Устройство для распознавания объектов на двумерном поле Советский патент 1983 года по МПК H04N7/18 H04N5/14 

Изобретение относится к технике автоматического анализа изображений и может бйТь использовано в области телевидения, радиолокации, дефектоскопии, вычислительной и измерительной техники для автоматического вы- деления объектов на двумерном поле,

Основной технической характерис-т тиной систем анализа изображений является чувствительность. Для повышения чувствительности в большинстве случаев применяется компенсация паразитного сигнала неравномерности фона видеосигнала и, следовательно, в прямой зависимости от точности компенсации находится чувствительность устройств для распознавания объектов на двумерном поле. В этих системах компенсация сигнала неравномерности фона видеосигнала осуществляется в основном двумя методами. По первому методу формируют компенсирующий сигнал либо с помощью аналоговых генераторов компенсирующего сигнала специальной формы, либо путем низкочастотной фильтрации паразитного сигнала неравномерности фона из передаваемого видеосигнала.

Известно устройство для распознавания объектов, содержащее блок введения компенсирующего сигнала, источник компенсирующих сигналов и суммирующий каскад. В этом устройстве формируется объединенный компенсирующий сигнал путем суммирования с определенными весами пилообразных и чпараболических напряжений строчной и кадровой частот с источника компенсирующих сигналов 1. Объединенный компенсирующий сигнал подается на управляющий вход блока введения компенсирующего сигнала, и изменяет его коэффициент передачи по отношению к видеосигналу, подаваемому на его вход от датчика видеосигнала, таким образом, чтобы скомпенсированный видеосигнал на выходеблока введения компенсирующего сигнала имел постоянную а чплиту ду при условии, что датчик видеосиг нала развертывает белый фон.

Известно также устройство для распознавания объектов, содержащее селектор синхроимпульсов, фильтр ниж них частот, линию задержки, дифференциальный усилитель и оконечный преобразователь видеосигнала С2.

На вход данного устройства поступает видеосигнал, который содержит вредный паразитный сигнал, представляющий собой неравномерность фона датчика видеосигнала. Для формирования компенсирующего сигнала из видеосиг.нала вырезаются селектором сйнхро импульсов синхронизирующие и гася.щие импульсы и затем с помощью фильтра выделяютая низкочастотные состав.ляющие. Путем суммирования на дифференциальном усилителе полученного таким образом компенсиругадего сигнала с задержанным передаваемым видеосигналом компенсируют исходную неравномерность фона видеосигнала.

Недостатком описанных устройств является низкая точность компенсации сигнала неравномерности фона видеосигнала, обусловленная тем, что, вопервых, трудно реализовать аппаратурно аналоговые генераторы компенсирующего сигнала сложной формы, а, вовторых, при фильтрации паразитного сигнала происходит компенсация соответствующих спектральных составляющих и полезного сигнала.

По второму методу компенсирующий сигнал формируется табличным способом путем взятия отчетов сигнала неравномерности фона в опорных точках и запоминания этих отсчетов в ячейках блока памяти. Подобный метод обеспечивает высокую точность компенсации .

Известно устройство для распознавания объектов на двумерном поле, содержащее последовательно соединенные задающий генератор, первый счетчик, второй счетчик, блок памяти, цифро-аналоговый преобразователь, сумматор и аналого-цифровой преобразователь, датчик видеосигнала, выход которого подключен ко второму входу сумматора, а первый и второй входы соединены с первым выходом первого счетчика и вторым выходом второго счетчика соответственно, а также коммутатор, выход которого подключен ко вторым входам цифро-аналогового преобразователя и блока памяти, третий вход которого соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, второй выход первого счетчика подключен ко второму входу аналого-цифрового преобразователя и третьему входу цифро-аналогового преобразователя, третий выход первого счетчика соединен с четвертым входом блока памяти С31.

