专利名称:核化图象表示信号的改进系统的制作方法
本发明涉及利用核化技术的图象处理系统，以降低图象表示信号中的噪音成份，例如用于电视图象信号。特别是，本发明在降低系统的噪音成份并不明显的假频或其他假间隔频率成份引入图象表示信号中。
核化是一种大家熟知的，用于降低图象表示信号噪音成份的技术。核化就是有选择的，只允许绝对幅度超过某一设定值的图象表示信号通过。核化是一个非线性过程，它本来会虚假谐波和交互调制的间隔频率成份引入图象表示信号中。这些虚假间隔频率成份的功率会随值的增加而增加。因此，核化值的选择应在两者间进行折衷值应足够大以降低噪音成份，同时又不能过大，以免引入过多的虚假间隔频率成份。
对于一个显示图象的观察者来说，图象表示信号的噪音成份所造成的影响取决于两者(1)显示图象中噪音成份和信号成份的间隔频谱的相对大小，(2)在感受噪音方面人们视觉系统的习性。
已知人们的视觉系统在计算发光图象的原始间隔频率组成的，靠的是把间隔频率信息分割成许多相邻而重叠的间隔频带。每个带宽大致是一个倍频程，而每个频带的中心频率与相邻频带中心频率大致是两倍的关系。研究表明，约有7个频带或“通道”跨越人们视觉系统的0.5-6循环/度的间隔频率范围。又进一步发现，发生在人们视觉系统中的间隔频率处理是按空间定位的。因此每个间隔频率通道中的信号是按图象的小分区进行计算的。这些分区相互重叠，并在特定频率上大致有两个循环的宽度。如果用-正弦波光栅图象作为测试图案，则可发现，正弦波光栅图象的对比-灵敏度函数随着图象间隔频率的提高而迅速倾斜。这就是说，高的间隔频率需要高的对比度(在30循环/度时约为20%)，而较低的间隔频率需要相当低的对比度(在3循环/度时约为0.2%)。已经知道，人们视觉系统观察正弦波光栅图象(该图象在值之上)的对比度变化的能力，在较低的间隔频率时优于较高的间隔频率的情况。特别是，人们的平均特质是，为了正确地鉴别对比度变化的75%，对一个3循环/度的正弦波光栅来说，需要变化对比度12%，而对一个30循环/度的光栅来说，则需变化对比度30%。
基于人们视觉系统的功能，显而易见，一个倍频程间隔频带中较高的信噪比(S/N)易于掩盖噪声(即对观察者来说，噪声是可以忽略的)，而对于较高的间隔频率倍频程来说，这种掩盖效果就更为显著，这是因为在较高的间隔频率下，人们视觉系统在对比灵敏度和对比变化灵敏度两方面都有所下降。另一方面，一个相当小的高间隔频率噪音成份叠加到一个几乎均匀的背景上(此背景包含直流的或甚低间隔频率的视频成分)，是易于被人们视觉系统观察到的。这一点很重要，因为真实世界的图象在两个正交维上，大部分都有一个间隔频谱，此频谱含有大量较低的间隔频率信号能量，只有一小部分高频信号能量，这将使任何高间隔频率噪声变得特别明显。
如果只有一个核化装置用来核化一个输入图象表示信号的全部间隔频谱，则所选定的值很可能太小而不能满意地降低该间隔频谱的一个或多个倍频程部分中的明显的噪音成份，而同时在该间隔频谱中的其他一个或多个倍频程部分，值又会显得过高，致使过多数量的虚假间隔频率成份被引入显示图象中。
这一问题可用下述办法解决。首先将输入图象表示信号的频谱进行分解，使之归入若干个相邻的子频谱带中。然后分别逐个核化这些频带，使每个频带对应一个适宜的值。最后将这些被核化的频带合成为一单个的输出图象表示信号，并由此信号得出显示图象。
本发明参考了美国Powell1984年4月10日发表的第4442454号专利。
本发明的图象处理系统可使输入图象表示信号频谱中出现的任何噪音成份在输出信号频谱中得到降低，而避免在输出图象表示信号频谱中引入明显的假频或其他虚假间隔频率成分。因此本发明不需要为了降低噪音而对处理本身的值得注意伪差有所顾及。
插图的简要说明
图1所示二图形分别表示一个“砖墙”形滤波器特性和一个逐渐倾斜的滤波器特性。
图2为本发明的理想化实现的功能方块图。
图2a所示为图2中的频谱合成器的变形。
图3a示出一个Burt Pyramid频谱分析仪，它在具体实现图2中的频谱分析仪是有用的。
图3b示出一个Burt Pyramid合成器，它在具体实现图2a中的频谱合成器时是有用的。
图4所示图形为7个输入倍增系数核心权函数的基本频带包络线图，这7个系数具有各自的数值。
图5为图2所示核化装置较优实现方法的方块图，该装置适宜于核化一个视频信号，而这个信号是用来限定一个被扫描的二维电视图象的。
较优实现方法的描述
本发明的突出特点是，每个频谱分析仪和合成器只包含具有逐渐倾斜滤波特性的滤波器。图1中的中心频率fc为两个截止频率fl和fh的平均值。对带通滤波器来说，fl大于0，对低通滤波器来说，fl等于0。“砖墙”形滤波器的问题在于，当有频带外的高频脉冲能量产生冲击激励时会引起振荡。这种伪信号是能够查觉出来的，因为人们的视觉系统对于将高间隔频率假信号叠加到低间隔频率背景上是十分敏感的。
