Устройство для распознавания прямого края объекта Советский патент 1985 года по МПК G06K9/00 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в промышленности, средствах связи при построении зрительных анализаторов роботов. Цель изобретения - повьпаение досто верности распознавания прямого края объекта в условиях априорной неопределенности о конфигурации границы объекта посредством оптимальной ап: проксимации криволинейной границы объекта. На фиг. 1 приведена структурная схема устройства; на фиг. 2 - струк турная схема блока управления. Устройство содержит телевизионньй датчик I, аналого-цифровой прео разователь 2, элемент ИЗ, первый сумматор 4, второй блок 5 умножения, второй сумматор 6, пятый блок 7 умножения, первьй блок 8 умножени первый блок 9 вычитания, первый бло 10 деления, блок 11 синхронизации, блок 12 управления, третий сумматор 13, пятый сумматор 14, четвертый су матор 15, третий блок 16 умножения, четвертый блок 17 умкожепия, шестой блок 18 умножения, второй блок 19 деления, первый квадратор 20, второй блок 21 вычитания, второй квадратор 22, третий блок 23 вычитанияj третий квадратор 24, шестой сумматор 25, четвертый блок 26 вычитания, восьмой блок 27 умножения, седьмой блок 28 умножения, пороговый элемент 29. Блок управления 12 (фиг.2) содержит регистр 30 координаты X, первую схему 31 сравнения, первый триггер 32, третий элемент И 33, первый элемент И 34, второй счетчик 35 строчных импульсов, вторую схему 36 сравнения, второй элемент И 37, первый элемент 38 задержки, первый элемент ИЛИ 39, первый счетчик 40 строчных импульсов, регистр 4t координаты У, третью схему 42 сравнения, второй триггер 43, второй счетчик 44 тактовых импульсов, четвертую схему 45 сравнения, второй элемент 46 задержки, второй элемент ИЛИ 47, третий элемент ИЛИ 48, первый счетчик 49 тактовых импульсов, регистр 50. Устройство работает следующим образом. Координаты Хндг и УИДД. левого верхнего угла фрагмента, относитель112 но системы координат, связанной с гелевизионным растром занесены, соответственно, в регистр 30 координаты X и регистр 41 координаты У. Размер фрагмента и в растровых элементах занесен в регистр 50. Блок 11 синхронизации вырабатывает основные последов ательности синхроимпульсов для работы телевизионного датчика 1 и блока 12 управления. В свою очередь блок 12 управления, используя данные последовательности, а именно тактовые,строчные, гасящие и кадровые импульсы, формирует для блоков устройства импульсы стробирования, сброса и синхронизации с требуемыми временными соотношениями. В режим начальной готовности устройство переходит по каждому кадровому гасящему импульсу блока 11 синхронизации, при этом сбрасывается содержимое всех сумматоров, устанавливаются в нулевое состояние все счетчики и триггеры. Кадровые гасящие импульсы блока 11 Синхронизации подаются на вторые входы первого элемента ИЛИ 39 и третьего элемента ИЛИ 48. При этом сигнал с выхода первого элемента ИЛИ 39 идет на установку в нулевое состояние первого триггера 32, на вход сброса счетчика 35, на вход сброса содержимого сумматоров 6, 13, 14, 15 и 25. Сигнал с выхода третьего элемента ИЛИ 48 поступает на вход сброса первого счетчика 49 и через второй элемент ИЛИ 47 - на сброс первого сумматора 4, на установку в нулевое состояние второго триггера 43 и на сброс второго счетчика 44. Первый счетчик 40 сбрасывается непосредственно кадровыми гасящими импульсами блока11 синхронизации. В первом сумматоре 4 накапливается сумма У значений сигналов с выхода аналого-цифрового преобразователя 2 вдоль каждой строки разложения телевизионного растра X, где X 1,2,..п в пределах анализируемого фрагмента. Это выполняется следующим образом. При равенстве кода сигнала с выхода первого счетчика строчных импульсов 40 с кодом сигнала на выходе регистра 30 на выходе первой схемы 31 сравнения вьфабатывается сигнал, который переводит триггер 32 в единичное состояние, при этом сигнал с его выхода будет разрешающим для первого элемента И 34 и третьего