Данное устройство формирует ступенчато-интерполированный корректирующий сигнал по дискретным во времени значениям паразитного сигнала неравномерности фона в опорных точках, который далее подается на сумматор, где вычитается из видеосигнала. Вследствие этого в компенсированном видеосигнале на выходе сумматора присутствует помеха дискретизации. Это является существенным недостатком устройств анализа изображений с калым соотношением сигнал - шум. В этих устройствах для выделения сигнала используется синхронное накопление сигнала, например, на запоминающих электронно-лучевых трубках. Так как помеха дискретизации синхронна с полезным сигналом, то при накоплении в равной степени с полезным сигнало будет выделяться и помеха дискретиз ции, которая сильно маскирует слабы сигналы для наблюдателя и тем самым снижает чувствительность системы анализа в целом. Известно устройство для распознавания объектов на двумерном поле, 1 содержащее последовательно соединенные телевизионный датчик-сумматор, ;аналого-цифровой преобразователь, первый блок памяти, и цифро-аналоговый преобразователь, выход которого подключен ко второму входу сумматора, последовательно соединенные блок десинхронизации и синхронизатор первый и второй выходы которого подключены соответственно к первому и второму адресным входам первого блока памяти, а третий выход - к синхро входам преобразователя; блок ущзавления, выход которого соединен с управляющими входами первого и второ го блоко памяти и цифро-аналогового преобразователя, первый синхровход второго блока памяти подключен ко второму выходу телевизионного датчика и к первому входу блока десинхр низации, второй синхровход - к треть му выходу телевизионного датчика и ко второму входу блока Десинхронизации, а сигнальный вход соединен с выходом суглматора, выход второго бло ка памяти Подключен ко входу решающего блока. В данном устройстве на этапе калибровки, при формировании сигнала от равномерного фона, берутся отсчеты паразитного сигнала нерав номерности фона видеосигнала путем аналого-цифрового преобразования его в опорных точках развертываемой области. По запомненным в первом блоке памяти отсчетам формируется . на выходе цифро-аналогового преобразователя ступенчато-интерполированный компенсирующий сигнал, который в рабочем режиме при анализе изображений вычитается в сумматоре из анализируемого видеосигнала. Компенсированный видеосигнал с выхода сумматора подается для синхронного чакопления на второй блок- памяти. В этом устройстве повышена чувствитель ность распознавания объектов на двумерном поле, за счет уменьшения в на копленном видеосигнале амплитуды помехи дискретизации по отношению к амплитуде сигналов от объектов. Это достигается за счет того, что с по мощью блока десинхронизации, воздействующего через синхронизатор на ад;ресные входы первого блока памяти, I осуществляется от кадра к кадру несин;хронное с разверткой датчика видеосигнала счиуывание отсчетов паразитного сигнала неравномерности фона видеосигнала. Поэтому при компенсации неравномерности фона проводится дисинхронизация от кадра к кадру вводимого компенсирующего сигналу относительно анализируемого видеосигнала в пределах базового участка разбиения. Тем самым достигается .несинхронность помехи дискретизации анализируемому сигналу в компенсируемом видеосигнале, и- не происходит ее столь эффективного накопления по сравнению с сигналом, т.е. снижается ее уровень 4). Однако такое устройство характеризуется недостаточно высокой чувствительностью, так как в нем осуще--- / ствляется несинхронное введение компенсирующего сигнала относительно анализируемого. В связи с этим от кадра к кадру форма компенсирующего сигнала отличается от оптимальной, так как на этапе .калибровки были запомнены отсчеты компенсирующего сигнала при определенном фиксированном расположении опорных точек относительно развертываемой области. Поэтому понижается точность компенса- . ции, т.е. увеличивается сигнал остаточной неравномерности фона в компенсированном видеосигнале. Имея-величину, сравнимую или значительно превышакнцую амплитуду анализируемого (полезного) сигнала, сигнал остаточной неравномерности фона в компенсированном видеосигнале уменьшает эффективность использования динамического диапазона видеосигнала, затрудняет пороговую обработку и уменьшает тем самым чувствительность систели выделения объектов на двумерном поле. Кроме того, применяемый для синхронного накопления ког/шенсированного видеосигнала второй блок памяти имеет собственный сигнал неравномерности фона видеосигнала, величина которого также ограничивает чувствительность устройства в целом. Целью изобретения является повышение чувствительности. Для достижения указанной цели в устройство для распознавания объектов на двумерном поле, содержащее последовательно соединенные телевизионный датчик и первый сумматор,блок управления, первый и второй выходы которого подключены к управляющий входам соответственно первого и второго блоков памяти, синхронизатор, первый вход которого соединен со вторым выходом телевизионного датчика и первым синхровходом второго блока памяти, а второй вход - . с третьим выходом телевизионного датчика и вторым синхровходом второго блока .памяти, сигнальный вход которого соединен с выходом первого сумматора, при этом первый, второй и третий выходы синхронизатора подключены соответственно к первому, второму адресным входам первого бло ка памяти и к синхровхрду аналогоцифрового преобразователя, а также решающий -блок, введены последовательно соединенные первый ключ,,вход которого подключен к выходу первого сумматора, и элемент ИЛИ, выход которого подключен к сигнальному входу аналого-цифрового преобразователя, первый и второй интерполяторы, синхровходы которых соединены с третьим выходом синхронизатора, а управляющие входы - со вторым и третьим выходами блока упр ления соответственно, последователь но соединенные второй сумматор, пер вый и второй входы которого подключены к выходам второго блока и второго интерполятора соответственно, и второй ключ,, выход которог подключен ко второму входу элемента ИЛИ, третий и четвертый ключи, первый вход каждого из которых под ключен к выходу аналого-цифрового преобразователя, третий блрк памяти первый и второй адресные входы кото рого соединены с первым и вторым вы дами синхронизатора соответственно, управляющий вход - с управляющими входами второго, четвертого ключей и четвертым выходом блока управлени сигнальный вход - с выходом четвертого ключа, а выход третьего блока памяти соединен с сигнальным входом второго интерполятора, первый выход блока управления подключен к управляющим входам первого и третьего ключей, выход первого интерполятора соединен со вторым входом первого сумматора, выход второго сумматрра подключен к входу решающего блока, fL ВЫХОД третьего ключа соединен с сигнальным входом первого блока памяти, выход которого подключен к си нальному входу первого интерполятора. На чертеже изображена структурная схема предложенного устройства. Устройство содержит телевизионный датчик 1, первый сумматор 2, первый (КЛЮЧ 3, элемент ИЛИ 4, аналого-цифровой преобразователь 5, первый бло б памяти, первый интерполятор 7, вто рой блок 8 памяти, второй сумматор 9, второй ключ 10, блок 11 управления/ третий ключ 12, второй интерполятор 13, четвертый ключ 14, третий блок 15 памяти, синхронизатор 16 и решающий блок 17. Устройство работает следующим образом. Работу устройства можно разбить на три последовательных во времени этапа,задаваемых командами с блока 11 управления; первый этап - калибровка первого компенсирующего сигнала; второй этап - калибровка второго компенсирующего сигнала, третий этап - рабочий, выделение объектов на двумерном поле. На первом этапе видеосигнал с выхода телевизионного датчика, представляющий собой одномерную реализг.цию двумерного поля, на котором во время рабочего этапа предъявляются для анализа объекты, подается на один вход первого сумматора 2. При этом подача первого компенсирующего сигнгша с выхода первого интерполятора 7 на второй (вычитающий) вход первого сумматора 2 запрещается командой, поступающей ео второго выхода блока 11, на управляющий вход первого интерполятора 7. Паразитный сигнал неравномерности фона видеосигнала с выхода первого сумматора 2 подается на вход первого ключа 3, который открыт командой, поступающей на его управлякхдий вход с первого выхода блока 11. Прошедший первый ключ 3 сигнал неравномерности фона видеосигнала через элемент ИЛИ 4 поступает на сигнальный вход аналого-цифрового преобразователя 5, на синхровход которого подаются синхроимпульсы, временное положение которых соответствует моментам прохождения развертывающего луча через выбранные опорные точки; равномерно распределенные на развертываемой области. На выходе аналого-цифрового преобразователя 5 формируются в цифровом коде отсчеты паразитного сигнала неравномерности фона видеосигнала в опорных точках. Эти отсчеты поступают через третий ключ 12, который открыт командой, подаваемой на его управляющий вход с первого выхода блока 11, на сигнальный вход первого блока 6 памяти. На управляющий вход первого блока 6 памяти поступает с первого выхода блока 11 команда, разрешающая запись отсчетов в соответствующие ячейки первого блока б памяти, число которых равно числу опорных точек. Выбор ячеек первого блока б памяти при записи значений первого компенсирующего сигнал.а определяется числовыми кодами, поступающими на первый и второй адресные входы первого бло- . ка б памяти с первого и второго выходов синхронизатора 16 соответственно. При этом смена кодов на первом и втором выходах синхронизатора 16 жестко синхронизирована с разверткой телевизионного датчика в строчном и кадровом направлениях соответственно путем подачи со второго и третьего выходов телевизионного датчика строчных и кадровых синхроимпульсов. После записи всех отсчетов первого коглпенсирукнцего сигнала в ячейки первого блока б памяти заканчивается первый этап работы устройства - калибровка первого компенсирующего сигнала. При этом закрываются первый и третий ключи 3, 12 и преращается запись отсчетов в первый блок б памяти путем подачи на лх управляющие входы команды с первого выхода блока 11.

На втором этапе работы устройства разрешается формирование первого компенсирующего сигнала первым интерполятором 7 командой, поступающей на его управляющий вход со второго выхода блока 11. Первый интерполятор 7 воспроизводит в аналоговом виде первый компенсирующий сигнал в промежутных точках между опорными. Для этого с первого блока 6 памяти считываются синхронно с разверткой отсчеты первого компенсирующего сигнала одновременно для четырех соседних опорных точек, между которыми расположен развертывающий луч. Счи.тываемые такими группами отсчеты подаютЪя на вход первого интерполятора 7, который формирует объединенный аналого-цифровой компенсирующий сигнал для каждой точки развертываемой области, который представляет сОбой взвешенную сумму отсчетов компенсирующих сигналов от четырех соседних точек с весами, пропорциональными расстояниям от данной точки до этих опорных точек. Таким образом, первый интерполятор 7 при формировании первого компенсирующего сигнала peaлизует двумерную линейную интерполяцию его отсчетов в опорных точках на промежуточные точки. Первый компенси

;рующий сигнал вычитается в первом сумматоре 2 из видеосигнала, компенсируется тем самым паразитный сигнал неравномерности фона видеосигнала от телевизионного датчика. Примененная В предлагаемом устройстве двумер ная линейная интерполяция при формировании первого компенсирующего сигнала позволяет уменьшить амплитуду помехи дискретизации в компенсированном видеосигнале, на выходе первого сумматора 2 по сравнению с известным методом использования ступенчатой интерполяции с помощью цифроаналогового преобразователя, однако не устраняет ее полностью. Кроме помехи дискретизации в компенсированно видеосигнале присутствует также паразитный сигнал остаточной н скомпенсированной) неравномерности фона видеосигнала из-за конечной (ограниченной) точности взятия отсчетов. Перечисленные паразитные сигналы хотя и имеют малую амплитуду и не сужают существенно динамический диапазон видеосигналателевизионного датчика, но они синхронны с полезным сигналом, передаваемым телевизионным датчиком на рабочем этапе выделения объектов на двумерном поле. Поэтому на рабочем этапе при синхронном наколении компенсированного видеосигнала

на втором блоке 8 памяти вьаделяются в равной степени с полезным сигналом и паразит ные сигналы, которые сильно маскируют ;слабые сигналы и т.ем самым снижают чувствительность систегвл в целом. Кроме того, второй блок 8 памяти имеет собственный сигнал неравномерности фона видеосигнала, который также ограничивает чувствительность cHCTeNfa. Для повьяиения чувствительности в предлагаемой системе на втором этапе ее работы формируют второй компенсирующий сигнал с целью устранения в видеосигнале после его накопления накопленных помех и дискретизации, сигнала нескомпенсй ованной неравномерности фона видеосигнала телевизионного датчика и собственного сигнала неравномерности фона видесигнала второго блока 8 памяти. Для этого компенсированный видеосигнал телевизионного.датчика, развертывающего двумерное поле, с выхода первого сумматора 2 подается для синхронного накопления на сигнальный вход второго блока 8 памяти, в качестве которого может быть использована, например, запоминакнцая электроннолучевая трубка. Для реализации синхронного накопления компенсированного видеосигнала на входы синхронизации второго блока 8 памяти и постуtiaKiT строчные и кадровые синхроимпулсы со второго и третьего выходов телевизионного датчика. Время накопления фиксируется командой, подаваемой со второг-о выхода блока 11 на управляющий вход второго блока 8 памяти. По окончании цикла накопления считывае1«ий со второго блока 8 памяти и накопленный видеосигнал поступает на первый вход второго сумматора 9. При этом подача второго компенсирующего сигнала с выхода второг интерполято|)а 13 запрещается командой, поступающей с третьего выхода блока 11 на управляющий вход второго интерполятора 13, Накопленный паразитный видеосигнал, представляющий собой сумму трех паразитных сигналов (накопленной помехи дискретизации, сигнала нескомпенсированной неравномерности фона видеосигнала телевизионного датчика, а также соб.ственного сигнала .неравномерности фона видеосигнала второго блока 8 памяти), подается с выхода второго блока В памяти и через второй сумматор

9на вход второго ключа 10, который открыт командой, поступакицей на его управлякяций вход с четвертого выхода блока 11. Накопленный паразитный видеосигнал через открытый второй ключ

10и элемент ИЛИ 4 поступает на сигнальный вход аналого-цифрового преобразователя 5. На выходе аналогоцифрового преобразователя 5 формируготея в цифровом коде отсчеты накопленного паразитного видеосигнала в опорных точках. Эти отсчеты поступа ют через четвертый ключ 14, который открыт командой, подаваемой на его управляющий бход с четвертого выход блока .11, на сигнальный вход третьего блока 15 памяти. На управляющий вход третьего блока 15 памятипоступает с четвертого выхода блока 11 команда, разрешающая запись отсчетов в соответствующие ячейки третьего блока 15 памяти, число которых равно числу опорных то чек. Выбор ячеек третьего блока 15 памяти при записи значений второго компенсирующего сигнала определяется числовыми кодами, поступающими на первый и второй адресные входы треть его блока 15 памяти с первого и второго выходов синхронизатора 16 соответственно. После записи всех отсчетов второго компенсирующего сигнала в ячейки третьего блока 15 памяти заканчивается второй этап работы сис темы - калибровка-второго компенсирующего сигнсша. При этом закрываются второй и четвертый ключи 10, 14 и прекращается запись отсчетов в третий блок 15 памяти путем подачи На их управляющие входы команды с четвертого выхода блока 11. На третьем этапе работы производится собственно анализ изображений выделение объектов на двумерном поле. При этом видеосигнал с выхода телевизионного датчика 1, представляющий собой одномерную реализацию двумерного поля с предъявленными на нем для анализа 9бъектами, подается на один вход первого сумматора 2, на другой вход которого поступает с выхода первого интерполятора 7 первлй компенсирующий сигнал. На выходе первого сумматора 2 формируется компенсированный видеосигнал вычитанием из видеосигнала первого компенсирующего сигнала. Тем самым в видеосигнале устраняется паразитный сигнал неравномерности фона видеосигнала телевизионного датчика. Компенсированный видеосигнал с выход первого сумматора 2 подается на си гнальный вход второго блока 8 памяти, Второй блок 8 памяти осуществляет синхронное накопление компенсированного видеосигнала с целью эффективного выделения полезного сигнала. Время накопления задается командой, поступакмцей со второго выхода блока 11 на управляющий вход второго блока 8 памяти. После синхронного накопления видеосигнал с выхода второго блока 8 памяти и подается на первый вход второго сумматора 9. На другой вход сумматора 9 поступает второй компенсирующий сигнал, формируемый вторым интерполятором 13 аналогично как первый компенсирующий сигнал, из . отсчетов, считываемых с третьего блока 15 памяти. Второй компенсирующий сигнал вычитается из накопленного видеосигнала, компенсируя тем самым накопленный паразитный видеосигнал. Видеосигнал с выхода второго сумматора 9 подается на вход решающего блока 17. Решающий блок 17, выполненный, например, в виде порогового блока, производит вьщеление полезного сигнала, и либо представляет его в виде, удобном для дальнейшего использования (фотография, видеозапись и т.д.), либо выдает команду оператору-наблюдателю. Формируемый в устройстве второй компенсирующий сигнал для устранения накопленного паразитного видеосигнала, представляющего собой сумму накопленной помехи, дискретизации и сигнала нескомпенсированной неравномерности фона видеосигнала телевизионного датчика, а такясе собственного сигнала неравномерности фона видеосигнала второго блока 8 памяти, позволяет по опытным данным в 2-2,5 раза повысить чувствительность. Это особенно важно при выделении с помощью предлагаемого устройства малоразмерных низкоконтрастных объектов. Наибольшую эффективность от использования устройства можно получить при применении его в рентгенотел.евизионной: дефектоскопии.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАСПОЗНАВАНИЯ ОВЪЕКТОВ НА ДВУМЕРНОМ ПОЛЕ, содерзка-, щее последовательно соединенные телевизионный датчик и первый сумматор, блок управления, первый и второй выходы которого подключены к управляющим входам соответственно первого и второго блоков памяти, синхронизатор, первый вход которого соединен со вторым выходом телевизионного датчика и первым синхровходом второго блока памяти,., а второй вход - с третьим выходом телевизионного датчика и вторым синхровходом второго блока памяти, сигнальный вход которого соединен с выходом первого сумяатора, при этом nepBfctit, второй и третий выходы синхронизатора подллючены соответственно к первому, второму адресным входам первого блока памяти и к синхровходу аналого-цифрового преобразователя, а также решающий блок, отли чающе е ся тем, что, с целью повышения чувствительности. |9 -ИДШП -)- 1 I п:хш1&с;й I ,Д Введены последовательно соединенные первый ключ, вход которого подключен к выходу первого сумматора, и элемент ИЛИ, выход которого подключей к сигнальному входу аналого-цифрового преобразователя, первый и второй интерполяторы, синхрбвходаа которых соединены с третьим выходом синхронизатора, а управляющиевходы - со вторым и третьим выходами блока управления соответственно, последовательно соединенные второй сумматор, первый и второй входы которого подключены к выходам второго блока памяти и второго интерполятора соответственно, -и второй ключ, выход которого подключен к второму .входу элемента ИЛИ, третий и четвер(Л тый ключи, первый вход каждого кэ которых подключены к выходу аналого-цифрового преобразователя, третий блок памяти, первый и второй адресные входы которого соединены с первым и, вторым выходами синхрониз атора . соответственно, управляющий вход-- с управляющими входами второго, четвёртого ключей и четвертым выходом блока управления, сигнальный вход - с выходом четвертого ключа, а выход Ю третьего блока памяти соединен- С 4 СЛ сигнальным входом второго интерполятора, первый выход блока управления подключен к управляющим входам первого и третьего ключей, выход СО первого интерполятора соединен со вторым входом первого сумматора, выход второго сумматора подключен к входу решающего блока, а выход третьего соединен с сигнальным входом первого блока памяти, выход кото.рого подключен к сигнальному входу первого интерцолятора.