一个带通滤波器的归一化逐渐倾斜的滤波特性如图形102所示，其中心频率为fc。由于倾斜是逐渐的，因此没有明显的限定带宽的上下限频率fl和fh，而是以将输入信号衰减到某种程度处(例如半功率点处)作为fi和fh。这样带宽就是额定上下限频率fh与fi之差。然而如图1的阴影区104所示，使用这种滤波器的频谱分析仪，在一给定的子频谱带宽之下，将有一小部分能量对邻近子频谱带宽造成干扰。这种情况会在使用采样和二次采样信号的图象处理系统中造成虚假间隔频率。而本发明的图象处理系统将如下所述，减少任何假频效应。
对于图1的图形102所示的逐渐倾斜的带通滤波器，倾斜通常发生在中心频率fc的高频边和低频边。然而实际上只有中心频率的高频边倾斜。任何特定的逐渐倾斜滤波特性的准确形状是一个设计问题。本发明的图象处理系统用逐渐倾斜滤波器的设计准则将在下面详细讨论。
图2所示是本发明理想方案的功能方块图。图中，无振荡、无假频定位转换的，倍频程带宽的频谱分析仪200有一个用作输入的图象表示信号I。实际上，输入信号I可以是一个连续模拟信号，一个采样模拟信号(例如CCD成象器和信号变换器所用的)或一个采样数字信号(例如得自模数转换器的)。实际上所要讨论的图象处理类型几乎总是针对采样图象表示信号，这种处理是由利用数字计算机的频谱分析仪按非实时方式进行的，或者是由利用物理硬件的频谱分析仪按实时或非实时方式进行的。因此，为了便于说明，输入信号I为一采样信号而非连续信号。
如图2所示，图象表示信号I至少被一个频谱限定在被表示图象的一维中，该频谱的范围从最高频率fm到0。为了使信号I不包含高于fm的间隔频率，假定此信号已通过一个前置滤波器。为便于说明，假定信号I为一时间上的视频信号，该视频信号来自一个普通扫描的二维电视图象(尽管这并非必须)。总之，分析仪200将输入信号I的间隔频谱分解成N(N为大于1的整数)个相邻带通子频谱输出信号L0……LN-1和一个残余子频谱信号GN。L0……LN按递降间隔频率顺序排列，从fm开始直到零。每个信号依次隔一个倍频谱的带宽。GN包括输入信号I的频谱的所有间隔频率，这些频率低于包含在第(N-1)个带通子频谱中的所有频率(这个带通子频谱是最低间隔频率的带通频谱)。特别是如图2所示，倍频程1具有fm/2的额定带宽和3fm/4的中心频率，倍频程2具有fm/4的带宽和3fm/8的中心频率，依此类推。
每个核化装置202-1-202-N对应于子频谱输出信号Lo…LN-1和GN中的一个。核化装置202-1…202-N输出的各信号Lo…LN-1和GN分别加给频谱合成器206的相应的各无振荡、无假频滤波器。频谱合成器206还包括一个加法器208，用来将滤波器204-1…204-N的输出相加，以获得一个重新组成的输出图象表示信号IR。
频谱分析仪200对输入信号I的图象间隔频谱进行线性变换。因此，在频谱分析仪200提供无振荡、无假频的定位变换的情况下，为数不多的基带间隔频率将出现在频谱分析仪的各个输出端上，出现在信号I的图象间隔频谱中的亦不多。因此，被频谱分析仪200引入的虚假间隔频率成份并不明显。然而，工作在非线性状态的核化装置202-1…202-N必然将虚假间隔频率成份引入每个输出信号Lo…LN-1和GN当中。这些虚假间隔成份是由子频谱间隔频率的谐波成份和交互调调制成份组成的，这些子频谱间隔频率分别输入给核化装置202-1…202-N。在倍频程带宽子频谱中的任何间隔频率的所有谐波成份具有位于该倍频程带宽子频谱之上的间隔频率。
如果对一个倍频程带宽子频谱输入进行操作的核化装置的输出被加到一个具有“砖墙”特性的滤波器上(见图1的图形100)，则由核化装置产生的谐波和交互调制成份的所有虚假间隔频率将被滤波器滤掉。
然而，由于上述原因，这种具有“砖墙”特性的滤波器易于引入冲击激励所造成的虚假间隔频率振荡成份。为了避免引入这种成份，这种带通滤波器应当具有逐渐倾斜的滤波特性(如图1中的图形102所示)和一个倍频程的额定带宽。这时少量的谐波和交互调制造成的间隔频率成份将不会被全部抑制，这是由于存在着滤波特性的带外部分(如图1中的阴影部分104所示)。然而，下面将详细讨论，逐渐倾斜的特性所引起的虚假间隔频率成份可凭借特殊的滤波器设计加以消除(即在显示图象上基本上察觉不出)。
频谱分析仪(206)的各滤波器204-1…204(N-1)可以是带通滤波器或者低通滤波器。若为带通滤波器，则每个滤波器都有一个中心频率和一个相应于倍频程频谱的带宽。若为低通滤波器，则每个滤波器都有一个从零到额定上截止频率的带宽，此带宽与具有同一倍频程频谱的相应带通滤波器的带宽相同。
具有残余子频谱的滤波器204-N是一个低通滤波器，其额定上截止频率实际上等于第(n-1)个倍频程子频谱的下截止频率。
如果低通(而非带通)滤波器用作倍频程滤波器204-1…204-(N-1)，则核化过程的低带差频(拍频)虚假间隔频率成份将无法抑制。然而这种拍频交互调制信号将是低电平的，因而出现在显示图象中便不易被人们视觉系统所察觉。这是由于现实世界图象中的较高电平信号成份位于图象间隔频谱的低间隔频率部分，从而形成一种掩蔽效应。再者，在实际系统中，低通滤波器较之带通滤波器更易实现适宜的无振荡、无假频的逐渐倾斜特性。
在图2中，尽管分析器200的每个子频谱输出信号都具有一个单独的核化装置，但对本发明来说并非必须如此。全部所需就是，至少一个子频谱输出信号具有单独的核化装置。然而，如果核化装置202-2…202-N中的任何一个具有由低于倍频程1(这是最高的间隔频谱)的间隔频率所组成的频谱，则该装置必须有一个频谱合成器206的相应滤波器，以便至少除掉上一频带中由于非线性的核化处理所造成的虚假间隔频率成份。不过在倍频程1子频谱的情况下，常占有频谱合成器206的滤波器204-1。这是因为大多数图象显示所分辨的间隔频率不能高于倍频程1子频谱的最高间隔频率fm。由于合成输出信号IR中，上一频带的任一虚假间隔频率成分在图象显示中都不能分辨，因而对这种特殊情况来说，不需要滤除这个上一频带的成份。
频谱合成器206中是否需要包括一个单独的无振荡、无假频的滤波器，使之与任何一个省略核化的子频谱输出相联，可任意选择。然而，加法器208将全部N个带通滤波器的和残余子频谱的信号相加。而不管从来自频谱分析仪200的任何一个子频谱输出的信号中省掉核化还是省掉滤波。
现参看图2a，该图表示出一个改画的频谱合成器206a，它可用图2的频谱合成器206替换。合成器206a使用了多个低通滤波器210-2…210-N和半加器212-1…212-(N-1)。低通滤波器210-2的额定上截止频率等于图象表示信号I(这是倍频2子频谱的上截止频率)的图象间隔频谱的最大间隔频率fm之半。与此相似，低通滤波器210-3…210-(N-1)中每一个的额定上截止频率等于与该滤波器相联的倍频程频谱的上截止频率。低通滤波器210-N的额定上截止频率等于第(N-1)个倍频程频谱的下截止频率。
在图2a中，按逆向顺序排列的滤波器和半加器按串联形式相互合，结果是最低间隔频谱信号(核化的残余信号G′N)依次逐个地被每一串联低通滤波器滤波。如图2a所示，最低间隔频谱信号的下一个信号L′N-1和滤波器210-N的输出信号由半加器212-(N-1)进行相加，然后依次被每一低通滤波器滤波。与此相似，核化的间隔频率倍频程子频谱信号L′(N-2)…L′2中的每一个信号都依次被频谱合成器206a的所有滤波器滤波，如图2a所示。最后，滤波器210-2的输出经半加器212-1与核化的最高间隔频率倍频程子频谱信号Lo相加，以取得一个重新构成的输出图象表示信号IR。在图2a中，假定图象显示不能分辨输入图象频谱最大间隔频率fm之上的间隔频率，因此不需要为半加器212-1的输出提供一个低通滤波器。
根据对图2和2a的讨论可知，本发明的本质在于，频谱分析仪200除残余信号外不再输出子频谱信号，这将具有一个小于一个倍频程的额定带宽。然而，本发明的原理用来分析的带通子频谱信中，每一个都具有小于一个倍频程的间隔频率带宽。
Burt pyramid频谱分析仪和Burt pyramid频谱合成器特别适宜用作本发明中的频谱分析仪200和频谱合成器206a，原因至少有二。第一，该Burt pyramid允许滤波器具有逐渐倾斜的特性而非“砖墙”特性，从而宜于用作频率分析仪和频谱合成器。第二，在本发明的最优方案中，Burt pyramid频谱分析仪产生额定倍频程带宽带通子频谱输出信号和一个残余子频谱输出信号。
Burt pyramid分析仪对采样的输入信号GO进行分析。在有关Burt pyramid的下述说明中，假定GO(相当于图2中的图象表示输入信号I)的形式是连续扫描两维电视图象所确定的间隔频谱的常规视频信号(例如NTSC制视频信号)，该视频信首先经过预先滤波以除去任何高于给定的最高间隔频率fm的间隔频率成份，然后在至少二倍fm的采样频率下被采样。
实时Burt pyramid分析仪如图3a的功能图所示。图3a表明，分析仪含有一条由大体相同的采样信号传输级300-1，300-2…300-N所组成的流水线。每一级工作在由数字时钟CL1，CL2…CLN所确定的采样频率上。加到任何一级上的时钟频率都低于其前级的时钟频率值。对本发明来说，300-2…300-N的每一级的时钟频率值都是其前一级时钟频率值的一半。
如图3a所示，300-1级含有褶积滤波器和衰减装置302，延迟装置304，减法装置306以及扩展和内插滤波装置308。一个以时钟CL1的频率进行采样的数字采样值Go的输入数据流通过褶积滤波器和衰减装置302被加入，以获得一个以时钟CL2的频率进行采样的数字采样值G1的输出数据流。褶积滤波器具有低通功能，可将G1所代表的每一图象维中心频率降低到Go所代表的相应维的中心频率的一半。同时，衰减装置将每一维的采样密度降低一半。
Go的各数字采样值作为第一输入通过延迟装置304加到减法装置306上。同时，G1的降低密度的采样值加给扩展和内插滤波器308，它提高了G1采样值的采样密度，并返回到G0的采样值。然后，内插G1采样值的扩展后的密度作为第二输入加给减法装置306。延迟装置304的存在保证了在间隔位置上相互对应的G0和G1的每一对采样值加到减法装置306的第一和第二输入上，并在时间上相互吻合。来自减法装置306的连续采样值Lo的输出数据流限定了扫描图象每一维中的最高间隔频率。
300-2…300-N各级的结构基本上与300-1级相同。然而，300-2…300-N各级中，每一个序号较高的级处理较低间隔频率的信号，该信号的采样密度低于其前一级的采样密度。特别是，连续采样值L1的输出数据流代表了每一个图象维中间隔频率的最高倍频程的下一个倍频程，因此如图3a所示，经Burt pyramid分解的信号是由各个倍频程采样数据流L0…LN-1(分别得自300-1…300-N各级的减法装置)和一个低频残余信号GN(得自300-N级的褶积滤波器和衰减装置的输出)所组成的。图3b示了一个与图2b中的合成器206a相对应的Burt pyramid合成器，用来获得重新组成的输出信号IR。这是靠利用对核化采样数据流L′o…L′N-1进行操作的延时装置310-0…310-(N-1)，以及扩展和内插滤波器312-1…312-N及加法器314-0…314-(N-1)来完成的。如上所述，最低密度的残余采样数据流GN具有的采样密度为由扩展和内插滤波器312-N所表示的每个图象间隔维的二倍，然后经由加法器314-(N-1)与一个显示的采样数据流LN-1相加。这一过程通过连续的合成级反复进行，得出了重新组合的输出信号LR，将两维图象显定于最高采样密度。
Burt pyramid所用的各褶积滤波器和内插滤波器都是低通滤波器，它们必须满足下述二条件。第一，每个这种滤波器使用一个至少包含三个倍增系数的对称核心加权函数。第二，核心权函数的各倍增系数必须起相同的作用，这就是说，对一给定电平的各节点必须向位于下一个较高电平的各节点提供相同的总权。对提供实际的无振荡、无假频、定位转换的滤波特性方面的要求，如本发明所要求的那样，又向供本发明使用的Burt pyramid分析仪和合成器的褶积和内插低通滤波器所用的核心权函数提出了附加限制条件。现在就考虑这些条件。
由于图3a所示的Burt pyramid分析仪的每一级的操作对象都是采样的输入信号，因此要考虑到这种信号不仅包含基频带部分，而且包含各个含有一个低边带和高边带的重复部分。此外，为了防止假频，采样频率至少应为加给Burt Pyramid分析仪各级的采样输入信号基频带间隔频谱的最高频率的两倍。
利用数学分析可以表示出，对基频带来说，Burt Pyramid频谱分析仪的300-1…300-N各级中的每一级都近似于一个无振荡、无假频、定位转换的装置，当下列关系成立时，可用来获得经Burt Pyramid分解的信号L0…LN-1中的具有相应倍频程带宽的一个。这些关系是
1.在间隔频率范围0≤f≤fh/4之内(式中fh为每一倍频程子频谱信号的额定上截止频率)，每级的褶积滤波器和内插滤波器的归一化传输特性的乘积为1。特别是，每级的褶积滤波器和内插滤波器中的任何一个，在此范围内的传输特性都为1。
2.在间隔频率范围fh≤f≤3fh/4之内，每级的褶积滤波器和内插滤波器的归一化传输特性的乘积是逐渐衰减的。特别是，每级的褶积滤波器和内插滤波器中的任何一个，在此范围内都有逐渐衰减的特性。
3.在间隔频率范围3fh/4≤f≤fh之内，每级的褶积滤波器和内插滤波器的归一化传输特性的乘积为零。特别是，每级的褶积滤波器和内插滤波器中的任何一个，在此范围内的传输特性都为零。
只有Burt pyramid分析仪的300-N级的褶积滤波器被用来产生残余子频谱信号GN。因此，对300-N级来说，必须使褶积滤波器真正符合上述条件1、2和3。此外，图3b所示Burt pyramid合成器的每一个内插滤波器也应符合这三个条件(其中，对合成器来说，fh是加法器输出信号上截止频率，该加法器紧跟在图3b所示的内插滤波器之后)。
