Устройство для распознавания изображений Советский патент 1986 года по МПК G06K9/00 

Изобретение относится к технической кибернетике, а именно к распознаванию образцов, и может быть использовано, например, при разработке устройств ввода и обработки символьной информации.

Цель изобретения - расширение класса распознаваемых изображений путем сопоставления между собой различных областей одного и того же изображения при обеспечивании инвариантности результатов распознавания к изменениям параметров положения изображения.

На фиг,1 приведена блок-схема устройства; на фиг,2-6 соответственно функциональные схемы двумерного и одномерного сдвигающих регистров, блока выделения экстремальных значений, схемы сравнения трех последовательных значений площадей и блока управления сдвигами; на фиг, 7 и 8- схемы, поясняющие процесс распозна- вания изображений.

Устройство (Лиг,1) содержит оп- тозлектронный матричный преобразователь 1, на входе которого установлена оптическая система 2, позволяющая спроектировать плоское изображение объекта 3 на фоточувствительную поверхность преобразователя Г, блок 4 развертки изображения, служащий для развертки изображения по столбцам, блоки 5 и 6 сдвигающих регистров, блок 7 ввделения экстремальных значений, первый 8 и второй 9 блоки памяти, регистр 10 хранения глобального экстремума, блок 11 нормализации, коммутатор 12, блок 13 задания адресов эталонов, блок 1А принятия решений, первый 15, второй 16 и третий 17 счетчики, ключи 18, блок 19 управления сдвигами и блок 20 синхронизации и управления.

Выходы 21 преобразователя 1 соединены с одним из входов 22 блока 4, другие входы 23 которого подключены к разрядным выходам 24 счетчика 16, Информационные входы 25 и 26 соответственно блоков 5 и 6 соединены с выходами 27 блока 4, а выходы 28 и 29 упомянутых блоков подключены соответственно к информационным входам 30 и 31 блока 7, информационные выходы 32 и 33 которого соеди- соответственно с входами 34 записи информахщи.блока 8 и информационными входами 35 регистра 10, а

управляюгоий выход 36 подключен к счетному входу 37 счетчика 15 и к управляющим входам 38 ключей 18, . Адресные входы 39 блока 9 соединены

с выходами 40 блока 13, а информационные выходы 41 - с первой группой информационных входов 4-2 блока 14, Первые 43 и вторые 44 входы блока 11

подключен) соответственно к информационным выходам 45 регистра 10 и к информационным выходам 46 блока 8, а выходы 47 блока 11 соединены с первыми входами 48 коммутатора 12, вторые входы 49 которого подключены к информационным вьЬсодам 50 блока 8, а первый 51 и второй 52 выходы - соответственно к входам 53 записи информации блока 9 и ко второй группе информационных входов 54 блока 14, третья группа информационных входов 55 которого соединена с выходами 40 блока 13, Выход 56 переполнения счетчика 16 подключен к входу 57 блока 20, а счетньй вход 58 - к выходу 59 блока 20 и к входу 60 блока 19, Счетный вход 61 счетчика 17 соединен с информационным выходом 62 блока 19, а разрядные выходы 63 подключены к входам 64 ключей 18, выходы 65 которых соединены со входами 66 записи информации блока 8, адресные входы 67 которого подключены к разрядным выходам 68 счетчика 15, счетный вход 69 которого соединен с управляющим

выходом 70 блока 20. Управляющие входы 71-74 блока 5 соединены соответственно с управляющими выходами 75-78 блока 19, управляющий выход 79 которого подключен к управляняцему

входу 80 блока 6, Управляющий выход 81 блока 7 соединен с входом 82 записи регистра 10 и с входом 83 блока 20, управляющие выходы 84-87 которо-. го подключены к управляющим входам

88-91 соответственно преобразователя 1, блока 1I, коммутатора 12 и блока 13, Управляющий выход 92 блока 14 соединен с входом 93 блока 20, управляющие выходы 94 и 95 которого подключены соответственно к управляющим входам 96 и 97 блока 7, управляющий выход 98 которого соединен с входом 99 блока 20, Управляющие выходы 100 и 101 блока 20 подключены соответственно к управляющим входам 102 и 103 блока 19, управляющий выход 104 которого соединен с входом 105 блока 20, Информационные выходы 106

31

блока 20 подключены к информаиионным входам 107 блока 19,

Преобразователь 1, содержащий матрицу N X N фоточувствительных элементов, обеспечивает преобразование оптического изображения объекта 3 в совокупность электрических сигналов уровня черного (изображения) и уровня белого (он).

Блок А развертки изображения со счетчиком 16 обеспечивает считывание информации с соответствуюгоего столбца Лоточувствительных элементов преобразователя 1 и коммутацию их выходов к информапионным входам 25 и 26 блоков 5 и 6 (изображение . кодируется единицами, фон - нулями) , Блок 5 позволяет сдвигать записанную в него информацию по координатам Y и X в четырех направлениях (вверх, вниз вправо, влево), а блок 6 - по координате X слева направо. Управление сдвигами и считывание информации с этих блоков обеспечивается блоками 19 и 20.

Блок 7 вьщеления экстремальных зна чений предназначен для измерения площадей S; взаимноперекрываемых областей изображения в исходном и текущем положениях при различных значениях угла d; поворота вектора h параллельного переноса изображе- ния и вьщеления локальных и глобаль- ного экстремумов характеристической фyнkции S;, f(o/j) изображения.