элемента И 33. Строчные импульсы с выхода блока 11 синхронизации через открытый первый элемент И 34 проходят на первый вход второго счетчика 35 строчных импульсов, на выходе которого будет в двоичном виде код сигнала,соответствующий величине X, которая последовательно изменяется от 1 до п с частотой строчной развертки. При равенстве кода сигнала на выходе первого счетчика 49 с кодом сигнала на выходе регистра 41 в третьей схеме сравнения 42 вырабатывается импульс, который переводит в единичное состояние триггер 43 сигнал с выхода которого будет разрешающим для третьего элемента И 33. Третий элемент И 33 выполняет функцию конъюнкции трех сигналов. Посколку триггер 32 тоже в единичном состоянии, т.е. на втором входе третьего элемента И 33 логическая единица, то тактовые импульсы блока 11 синхронизации через третий элемент И 33 проходят на счетный вход второго счетчика 44 тактовых импульсов и на входы стробирования логического элемента И 3 и сумматора 4. При этом сигналы с выхода аналого-цифрового преобразователя 2 через элемент ИЗ ПРОХ.ОДЯТ на вход сумматора 4. При равенстве кода сигнала с выхода второго счетчика 44 тактовых импульсов с кодом .сигнала на выходе регистра 50 в четвертой схеме 45 сравнения вырабатывается сигнал, которьй указывает на конец фрагмента по горизонтали. Таким образом, в этот момент времени, соответственно, для X 1 в первом сумматоре 4 будет находиться накопленный сигнал У , для X 2 - сигнал У. и т.д., который затем сбрасывается сигналом с выхода второго элемента ИЛИ 47 (этот сигнал образуется по сигналу с выхода четвертой схемы 45 сравнения, задержанному во втором элементе 46 задержки) . Сигналом с выхода второго элемента ИЛИ 47 также сбрасывается второй счетчик 44 тактовых импульсов и устанавливается в нулевое состояние второй триггер 43. При этом на первом входе третьего элемента И 33 логический нуль и тактовые импульсы через него не проходят. Это происходит до тех пор, пока код сигнала на выходе счетчика 35 не будет равен коду сигнала на выходе

регистра 50, т.е. когда X п. В этом случае на выходе второй схемы 36 сравнения вырабатывается сигнал,, который указывает на конец фрагмента по вертикали. А при совпадении сигналов с выхода схемы 36 сигналом с выхода четвертой схемы 45 сравнения, на выходе второго элемента И 37 появляется сигнал, который указывает на конец фрагмента, т.е. указывает на правый нижний угол анализируемого фрагмента. Этот сигнал после задержки в первом элементе 38 задержки используется для установки устройства в начальное состояние, т.е. он подается на вход первого элемента ИЛИ 39, а с его выхода - на входы сброса блоков устройства. При этом второй триггер 43 и счетчик 44 устанавливаются в нулевое состояние сигналом с выхода второго элемента ИЛИ 47, который вырабатывается по сигналу схемы 45 сравнения, задержанному во втором элементе 46 задержки. Следовательно, устройство устанавливается в начальное состояние или по кадровому гасящему импуль су блока 11, или по импульсу конца фрагмента. Эти сигналы собираются по ИЛИ в первом элементе ИЛИ 39. Первый счетчик тактовых импульсов 49 сбрасывается в нулевое состояние или кадровым гасящим импульсом, или строчным гасящим импульсом. Эти сигналы собираются по ИЛИ в третьем элементе ИЛИ 48. Второй триггер 43, второй счетчик 44 тактовых импульсов и первый сумматор 4 устанавливаются в нулевое состояние или кадровым гасящим, или строчным гасящим, или импульсом конца фрагмента по горизонтали, задержанными во втором элементе 46 задержки. Эти импульсы собираются по ИЛИ в третьем элементе ИЛИ 48 и втором элементе ИЛИ 47. Оценка положения границы объекта в предлагаемом устройстве выражается через параметры К и В. прямой регрессии У КХ + В которые вычисляются следующим образо

