Устройство для распознавания прямолинейных элементов изображения Советский патент 1984 года по МПК G06K9/00 

Изобретение относится к автомати ке и вычислительной технике, а именно к устройствам для распознавания изображений, и может быть использовано в системах автоматическо анализа изображений - системах эрения роботов, классификации различных структур (геологических, биомедицинских и др. препаратов), для выявления протяженных объектов на аэрофотоснимках и др. Известны устройства для распознавания прямолинейных элементов изображения, содержащие матрицу све точувствительных элементов, на кото рую проецируется изображение, и блоки сравнения, которые сравнивают распределение яркостей на матрице с эталоном. Эталоном может служить щелевая апертура, произвольное изоб ражение или набор проводимостей, подключенных к определенньш элементам -матрицы Ij и . Недостатком таких устройств является то, что для распознавания нужного элемента требуется точное его совмещение с эталоном (отсутствует инвариантность распознавания к смещению изображения). Для компен сации этого недостатка применяется сканирование изображения движением изображения или эталона .(щелевой |апертуры), что усложняет устройство из-за введения механических сканирующих блоков и снижает его быстродействие из-за необходимости последовательного сканирования участков изображения. Наиболее близким к предлагаемому является устройство для разпознавания прямолинейных элементов изображения , содержащее матрицу фотоприем НИКОВ, выходы которых подключены к входс1М, линейного сумматора, и после довательно соединенные,дифференциальный усилитель и пороговый элемент З . Недостатком известного устройств является его сложность и отсутствие инвариантности к смещению изображений при их распознавании. Цель изобретения - упрощение уст ройства, обеспечивающего инвариантность распознавания к смещению изоб ражения . Указанная цель достигается тем, что устройство, содержащее матрицу фотоприемников, выходы которых подключены к входам линейного сумматора, и последовательно соединенные дифференциальный усилитель и порого вый элемент, содержит также г) +1 нелинейных сумматоров, где ti - размерность матрицы, выходы фотоприемников, расположенных в столбцах мат рицы, подключены к входам п нелиней ных сумматоров, выходы которых соединены с входами (ц-И)-го нелинейного сумматора, вьсход которого и выход линейного сумматора подключены к входам дифференциального усилителя . На фиг.1 представлена блок-схема устройства; на фиг.2 - зависимость выходного сигнала от параметров матрицы . Устройство состоит из матрицы 1 фотоприемников, нелинейных сумматоров 2 для каждого из рядов фотоприемников, общего сумматора 3, линейного сумматора 4 (сигнала площади), соединенного со всеми элементами фотоприемной матрицы 1, дифференциального (разностного) усилителя 5 и порогового элемента 6. Устройство работает следующим образом. Вследствие нелинейности характеристик сумматоров сигнал на выходе каждого из них растет не пропорциональна .числу освещенных фотоприемников, а асимптотически приближаясь к некоторому уровню насыщения, например, по закону U«.-v-U в xToi выходной сигнал; входной сигнал; количество освещенных фотоприемников; константа, определяющая крутизну нелинейной характеристики сумматора. Если на матрицу 1 фотоприемников проеци-руется светлый элемент изображения, вызывающий освещение участка из h рядов пС tn элементов, то на выходе каждого из сумматоров 2 появится выходной сигнал и. а на выходе сумматора 3 - сигнал II -II 1.11 JvU2-f 7ъ- ЯTTS ГТь где и , 11,11 - сигналы на выходе матрицы 1 фотоприемников и сумм;аторов 2 и 3; И - количество освещенных рядов фотоприемников; tn - количество освещенных фотоприемников в ряду; Ь - константы. Сигнал площади, возникающий на выходе линейного сумматора 4, пропорционален числу освещенных фотоприем-Ll4 U4cmn , где U , U - сигналы на выходе фотоприемников и сумматора 4. Сигнал на выходе разностного усилителя 5 имее величину и,и,-и,.и,(..с.,„), где U- ,и(, Ug - сигналы на выходе сумматоров 3 и 4 и разностного усилителя 5. Зависимость этого выходного сигнала от размеров освещенного участк фотопЕ«емной матрицы, т.е. от величин тип, имеет вид, показанный на трехмерном графике фиг.2, где ве личины ft) и h -отложены по двум осям координат, а величины выходного сигнала (третья координата) обозначены эквипотенциальными линиями; график построен для значений констант a-0,5;tsio.; ,01. Видно, что выходной сигнал максимален при определенных значениях ,tti и Л , в да ном случае при№г1, , т.е. тогда, когда освещенный участок фотоприемной матрицы имеет вид удлиненной полоски размером 16-1 ед. Ес ли форма и размер освещенного участ ка иные, то выходной сигнал падает; в частности, полоска такого же размера, но ориентированная перпендику лярно к оптимальной (tti-16,ll l) соз дает намного меньший (менее нуля) сигнал. Константы а, в и с определяют, при какой форме (степени удли ненности) и размере освещенного участка выходной сигнал будет макси мальным; чем больше отношение в/а, тем большее удлинение освещенного участка создает максимгшьный выходной сигнал. В пределе суммирование по одной из осей может быть линейным, тогда выходной сигнал максимален при неограниченной (в пределах фотоприемной матрицы) длине освещенной полосы. Пороговый элемент 6 пропускает сигнал, превышающий заданную величину. Например, если порог установлен на урювие 0,25 усл. ед. (фиг.2), то сигнал на выходе порогового элемента возникает тогда, когда освещенный участок имеет дли-; ну 13,3 - 18 и ширину 0,8 - 1,3 ед.; при более низком пороговом уровне, например 0,2 ед. сигнал на выходе возникает при длине освещенного участка от 7 ед.и более и ширине от 0,5 до 2 ед. Таким образом, изменением порогового уровня регулируется острота избирательности устройства. Поскольку сигнал на выходе дифференциального усилителя 5 зависит только от размеров и формы освещенного участка и не зависит от его. положения, распознавание удлиненных прямолинейных элементов изображения происходит инвариантно к смещению изображения на фотоприемной матрице. Зависимость выходного сигнала дифференциального усилителя от длины; и ширины освещенного участка показана на фиг.2. Предлагаемое устройство характеризуется простотой, не содержит механических или иных сканирующих блоков, имеет высокое быстродействие, ограничиваемое лишь постоянной времени фотоприемников и усилителей и позволяет распознавать удлиненные, в -том числе прямолинейные элементы изображения инвариантно к смещению изображения на входной матрице.

т

5 фиг.I

W

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАСПОЗНАВАНИЯ ПРЯМОЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ИЗОБРАЖЕНИЯ, содержащее матрицу фотоприем ,ников, выходы которых подключены к входс1М линейного сумматора, и последовательно соединенные дифференциальный усилитель и пороговый элемент, отличающееся тем, что, с целью его упрощения, оно содержит М +1 нелинейных сумматоров, где ц -размерность матрицы, выходы фотоприемников, расположенных в столбцах матрицы, подключены к входам И нелинейных сумматоров, выходы которых соединены с входами (п-И)-го нелинейного сумматора, выход которого и выход линейного сумматора подключены к входам дифференциального усилителя. КЛ 05 ел 00 00