УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЕЛЕКЦИИ ЭЛЕМЕНТОВ КОНТУРНОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ Российский патент 1994 года по МПК G06K9/36 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для распознавания и обработки зрительной информации.

Известно устройство для селекции элементов контура изображения, содержащее телевизионный датчик, аналого-цифровой преобразователь, блоки задержки, сумматоры, компараторы, регистры, генератор импульсов и элемент ИЛИ. Это устройство не предназначено для селекции отрезков контура, его концевых и угловых точек, а также точек ветвления. Кроме того, оно сложно конструктивно.

Известно параллельное устройство для выделения элементов контура изображения, содержащее фотоприемные элементы, логические элементы 4И-НЕ, 2-2-2-2И-4ИЛИ, 2И, 2ИЛИ и инверторы. Однако оно не предназначено для выделения концевых точек, а также точек ветвления.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержащее матрицу фотоприемных элементов, блоки горизонтальной и вертикальной развертки, первый и второй блоки задержки, блок памяти, сумматор, генератор тактовых импульсов, группы элементов ЗАПРЕТ и элементы ИЛИ, причем матрица фотоприемных элементов подключена к первому и второму блокам развертки, входы которых подключены к генератору тактовых импульсов, первый и второй блок задержки подключены к выходам второго блока развертки и генератора тактовых импульсов, входы первой и второй групп элементов ЗАПРЕТ подключены к генератору тактовых импульсов, к выходам первого и второго блоков задержки и второго блока развертки, первый элемент ИЛИ подключен к выходам первой группы элементов ЗАПРЕТ, второй элемент ИЛИ подключен к выходам второй группы элементов ЗАПРЕТ, входы блока памяти соединены с выходами первого и второго элементов ИЛИ и генератора тактовых импульсов, входы сумматора подключены к выходам блока памяти и генератора тактовых импульсов. Однако это устройство не предназначено для селекции концевых и угловых точек контура, а также его точек ветвления и их подсчета.

Цель изобpетения - расширение функциональных возможностей устройства за счет дополнительной селекции концевых и угловых точек контура, а также его точек ветвления и их подсчета.

Цель достигается тем, что в устройство, содержащее матрицу фотоприемных элементов, подключенную к первому и второму блоками горизонтальной и вертикальной развертки, входы которых подключены к генератору тактовых импульсов, первый и второй блоки задержки, входы которых соединены с генератором тактовых импульсов и вторым блоком развертки введены третий блок задержки, входы которого подключены к второму блоку развертки и генератору тактовых импульсов, программируемая логическая матрица типа И-ИЛИ, входы которой соединены с выходами первого, второго и третьего блоков развертки, блок памяти, входы которого подключены к выходам программируемой логической матрицы и генератору тактовых импульсов, сумматор, входы которого соединены с блоком памяти и генератором тактовых импульсов, коммутатор, входы которого соединены с выходами программируемой логической матрицы и генератором тактовых импульсов, счетчик, входы которого соединены с выходом коммутатора и генератора тактовых импульсов.

Новизна предлагаемого устройства заключается в том, что с целью расширения функциональных возможностей в него введены третий блок задержки, входы которого подключены к второму блоку развертки и генератору тактовых импульсов, программируемая логическая матрица типа И-ИЛИ входы которой соединены с выходами первого, второго и третьего блоков развертки, блок памяти, входы которого подключены к выходам программируемой логической матрицы и генератора тактовых импульсов, сумматор, входы которого соединены с блоком памяти и генератором тактовых импульсов, коммутатор, входы которого соединены с выходами программируемой логической матрицы и генератора тактовых импульсов, счетчик, входы которого соединены с выходом коммутатора и генератора тактовых импульсов.

На фиг. 1 изображена структурная схема устройства для селекции элементов контурного изображения; на фиг. 2 - структурная схема блока вертикальной развертки; на фиг. 3 - структурная схема программируемой логической матрицы; на фиг. 4 - структурная схема фотоприемной матрицы.

Устройство для селекции элементов контурного изображения содержит матрицу 1 фотоприемных элементов, блоки 2 и 3 горизонтальной и вертикальной развертки соответственно, генератор 4 тактовых импульсов, первый 5, второй 6 и третий 7 блоки задержки, программируемую логическую матрицу И-ИЛИ 8, блок 9 памяти, сумматор 10, коммутатор 11, счетчик 12, группу управляющих входов 13, выходы 14-26.

Блок 3 вертикальной развертки содержит первую 27, вторую 28, третью 29 группы аналоговых ключей, сдвиговый регистр 30, усилители-формирователи 31, управляющий вход 32, входы 33 и выходы 34, 35, 36.

Блок вертикальной развертки работает следующим образом.

При последовательном появлении тактовых импульсов на управляющем входе 32 сдвиговый регистр 30 поочередно открывает одну из групп ключей, подключая тем самым тройки горизонтальных шин 33 (разрядных шин фотоматрицы 1) к выходным шинам 34, 35, 36 через усилители-формирователи 31. Последние используются для согласования фотоприемной матрицы 1 (типа МФ-6, МФ-14) с логическими схемами (например, с ТТЛ-схемами). Усилители-формирователи 31 (типа 1УИ 692, К 170 УИ2, К 170УИ4, 2УИ631 и т.п.) усиливают и доводят до стандартных ТТЛ-уровней сигналы с разрядных шин фотоприемной матрицы, поступающие на них через аналоговые ключи 27-29 (типа К1КТ682).

Программируемая логическая матрица И-ИЛИ 8 (типа 583 РТ1, 556 РТ1) содержит матрицу И 37 и матрицу ИЛИ 38, состоящие из диодов 39, входные буферы (усилители) 40, выходные буферы (усилители) 41, группу входов 42 и выходы 43-59.

Она функционирует следующим образом. На входные шины 42 подаются переменные х_о-х₈, над которыми матрица И 37 выполняет операции конъюнкции. Переменные х_о-х₈ соответствуют элементам окна 3 х 3 фотоприемной матрицы, на которую проектируется изображение, причем x_o = =s(i, j); x₁ = s(i-1,j); x₂ = s(i-1, j+1); x₃ = s(i,j+1); x₄ = s(i+1,j+1); x₅ = s(i+1,j); x₆ = s(i+1, j-1); x₇ = s(i,j-1); x₈ = s(i-1,j-1), где s(.) - элементы изображения в окне 3 х 3. Требуемые логические произведения формируются на шинах столбцов путем выжигания ненужных перемычек - диодов 39 между строками и столбцами. Матрица ИЛИ 38 выполняет операции дизъюнкции над логическими произведениями, сформированными матрицей И 37. Программирование матрицы ИЛИ 38 осуществляется аналогично программированию матрицы И 37. На выходах матрицы ИЛИ 38 размещены усилители 41, передающие значение выходных функций f₁-f₁₇ на выходные шины 43-59 соответственно. Для согласования матрицы по входам (например, с ТТЛ-схемами) используются буферные усилители 40.

Программируемая логическая матрица И-ИЛИ 8 реализует следующие булевые функции: при выделении концевых точек контура на выходе 43 имеют высокий уровень функции
f₁= x₀(x
→ xxx
→ xxx
→ x₈), при выделении вертикальных отрезков на выходе 44 имеют высокий уровень функции
f₂= x₀xx, при выделении горизонтальных отрезков на выходе 45 имеют высокий уровень функции
f₃= xxx, при выделении наклонных отрезков на выходах 45, 47 имеют высокий уровень функций соответственно
для левых
f₄= xxx₈,
для правых
f₅= xxx, при выделении угловых точек контура на выходе 48 имеют высокий уровень функции
f₆= x₀(x₁xxxxx
→ xxxxxx₈∨→
→ x₂xxxxx
→ xxxxx₃x
→ xxxxxx₈∨→
→ x₄xxxx₄xx
→ x₅xxxx₈∨→
→ x₆xxxx₇x₈); при выделении точек ветвления на выходах 49-54 имеют высокий уровень функции соответственно для точек ветвления степени три
f₇= x₀(x₁x₂x
→ x₁xxx₁xxx₁xx
→ xxx₆x
∨ x₁xx₈∨xx₃xx₈∨xxx
→ xxx
→ xxxxxx₈∨xx₄x
→ xxx
→ xxxxxx₈∨xx₅x
∨ xxx
→ xxx₈∨xx₆xxxx₈∨→
→ xx₇xx₂x₃xx₂xx
→ x₂xxx₂xxx₂xx₈∨→
→ xx₄xxxxxxx
→ xxxxx₅xxxx
→ xxxxx₆xxxx₈∨→
→ xx₇xx₃x₄xx₃xx
→ x₃xxx₃xxxx₅x
→ xxxxxxxx₆x
→ xxxxx₇xx₄x₅x
→ x₄xxx₄xxxx₆x
→ xxxxx₇xx₅x₆x
→ x₅xxxx₇xx₆x₇x₈), для точек ветвления степени четыре
f₈= x_o(x₁x₂x₃x
→ x₁x₂xxx₁x₂xxx₁x₂xx
→ x₁x₂xx₈∨x₁xx₄xx₁xxx
→ x₁xxxx₁xxx₈∨x₁xx₅x
→ x₁xxxx₁xxx₈∨x₁xx₆x
→ x₁xxx₈∨x₁xx₇x₈∨xx₃x₄x
→ xx₃xxxx₃xxxx₃xx₈∨→
→ xxx₅xxxxxxxxx₈∨→
→ xxx₆xxxxx₈∨xxx₇x₈∨→
→ xx₄x₅xxx₄xxxx₄xx₈∨→
→ xxx₆xxxxx₈∨xxx₇x₈∨→
→ xx₅x₆xxx₅xx₈∨xxx₇x₈∨→
→ xx₆x₇xx₂x₃x₄xx₂x₃xx
→ x₂x₃xxx₂x₃xxx₂xx₅x
→ x₂xxxx₂xxxx₂xx₆x
→ x₂xxxx₂xx₇xxx₄x₅x
→ xx₄xxxx₄xxxxx₆x
→ xxxxxxx₇xxx₅x₆x
→ xx₅xxxxx₇xxx₆x₇x₈∨→
→ x₃x₄x₅xx₃x₄xxx₃x₄xx₈∨→
→ x₃xx₆xx₃xxxx₃xx₇x₈∨→
→ xx₅x₆xxx₅xxxxx₇x₈∨→
→ xx₆x₇xx₄x₅x₆xx₄x₅xx₈∨→
→ x₄xx₇xxx₆x₇xx₅x₆x₇x₈), для точек ветвления степени пять
f₉= x_o(x₁x₂x₃x₄x
→ x₁x₂x₃xxx₁x₂x₃xxx₁x₂x₃xx₈∨→
→ x₁x₂xx₅x
→ x₁x₂xxxx₁x₂xxx₈∨x₁x₂xx₆x
→ x₁x₂xxx₈∨→
→ x₁x₂xx₇x₈∨x₁xx₄x₅xx₁xx₄xx
→ x₁xx₄xx₈∨→
→ x₁xxx₆xx₁xxxx₈∨x₁xxx₇x₈∨→
→ x₁xx₅x₆x
→ x₁xx₅xx₈∨x₁xxx₇x₈∨x₁xx₆x₇x₈∨→
→ xx₃x₄x₅xxx₃x₄xxxx₃x₄xx₈∨→
→ xx₃xx₆xxx₃xxx₈∨xx₃xx₇x₈∨→
→ xxx₅x₆xxxx₅xx₈∨xxxx₇x₈∨→
→ xxx₆x₇x₈∨xx₄x₅x₆xxx₄x₅xx₈∨→
→ xx₄xx₇x₈∨xxx₆x₇x₈∨xx₅x₆x₇x₈∨→
→ x₂x₃x₄x₅xx₂x₃x₄xxx₂x₃x₄xx₈∨→
→ x₂x₃xx₆xx₂x₃xxxx₂x₃xx₇x₈∨→
→ x₂xx₅x₆xx₂xx₅xxx₂xxx₇x₈∨→
→ x₂xx₆x₇xxx₄x₅x₆xxx₄x₅xx₈∨→
→ xx₄xx₇xxxx₆x₇xxx₅x₆x₇x₈∨→
→ x₃x₄x₅x₆xx₃x₄x₅xxx₃x₄xx₇x₈∨→
→ x₃xx₆x₇xxx₅x₆x₇xx₄x₅x₆x₇x₈), для точек ветвления степени шесть
f₁₀= x_o(x₃x₄x₅x₆x₇x₈∨→
→ xx₄x₅x₆x₇xx₂xx₅x₆x₇xx₂x₃xx₆x₇x₈∨→ → x₂x₃x₄xx₇xx₂x₃x₄x₅xxx₂x₃x₄x₅x₆x → xx₄x₅x₆x₇x₈∨xxx₅x₆x₇x₈∨xx₃xx₆x₇x₈∨→
→ xx₃x₄xx₇x₈∨xx₃x₄x₅xx₈∨xx₃x₄x₅x₆x
→ x₁xx₅x₆x₇x₈∨x₁xxx₆x₇x₈∨x₁xx₄xx₇x₈∨→
→ x₁xx₄x₅xx₈∨x₁xx₄x₅x₆xx₁x₂xx₆x₇x₈∨→
→ x₁x₂xxx₇x₈∨x₁x₂xx₅xx₈∨x₁x₂xx₅x₆x
→ x₁x₂x₃xx₇x₈∨x₁x₂x₃xxx₈∨x₁x₂x₃xx₆x
→ x₁x₂x₃x₄xx₈∨x₁x₂x₃x₄xxx₁x₂x₃x₄x₅x) , для точек ветвления степени семь
f₁₁= x₀(x₂x₃x₄x₅x₆x₇x₈∨→
→ xx₃x₄x₅x₆x₇x₈∨x₁xx₄x₅x₆x₇x₈∨x₁x₂xx₅x₆x₇x₈∨→ → x₁x₂x₃xx₆x₇x₈∨x₁x₂x₃x₄x₅xx₈∨x₁x₂x₃x₄xx₇x₈∨→ → x₁x₂x₃x₄x₅x₆x), для точек ветвления степени восемь
f₁₂ = x_ox₁x₂x₃x₄x₅x₆x₇x₈, при выделении точки на выходе 55 имеют высокий уровень функции
f₁₃= x, функции анализируют состояние четырех элементов в левом верхнем углу окно 3 х 3 : x_o, x₁, x₇, x₈, причем горизонтальному отрезку соответствует высокий уровень на выходе 56 функции
f₁₄ = x_ox₇, вертикальному отрезку соответствует высокий уровень на выходе 57 функции
f₁₅ = x_ox₁, наклонному отрезку соответствует высокий уровень на выходах 58, 59 функций соответственно для левого
f₁₆ = x_ox₈,
для правого
f₁₇ = x₁x₇.

Блок 2 горизонтальной развертки представляет собой (N+1)-разрядный сдвиговый регистр, на выходах которого под воздействием сигналов от генератора тактовых импульсов поочередно появляется высокий уровень.

Первый 5, второй 6 и третий 7 блоки задержки представляют собой трехразрядные сдвиговые регистры.

Схема коммутатора 11 аналогична схеме К155КП7.

Фотоприемная матрица 1 содержит фотоприемные ячейки 60 и преобразователи 61 уровней, которые преобразуют сигналы адресных шин АШ_i((i=)) и шины стирания, например, из положительной ТТЛ-логики в отрицательную логику МДП-схем фотоматрицы. В качестве сигнала стирания информации фотоматрицы может использоваться импульс с (N+1)-го разряда блока 2 горизонтальной развертки или внешний сигнал стирания, подаваемый перед записью новой информации. Каждая фотоприемная ячейка 60 фотоматрицы содержит фотодиод Д и три МДП-транзистора Т₁, Т₂, Т₃. Транзистор Т₁ используется для стирания информации, транзистор 2 - в качестве усилителя, а транзистор Т₃ - для адресации ячейки. Стирание информации осуществляется подачей отпирающего напряжения на затвор транзистора Т₁. При этом барьерная емкость фотодиода Д, смещенного в обратном направлении, заряжается до напряжения питания E_п2. В течение времени записи емкость фотодиода разряжается либо фототоком, либо темновым током диода. Перепад напряжения на фотодиоде модулирует сопротивление канала транзистора Т₂. В течение времени считывания информация, записанная в фотоячейки, считывается отпирающим напряжением, подаваемым на затворы транзисторов Т₃. При этом высокому уровню оптического сигнала на входе ячейки соответствует низкий уровень выходного сигнала на разрядной шине РШ_i ((i= ))и наоборот.

Устройство для селекции элементов контурного изображения функционирует следующим образом.

Контурное изображение проецируется на матрицу 1 фотоприемных элементов. Блок 2 горизонтальной развертки поочередно возбуждает адресные шины АШ_i ((i= )) фотоприемной матрицы 1, в результате чего на ее разрядных шинах РШ_i ((i=)) имеется сигнал, соответствующий состоянию фотоэлементов выбранной адресной шины. Блок 3 вертикальной развертки поочередно подключает тройки разрядных шин фотоматрицы 1 к блокам 5, 6 и 7 задержки. На выходах блоков задержки имеют в первых разрядах сигнала от трех соседних элементов, развертываемых в данный момент t, во втором от трех элементов, развертываемых в момент времени t-1, в третьем от трех элементов, развертываемых в момент времени t-2, в результате чего реализуется бегущее окно 3х3 из девяти элементов. Сигналы с выходов блоков 5, 6, 7 задержки поступают на входы программируемой логической матрицы И-ИЛИ 8, которая по ним формирует выходные сигналы, позволяющие определять характер центральной точки окна.

Если освещен только центральный элемент окна, то фиксируется точка и на выходе 26 имеют высокий уровень, если помимо центрального элемента освещены один, два, три, четыре, пять, шесть, семь или восемь элементов, то фиксируются соответственно концевая, угловая, ветвления степени три, степени четыре, степени пять, степени шесть, степени семь и степени восемь точки и на выходах 14, 19-25 имеют высокий уровень сигнала соответственно, за исключением случая, когда освещены только три диагональных элемента. В этом случае фиксируется либо правый, либо левый наклоненный отрезок и на выходе 16 либо 18 соответственно имеют высокий уровень. Аналогично, если освещены элементы центрального столбца или центральной строки фиксируется вертикальный или горизонтальный отрезок и на выходе 15 или 17 соответственно имеют высокий уровень сигнала.

Выходные шины 14-26 соединены с информационными входами коммутатора 11, который в зависимости от поданного управляющего сигнала подключает выбранную шину к счетчику 12, позволяя тем самым производить выборочный подсчет выделяемых точек.

Сигналы с выходов 54-57 программируемой логической матрицы, вырабатываемые по результатам четырех левых верхних элементов окна, поступают на адресные входы блока 9 памяти. В случае наклонного участка изображения на выходе блока памяти присутствует сигнал кода при наличии горизонтального или вертикального участка, на соответствующих выходах блока памяти присутствует сигнал кода 1, которые суммируются в сумматоре 10. В результате в сумматоре получают значение, пропорциональное периметру контурного изображения.

В отличие от известных устройств в предлагаемом дополнительно выделяются концевые, угловые, точки ветвления степени три, степени четыре, степени пять, степени шесть, степени семь и степени восемь. Таким образом, функциональные возможности расширились примерно в 5 раз. При этом устройство содержит в 1,2-2 раза больше элементов (диодов, транзисторов) по сравнению с известными. Действительно, предлагаемое устройство содержит примерно L' ≈ 14N² + 10³ элементов, а известное (прототип) - L' ≈12N², где NxN - размер изображения. Следовательно, при N = 32 - 1024 получают L/L' ≈ 1,2-2.

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике. С целью повышения точности устройства в него введены блок задержки, генератор импульсов, коммутатор и счетчик. 4 ил.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЕЛЕКЦИИ ЭЛЕМЕНТОВ КОНТУРНОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ, содержащее матрицу фотоприемных элементов, выходы которой подключены к входам блока вертикальной развертки, первый и второй выходы которого соединены соответственно с информационными входами первого и второго блоков задержки, выходы которых подключены соответственно к первой и второй группам входов логической матрицы типа И-ИЛИ, первая группа выходов которой соединена с информационными входами блока памяти, выходы которого подключены к информационным входам сумматора, блок горизонтальной развертки, выходы которого соединены с входами матрицы фотоприемных элементов, отличающееся тем, что, с целью повышения точности устройства путем дополнительной селекции кольцевых и угловых точек контура, точек ветвления и расширения функциональных возможностей путем выборочного подсчета длины отрезков, в него введены третий блок задержки, генератор импульсов, коммутатор и счетчик, выход генератора импульсов соединен с синхровходами блоков горизонтальной и вертикальной развертки, первого - третьего блоков задержки, блока памяти, сумматора, коммутатора и счетчика, информационный вход третьего блока задержки подключен к третьему выходу блока вертикальной развертки, а выходы - к третьей группе входов логической матрицы типа И-ИЛИ, вторая группа выходов которой соединена с сигнальными входами коммутатора и является первой группой информационных выходов устройства, выход коммутатора подключен к счетному входу счетчика, выходы которого являются второй группой информационных выходов устройства, управляющие входы коммутатора являются управляющими входами устройства.