Второй блок 5 умножения последовательно выполняет операции перемножения сигналов X на У , где X 1, 2,...,п. Эти операции вьшолняются по сигналу с выхода четвертой схемы 45 сравнения, т.е. по концу суммирования вдоль строки в пределах горизонтального размера фрагмента. Этот сигнал подается на вход синхронизации второго блока 5 умножения с выхода четвертой схемы 45 сравнения. Четвертый сумматор 15 выполняет операцию суммирования сигналов с выхода второго блока 5 умножения. Суммирование осуществляется по задержанному во втором элементе 46 задержки сигналу четвертой схемы 45 сравнения. Это сигнал подается на вход стробирования четвертого сумматора 15 со. второго выхода второго элемента 46 задержки. Назначение второго элемента 46 здержки - разнести по времени сигналы синхронизации второго блока 5 умноже ния, которые определяют начало операции перемножения, и сигналы строби рования четвертого сумматора 15 таки образом,чтобы сигнал стробирования

. четвертого сумматора 15 появлялся посл выполнения операции перемножения во втором блоке умножения. Назначение шестого блока 18 умножения - получить сигнал, соответствующий произведению числа п, которое определяет ра мер -фрагмента по вертикали в растровых элементах, на накопленную сумму произведений с выхода четвертого сумматора 15. Начало выполнения операции перемножения осуществляется по сигналу с выхода второго элемента И 37, т.е. сигналу конца фрагмента. Этот сигнал подается на вход синхронизации блока 18. Во втором сумматоре 6 вьтолняется суммирование, накопленных значений сигналов У с; выхода первого сумматора 4, а в третьем сумматоре формируется сигнал равньй

Г1 .

+2+,..+п. Эти операции выполZ

по сигналу стробирования с выхода четвертой схемы 45 сравнения (по концу фрагмента по горизонтали). Первый блок 8 умножения выполняет операцию перемножения сигналов с выхода второго сумматора 6 и третьего сумматора 13, т.е. на его выходе будет сигнал, который соответствует

П fv

величине пере-,

.Xal множения начинается по сигналу с

йыхода второго элемента И 37 (сигнал конца фрагмента). Этот сигнал подается на вход синхронизации первого блока 8 умножения. Б блоке 9 вычитания вычисляется разность сигналов с выхода шестого блока 18 умножения и первого блока 9 вычитания для получения сигнала, соответ f ствующего величине п 2-XY Т|. XY

X - V xnl

Первьй квадратор 20 возводит в квадрат сигнал с выхода счетчика 35, т.е. вычисляет Х (X 1,2,,..,п). Сумматор 14 суммирует эти сигналы,

п

k 12 + 22 -I-... .+

Т.е. вычисляет

)С 1

+ п2, причем информация с выхода квадратора 20 записывается в сумматор 14 по сигналу стробирования с выхода четвертой схемы 45 сравнения. В четвертом блоке 17 умножения формируется сигнал, соответствующий веп ,

личине 2 Иными словами, выполХ 1.

няется операция перемножения сигналов с выхода регистра 50 и сумматора 14. Операция перемножения начинается по сигналу с выхода второго элемента И 37 (сигналу конца фрагмента) , который подается на вход синхронизации четвертого блока 17 умножения. Второй квадратор 22 возводит в квадрат сигнал с выхода сумматора 13, т.е. на выходе образуем блоке 23 вычитания вычисляется разность сигналов с выхода четвертого блока 17 умножения и сигналов с выхода квадратора 22 для получения кода сигнала, соответствующего вели п / 2 чине х) пятом

/

блоке 7 умножения выполняется операция перемножения сигналов с выхода сумматора 14 и сумматора 6,.т.е.

вычисляется величина

V,,

X-l

а в третьем блоке 16 умножения выполняется операция перемножения сигнала с выхода сумматора 13 и сумматора 15, т.е. вычисляется величина

п п у у Эти операции начинают

л Т Y x.. Xsi

выполняться по сигналу с выхода второго элемента И 37 (сигналу конца фрагмента), который подается на входы синхронизации блоков 16 и 7. Второй блок 21 вычитания вычисляет раз7ность сигналов с выходов блока 7 и блока 16 для получения кода сигнала п ft соответствующего величине Х Z- Y п - Т XY Z X . Используя сигналы с вы ходов первого блока 9 вычитания и третьего сигнала блока 23 вычитания в первом блоке 10 деления происходит вычисление сигнала, который соответствует параметру К Vtft n5IxY -5IxX n.i X . X И используя сигналы с выходов второг 21 и третьего 23 блоков вычитания во втором блоке 19 деления вычисляет ся сигнал, соответствующий параметру Вf. п п п п .2Ix х h / п i .fex Х 1 / Операции деления выполняются по сигналу с второго выхода первого элемен та 38 задержки, т.е. задержанному сигналу с выхода второго элемента И 37, которьй подается на входы синх ронизации первого 10 и второго 19 блоков деления. Задержка между сигн лом синхронизации блока 18 умножени в блоке 17 умножения, который опред ляет начало операции перемножения, и сигналом синхронизации блоков 10 и 19, которьй определяет начало опе рации деления, осуществляется в пер вом элементе 38 задержки. Задержка требуется для того, чтобы операция деления начала вьтолняться после оп рации умножения и вычитания. Получе ные в устройстве значения К и В минимизируют сумму квадратов отклонений накопленных значений УХ от пря918мой регрессии. Таким образом, если внутри выбранного фрагмента граница объекта прямолинейная, то прямая регрессия будет наилучшим образом отображать положение этой границы, в случае же криволинейной границы полученные параметры прямой регрессии будут являться параметрами аппроксимирующей прямой этой граншды. Для того, чтобы различить прямолинейную границу от криволинейной служат вновь введенные блоки устройства. В третьем квадраторе 24 возводится в квадрат сигнал с выхода первого сумматора 4, т.е. вычисляется (X 1,2,...,п). Шестой сумматор 25 по сигналу стробирования с выхода четвертой схемы сравнения (по концу фрагмента по горизонтали) суммирует эти сигналы, т.е. вычисляет 2. t В седьмом 28 и восьмом 27 блоках умножения вычисляются, соответственп п но сигналы Б2,, и kZ XY Тогда на выходе четвертого блока 26 вычитания будет сигнал, соответствующий величине суммы квадратов отклонений накопленных значений сигналов УХ от полученной прямой регрессии, т.е. -i.-4,v4.-«. по сигналу с второго выхода первого элемента 38 задержки сравнивается в пороговом элементе 29 с наперед заданным порогом. Если сумма меньше или равна порогу, то внутри фрагмента находится прямой край, а на выходе блоков 10 и 19 будут коды сигналов, соответствукицие оценкам его параметров К и В. Далее по задержанному сигналу конца фрагмента устройство переходит в режим начальной готовности. На этом процесс распознавания заканчивается.

(риг. 2

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАСПОЗНАВАНИЯ ПРЯМОГО КРАЯ ОБЪЕКТА по авт.св. № 947882, отличающееся тем, что, с целью повышения достоверности распознавания, устройство допо 1нительно содержит третий квадратор, шестой сумматор, четвертьй .блок вычитания, седьмой и восьмой блоки умножения, а также пороговьш элемент, при этом вход третьего квадратора соединен с выходом первого сумматора, а его выход - с информационным входом шестого сумматора, вход синхронизации и вход сброса которого Соединены с вторым и седьмым выходами блока управления, а его выход - с входом уменьшаемого четвертого блока вычитания, у которого вход первого вычитаемого соединен с выходом восьмого блока умножения, первьй и второй выходы которого соединены с выходами четвертого сумматора и первого блока дел1ения, а вход второго вычитаемого соединен с выходом седьмого блока умножения, первый и второй входы которого соединены с вькодами второго сумматора и второ го блока деления, выход четвертого сл блока вычитания соединен с информационным входом порогового элемента, вход синхронизации которого соединен с пятым входом блока управления, а выход является одним из выходов устройства. ч со оо со