Блок 8 памяти предназначен для хранения кодов величин площадей Sj и соответствующих им кодов величин углов с/-, , Запись заказанных кодов в блок 8 производится по адресам, формируемым счетчиком 15, который при работе устройства в режиме записи Фиксирует (по входу 37) количество экстремумов функции Sj f() выделяемых блоком 7, В режиме считьшания счетчик 15 формирует код адреса по управляюгаим импульсам, поступающим на его вход 69 с блока 20,

Блок 9 памяти предназначен для хранения последовательности кодов нормализованнь х экстремальных значений функции S( и соответствуюршх им углов о( j для различных классов изображений. Считывание данных кодов при распознавании осуществляется блоком 13 задания адресов эталонов.

Коммутатор 12 предназначен для распознавания нормализованных экст5

0

5

123

ремальньпс значений функции Sj и со- ответствур1гих Им углов о/; поворота вектора F в блок 9 памяти при работе устройства в режиме обучения или 5 записи эталонов, или в блок А при- няти решений в режиме распознавания.

Блок 14 принятия решений, на входы 54 которого с блока 8 в режиме 0 распознавания поступают параллельные коды нормализованных экстремальных значений функгии S; и соответствую- щих им углов oi j , на входы 42 - параллельные коды эталонов с блока 9 и на входы 55 - двоичный код класса изображения с блока 13, предназначен для сравнения распознаваемых и эталонных величин и определение класса распознаваемого изображения.

Ключи 18 предназначены для записи в блок 8 памяти двоичного кода угла 4/i поЕорота вектора F , формируемого в счетчике 17

Блок 20 синхронизации и управления посредством приема и выработки управляющих и информационных сигналов обеспечивает согласованную во времени работу блоков устройства.

Вариант выполнения схемы блока 5 сдвигающих регистров показан на фиг,2, Схема представляет собой матрицу N X N запоминающих элементов 108, смежные столбцы которых соединены информационными связями, образуя 5 двумерные регистры сдвига. Кроме того, выходы крайнего правого столбца запоминающих элементов 108 подключены дополнительно к входам крайнего левого столбца аналогичных элементов 0 через элементы 109 развязки, т.е. по координате X запоминающие элементы 108 образуют N кольцевых регистров сдвига. При поступлении сигналов с блока 19 на управляющие входы 7I-74 45 обеспечивается сдвиг записанной в такую матрицу информации (изображе- ния) соответственно вверх, вниз, влево, вправо.

Блок 6 сдвигающих регистров имеет 50 более простую схему (фиг.З). Она представляет собой матрицу N « N запоминающих элементов, смежные столбцы которых по координате X соединены информационными связями, об- 55 разуя одновременные регистры сдвига. Выходы крайнего правого столбца запоминающих элементов 1О также йодклю- через элементы I 11 развязки к

d

входам крайнего левого столбца запоминающих элементов, т.е. по горизонтали они образуют N кольцевых регистров сдвига. При поступлении сиг- нала с блока 19 на управляющий вход 80 происходит сдвиг записанной в такую матрицу информации ( изображения) слева направо.

Блок 7 вьщеления экстремальньгзс

значений (Лиг,4) содержит схему 112 сравнения столбпов, регистр 113 сдвига на N разрядов, счетчик 114 подсчета величины Sj , регистры 115 .и 116 для хранения предьвдуших значе- НИИ , и S l-i соответственно, схем

1I7сравнения содержимого счетчика 114 и регистров 115 и 116, регистры

118хранения экстремумов S f{c;j ) и

ключи 119 и 120..

Входы схемы 1I2 подключены к информационным входам 30 и 31 блока 7, а выходы - к разрядным входам регистра Il3j выход которого соединен со счетным входом счетчика 114, разрядные выходы которого, а также разрядные выходы регистров 115 и 116 подключены соответственно к информационным входам 121-123 схемы 117, Разрядные входы и выходы регистра 1 15 соединены соответственно с разрядными выходами счетчика } 14 и с разрядными входами регистра 116.Кроме того,разряные выходы регистра 115 подключены к информационным выходам 33 блока 7 и к информационным входам ключей 119 и 120, управляющие входы которых соединены соответственно с выходами

124 и 125 схемы 117, а информацион,

ные выходы - соответственно с инфор- мационными выходами 32 блока 7 и с разрядными входами первого из регистров 118, разрядные выходы каждог из которых соединены с разрядными входами поел едуюгте г о регистра 118, а разрядные выходы последнего регистра 118 подключены к разрядным входам счетчика 114, Информационный вход 96 блока 7 соединен со сдвигающим входом регистра 113 и с иифор- амционным входом 126 схемы 117, выходы 125 и 127 которого являются выходами 36 и 8 блока 7, а вьтход 128 подключен к входам записи регистров 115 и 116, последнего регистра 118, счетчика 114 и к выходу 98 блока 7, вход 97 которого соединен с входом 129 схемы 117, выход 130 которого

подключен к входам записи регистров 118 (кроме входа записи последнего регистра 118).

Схема П2 представляет собой набор из N двухвходовых элементов И (на чертежах не показаны), одни из входов которых подключены к соответствующим входам 30, а другие - к соответствующим входам 31 блока 7. В блоке 7 обртее число М регистров 118 выбрано таким образом, что всегда выполняется условие: .

Схема 117 (фиг,5) содержит циф- роаналоговые преобразователи 133, информационные входы которых соединены соответственно с входами 121-123 схемы 117, компараторы 134 и 135, прямые входы которых подключены к выходу преобразователя 132, а инверсные входы - соотйетственно к выходам преобразователей 131 и 133 (полярность включения показана на чертеже), элемент равнозначности 136, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами компараторов 134 и 135, а выход подключен к выходу 124 схемь: П 7, к первому входу элемента И 137«и к входу элемента НЕ 138, выход которого соединен с первым входом элемента И }39, выход которого подключен к первым входам элементов И 140 и ИЛИ,141, счетчик 142 на N х N импульсов, счетный вход которого соединен с входом 126 схемы 117 и с входом установки О триггера 143, а выход переполнения - с первьм входом элемента ИЛИ 144, второй вход которого подключен к входу 129 схемы 117 и к входу установки 1 триггера 143, а вьпсод - к входу одновибратора 145,выход Koi-oporo соединен с вторыми входами элементов И 137 и 139, счетчик 146 на (М+2) импульса, счетный вход которого подключен к выходу элемента ИЛИ 147, а выход переполнения - к входу элемента 148 задержки и к входу считьгоания дешифратора 149, единичный выход которого соединен с входом установки 1 триггера 15О,а информационные входы подключены к разрйдным выходам счетчика 151, вход установки О которого соединен с выходом элемента 148 задержки, и эле-, мент 152 задержки, вход которого соединен с выходом элемента 137, с первым входом элемента ИЛИ 147, со

счетным входом счетчика 151, со входом установки О триггера 150 и с первым входом элемента И 153,. выход которого является выходом 125 схемы 117, а второй вход подключен к входам запрета счета счетчиков 146 и 151 и к инверсному выходу триггера 143, прямой выход которого соединен с вторым входом элемента И 140, выход которого подклк1чен к второму входу элемента ИЛИ 147 и к первому входу элемента ИДИ 154, при этом единичный выход триггера 150 является выходом 127 схемы 117, вторые входы элементов ИЛИ 141 и 154 соединены с выходом элемента 152 задержки, а выходы их являются соответственно выходами 12Я и 130 схемы Il7,

иифроаналоговые преобразователи предназначены для преобразования кодов значений S; , Sj. и Rj.j хранящихся соответственно в счетчике 114 и регистрах 115 и Мб, в соответствующие уровни напряжения, которые сравниваются между собой на компара- торах 134 и 135.

Элемент равнозначности 136 выдает уровень l только в случае равенства напряжений на выходах ком- параторов 134 и 135.

Счетчик 146 служит для подсчета количества циклов сравнения между собой трех последовательных локальных экстремумов функции Sj f(u(;) при работе блока 7 в режиме вьщеле- ния глобального экстремума.

Счетчик 151 для подсчета количества экстремумов функции (o/j) при работе блока 7 в режи- ме вьщеления глобального экстремума.

Одновибратор 145 служит для улучшения формы импульса с выхода элемента 144 и задержки его на время установления переходных процессов на вы- ходах триггера 143 и на выходе элемента 136, вызванные записью последнего импульса в счетчик П 4,

Элемент 152 обеспечивает задержку импульса с выхода элемента 137 на время считывания информации с регистра 115 (в блок 8 или в регистр Ю).

Блок 19 управления сдвигами Фиг.б содержит схемы 155 и 156 сравнения кодов, одни из информаци- онных входов которых подключены к разрядным выходам счетчика 157 сдан|гов, а другие информационные входы 5

5

0

разрядным выходам соответственно регистров 158 и 159 хранения двоичных кодов чисел 2п и п, реверсивный счетчик 169, разрядные входы и выходы которого соединены соответственно с информационными входами 107 блока 19 и входами дешифратора 161, нулевой выход которого подключен к первому входу элемента И 162 и к входу элемента НЕ 163, выход которого соединен с первым входом элемента И 164, второй вход которого, подключен к входу 102 блока J9 и к второму входу элемента И 162, выход которого соединен с выходом 104 блока 19 и входом триггера 165, инверсный выход которого подключен к выходу 62 блока 19 и к первому входу элемента И 166, а прямой вьиод - к первому входу элемента И 167, второй вход которого соединен с вторым входом элемента И t66, с вычитающим входом счетчика 160 и с выходом элемента И 164, триггер 168, счетный вход ко- торого подключен к выходу icxeiar 155 и к входу установки О счетчика 157, а прямой и инверсный выходы соединены соответственно с первыми входами элементов И 169 и 170, вторые . входы которых подключены к считывающему входу схемы 155 и к выходу элемента И 167, а выхода соединены соответственно с выходами 76 и 75 блока 19, триггер 171, счетный вход которого подключен к выходу схемы 156 а прямой и инверсный выходы соединены соответственно с первыьЛ входами элементов И 172 и 173, вторые входы которых подключены к сАиты- вающему входу схемы 156, к счетному входу счетчика 157 и к выходу элемента И 166, а выходы соединены соответственно с первым входом элемента ИЛИ 174 и выходом 77 блока 19 и элемент ИЛИ 175, первый и второй входы которого подключены соответственно к входам 60 и 103 блока 19, а выход - к выходу 79 блока 19 и ко второму входу элемента ИЛИ 174, выход которого соединен с выходом 78 блока 19,

Принцип работы предлагаемого устройства заключается в сопоставлении между собой различных областей одного и того же изображения и вынесения решения о принадлежности его к тому или иному классу по результатам

такого сопоставления, В устройстве в процессе распознавания каждая том- ка изображения смешается относительно исходного положения на расстояние , определяемое вектором параллельного переноса FT, и равномерно вращается вокруг точки, соответствующей ее исходному положению. Так, точка О на фиг,7 смещена в точку О , находя- щуюся на расстоянии от нее, и равномерно вращается вокруг исходного положения, пересекая точки +Y, +Х и -X, При этом для некоторого текущего ее положения О можно записать:

г ОП , , -ilo oA, (X,j о А г - r ;cosft/; r(f-cose/i);

;У; АО « Г83.П(У-;,(1)

Если шаг матрицы фоточувствительных элементов преобразователя 1 равен Ь а t есть всегда целое положительное число, то максимальное число , шагов, укладьгоаемь х в г, будет составлять: .

п (2)

Определим приращения йо поворота как

:

Тогда о(( iu;ot, i 0,1,2,.,,, n

Исходя из (1) можно опреде значения

у. .

УН

f Ц . V 5 /

Полученные ряды округлим до ближайших целых чисел:

УЬ. yf ... yf.

6

х х

Ь

У.

(6)

Опре/хелнм приращения по координатам -Y и X как

ДУГ &xt

ГУ|

-(7)

.

М |х - х-,.,1 . Количество щагов, з ладываемых ЭТИХ приращениях, будет опреде т,штИЛ1Л II II ill I

y bi--h, У

- :

(8|

положительны числа; h

а; п.

(9)

irO

1 0

Значения Ь-, и сц могут быть легко, становлены для всех четырех квад5 О 5

20

5

0

5

0

5

0

5

рантов круга (фиг.7), так как функции (I) являются периодическими, а в каждом квадранте меняется лишь направление смешения изображения. За один полный оборот вектора i одни и те же области изображения Рудут дважды перекрываться друг с другом (Лиг,8), т.е. период сЬункции Sj (&;) составляете . Отсюда следует, что любое изображение может быть полностью охарактеризовано данной функцией на интервале oi (о-тг). Однако в целях повышения достовер- йости результатов распознавания изображений характеристическая функ- кия может быть исследовяна, например, на интервале (О - 2Г).

Предварительно, перед началом работы устройства, производится подбор величины Н и определение по Лор- муле (2) значения «(значение h для данного преобразователя 1 постоянно. Далее, согласно (3) -(8) определяются значения Ц и а j для всех четырех квадрантов круга, которые запи- сьгоаются в блок 20. В регистры 158 и 159 блока 19 записываются соответственно двоичные коды величин 2п и п.

Устройство работает следующим (образом,

Работа устройства начинается с подачи с блока 20 сигнала установ { на чертежах не показано, по «которому все блоки и подблоки устройства . устанавливаются в исходное состояние,

В режиме обучения устройству предъявляются стандартные изображения объектов,.распознаваемые в последствии. При этом по сигналу с выхода 84 блока 20 (Фиг.1) производит-, ся считывание информации с фоточувствительных элементов преобразователя I, При этом, как в, счетчике 16 в исходном состоянии хранится код О, с помощью блока 4 производится коммутация выходов первого столбца фоточувствительных элементов преобразователя 1 на входы 25 и 26 блоков 5 и 6.

.Одновременно с сигналом на выходе 84 появляется импульс разрещения записи и сдвига на выходе 59 блока 20, который поступает на вход 60 блока 19 (фиг,6), и далее через элементы ИЛИ 175 и 174 и выходы 79 и 78 блока 19 поступает на входы 74 и 80 блоков 5 и 6 (Лиг,1-3), разрешая тем самым запись информации с первого столбца фоточувствительных злементов преобразователя 1 в первые столбцы запоминающих злементов 108 и 110,

По заданному фронту импульса разрешения записи и сдвига происходит запись 1 в счетчик 16.

В следующий момент вновь появля- ются импульсы на выходах 84 и 59 блока 20, по которым происходит сдвиг информации.(перезапись) с первого столбца во второй столбец запоминающих злементов 108 и 110 блоков 5 и 6, считывание информации со второго столбца фоточувствительных злементов преобразователя 1 и запись ее в первые столбцы запоминающих элементов 108 и ПО,

По заявленному фронту импульсов разрещения записи и сдвига вновь производится добавление в счетчик 16.

Данный процесс считывания и за- писи информации продолжается до тех пор, пока не будет считана информация со всех N столбцов фоточувствительных злементов преобразователя 1, С записью на счетчик 16 N -го им- пульса на его выходе появляется импульс переполнения, сигиализируюр ий блок 20 по его входу 57 (,) об окончании считьгоания информации с преобразователя I, По зтому импульсу блок 20 через информационные выходы 106 вьщает параллельно код числа h , который через входы 107 блока 19 за- письгоается в реверсивный счетчик 160 При этом, благодаря дешифратору 161 и злементу НЕ 163 оказывается подготовленным к пропусканию импульсов элемент И 164 и блокируется злемент И 162 (фиг,6),

После записи в реверсивный счет- чик 160 кода числа и на выходе 100 блока 20 появляется последовательность импульсов, каждый из которых, проходя через элементы И 164, 166, 173, поступает на управляюгаий вход

73 блока 5, осуществляя сдвиг записанной в него информации справа налево на один шаг. Кроме того, по заднему фронту этих импульсов происходит вычитание 1 с содержимого реверсивного счетчика 160 и добавление 1 в содержимое счетчика 157, С записью в последний п-го импульса схема 156 выдает (по заднему фронту п-го импульса) импульс совпадения, который переключает триггер 171 в противоположное состояние (состояние 1),

После прохождения по схеме блока

19данным образом п импульсов информация в блоке 5 оказывается сдвинутой влево на п тагов, а счетчик 160 возвращается в исходное состояние О, в результате чего злемент

И 164 блокируется,и, наоборот, открывается злемент IJ 162. В следующий момент (п+)-й импульс с выхода 100, пройдя через вход Г02 блока 19 и злемент И 162, переключает триггер 165 в противоположное состояние (состояние 1) и сигнализирует блок .

20по его входу 105 об окончании начального сдвига изображения в блоке

5на и щагов влево. По зтому импульсу блок 20 через свои выходы 101 и 94 начинает вьщавать последовательности из N импульсов. Сначала появляется импульс на выходе 101, который, пройдя через элемент ИЛИ 175, поступает на выход 79, а пройдя также через элемент ИЛИ 174, поступает на выход 78|блока 19, В результате на входе 74 блока 5 и входе 80 блока

6появляются импульсы, сдвигающие записанную в них информацию слева направо на один щаг. При этом на выходах N-X столбцов запоминающих злементов 108 и 110 блоков 5 и 6 (выходы 28 и 29) появляются сигналы, которые записывается в первые столбцы запоминакотих злементов 108 и 110 обоих блоков 5 и 6 и поступают на входы 30 и 31 б;5ока 7 (Лиг .1,4),

В схеме 1I2 блока 7 происходит сравнение содержимого одноименных запоминающих рлемеитов 108 и ПО N-ых столбцов блоков 5 и 6, Результат сравнения записьтается в регистр 113 сдвига,

В следующий момент на выходе 94 блока 20 появляется последовательность из N импульсов, сдвигающих записанную в регистре ПЗ информацию в счетчике 114. Тем самым унитарный код, сформированный в регистре ПЗ, преобразуется в счетчике 114 в соответствующий двоичный код.

Указанные импульсы с выхода 94 блока 20 поступают также иа вход

126 схемы и подсчитьшаются счетчиком 142 (фиг,5).

Далее появляется второй .импульс на вьпсоде 101, аналогичным образом считывающий информацию со следующих столбцов запоминающих элементов блоков 5 и 6 н через схему 112 записывающий ее в регистр 113, Вторая последовательность из N импульсов на выходе 94 блока 20 сдвигает ее в счетчик Ml4 и т,д. После появления N-ro импульса на выходе 101 и N/ N импульсов на выходе 94 блока 20 происходит полное считывание информации со всех N столбцов запоминаюгаих элементов 108 и 110 блоков 5 и 6. При этом, благодаря обратным связям (фиг,2, 3) информация в блоках 5 и 6 полностью восстанавливается, а в счетчике 114 оказывается записанным двоичный код значения S0 для случая , Ь, ао О 1 0 (фиг.8),

После поступления на вход 126 N J) N импульсов схема 1 17 начинает осуществлять сравнение содержимого регистра 115 с содержимыми, счетчика 114 и регистра 116,

Преобразователи 131-133 .непрерьш- но выдают аналоговые сигналы, пропорциональные кодам, хранящимся в счетчике 114 и регистрах 115 и 116, Если уровень напряжения на выходе преобразователя 132 превьшает напряжения на выходах преобразователей 131 и 133, или, наоборот, напряжения на выходах 131 и 133 превьгоают одновременно напряжение на выходе преобразователя 132, то на выходах компараторов 134 и 135 появляются двоичны сигналы одинакового значения (соответственно 1 или О), В результате на выходе элемента 137 равнозначности появляется уровень I только в том случае, если в регистре 115 хранится в данный момент код числа, соответствующего локальному экстремуму функции Sf (ф), Б противном случае на выходе элемента 136 присутствует уровень О,

С поступлением на вход 126 схемы 117 первого импульса триггер 143 устанавливается в О, блокируя счетчики 46 и 151 а в счетчик 142 записывается 1, С приходом на вход 126 (NAN)-го импульса на выходе счетчик 142 появляется сигнал переполнения, которьй через элемент ИЛИ 144 пос10

15

0

5

0

5

Q

5

0

5

тупает на вход одновибратора 145. При наличии уровня О на выходе эле- мента 136 задержанный импульс с выхода одновибратора 145 проходит элемент

И 139 и черезэлемент ИЛИ 141 поступает на выход 128 схемы .117, В результате информация со счетчика 114 переписьтается в регистр 115, а с последнего регистра 118 в счетчик 114 записьшается код О. Этим же импульсом блок 20 по входу 99 сигнализируется об окончании первого цикла сравнения.

По сигналу на входе 99 блок 20 производит запись в счетчик 160 (гЬиг, 6) кода числа b , Импульсы с выхода 100 блока 20, проходя через вход 102 блока 19, элементы И 164, 167, 170, выход 75, поступают на управляюиий вход 71 блока 5 и производят сдвиг записанной в нем информации снизу вверх (по координате у) на число шагов, соответствзпошее величине Ь, После прохождения через элемент- И 164 Ь импульсов счетчик 160 оказывается в О и (Ц+1)-й импульс с выхода 100 переключает триггер 165 в противополбжное состояние (состояние О) и сигнализирует блок 20 по входу 105 оР окончании сдвига по координате у .Одновременно возникающий на инверсном выходе триггера 165 перепад нап- ря}{сения (с уровня 1 на уровень О) добавляет 1 в содержимое счетчика 17. .

Го сигналу на входе 105 блок 20 через выходы I06 вьщает код а, который записывается в счетчик 160. После этого возникающая последовательность импульсов на выходе 100, пройдя через элементы И 164, 166, 172 и элемент ИЛИ 174, поступает на управляющий вход 74 блока 5, сдвигая записанную в нем информацию слева направо (по координате X) на число шагов, соответствующее , После прохождения через элемент И 164 импульсов счетчик 160 оказывается в О и (а(+1)-й импульс на выходе 100 переключает триггер 165 в. противоположное состояние (состояние 1) и сигнализирует блок 20 по входу 105 об окончании сдвига по координате X (состояние счетчика I7 при этом не меняется).

По этому сигналу блок 20 через свои выходы 101 и 94 начинает В1ювь выдавать последовательности из М импульсов, В результате в счётчике 114 оказывается записанным код, со- ответствуюший величине S.jj при сдвиге изображения в блоке 5 на by и а (при этом в счетчике 17 оказывается сформированным код угла с( ) ,

С приходом счетчика 142 (N xN)rrp импульса на его выходе вновь появ- ляется сигнал переполнения, поступающий на вход одновибратора 145, При этом, если на выходе элемента .136 присутствует уровень О, происходит лишь перезапись информапии с регистра 115 в регистр 116 и со счетчика 1 14 в регистр 1 15.Если же на выходе элемента 136 присутствует уровень 1, данный импульс с выхода одновибратора 145 проходит через элемент И 137 и поступает на входы элементов 152 и 153. С выхода элемента 153 импульс поступает на выход 12 схемы II7 сравнения и открывает ключи, 120 и 18, В результате содержимое регистра 115 (локальный 3KCTpeMy f) . через выходы 32 записьтается в блок памяти по адресу, сформированному в счетчике 15 ( в данном случае последний хранит код О). Одновременно по этому же адресу в блок 8 червя ключи 18 записьшается код угла поворота вектора Т .

По з:аднему фронту импульса с выхода 36 в счетчик 15 записывается 1.

Импульс с выхода элемента 152 задержки через элементы ИЛИ 141 и 154 поступает на выходы 128 и 130 схемы 117 сравнения, В результате в первый из регистров 118 (ключи 119 Открыты) и регистр 116 переписывается содержимое регистра П 5, в регистр 115 переписьгеается содержимое счетчика 114, а в счетчик 114 записьшается код О с последнего регистра 118,

Импульс с выхода 128 схемы 117 сравнения поступает также на вход 99 блока 20 и запускает его на управление формированием значения S. Блок 20 аналогично предьщутпему выдает коды Ъ и а gi в блок 19, в результате чего вновь происходит сдвиг изображения в блоке 5 по обеим координатам и измерение величины, с поступлением на счетчик 142 (NX N)-го импульс а cxeMji 117 сравни0

5

5

5

вает величину 5(регистр 1I5J с ве- личинами 5 (счетчик 114) и Я(у (регистр 116), При отсутствии экстремума в блоке 7 происходит лишь перезапись информации из регистра 115 в регистр 116 и из счетчика 114 в регистр 115, При наличии экстремума содержимое регистра 115 записывается в блок 8 памяти, С появлением импульса на выходе элемента 152 задержки содержимое первого регистра 118 пере- письшается во второй регистр 118, содержимое регистра 115 переписывает-, ся в регистр 116 и в nepBbrti из регистров 118 ( ключи 119 открыты), в регистр 115 переписывается содержимое счетчика 114, а в счетчик 114 зaпиd fpaйтcя код О с последнего регистра 118 (содержимое регистра 116 теряется). Процесс выделения локального экстремума заканчивается поступлением на вход 99 блока 20 импульса с выхода 98 блока 7,

В следующий момент блок 20 выдает в блок 19 значения кодов Ьз и aj , и описанный выше процесс обработки изображения повторяется,

После выдачи в блок 19 значений Ьп и а f , измерения величины S, и выделения (если он есть) очередного экстремума в счетчике 157 (фиг,6) оказьпвается записанным код числа 2п. При этом в момент записи в последний 2п-го импульса схема 155 вьщает импульс (см,формулу (9)), сбрасывающий данный счетчик в О, и переключает триггер 168 в противоположное состояние (состояние j, В результате последующие импульсы на выходе 100 блока 20, соответствующие bt,4J , начинают поступать нв управлякчпий вход 72 блока 5, осуществляя сдвиг информации в нем сверху вниз (по координате Y ), Далее, по{;ле записи в счетчик 157 следующих h импульсов импульс на выходе схемы 156 переключает триггер 171 в противоположное состояние (состояние О) и впоследствии, управляющие импульсы начинают поступать на вход 73 блока 5, осуществляя . казкдый раз сдвиг справа налево (по координате X) и т,п.

Описанный процесс вьзделения локальных экстремумов может быть повторен, при необходимости, для всех 4п текущих положений изображения

в блоке 5 (фиг,8). В итоге в блоке 8 памяти и регистрах 118 оказьгеаются записанными локальные экстремумы функции Sj f() для всех четырех квадрантов круга (фиг.7 и 8), а в блоке 8 памяти, кроме того, соответ- ствуюшие коды углов Ы , поворота вектора h .

По завершении такого процесса описьшаемое устройство приступает к вьщелению глобального экстремума функции Sj f (, ) среди ее локальных экстремумов, хранящихся в регистрах 118, При этом алгоритм рабо- ты блока 7 аналогичен алгоритму вы- деления локальных экстремумов и отличие заключается лишь в том, что на каждый цикл сравнения кодов блок 7 запускается импульсами, поступаюшими на него с выхода 95 блока 20. Первый из этих импульсов устанавливает триггер 143 в состояние 1, снимая тем самым сигнал зацрета счета со счетчиков 146 и 151, и через элемент ИЛИ 144 поступает на вход одновиб- ратора 145, Если на выходе элемента 136 присутствует уровень 1, задержанный импульс с выхода одновибратор 145 проходит через элемент И 137, подтверзкдая исходное состояние О триггера 150, а также запвсьшая по переднему фронту первую 1 в счетчик 151 и по заднему фронту первую 1 в счетчик 146. (элемент И 153 при этом заперт и записи информации в блок 8 не происходит), Импульс с выхода элемента 152 задержки переписывает содержимое регистра 115 в первый из регистров 118 (ключи 121 открыты) и в регистр 116, содержимое счетчика 114 - в регистр 115, содержимое последнего регистра 118 - в счетчик 114 и т.п.

Если же на выходе элемента 136 .присутствует уровень О, импульс с выхода одновибратора 145 проходит через элементы И 139 и 140 и ИЛИ 147 и добавляет 1 в содержимое счетчика 146, а пройдя через элементы ИЛИ 154 и 141, поступает на входы, записи регистров 115, 116, 118 и счетчика 114, В результате в них происходит перезапись (сдвиг) информации указанным выше образом, с той лишь разницей, что информация с регистра 115 не переписывается в первый из регистров 118 (ключи 119 зак

5

s

О 5 0 5

О 5

0

рыты уровнем О с элемента 136), Тем самым происходит исключение неэкстремального кода, хранящегося в регистре 118, Состояние счетчика J51 при этом не меняется,

С поступлением с блока 20 на вход 129 (М+2)-го импульса заканчивается первый цикл выделения глобального экстремума. При этом информация с регистров 1 18 полностью проталкивается через счетчик 114 и регистр 115. При наличии экстремума ключи И 9 оказываются открытыми и код с регистра 115 переписывается в первый из регистров 11 S; при отсутствии экстремума код с регистра 115 переписывается только в регистр 116 и далее теряется. Таким образом, по завершении первого цикла выделения глобального экстремума в счетчике 1I5 оказьтается записанным код числа выделенных экстрему1 1ов, а (М+2)-й импульс на входе счетчика 146 вызьшает

его переполнение. Импульс переполнения поступает на вход элемента 148 задержки и на вход считьгоания дешифратора 149. При этом, если содержимое счетчика 151 отлично от 1, импульс на его единичном выходе отсутствует. Импульс с выхода элемента 148 задержки устанавливает счетчик 151 в состояние О.

Последующие импульсы с выхода 95 блока 20 обеспечивают выполнение второго цикла выделения глобального экстремума и т.д. Такой процесс продолжается до тех пор, пока в регистрах 115, 118 и счетчике 114 не останется всего липть один код (глобального экстремума). При этом, с приходом его в регистр 115 в счетчики 146 и 151 записывается по 1, а км- пульс с выхода элемента 152 перепи шет глобальный экстремум в первый из регистров 118 и т.д, Последую- импульсы на входе 129 схемы 117 обеспечивают сдвиг глобального экстремума в регистрах П8. С приходом на счетчик 146 ( импульса импульс переполнения поступает на вход считывания дешифратора 149. При этом, так как в счетчике хранится код ,на единичном выходе дешифратора появляется импульс, переключающий триггер 150 в состояние 1, В дальнейшем сигнал 1 на выходе элемента И 137 появляется

только с записью глобального экстремума в регистр 115, Этот сигнал возвращает триггер 150 в исходное состояние О. Возникающий при этом перепад напряжения (с уровня 1 на О) на его прямом выходе через выход 127 схемы 117 поступает на вход 82 регистра 10. В результате код глобального экстремума с регист- ра 115 переписывается через выходы 33 схемы 117 в регистр 10. Одновременно блок 20 по входу 83 сигнализируется об окончании процесса выделения глобального экстремума функ- ции Sj f(X ).

С приходом сигнала на вход 83 блок 20 переходит в режим записи эталонов. Для этого счетчик 15 предварительно обнуляется, а затем на него начинают поступать импульсы с вьгхода 70 блока 20, формируя адрес, по которому происходит считывание с блока 8 памяти кодов экстремальных значений функции S j в блок I1 нор- мализации (фиг,1) и соответствуютих углов С(. поворота вектора h на входы 44 коммутатора 12. Одновременно по командам с выхода 85 блока 20 с регистра 10 через входы 43 в блок 11 считывается код глобального экстремума. Блок 1I обеспечивает нормализацию экстремальных значений функции Sj, которые с помощью коммутатора 12 записываются в блок 9 па- мяти (через входы 53).

В режиме обучения указанным выше образом в блок памяти могут быть записаны нормализованные значения экстремумов изображений различньк классов.

В режиме распознавания устройству предъявляется изображение объекта 3 и в блок 8 памяти записываются экстремальные значения функции S j и соответствующие значения углов о/; поворота вектора t , а в регистр 10 глобальный экстремум данной функции С постзшлением сигнала на вход 83 блок 20 начинает вьщавать на счет- чик 15 импульсы, по которым в нем формируется код адреса. По адресам, выбранным счетчиком 15, экстремальные значения функции Sj поступают с блока 8 памяти в блок 1I нормали- зации, а соответствующие этим экстремальным значениям угла о(; - с блока 8 памяти на входы 49 коммутатора 12. Одновременно с регистра 10 в блок 11 подается код глобального экстремума и по командам с блока 20 в блоке 11 происходит нормализация указанных локальных экстремумов ,

После этого на управляющий вход 90 коммутатора 12 jc блока 20 поступает сигнал, и нормализованные экстремальные значения функции S; и соответствующие им значения угловй ; поступают через входы 54 в блок 14 принятия решений. Одновременно с блока 20 на вход 91 блока 13 задания адресов эталонов поступает управляющий сигнал, в результате чего с его выходов 40 в блок 9 памяти и в блок 14 принятия решений поступает двоичный код класса изображения. Кроме того, в Рлок 14 поступают (по входам 42) параллельные коды нормализованных экстремумов функпин S; и соответствующих им углов с блока 9 памяти эталонов, В блоке I4 принятия решений происходит сравнение нормализованных эталонных и распознаваемых величин (т,е, признаков эталонного и распознаваемого изображения) и по ре- . зультатам сравнения выносится решение о принадлежности изображения данному классу.

В случае несовпадения эталонных и распознаваемых величин для данного класса изображений из блока 14 принятия решений на вход 93 блока 20 поступает сигнал, по которому в блок 13 поступает следующий управляющий сигнал выборки эталонов следующего класса, и процесс сравнения кодов признаков эталонного и распознаваемого изображений повторяется до тех пор, пока не произойдет совпадение эталонных и распознаваемых величин лля соответствующего класса изображений.

Принцип работы устройства обеспечивает инвариантность результатов распознавания к изменениям параметров положения изображения.

Величина вектора определяется особенностями распознаваемых изображений и выбирается эмпирически. При этом, для повышения достоверности результатов распознавания желательно, чтобы при дайной величине f происходили, по возможности максимальные изменения значений функции f() для всех распознаваемых изображений,

Формула изобретения

Устройство для распознавания изображений,.содержащее оптоэлектрон ный матричньй преобразователь, выходы которого соединены с одними из входов блока развертки изображения, первый блок памяти, адресиые входы которого подключены к разрядным выходам первого счетчика, второй блок памяти, адресные входы которого соединены с выходами блока задания адресов эталонов, а информационные выходы - с первой группой информаци- входов блока принятия решений, второй счетчик, выход переполнения которого подключен к одному из входов блока синхронизации и управления, а разрядные выходы соединены с другими.входами блока развертки изображения, блок нормализации, первый и второй входы которого подключены соответственно к информационным выходам регистра хранения глобального экстремума.и первого блока памяти, коммутатор, первьй и второй входы которого соединены соответственно с информационными выходами блока нормализации и первого блока памяти, а первый и второй выходы - соответственно входами записи информации второго блока памяти и с второй группой информационных входов блока принятия решений, третья группа информационных входов которого соединена

с выходами блока задания адресов эта- лонов, и ключи, причем управляющие выходы блока синхронизации и управления подключены к управляющим входам оптоэлектррнного матричного преобразователя, блока задания адресов эталонов, блока нормализации, коммутатора и к счетным входам первого

и второго счетчиков, отличающееся тем, что, с целью расширения класса распознаваемых изображений, оно содержит блоки сдвигающих регистров и третий счетчик, счетный

15

вход которого подключен к одному из

информационных рыходов блока управления сдвигами, а разрядные выходы соединень через ключи с входами записи информации первого блока памяти,

управляющие входы и выходы блока выделения экстремальных значений и блока управления сдвигами подключены к соответствующим выходам и входам блока синхронизации и управления,

информационные.и управляющие входы блоков сдвигающих регистров подключены соответственно к выходам блока развертки изображения и блока управления сдвигами, а выходы указанных

блоков соединены с информационными входами блока выделения экстремальных значений, информационные выходы которого подключены соответственно к входам записи информации первого

блока памяти и информационным входам регистра хранения глобального экстремума, а управляющий выход соединен со счетным входом первого счетчика и с управляющими входами

ключей.

(риг.З

о

i-X

ВНИШШ Заказ 908/57 Тираж 673 Подписное Филиал ШШ Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

фт.З

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано при распознавании обраяотз. Паль изобретения - расширение класса распознаваемых образов. Устройство содержит оптоэлектронный матричный преобразователь, блок развертки изображения, первый и второй блоки памяти, блок задания адресов зталонов, три счетчика, блок принятия решений, блок нормализации, регистр хранения глобального зкстремума, коммутатор, блок сравнения экстремальных значений, ключи, блок синхронизации и уйравления, блоки сдвигающих регистров, информационные и управляющие входы которых подключены соответственно к выходам блока развертки изображения и блока управления сдвигами, а выходы соединены с информационными входами блока выделения экстремальных значений, первые и вторые информационные входы которого подключены соответственно к входам записи информации второго блока памяти и к информационным входам регистра хранения глобального экстремума, а управляющий выход соединен со счетным входом первого счетчика и с управляющими входами ключей, счетный вход третьего счетчика подключен к информационному выходу блока управления сдвигами, а разрядные выходы через ключи соединены со входами записи информации первого блока памяти, при этом управляющие входы и выходы блока вьщелеиия экстремальных значений подключены к соответствующим вы;- ходам и входам блока управления сдви гами. Устройство обеспечивает инвариантность результатов распознавания к измененням параметров положения распознаваемого изображения, В ил. i (Л