweig (4) angeordneten Frequenzfilter (5) zur Herausfilte­ rung von Gleichanteilen sowie hochfrequenten Signalanteilen aus dem Eingangssignal und
• - einem in dem Hauptzweig (3) angeordneten Addierer (16) zur Addition des Eingangssignals mit einem Korrektursignal zwecks Konturverbesserung,

gekennzeichnet durch

• - eine das Ausgangssignal des Frequenzfilters (5) in einen Kopplungs­ zweig (10) und einen Konturfilterzweig (11) trennende zweite Weiche (9)
• - mindestens eine in dem Konturfilterzweig (11) angeordnete Konturfilter­ stufe (12) zum Detektieren von Konturen mit oberhalb von vorgegebenen Schwellwerten (24) liegenden Konturhöhen und zur Eliminierung der den detektierten Konturen entsprechenden Signalkomponenten im Ausgangs­ signal des Frequenzfilters (5) und
• - einen in dem Kopplungszweig (10) angeordnete Subtrahierer (13), der mit dem Frequenzfilter (5), der Konturfilterstufe (12) und dem Addierer (16) verbunden ist, zur Subtraktion des Ausgangssignals der Konturfilter­ stufe (12) von dem Ausgangssignal des Frequenzfilters (5) zwecks Be­ reinigung von Störsignalanteilen, wobei das bereinigte Ausgangssignal des Frequenzfilters (5) als Korrektursignal für das Eingangssignal ver­ wendet wird.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Kon­ turfilterzweig (11) mindestens zwei Konturfilterstufen (12) zur Detektion und Eliminierung von Konturen unterschiedlicher Konturhöhe in Reihe geschaltet sind.

17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß

• - eine Konturfilterstufe (12) aus mindestens zwei Stufenelemente (18) und einer Ausblend-Stufe (21) besteht,
• - jedes Stufenelement (18) einen anisotropen Tiefpaß (22) und eine in Reihe geschaltete Schwellwert-Stufe (23) aufweist und
• - die anisotropen Tiefpässe (22) in den einzelnen Stufenelementen (18) mindestens innerhalb der Bezugsebene (6) unterschiedliche Orientierungen haben.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die anisotropen Tiefpässe (22) in den einzelnen Stufenelementen (18) unterschiedliche Tiefpaßlängen aufweisen.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Schwellwert-Stufen (23) adaptiv ausgebildet sind und
• - die Schwellwert-Stufen (23) zur Verstellung der Schwellwerte (24) jeweils mit einem die Amplitude des Eingangssignales auswertenden Adaptions­ element (34) verbunden sind.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Stufenelementen (18) parallel geschaltet sind und
• - den Stufenelementen (18) ein Verknüpfungselement (25) nachgeschaltet ist, welches die Ausgangssignale der Stufenelemente (18) einer ODER- Verknüpfung unterzieht.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Subtrahierer (13) und dem Addierer (16) ein Selektor zur Eliminierung von Signalanteilen geschaltet ist, der mindestens diejenigen Am­ plitudenwerte, die Nachbarkoordinaten zu einer Arbeitskoordinate zugeordnet sind, daraufhin überprüft, ob ihr Amplitudenwert gleich Null ist und für den Fall einer vollzähligen Auffindung von Amplitudenwerten gleich Null den Amplitu­ denwert der Arbeitskoordinate auf Null setzt.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß dem Subtrahierer (13) ein Verstärker (15) nachgeschaltet ist.