Устройство распознавания образов Российский патент 2021 года по МПК G06K9/20 

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники, в частности к распознаванию образов и может быть использовано при распознавании изображений морских наземных объектов по информации от видео камеры, установленной на беспилотном летательном аппарате. Техническим результатом является обеспечение повышение вероятности правильного распознавания в условиях ограничений по времени поиска заданных объектов.

Известно устройство мгновенного распознавания изображений включающее в себя компьютер, запоминающее устройство, распознающий блок (РБ), многоканальный генератор импульсов, управляемый компьютером, подключенный к входным выводам РБ, считывающее устройство компьютера, подключенное к выходным выводам РБ (US 2308081, G06К 9/68, 2007).

Однако недостатком этого устройства является следующее ограничение: на распознавание могут подаваться только изображения, уже сохраненные в качестве эталонов. На практике же распознаваемое изображение, как правило, не дублирует ни один эталон, поэтому требуется выделять эталон, наиболее близкий к распознаваемому изображению (в смысле некоторой метрики).

Известно устройство для распознавания изображений лиц. Оно содержит последовательно соединенные видеокамеру (с двумя блоками освещения), аналого-цифровой преобразователь (АЦП), блок нормализации, блок выделения признаков (для детектирования лица на изображении), блок распознавания (состоящий из блока памяти эталонов, блока выбора эталонов для сравнения, блока измерения сходства входного изображения и эталона и блока принятия решения об останове перебора) и блок принятия решения для аутентификации пользователя (US 6882741, G06К 9/00, 2005).

Недостатком этого устройства является тот факт, что оно поочередно сравнивает характеристики изображения распознаваемого объекта с характеристиками изображений эталонов, что требует при большом количестве эталонов большого времени распознавания и не позволяет устройству работать в режиме реального времени.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ распознавания образа, устройство распознавания образов (RU 2487408, G06K 9/46, G06K 9/62, 2010 г.). Устройство распознавания образов содержит: видеокамеру, блок памяти для хранения опорных значений областей изображения, процессор, включающий блок дискретизации для разделения принятого изображения на области для взятия выборок от части пикселов каждой области, вычислитель опорных значений для области на основе выборок, блок сравнения опорных значений принятого изображения с опорными значениями хранящихся в памяти, индикатор распознанного образа.

Недостатком данного устройства является не возможность последовательно накапливать информацию об объектах распознавания с учетом приближения видеокамеры к объектам распознавания (например, при размещении ее на летательном аппарате) и выдавать информацию о классе объекта при получении достаточной информации об опорных признаках в кратчайшее время.

Задачей заявляемого изобретения является уменьшение времени на процесс распознавания с сохранением высокой достоверности распознавания по мере приближения к объекту распознавания.

Технический результат заявляемого устройства заключается распознавании класса обнаруженного объекта в реальном масштабе времени после накопления достаточной информации, позволяющей по вычисленной апостериорной вероятности отнести его к одному из классов.

Указанный технический результат заявляемого изобретения, позволяющий решить поставленную задачу, достигается тем, что в известное устройство распознавания образов, содержащее видео камеру, блок памяти для хранения опорных значений областей изображения, процессор, содержащий блок дискретизации для разделения принятого изображения на области для взятия выборок от части пикселов каждой области, вычислитель опорных значений для области на основе выборок, блок сравнения опорных значений принятого изображения с опорными значениями, хранящихся в памяти, индикатор распознанного образа введены блок хранения априорных вероятностей появления классов объектов, блок вычисления апостериорных вероятностей принадлежности объектов, блок сравнения апостериорных вероятностей с заданным порогом.

Введение вышеперечисленных блоков позволяет распознавать классы обнаруженных объектов по мере приближения видеокамеры к объектам на основе вычисления апостериорных вероятностей принадлежности объектов к условным классам.

Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежом, на фиг. 1, где представлена структурная схема устройства распознавания образов.

Устройство распознавания образов включает видео камеру 1, блок дискретизации 2, вход которого соединен с выходом видео камеры 1, вычислитель 3, вход которого соединен с выходом блока дискретизации 2, блок памяти 4, блок сравнения 5, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходом блока дискретизации 2 и выходом вычислителя 3, а третий вход соединен с выходом блока памяти 4, блок хранения априорный вероятностей появления классов объектов 6, блок вычисления апостериорных вероятностей принадлежности объетов 7, первый вход которого соединен с выходом блока сравнения 5, второй вход с выходом блока хранения априорных вероятностей появления классов объектов 6, а выход соединен с входом блока хранения априорных вероятностей появления классов объектов 6, блок сравнения апостериорных вероятностей с заданным порогом 8, вход которого соединен с выходом блока вычисления апостериорных вероятностей принадлежности объектов 7, индикатор распознанного образа 9, вход которого соединен с выходом блок сравнения апостериорных вероятностей с заданным порогом 8.

Блок-схема предлагаемого устройства приведена на чертеже.

Сущность работы устройства заключается в использовании метода последовательного распознавания [А.К. Розов Нелинейная фильтрация. СПб. Политехника, 1994. 387 с, стр. 40-41] основанного на вычислении апостериорных вероятностей принадлежности объектов к различным классам в соответствии с байесовским правилом, использовании информации о последних наблюдениях за объектами, обновлении априорных вероятностей появления объектов различных классов и принятия решения о классах объектов на основе сравнения полученных апостериорных вероятностей с заданным порогом.

Устройство работает следующим образом. На первой итерации процесса изображения объектов, подлежащих распознаванию от видно камеры 1 поступают в блок дискретизации 2, где принятые изображения разделяются на области, полученные позиционные данные положения областей (POS), поступают на первый вход блока сравнения 5 и на вычислитель 3, где формируются опорные значения для областей (REF), содержащих части подлежащего распознаванию образа, которые поступают по второму входу на блок сравнения 5. В блоке памяти 4 хранятся эталонные для областей опорные значения (REF) и позиционные данные положения областей (POS). В блоке сравнения 5 производится сравнение эталонных для областей опорных значений (REF) с полученными из принятого изображения опорными значениями (REF). В результате сравнения в блоке 5 вычисляется относительное количество совпадений (P_ic), полученных опорных значений из принятого изображения (REF) с эталонными опорными значениями (REF) для i-го класса объектов по формуле:

где R_c - количество совпавших опорных значений пикселов принятого изображения (REF) и эталонного опорного изображения для i-го класса объектов;

R_э - общее количество эталонных опорных значений (REF) для i-го класса объектов.

С точки зрения теории вероятности величину (P_ic) можно принять как вероятность принадлежности принятого изображения объекта к i-y классу объектов.

В блоке 7 вычисляются апостериорные вероятности принадлежности обнаруженного объекта к каждому из условных классов объектов (при числе классов равным М) на основании формулы Байеса имеем:

где - апостериорная вероятность принадлежности обнаруженного объекта к i-у условному классу объектов после первой итерации;

P_i - априорная вероятность обнаружения объекта i-го класса, i=1, …М.

Априорные вероятности обнаружения объектов всех М классов (P_i) хранятся в блоке хранения априорных вероятностей появления классов объектов 6 и поступают в блок 7 по второму входу. Для первоначального шага (итерации) работы устройства распознавания априорные вероятности обнаружения (появления) объектов каждого i-го класса могут быть рассчитаны исходя из количества объектов различных классов по формуле:

где К_i - количество объектов i-го класса;

К_Σ - общее количество объектов всех классов.

После первого наблюдения и вычисления апостериорных вероятностей принадлежности обнаруженного объекта к каждому из условных классов объектов в блоке 7 полученные апостериорные вероятности принадлежности обнаруженного объекта к каждому из условных классов объектов присваиваются априорным вероятностям обнаружения (появления) объектов каждого i-го класса:

После второго наблюдения апостериорные вероятности принадлежности обнаруженного объекта к каждому из условных классов объектов соответственно вычисляются с учетом новых априорных вероятностей принадлежности принятого изображения объекта i-у классу объектов:

где - апостериорная вероятность принадлежности обнаруженного объекта к i-y условному классу объектов после второй итерации;

вероятность принадлежности принятого изображения объекта к i-y классу объектов после второй итерации (наблюдению).