实际的褶积和内插滤波器的设计不仅必须符合上述三个条件，而且必须符合上述对称和均匀分布核心权函数的限制条件。这种利用核心权函数的Burt Pyramid采样信号褶积或内插滤波器不能满足上述条件1和3。对于采样频率恰好等于一个倍频程的额定上截止频率的二倍的情况来说(这是防止假频所需的最低采样频率)，可以设计一个具有5个倍增系数的核心权函数的采样信号Burt Pyramid褶积或内插滤波器，它可满足上述条件1或2，但不能两者都满足。为了设计一个能满足所有上述三个条件的Burt pyramid褶积或内插滤波器，需要至少有7个倍增系数的核心权函数的采样信号滤波器。特别是，对于具有最小无假频值的恰好为滤波器输入信号频谱额定上截止频率fh的两倍的采样频率来说，当变量P的值为-0.052(见图4a)时，图4所示基频带滤波特性(它符合所有上述三条件)被图4a所示的7个倍增函数的，对称而均匀分布的滤波器核心权函数所限定。
对于所讨论的情况(即采样频率为具有额定最小无假频的情况)，7个倍增系数的核心权函数可提供真正的定位变换，因为这种函数只对相当局部的图象区域进行操作。9个倍增系数的核心权函数(它通常是足够小的，以照旧为它的额定最小无假频采样频率提供真正的定位变换)是可取的，因为它在限定基频带滤波特性的逐渐倾斜部分的形状方面比起7个倍增系数的核心权函数来，能提供优良的调谐能力。
然而，为了使采样频率产生额定最小无假频值，当滤波器核心权函数的倍增系数的数量大于9时，滤波器变换日益倾向于无定位式的，而这是不希望的。另一方面，如果滤波器信号是过采样的(即采样频率大大超过滤波器输入信号频谱额定上截止频率的两倍)，则核心权函数中倍增系数的数量必须增加，以提供具有同样定位程度的同样滤波器特性。例如，如果图4和4a所示的采样频率为4倍f1h，则具与图4a所示核心权函数的包络线相同的核心权函数将会由13至15个倍增系数所组成(这就是说，一个内插值将被插入图4a所示的任何一对相邻的倍增系数之间)。
由于核化是一个非线性过程，并引入伪差，因此不希望进行需要之外的核化，以除掉出现在核化装置输入信号中的噪声。此外，核化值应保持在足以除掉该噪声的最低电平上。图5为核化装置202-1…202-N的可取方案的方块图，这些核化装置用于表示扫描二维电视图象的标准(例如NTSC)视频信号。在电视中已知，这种电视信号包括连续隔行扫描场，每一扫描场由有效扫描场部分和垂直消隐部分组成。在有效场期间传递图象信息，在消隐期间不传递图象信息。每一扫描场的消隐期间所出现的噪声可作为下一场有效期间的噪声的度量。
如图5所示，核化装置202-K(K的值为1…N)含有开关500，仅在每一场的垂直消隐部分才施加控制信号将此开关接通。因此在每一场的整个有效期间，开关500都是开路的。与核化装置202-K相联的LK-1这个子频谱输入信号被加给开关500和非线性放大器502。因此，只有LK-1的噪声部分被闭合的开关500传送到整流器504(因为在垂直消隐期间，信号只包含噪声)。经整流器504整流的噪声部分被送至积分器506，其时间常数为tK。tK足够大，以延伸被整流的在垂直消隐期间所发生的噪声成份，使之完全覆盖下一场的有效部分。因此，积分器506产生一个具有可调量值εk的直流信号供一个场的有效部分使用。这一直流信号与前一场的消隐部分的噪声电平成比例。这一可调的信号作为一个控制信号加给非线性放大器502。此外，为了为每一个核化装补偿不同值的总的信号增益，每个核化装置的非线性放大器的增益可分别通过增益控制进行调节。特别是，当值εk较大时，非线性放大器502的核化输出信号L′k-1的相对功率便会小于输入信号Lk-1的相对功率。因此，增益调节补偿的目的在于，使每个单独核化的子频谱信号(例如非线性放大器500的输出L′k-1)提供给合成器输出信号IR的功率与对应的Lk-1子频谱信号提供给频谱分析仪的输入信号I的功率保持相等。
非线性放大器502的工作是仅仅放大输入信号Lk-1中，绝对电平超过现行可调值的那一部分。因此，即使当输入信号的绝对电平超过了现行可调值时，也只有超过值的输入信号的被削去的部分才可通过非线性放大器502，并向核化装置Lk-1的输出信号提供功率。另一种方法是将输入信号的绝对电平与可调值进行比较。如果输入信号绝对值超过值，则输入信号将全部通过而到达L′k-1的输出，否则将没有任何信号能够通过。这种方法的优点在于，相当大量的输入信号功率被保留在输出信号功率中。然而在过去，这种方法的一个缺点在于，这种方法在显示图象中易于产生一个称为“火花”的高假频伪差，而这种图象就是由这种核化装置得来的。然而一个与本发明的原理相结合的图象处理系统将能抑制“火花”，从而使这种方法更为实用。
权利要求
1、一个图象处理系统(图2)包括
(A)一个频谱分析仪(200)，用来处理一个输入的图象表示信号(I)，该信号被由许多间隔频率组成的频谱定义为图象的至少一维。这些间隔频率的范围从最高频率Fm到零。上述分析仪将上述输入信号的频谱按递降间隔频率顺序进行如下分离
