УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫДЕЛЕНИЯ ПРИЗНАКОВ ПРИ РАСПОЗНАВАНИИ ОБЪЕКТОВ Российский патент 2003 года по МПК G06K9/46 

Изобретение относится к метрологии, автоматике и технической кибернетике и может быть использовано при разработке систем автоматического анализа и классификации изображений.

Известно устройство для предварительной обработки подлежащего распознаванию изображения, содержащее фотоэлектрический преобразователь для сканирования исходного изображения, формирования сигналов по второму выходу и последовательных во времени электрических видеосигналов по первому выходу, с которым соединены последовательно соединенные схема для дискретизации видеосигналов, логическая схема по первому входу и набор счетчиков; со вторым выходом фотоэлектрического преобразователя соединены вход схемы для формирования позиционных сигналов, определяющих положение каждого двоичного видеосигнала на плоскости изображения, и вход памяти, использующей позиционные сигналы в качестве адресных, выход которой соединен со вторым входом логической схемы, а выход схемы для формирования позиционных сигналов соединен с одним из входов набора счетчиков [1].

Недостатком данного устройства является ограниченное число реализуемых операций и недостаточно высокая точность при обработке изображений.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для выделения признаков при распознавании объектов, содержащее фотоэлектрический преобразователь, первый и второй формирователи позиционных сигналов, первый, второй и третий коммутаторы, схему дискретизации видеосигналов, временное устройство, память, логическую схему И, счетчик, причем выход второго формирователя позиционных сигналов соединен со вторым входом второго коммутатора, первый вход которого соединен с выходом первого формирователя позиционных сигналов, третий вход - с первым выходом временного устройствами и входом первого коммутатора, а выход соединен со вторым входом третьего коммутатора, первый вход которого соединен с выходом фотоэлектрического преобразователя матричного типа, выход третьего коммутатора соединен со входом схемы дискретизации видеосигналов, первый вход памяти соединен с выходом первого коммутатора, второй вход - с выходом схемы дискретизации видеосигналов, третий вход - со вторым выходом временного устройства, четвертый вход - с третьим выходом временного устройства и первым входом счетчика, а выход памяти соединен с первым входом логической схемы И, выход которой соединен со вторым входом счетчика, четвертый выход временного устройства соединен со вторым входом логической схемы И, выход счетчика является выходом устройства [2].

Недостатком такого устройства является низкая вероятность распознавания изображений из-за небольшого числа признаков, которые позволяют выделить данное устройство.

Задачей предлагаемого изобретения является расширение возможностей при распознавании изображения, повышение вероятности распознавания за счет определения дополнительного признака изображения - степени неоднородности яркости поверхности объекта с локальным контрастом.

Поставленная задача достигается тем, что в устройство для выделения признаков при распознавании объектов, содержащее фотоэлектрический преобразователь, первый и второй формирователи позиционных сигналов, первый, второй и третий коммутаторы, схему дискретизации видеосигналов, временное устройство, память, логическую схему И, счетчик, причем выход второго формирователя позиционных сигналов соединен со вторым входом второго коммутатора, первый вход которого соединен с выходом первого формирователя позиционных сигналов, третий вход - с первым выходом временного устройства и входом первого коммутатора, а выход соединен со вторым входом третьего коммутатора, первый вход которого соединен с выходом фотоэлектрического преобразователя матричного типа, выход третьего коммутатора соединен со входом схемы дискретизации видеосигналов, первый вход памяти соединен с выходом первого коммутатора, третий вход - со вторым выходом временного устройства, четвертый вход - с третьим выходом временного устройства и первым входом счетчика, а выход памяти соединен с первым входом логической схемы И, выход которой соединен со вторым входом счетчика, четвертый выход временного устройства соединен со вторым входом логической схемы И, дополнительно введены третий формирователь позиционных сигналов и четвертый коммутатор, причем выход третьего формирователя позиционных сигналов соединен со вторым входом четвертого коммутатора, первый вход которого соединен с выходом схемы дискретизации видеосигналов, третий вход - с четвертым выходом временного устройства и вторым входом логической схемы И, а выход - со вторым входом памяти.

Положительный эффект обеспечивается за счет подсчета количества N сигналов с разными амплитудами с дискретных элементов изображения поверхности выделенного объекта. Величина N соответствует количеству градаций уровня яркостей (цветов на многоцветном изображении) на поверхности выделенного объекта, отсутствующих на окружающем фоне, и характеризует степень неоднородности яркости поверхности объекта с локальным контрастом.

Данное техническое решение поясняется чертежом, где изображена блок-схема предлагаемого устройства.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Фотоэлектрический преобразователь матричного типа (6) принимает оптические сигналы с поля зрения, содержащего искомый объект, осуществляет преобразование оптических сигналов в электрические видеосигналы и разбиение изображения сюжета на дискретные элементы. Производят последовательный просмотр сигналов с элементов матрицы фотоэлектрического преобразователя электронным окном в виде рамки фона, внутри которой в центре находится электронное окно изображений объекта (ОИО), причем размеры окна изображения объекта соизмеримы с размерами изображения объекта.

Для этого при подаче питания сигнал с первого выхода временного устройства 10 поступает на вход 3 коммутатора 2 (4) и устанавливает его в положение, когда на второй вход коммутатора 3 (7) через второй вход и выход коммутатора 2 поступают адреса ОИО, определенные во втором формирователе позиционных сигналов ОИО 2 в соответствии с законом сканирования, а коммутатор 1 (3) устанавливается в состояние "1", при котором с его выхода на первый вход памяти 11 поступает сигнал "1".

На втором выходе временного устройства формируется сигнал записи памяти, поступающий на 3-ий вход памяти, разрешающий запись информации. На третьем выходе временного устройства возникает импульс, устанавливающей устройство в начальное состояние: сброс (запись "0" во все элементы) по 4-ому входу памяти и первому входу счетчика 13. Сигнал "0" с четвертого выхода временного устройства поступает на второй вход логической схемы (12), являющейся схемой И, и блокирует работу счетчика, а также на третий вход коммутатора 4 (9), при этом устанавливает его в состояние, при котором на второй вход блока памяти поступают сигналы с выхода схемы дискретизации видеосигналов 8.

На матрицу фотоэлектрического преобразователя проецируется анализируемое изображение. По адресам, поступающим из второго формирователя позиционных сигналов через коммутатор 2 на второй вход коммутатора 3, коммутатор 3 подключает элементы матрицы фотоэлектрического преобразователя, принадлежащие ОИО, к схеме дискретизации видеосигналов 8, в котором осуществляется преобразование аналогового сигнала с фотоэлектрического преобразователя в цифровой код. В памяти происходит запись уровня "1", действующего на ее первом входе с выхода коммутатора 1, по адресам, поступающим на второй вход памяти с выхода схемы дискретизации видеосигналов через коммутатор 4. В результате опроса элементов ОИО в памяти по адресам, равным амплитудам сигналов с элементов матрицы фотоэлектрического преобразователя, соответствующих ОИО, записаны "1", т.е. через значения адресов памяти определены значения амплитуд сигналов ОИО.

По окончании опроса элементов ОИО на первом выходе временного устройства появляется импульс опроса элементов рамки фона, который поступает на третий вход коммутатора 2 и переключает его состояние в режим соединения первого формирователя позиционных сигналов рамки фона (1) со вторым входом коммутатора 3, а коммутатор 1 в состояние "0".

Из дискретных элементов окна изображения объекта исключают элементы со значениями сигналов, которые присутствуют среди сигналов с дискретных элементов рамки фона. Этой операцией выделяют сигналы с изображения объекта, имеющего знакопеременный контраст относительно окружающего фона и размеры, соответствующие размерам искомого объекта.

Для этого по адресам, поступающим на второй вход коммутатора 3 из первого формирователя позиционных сигналов через коммутатор 2, коммутатор 3 подключает к схеме дискретизации видеосигналов элементы матрицы фотоэлектрического преобразователя, принадлежащие рамке фона. После схемы дискретизации видеосигналов на втором входе памяти появляются значения адресов рамки фона, по которым действующий на первом входе уровень "0" записывается в память. При этом меняется состояние только тех ячеек памяти, в которые на предыдущем этапе (опросе элементов ОИО) была записана "1", т.е. из памяти стирается информация по адресам, выраженным амплитудами сигналов, одинаковыми для ОИО и рамки фона.

По окончании опроса элементов рамки фона в память записана "1" только по тем адресам, значения которых равны значению амплитуд сигналов с элементов ОИО и отсутствуют среди амплитуд с элементов рамки фона. Для определения искомой величины признака - степени неоднородности яркости поверхности объекта с локальным контрастом - подсчитывается количество единиц, хранящихся в памяти.

Одновременно с окончанием опроса элементов рамки фона на 3-ем входе памяти появляется сигнал чтения со второго выхода временного устройства, на 4-ом выходе временного устройства формируется "1", поступающая на второй вход логической схемы И, и разрешает счетчику счет единичных импульсов, приходящих на его второй вход. Сигнал логической "1" с 4-ого выхода временного устройства также поступает на третий вход коммутатора 4, который соединяет выход третьего формирователя позиционных сигналов 5 со вторым входом памяти. На ее второй вход последовательно поступают адреса, соответствующие амплитудам сигналов в диапазоне разрядности схемы дискретизации видеосигналов.

Если на втором входе памяти возникает импульс с амплитудой, равной адресу ячейки памяти, в которой хранится "1", с выхода памяти положительный импульс поступает на первый вход логической схемы И, и с ее выхода на второй вход счетчика, где производится подсчет единичных импульсов.

Счетчик может быть выполнен, например, на микросхеме К155ИЕ2, логическая схема И - К155ЛА1, коммутаторы - К176КТ1, память - К155РУ5, схема дискретизации - аналогово-цифровой преобразователь К1107 ПВ1, фотоэлектрический преобразователь может быть выполнен, например, на ПЗС матрице [3], временное устройство - как таймер 555 [4], а формирователи позиционных сигналов - аналогично прототипу [2].

Таким образом, использование предлагаемого устройства позволяет выделять дополнительный признак изображения объекта - степени неоднородности ярости поверхности объекта с его локальным контрастом, что повышает вероятность распознавания объекта.

Заявляемое устройство для выделения признаков при распознавании изображений объектов проверены с большой эффективностью в комплексе "Гермес", "Клевок-Д".

Источники информации
1. А. з. Япония N 64-6508, кл. G 06 F 15/64, 15/66, G 06 K 9/20, 9/36 - аналог.

2. Патент на изобретение РФ N 2173880 от 20.09.2001, кл. G 06 К 9/46 - прототип.

3. Л.И. Хромов, Н.В. Лебедев, А.К. Цыцулин, А.Н. Куликов. Твердотельное телевидение. М.: Радио и связь, 1986.

4. М. Тули. Справочное пособие по цифровой электронике. М.: Энергоиздат, 1990, с. 36-40.

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано для автоматического анализа изображений. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей. Устройство содержит фотоэлектрический преобразователь, формирователи позиционных сигналов, коммутаторы, схему дискретизации видеосигналов, временное устройство, память, логическую схему И и счетчик. 1 ил.

Устройство для выделения признаков при распознавании объектов, содержащее фотоэлектрический преобразователь, первый и второй формирователи позиционных сигналов, первый, второй и третий коммутаторы, схему дискретизации видеосигналов, временное устройство, память, логическую схему И, счетчик, причем выход второго формирователя позиционных сигналов соединен со вторым входом второго коммутатора, первый вход которого соединен с выходом первого формирователя позиционных сигналов, третий вход - с первым выходом временного устройства и входом первого коммутатора, а выход соединен со вторым входом третьего коммутатора, первый вход которого соединен с выходом фотоэлектрического преобразователя матричного типа, выход третьего коммутатора соединен со входом схемы дискретизации видеосигналов, первый вход памяти соединен с выходом первого коммутатора, третий вход - со вторым выходом временного устройства, четвертый вход - с третьим выходом временного устройства и первым входом счетчика, а выход памяти соединен с первым входом логической схемы И, выход которой соединен со вторым входом счетчика, четвертый выход временного устройства соединен со вторым входом логической схемы И, отличающееся тем, что в него введены третий формирователь позиционных сигналов и четвертый коммутатор, причем выход третьего формирователя позиционных сигналов соединен со вторым входом четвертого коммутатора, первый вход которого соединен с выходом схемы дискретизации видеосигналов, третий вход - с четвертым выходом временного устройства и вторым входом логической схемы И, а выход - со вторым входом памяти.