По мере приближения носителя (самолета или беспилотного летательного аппарата) с видеокамерой 1 к объектам наблюдения производится ряд повторных наблюдений, соответственно для каждой n-й итерации формируются изображения объектов распознавания, вычисляются апостериорные вероятности принадлежности принятого изображения объекта к i-у классу объектов в блоке 7 по формуле:

В блоке 8 на каждой n-й итерации процесса распознавания производится сравнение вычисленных апостериорных вероятностей принадлежности принятого изображения объекта к каждому из М классов объектов с порогом Г по формуле:

где Г - пороговое значение.

При выполнении условия одного из неравенств, (для i-o класса) принимается решение о принадлежности полученного изображения к соответствующему i-y классу. При этом индикатор распознанного образа 9 соответственно фиксирует и запоминает факт принадлежности полученного изображения к i-y классу объектов.

Изобретение относится к устройству распознавания образов. Технический результат заключается в повышении точности распознавания объектов. Устройство содержит видео камеру, блок памяти для хранения опорных значений областей изображения, процессор, включающий блок дискретизации для разделения принятого изображения на области для взятия выборок от части пикселов каждой области, вычислитель опорных значений для области на основе выборок, блок сравнения опорных значений принятого изображения с опорными значениями хранящихся в памяти, индикатор распознанного образа, выход видео камеры соединен с входом блок дискретизации, выход которого соединен с входом вычислителя, первый и второй входы блока сравнения опорных значений принятого изображения с опорными значениями хранящихся в памяти соединены соответственно с выходом блока дискретизации и выходом вычислителя, выход блока памяти соединен с третьим входом блока сравнения опорных значений принятого изображения с опорными значениями хранящихся в памяти, выход блока сравнения опорных значений принятого изображения с опорными значениями хранящихся в памяти соединен с входом индикатора распознанного образа, при этом в процессор введены блок вычисления апостериорных вероятностей принадлежности объектов, блок сравнения апостериорных вероятностей с заданным порогом, блок хранения априорных вероятностей появления классов объектов, вход которого соединен с первым выходом блока вычисления апостериорных вероятностей принадлежности объектов, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходом блока сравнения опорных значений принятого изображения с опорными значениями хранящихся в памяти и выходом блока хранения априорных вероятностей появления классов объектов, второй выход блока вычисления апостериорных вероятностей принадлежности объектов соединен с входом блока сравнения апостериорных вероятностей с заданным порогом, выход которого соединен с индикатором распознанного образа. 1 ил.

Устройство распознавания образов, содержащее видеокамеру, блок памяти для хранения опорных значений областей изображения, процессор, включающий блок дискретизации для разделения принятого изображения на области для взятия выборок от части пикселов каждой области, вычислитель опорных значений для области на основе выборок, блок сравнения опорных значений принятого изображения с опорными значениями хранящихся в памяти, индикатор распознанного образа, выход видео камеры соединен с входом блок дискретизации, выход которого соединен с входом вычислителя, первый и второй входы блока сравнения опорных значений принятого изображения с опорными значениями хранящихся в памяти соединены соответственно с выходом блока дискретизации и выходом вычислителя, выход блока памяти соединен с третьим входом блока сравнения опорных значений принятого изображения с опорными значениями хранящихся в памяти, выход блока сравнения опорных значений принятого изображения с опорными значениями хранящихся в памяти соединен с входом индикатора распознанного образа, отличающееся тем, что в процессор введены блок вычисления апостериорных вероятностей принадлежности объектов, блок сравнения апостериорных вероятностей с заданным порогом, блок хранения априорных вероятностей появления классов объектов, вход которого соединен с первым выходом блока вычисления апостериорных вероятностей принадлежности объектов, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходом блока сравнения опорных значений принятого изображения с опорными значениями хранящихся в памяти и выходом блока хранения априорных вероятностей появления классов объектов, второй выход блока вычисления апостериорных вероятностей принадлежности объектов соединен с входом блока сравнения апостериорных вероятностей с заданным порогом, выход которого соединен с индикатором распознанного образа.