(a)从Fm开始分离成一组单个或多个相邻带通子频谱的输出信号(Lo…LN-1)，每个子频谱输出信号有一额定带宽，其宽度不大于上述范围中的一个倍频程。
(b)从Fm开始分离成一个残余子频谱的输出信号(GN)，它包含上述输入信号频谱的所有间隔频率，该频谱位于那些包括在最低间隔频率带通子频谱输出信号中的频谱之下。
(B)装置(202-1等)，用来变换至少一个上述带通子频谱输出信号。
(C)一个频谱合成器(206)，它通过上述变换装置与分析仪相联。还含有一个加法装置(208)，它担负全部来自分析仪的子频谱信号，以产生全部子频谱信号(Lo′…LN-1′和GN′)的和，从而形成一个输出图象表示信号(IR)；
为了最初出现在输入的和输出的图象表示信号频谱中的噪音成分而不将任何明显的假频干扰或其他假间隔频率成分引入输出图象表示信号的频谱中，必须作到
频谱分析仪(200)是一个真正的无振荡、无假频、定位变换的频谱分析仪；
借助至少将一个带通子频带输出信号(I1o…I1N-1)进行核化，使信号变换装置(202-1…202-N)产生变换的信号；
为了真正地至少去掉那些属于上频带的假频率成分，合成器必须由分别至少每个核化信号的频谱相联的无振荡、无假频的滤波装置(204-1…204-N)所组成；以及
求和装置对下列二者求和(a)已被核化和滤波的那些子频谱信号中的任何一个和(b)在取得输出图象表示信号的过程中的任何一个既未核化又未经滤波的子频谱信号。
2、第一项权利要求
所限定的系统中，输出图象表示信号将用来将一个图象显示在一个显示装置上，该显示装置的分辨力不足以显示高于F的间隔频率，
来自频谱分析仪的最高间隔频率倍频程输出信号通过核化装置联结到加法装置而勿需连接任何合成器沪波装置。
3、第一或第二项权利要求
所限定的系统中，每个合成滤波装置(204-2等)包含一个低通滤波器，该滤波器在一额定截止频率处具有逐渐下降的频率特性。该截止频率等于子频谱的上间隔频率，滤波装置即与此子频谱相结合。
4、第三项权利要求
所限定的系统(图2a)中，合成器(包含至少两个低通滤波器(例如210-2，210-3)，它们串联起来与加法器(212-2)相联，该加法器包含在加法装置中。
第一个滤波器(210-3)与子频率信号(L′N-1)中的一个较低频率相联，第二个滤波器与子频谱信号(L′1)中的一个较高频率相联。
子频谱信号中的一个较低频率作为输入信号经由212加到第一个低通滤波器上。
第一个低通滤波器的输出作为第一个输入信号加给加法器(212-2)。
子频谱信号中的一个较高频率(L′1)作为第二个输入信号加给加法器。
加法器的输出作为一个输入信号加到第二个低通滤波器(210-2)上。
因此子频谱信号中的一个较低频率由串联的第一和第二个低通滤波器进行滤波。
5、第四项权利要求
所限定的系统中，子频谱信号中的一个较低的频率和一个较高的频率是核化的子频谱信号。
6、第5项权利要求
所限定的系统中，子频谱信号中的一个较低的频率和一个较高的频率是在相邻的子频谱中。
7、第一项权利要求
所限定的图象处理系统中，输入图象表示信号是一个表示图象的视频信号。该图象至少在一维上进行扫描，并以至少二倍Fm的采样频率进行采样。上述频谱分析仪(图3a)是一个BURT PYRAMID频谱分析仪，它的一级(300-1)用来取得子频谱输出信号中的一个最高频率(Lo)，这一级包括(1)褶积滤波一衰减装置，它承受采样的视频信号(Go)，以便在视频信号的一半采样频率之下取得第一个被滤波的输出信号(Gl)。(2)扩展一内插滤波装置(308)，它有第一个经滤波的输出信号用作一个输入信号，以便在与视频信号同样的采样频率下取得第二个经滤波的输出信号。(3)减法装置(304)，用来从视频信号的相应采样电平值中减去第二个经滤波的输出信号的采样电平值，从而求得子频谱输出信号中的最高频率(Lo)，作出来自减法装置的输出信号。每一级中的每一个褶积滤波一衰减装置和扩展一内插装置呈现出一种符合对称、均匀分布的核心权函数的滤波间隔频率特性。
视频信号中不包含大于F的图象间隔频率。每个褶积滤波-衰减装置和扩展-内插滤波装置至少含有七个倍增系数，它们的值应使褶积和内插滤波器的各个滤波器间隔频率特性的乘积为一给定的间隔频率率特性。(a)在从零到Fm/4的间隔频率范围内，该特性是均匀一致的，(b)在从Fm/4到3Fm/4到3Fm/4的间隔频率范围内，该特性是逐渐倾斜的，(c)在从3Fm/4到Fm的间隔频率范围内，该特性为零。
8、第七项权利要求
所限定的图象处理系统中，每个褶积滤波-衰减装置和扩展-内插滤波装置呈现出给定的间隔频率特性。
9、第八项权利要求
