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

Изобретение относится к автоматике и,вычислительной технике, в частности к устройствам распознавания образов, и может быть использо- вано при автоматизации механосбороч- ных работ с помощью роботов.

Целью изобретения является повышение быстродействия устройства путем направленного перебора эталлон- ных изображений,

На фиг,1 представлена структурная схема устройстваS на фиг,2 - структурная схема блока логики для четырех эталонных изображершй (четырех образов).

Устройство (фиг,I) содержит последовательно соединенные блок 1 предъявления изображений, первый блок 2 сравнения5 входы которого подключены к выходу блока 2 памяти эта- лонных изображений и выходу блока 4 управления фотоэлектрический преобразователь 5, подключенный к выходам генераторов 6 и 7 напряжения, блок 8 оценки ширины экстремума сигнала, второй блок 9 сравнения и ключ Ю выходы которого образуют выходы устройства,, информационные входы подключены к выходам генераторов б и 7

напряжения развертки, компаратор 1

выход которого объединен с входом блока 4 управления и вторым управляющим входом ключа 10, а вход с выходом фотоэлектрического преобразователя 5, Между выходом компаратора 11 и входом блока 3 памяти последовательно соединены элемент 12 И, второй вход которого соединен с выходом компаратора 1, счетчик 13S мультиплексор 14} вторая группа входов которого соединена с выходами логического блока 15j электрический привод 6 вторая группа выходов которого соединена с первой группой входов блока 15 второй .вход которого соединен с вы- ходом И 2, К выходам мультиплексора 4 подклаочены последовательно включенные постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 17 и цифроаналоговьй преобразователь (ДАЛ) 18. Вьпсод нос- леднего подключен к второму входу второго блока 9 сравнения.

Логический блок 15 (фиг. 2) содержит блоки сравнения i9-22j первые и 1 торые входы которых образуют первые и вторые входы блока 15j счетчики- 23- .26в счетный вход К-го счетчика (К 1,4) подключен к выходу К-го

О

5

0

5

0

5 0 5

5

блока сравнения; группу регистров 27-30, входы каждого К-го регистра (К 1,4) которой соединены с выходами счетчика; первую руппу цифровых ключей 31-34, информационные входы каждого К-го цифрового ключа (К 1,4) которой соединены с выходами К-го регистра первой группы, выходы цифровых ключей 31 и

33поразрядно объединены и подключены к информационным входам счетчиков 24 и 26, выходы цифровых ключей 32 и

34поразрядно объединены и подключены к информационным входам счетчиков 23 и 25; двоичные компараторы 35-37, первая группа входов каждого К-го

,() двоичного компаратора соединена с выходами К-го регистра первой группы, вторая группа входов с выхо- ДсЭми (К+lJ-ro регистра первой группы; регистры 38-41, выходы каждого регистра соединены с третьей труппой входов К-го блока сравнения; вторую группу регистров 42-45, входы каждого К-го регистра (К 1,4) которой соединены с выходами К-го регистра; вторую группу цифровых ключей 46-49, входы каждого К-го (К 1,4), цифрового ключа которой соединены с выходами регистра второй группы, выходы цифровых ключей 46 -и 48 поразрядно объединены и подключены к входам регистров 39 и 41, выходы иифровых ключей 47 и 49 поразрядно объединены и подключены к входам регистров 38 и 40; элементы ИЛИ 50 и 515 первьш вход каждого К-го элемента ИЛИ (К 1,2) соединен с выходом К-го двоичного компаратора, второй вход - с выходом (К + 1)-го двоичного компаратора, выход соединен с управляющими входами (К+1)-го счетч1жа, (K+J)-x цифровых ключей . первой и второй групп и (К+1)-го регистра, причем выход первого двоичного компаратора 35 соединен с управляющими входами первого счетчика 23J первых цифровых ключей 31 и 46 первой и второй групп и цервого регистра 38, выход третьего двоичного компаратора 37 соединен с управляющими входами четвертого .счетчика 26, четвертых ключей 34 и 49 первой и второй групп и четвертого регистра- 41S причем выходы буферов 42-45 второй группы образуют выходы блока 15,

Блоки I -ll вьтолнены аналогично соответствующим блокам прототипа.

3

Привод 16 выполнен в виде цифровой позиционной системы. ПЗУ 17 представляет собой полупроводниковое программируемое запоминающее устройство и может быть выполнено на ин- тегральных микросхемах сер.155, 541, 556. Блоки сравнения 19- 22 могут быть выполнены, например, в виде устройства для сравнения двоичных чисел. В качестве счетчиков 23-26 могут быть использованы двоичные счетчики с возможностью записи информации, вьтолненные на интегральных микросхемах сер. 155, 133, 564. Буферные регистры 27-30 первой груп- пы и буферные регистры 42-45 второй группы представляют собой стандартные регистры и могут быть выполнены, например, на интегральных микросхемах сер. 133, 155, 564. Цифровые ключи 31-34 первой группы и 46-49 второй группы представляют собой магистральные передатчики, которые могут быть выполнены на интегральных микросхемах сер.559. В качестве двоичных компаратов 35-37 могут быть использованы, например, параллельные двоичные компараторы.

Устройство осуществляет распознавание и определение координат предъ- являемого изображения по двум признакам - величине максимума взаимно- корреляционной функции и его ширине. Каждому эталонному изображению условно присвоен типовой и порядковый но- мера.

Порядковый номер определяет очередность проецирования соответствующего эталонного изображения блоком 3 памяти в первый блок 2 сравнения, причем множество порядковых номеров изоморфно множеству вероятностей появления соответствующих изображений, упорядоченному по убыванию.

Типовой номер определяет положение соответствующего эталонного изображения на фотопленке блока 3 памяти и равен адресу в ПЗУ 17, по которому записано в двоичной форме значение ширины максимума автокорреляционной функции на уровне 0,5 для этого же эталона.

Для распознавания одного предъявленного изображения блок 1 предъявления изображений и блок 15 выполняют один внешний цикл работы, в то же время как остальные блоки устройства- несколко одинаковых внутренних циклов, при1324

чем количество внутренних циклов зависит от вероятности появления предъявляемого изображения.

Блок предъявления изображений предъявляет проецирование обстановки (например, деталей на конвейере) и первый блок 2 сравнения. Блок 15 осуществляет сопоставление каждого типового номера эталонного изображения с порядковым номероь в соответствии с типовым номером, снимаемым с второй группы выходов привода 16, последнего опознанного изображения, а также физическое упорядочение типовых номеров в соответствии с присвоенными по- рядковьми номерами.

Типовые номера изображений парал-, лельно передают с выходов блока 15 на информационные входы мультиплексора 14 таким образом, что типовой номер изображения,порядковый номер которого равен единице, подается на вход первого канала мультиплексора 14, типовой номер изображения, порядковый номер которого равен двум,- на вход второго канала мультиплексора 14 и т.д. В исходном состоянии блок 15 передает на последовательность входных информационных каналов мультиплексора 14 типовые номера изображений в порядке их возрастания.

Номер внутреннего цикла работы блоков устройства определяется счет-™ чиком 13: двоичный код на выходе счетчика 13 есть номер цикла. Двоичный код с выхода счетчика 13 подается на адресный вход мультиплексора 14, чем определяет номер входного информационного канала мультиплексора 14, с которого типовой номер эталонного изображения пе редается на , входы привода 16 и ПЗУ 17. В исход- ном состоянии счетчик 13 установлен в начальное (единичное) -состояние. Поэтому на входы привода 16 и ПЗУ 17. приходит типовой номер с первого канала мультиплексора 14, т.е. типовой номер, равный единице.

Привод 16 вращает катушку с фотопленкой блока 3 памяти до тех пор, пока на выходе блока 3 памяти не установится изображение, соответствующее типовому номеру на входе привода 16. При этом на второй группе выходов привода I6 устанавливается типовой номер изображения, проецируемого блоком 3 памяти в первый блок 2 сравнения. В исходном состоянии

в парный блок 2 сравнения проецируется изображение с типовым номером, равным единице.

Типовой номер на входе ПЗУ 17 инициирует появление на выходе ПЗУ 17.двоичного кода и на выходе 18 напряжения, пропорционального гаи рине максимума автокорреляционной функции на уровне 0,5 изображения, соответствугощего типовому номеру, В исходном состоянии с выхода ДАЛ 18 на второй блок 9 подается напряжение, пропорциональное ширине максимума автокорреляционной функиди на уровне. О, 5 изображения с первым типовым номером.

Первый блок 2 сравнения вычисляет взаимнокорреляционнуто функцию (xs ) предъявляемого изображения и эталонного сразу для всех значений аргументов X, у и угла поворота 0 .

Световая картина на экране фото- электрического преобразователя 5, пропорциональная взаимно корреляционной функции Р , преобразуется в последовательность электрических сигналов. