Способ выделения ориентированных элементов изображения Советский патент 1983 года по МПК H04N3/14 G06K9/46 

Изобретение относится к микрооптоэлектронике и мбжет быть исполь зовано в устройствах распознавания .образов и в других системах, где требуется проведение анализа оптической информации, основанного на выделении ориентированных элементов изображения с последующим преобразо ванием их в электрический сигнал. Известен способ выделения ориентированных элементов изображений методом штрихового анализа, позволя ющий выделять вертикальные, горизон тальные и наклонные элементы знака. В этом случае исходное изображение преобразуется фотоэлектрическим дат чиком в видеосигнал, который затем анализируется электронным способом f Недостатки данного способа состо ят в низкой достоверности и большом времени вьзделения ориентированных элементов изображения, что связано с высокой аппаратной сложностью .устройства распознавания, реализующего указанный способ. Перечисленные недостатки в значи тельной степени снижаются за счет применения оптических методов анализа изобрс1жения. Наиболее близким к предлагаемому является способ вьаделения ориентированных элементов изображения, за,ключающийся в проектировании через диафрагму заданной формы и ориентации оптического и обрджения на матрицу фоточувствительных ячеек, преобразовании его в распределение электрических зарядов путем накопления зарядов в фоточувствительных ячейках и последующем считывании накопленных зарядов. Данный способ используется в устройстве распознавания образов. Согласно известному способу исходное изображение анализируется с помощью двумерного фильтра, выполне ного из светонепроницаемой пластины с прозрачной щелью ( диафрагмой) определенной форкш. Если в исходном изображении имеются элементы, совпа дающие по своей ориентации с данной щелью, то соответствующие места на проанализированном изображении в плоскости фотоэлектрического датчик заметно отличаются по освещенности от остальных мест этого же изображе ния. В дальнейшем изображение преоб разуется в видеосигнал и поступает на последующие блоки распознава-... ния 2. Основные недостатки известного способа связаны со значительными по терями светового потока от исходног изобрс1жения (примерно в 10-50 раз) на узкой щелевой диафрагме. Вызвгшное этим снижение освещенности проанализированного изображения в плос кости фотоэлектрического датчика приводит к пропорциональному уменьшению величины его выходного сигнала, что в конечном итоге ведет к снижению ве-. рбятности и увеличению времени вьаделения ориентированных элементов изображения. Кроме того, из-за фиксированных размеров щели диафрагмы уменьшается достоверность распознавания элементов изображения, имеющих отличные от оптимальных для данной щели размеры (ширину и длину). Использование же сменных щелевых диафрагм, настроенных на другие размеры элементов, приводит к увеличению времени выделения изображения данной ориентации. Цель изобретения -. уменьшение времени и повышение вероятности правильного выделения ориентированных элементов изображения. Указаннс1я цель достигается тем, что согласно способу вьщеления ориентированных элементов изображения, заключающемуся в проектировании оптического изображения на матрицу фоточувствительных ячеек, преобразовании его в распределение электрических зарядов путем накопления зарядов в фоточувствительных ячейках и последующем считывании накопленных зарядов, проектирование оптического изображения производят на матрицу приборов с переносом заряда, преобразование изображения в распределение электрических зарядов осуществляют не менее чем за два этапа накопления, а между этапси« и накопления производят сдвиг накопленных зарядов в направлении, совпадающем с выбранным направлением выделения ориентированных элементов. Согласно предлагаемому способу в|а(деления ориентированных элементов изобралсения представляется возможность производить анализ оптической .информсщии в одном устройстве - матрице фоточувствительных ячеек без потерь светового потока, причем вы- , деление элементов изображения, отличающихся по размерам, производится либо изменением количества этапов накопления зарядов, либо варьированием величины сдвига этих зарядов i в промежутке между этапами накопления . I . . Следует отметить, что предлагаеКЕЛй способ может быть использован в матриц ис приборов с переносом заряда, например в приборах с згфядовой связью (ПЗС) с кадровой, строчно-кадровой организгщией, а также в матрицах с совмещенншш секциями накопления и хранения при освещении их как с фронтальной, так и обратной стороны, имеюсцих любоеЧИСЛО фаз.

На фиг.1 показано устройство, реализующее предлагаемый способ - трехфазная матрица ПЗС с кадровой организацией, в секции накопления которой записана оптическая информация в ви- с де картины зарядов ( потенциальных рельефов) изображения , на фиг. 2 эпюры напряжений, иллюстрирующие работу фазы накопления секции накопления матрицы ПЗС в режиме анализа .оптического изображения и преобразования его в электрический сигнал.

Устройство состоит из матрицы 1 ПЗС, содержащей выходной уэел 2, выходной регистр 3, секцию 4 храцения и секцию 5 накопления, состоящую из множества ячеек 6, каждая из которых содержит по три затвора 7-9, подсоединенных соответственно к трем фазам 10-12 импульсных напряжений. Под затворами 8 матрицы, являющимися 20 накапливающими и соединенными с фазой 11 накопления, записана зарядовая картина, полученная в результате четырех этапов накопления зарядов от изображения распознаваемого знака (в 25 данном случае буквы А), сформированная за четыре импульса накопления, причем места 13-16 положения зарядов сдвинуты друг относительно друга на одинаковое число ячеек в направлении 30 17 переноса зарядов. Результат анализа изображения предъявленного знака иллюстрирует горизонтальная линия 18, ориентированней в том же направлении .35 На эпюрах тактовых импульсов

(фиг. 2) в координатах время (, tj и напряжение (U) представлен интервсш 19 записи оптической информации в секции накопления,состоящий из четы- лп рех импульсов 20-23 .накопления,разделенных между собой тремя пачками 24-26 импульсов сдвига потенцигшьных рельефов изображения, и интервал 27 переноса накопленной информации из секции накопления в секцию хранения. Ситуация на фиг.1 соответствует моменту 28 окончания записи изображения в секцию накопления.

Шаделение ориентированных определенным образом элементов изображения 50 производится следующим образом.

Оптическое изображение знака на интервал 19 записи его в матрицу 1 ПЗС проектируется в одно и тоже место 16 секции 5 накопления. В 55 течение первого импульса 20 накопления, подаваемого на матрицу 1 ПЗС через фазу 11 накопления, формируется первый потенциальный рельеф изображения под накапливающими зат- 60 ворами кгикдой ячейки 6 в матрице 1 на месте 16. После окончания первого импульса 20 накопления под действием первой пачки 24 импульсов сдвига, подаваемых поочередно на все фазы 10- 65

.12 секции накопления, этот рельеф параллельно переносится на расстояние, определяемое количеством импульсов сдвига в пачке, равное в данном случае длине двух ячеек секции накопления, под другие накапливающие затворы и занимает место 15. Во время второго импульса 21 накопления вновь создаваемый потенциальный рельеф изображения на месте 16 налагается на рельеф, занимающий место

15,полученный за первый импульс 20 накопления. За врелвд второй пачки 25 импульсов сдвига первый потенциальный рельеф сдвигается с места 15 на место 14, а второй рельеф - с места 16 на место 15, после чего на фазу 11 накопления роступает третий импульс 22 накопления. За время его действия формируется третий потенциальный рельеф на месте 16, в результате чего образуется общсш картина зарядов, равная сумме трех сдвинутых потенциальных рельефов одного и того же изображения. С окончанием третьего импульса 22 накопления производится параллельный сдвиг полученной картины.зарядов за время третьей пачки 26 импульсов, сдвига на две ячейки секции накопления, после чего на матрицу подается четвертый импульс 23 накопления, в течение которого создается четвертый потенциальньлй рельеф изобретения на месте

16.В результате этого в секции накопления формируется окончательная картина зарядов, равная сумме четырех потенциальных рельефов (места 13-16) изображения, сдвинутых друг относительно друга на две ячейки секции накопления в направлении 17 переноса зарядов.

Таким образом, если в исходном изображении есть линии, ориентированные параллельно направлению переноса зарядов, то в результате сложения со сдвигом потенциальных рельефов, полученных за четыре импульса накопления, происходит вЕЗделение элементов, ориентированных вдоль этого направления в виде линии 18. В случае проектирования темного изображения на светлом фоне на линии 18 накопления зарядов не происходит, так как в это место всегда проектировалась темная линия изображения. В других частях секции накопления происходит либо 100%-ное накопление зарядов, если в эти места не проектировалась линия изображения, либо накапливается 75%.зарядов, если за один из импульсов накопления сюда Проектировалась линия изображения, либо 50% или 25% зарядов в местах пересечения линий различной ориентации полученных за два или три импульса накопления соответственно. Густота штриховки на изображениях знака (фиг.1) обратно пропорциональна числу накопленных фотоприемными ячейка ми зарядов. Для негативного изображения ( свет лое изображение на темном фоне) результат анализа обратный, т.е. выделяется светлая линия в направлении переноса зарядов в секции накопления В течение интервала 27 производит ся параллельный перенос потенциальны рельефов из секции 5 накопления в секцию 4 хранения, после чего секция накопления готова к восприятию следу ющего изображения, а из секции хране ния накопленная информация построчно передается в выходной регистр 3, откуда она последовательно считывается через выходной узел 2 во внешние схемы распознавания, содержащие поро говое устройство с уровнем дискретизации, обеспечивающим прохождение ви деосигнала только от линий анализируемого направления. В матрицах со строчно-кадровой организацией предлагаемый способ ре$ лизуется аналогичным образом. Отличи состоит лишь в том, что после каждого импульса накопления информация па раллельно передается из ячеек накопления в боковые регистры переноса, сдвигается в них на величину равную, например, длине двух ячеек в ячейки накопления. Таким образом осуществля ется сдвиг накопленной информации. После этого на ячейки накопления подается следующий импульс накопления. Считывание накопленной и проанализированной информации во внешние цепи производят общепринятым для этого типа матриц способом. I Следует отметить, что наиболее четкое воспроизведение проектируемой линии знака для любой матрицы фотоприемников , в том числе и для матрицы ПЗС, происходит только в том случае, если проектируемая линия закрывает по меньшей мере две фотоприемные ячейки. Тогда при любом рас положении линии относительно ячеек по крайней мере одна из них ( в направлении ширины .линии) полностью пе рекрыта проектируемой линией. Если же ширина линии равна размеру фотоприемной ячейки или мейьше его, то возможен случай, когда линия спроектируется не на одну, а частично на две соседние фотоприемные ячейки. Это приводит к уменьшению отношения сигнал/шум вдвое, что в конечном итоге повышает вероятность пропуска цели, Наилучший результат аналаза получается при сдвиге потенциальных рельефов во время действия импульсов сдвига пачек 24-26 на оптимальную величину,, равную длине дву ячеек секции накопления матрицы ПЗС. Как при меньшем, так и при большем сдвиге вероятность правильного распознавания уменьшается. Эффект выделения ориентированных элементов в изображении проявляется при записи информации минимум за два этапа накопления. С принципиальной точки зрения ограничений сверху на число этапов накопления нет. Чем их больше, тем лучше происходит отделение ориентированных элементов анализируемого направле- . ния от элементов с малым угловым расстоянием от него, т.е. сужается диаграмма направленности { угол ) анализа. Однако в каждом конкретном случае, тем более при известном отношении максимальной ширины анализируемого элемента к его минимальной длине число этапов накопления выбирают таким образом, чтобы обеспечить неббходимое превышение полезного сигнала, полученного от элементов анашизируемого направления, над паразитным сигналом от элементов других направлений, достаточное для четкого срабатывания порогового устройства. Так, например, для распознавания письменных знаков (букв и цифр) количество этапов накопления должно быть не менее четырех для уменьшения вероятности появления паразитных сигналов от мест пересечения элементов знака и наложения различных элементов друг на друга, расположённых в отличном направлении 6т анализируемого. Максимальное же число импульсов накопления ограничивается величиной пробела между знаками. По сравнению с известными предлагаемое изобретение позволяет расширить функциональные возможности матриц с переносом заряда посредством проведения одновременно с преобразованием оптической информации в электрический сигнал и ее анализ с целью выделения линий в изображении, ориентированных параллельно направлению сдвига зарядов в матрице. В известных способах для целей подобного анализа изображений необходимо использование дополнительного устройства - анализатора изображений, который усложняет конструкцию всего устройства, уменьшает освещенность спроектированного, на матрицу изображения в 10-50 раз и ухудшает его контрастность. Использование предлагаемого способа позволяет исключить из cxeva устройства анализатор изобра кений и, следовательно, повысить освещенность спроектированного на матрицу изображения и его контрастность. Это дает возможность уменьшить общее врем анализа каждого оптического изображения, что приводит к увеличению производительности всей сиетемы-распознавания. Таким образом, применение предлагаемого способа выделения ориентированных элементов изображения позволяет выполнять с более высокой вероятностью правильно-

го выделения такой же объем работы, какой выполнялй бы несколько одновременно работающих устройств распознавания, использующих известные спосвбы выделения.

СПОСОБ ВЫДЕЛЕНИЯ ОРИЕНТИРОВАННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ИЗОБРАЖЕНИЯ, заключаквдийся в П1х ектировании оптического изобргмсения на матрицу фоточувствительных ячеек, преобразовании его в распределение электрических зарядов путем накопления зарядов в фоточувствительных ячейках и последующем считывании накопленных зарядов, о тличающийся тем, что, с целью уменьшения времени и пов1:Х11ения вероятности правильного выделения ориентированных элементов изображения, проектирование оптического изображения производят на матрицу приборов с переносом заряда, преобразование изображения в распределение электрических зарядов осуществляют не менее чем за два этапа накопления, а между этапами накопления проg изводят сдвиг накопленных зарядов в направлении,совпадающем с выбраним направлением выделения ориентированных элементов. СП со да со оо

13