所限定的图象处理系统中，(A)BURT PYRAMID分析仪包含N级(300-1…300-N)，其中N为大于1的整数，(300-1)这一级为N级中的第一级，各级都引出一个带通子频谱输出信号(L10，L11，等等)。在第二至第(N-1)级的每一级中，(1)褶积滤波衰减装置承受来自前一级(例如300-1)褶积滤波衰减装置的经滤波的第一个输出信号(例如G1)，以便在该信号采样频率之半的频率下得出第一个经滤波的输出信号。(2)扩展内插滤波装置将该输出信号用作其输入信号，以便在上述输出信号的采样频率下得出第二个经滤波的输出信号。(3)从前级的第一滤波输出信号的相应采样中减去第二滤波输出信号的每一采样值所用的装置可得出对应于该级的一个倍频程带通子频谱输出信号。(B)从第二到第(N-1)级的每一个褶积滤波器和内插滤波器呈现出一种符合对称而均匀分布的核心权函数的滤波器间隔频率特性。每个上述滤波器至少含有7个具有不同值的倍增系数，以使一级中的每个滤波器的间隔频率特性能夠(a)在从零到Fm/4的范围内是均匀一致的，其中Fm为前级第一滤波输出信号的间隔频率谱的额定较高频率。(b)在从Fm/4到3Fm/4的间隔频率范围内是逐渐倾斜的。(C)在从3Fm/4到F的间隔频率范围内为零。
10、第九项权利要求
所限定的图象处理系统中，分析仪的残余子频谱输出信号(GN)是第N级的第一滤波输出信号。
11、第10项权利要求
所限定的图象处理系统中，合成器是一个BURT PYRAMID合成器，它包括按顺序排列的N个扩展内插滤波装置(312-1…312-N)和加法器(314-0…314-(N-1))，分别对应于N级BURD PYRAMID合成器的某一级。扩展内插滤波装置和加法器按逆向顺序串联起来并相互藕合，每个滤波装置的输出即为一个加法器的第一输入，而加法器的输出即为其前的滤波装置的输入，残余子频谱信号(G′N)作为输入信号加给滤波装置，分析仪N级中的每一级的带通子频率信号作为第二个输入信号加给相应的加法器，而分析仪第一级加法器的输出便构成了输出图象表示信号。每一个内插滤波器呈现出一种符合对称而均匀分布的核心权函数的滤波器间隔频率特性。每个内插滤波器至少含有七个具有不同值的倍增系数，以使每一级内插滤波器的间隔频率特性必须(a)在从零到Fm/4的范围内是均匀一致的，其中Fm为前级第一滤波输出信号的额定较高频率，(b)在从Em/4到3Fm/4的范围内是逐渐倾斜的，(C)在从3F/4到F的范围内为零。
12、第11项权利要求
所限定的图象处理系统中，输入图象表示信号为表示一个二维图象的视频信号，该图象在二维上受到扫描。
13、第1项权利要求
所限定的图象处理系统中，输入图象表示信信号为表示一个二维图象的视频信号，该图象在二维上受到扫描。
14、第13项权利要求
所限定的图象处理系统中，视频信号是一个由连续发生的扫描场组成的电视光栅扫描视频信号，每个扫描场包括一个消隐部分后跟一个有效图象部分，每个核化装置(图5)包括
第一个装置，由开关装置(500)和时间常数装置(506)组成，用来得出一个可调值控制信号(εK)。在每一扫描场的有效图象部分期间内，该信号具有一定量值。这个量值是子频谱输出信号的噪声电平的函数，当扫描场消隐部分期间，该输出信号作为一个输入信号加给核化装置。
第二个装置(502)，它由上述控制信号加以控制。当每一扫描场期间，如果输入给核化装置的信号(L′K-1)超过控制信号的量值，该装置便由核化装置中得到一个输出信号(L′K-1)。
15、一个图象处理系统(图2)用来处理一个输入图象表示信号(Ⅰ)，在被表示的图象频谱的至少一维中，在从最高频率F到零的范围内，图象表示信号限定了间隔频率，该图象表示信号经济频谱分析，从Fm开始，按递降间隔频率顺序延伸到一组单个或多个分离的相邻带通子频谱信号(L，L1等)。这些信号中的任一个在上述频率范围内具有不大于一个倍频程的额定带宽。一个残余子频谱信号(GN)包括了图象表示信号频谱中的所有下述间隔频率，即那些低于包括在最低间隔频率带通频谱信号中的频率。所述系统包括用于变换至少一个子频谱信号的装置(201-1等)，一个通过这种变换装置接收子频谱信号的频谱合成器(206)。该合成器还包括一个加法装置，用来承受所有接收到的子频谱信号，以便产生全部子频谱信号之和，从而形成一个图象表示输出信号(IR)。
为了减少最初出现在输入信号频谱中的任何噪音成分，而在输出信号频谱中又不致引入过多的假频或假间隔频率成分，必须
信号变换装置(202-1…202-N)凭借至少核化一个子频谱信号(I10…I1N-1)来产生变换信号。
频谱合成器由无振荡、无假频滤波装置(204-1…204-N)组成。这些装置至少与每个核化信号的频谱相联，该信号的频率低于输出信号频谱的最高频率，以便至少除掉那些位于上频带的假频率。
加法装置将所有频谱信号相加，这些信号包括(a)已被核化的频谱信号中的任何信号和未被核化和滤波的频谱信号中的任何信号;(b)在取得输出信号过程中的任何既未核化，亦未滤波的子频谱信号。
16、第15项权利要求
所限定的系统中，输出图形表示信号将被用于在一显示设备上显示一个图象，该设备的分辨力不足以显示任何高于Fm的间隔频率。
上述频谱的最高间隔频率倍频程输出信号通过核化装置藕合到加法装置而无任何合成器滤波装置。
17、第15项权利要求
所限定的系统中其特征是在每个上述合成滤波器含有逐次倾斜的低通滤波器，其正常切断频率等于次频谱的的上位间隔频率，该滤波器是单独联接的。
18、第17项权利要求
所限定的系统中。合成器至少含有两个通过加法器(212-2)而串联起来的低通滤波器(例如210-2，210-3)。该加法器包含在加法装置中。
第一个滤波器(210-3)单独与一个较低频率的子频谱信号(L′N-1)相联，第二个滤波器(210-2)单独与一个较高频率的子频谱信号(L′1)相联。这个较低频率的子频谱信号(经由212N-1)用作第一个低通滤波器的输入信号。第一个低通滤波器的输出用作加法器(212-2)的第一输入。这个较高频率的子频谱信号用作加法器的第二输入，加法器的输出用作第二个低通滤波器(210-2)的输入。因此这个较低频率的子频谱信号受到了第一和第二两个串联滤波器的滤波。
19、第18项权利要求
所限定的系统中，较低和较高频率的两个子频谱信号都是核化的子频谱信号。
20、第19项权利要求
所限定的系统中，较低和较高频率的两个子频谱信号是相邻的子频谱。
21、第15项权利要求
所限定的图象处理系统中，已经过频谱分析的图象表示信号是一个表示某图象的视频信号，该图象至少受到一维扫描。视频信号不包含大于Fm的图象间隔频率，并且在相当于两倍Fm的采样频率下被采样。一组带通子频谱信号由N个带通子频谱信号所组成，其中N是个大于1的整数，合成器是一个BURT PYRAMID合成器，它含有按顺序排列的N个扩展内插滤波装置(312-1…312-N)和加法器(314-0…314(N-1))。这些滤波装置和加法器按逆向顺序串联起来并互相藕合，每个滤波装置的输出用作一个加法器的输入，该加法器的输出又用作前一个滤波装置的输入。残余子频谱信号(G′N)用作第N个滤波装置的输入，N个带通子频谱信号中的每一个用作相应加法器的第二输入，而与分析仪第一级相对应的加法器的输出构成了输出图象表示信号。每个内插滤波器呈现出符合于对称而均匀分布的核心权函数的滤波间隔频率特性。
每个内插滤波器至少包含7个具有不同值的倍增系数，使每一级内插滤波器的间隔频率特性必须(a)在从零到F/4范围内是均匀一致的，其中F是前一级的第一滤波输出信号的间隔频谱的额定上频率;(b)在从Fm/4到3Fm/4的范围内是逐渐倾斜的;(c)在从3Fm/4到Fm的范围内为零。
22、第21项权利要求
所限定的图象处理系统中，输入图象表示信号是一个表示二维图象的视频信号，该图象已受到两维的扫描。
23、第15项权利要求
所限定的图象处理系统中，输入图象表示信号是一个表示二维图象的视频信号，该图象已受到两维的扫描。
24、第23项权利要求
所限定的图象处理系统中，视频信号是一个电视光栅扫描的视频信号，该信号由连续发生的扫描场所组成，每个扫描场含有一个消隐部分，后跟一个有效视频部分。
每个核化装置(图5)包括
第一装置，由开关装置(500)和时间常数装置(506)所组成，用来取得一个控制信号(εk)，该信号在有效视频部分期间有一量值，此量值是子频谱输出信号噪声电平的函数。只有当扫描场的消隐部分期间，该输出信号才用作核化装置的输入。
第二装置(502)，它由控制信号进行控制，当每一扫描场期间，如果输入给核化装置的信号(LK-1)电平超过此时的控制信号值，该装置即可得出一个输出(L′K-1)。
专利摘要
一个系统可凭借下述三个措施降低图象显示中的噪声而不至引起明显的不良后果。这三个措施是(1)利用一个无振荡、无假频、定位变换、倍频程带宽的频谱分析仪(200)以取得各个子频谱信号(I1...IN)。(2)利用分散的核化装置(202-1…202-N)以核化一个或多个被分解的子频谱信号。(3)利用一个具有一个或多个无振荡、无假频滤波器(204-1…204-N)的合成器(206)，以便从全部子频谱信号中得出一个输出图象表示信号(IR)。
文档编号H04N5/21GK85103453SQ85103453
公开日1986年10月29日 申请日期1985年4月30日
发明者柯蒂斯·雷蒙德·卡尔森, 爱德华·霍华, 德·艾德森, 查尔斯·哈蒙德·安德森 申请人:Rca有限公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan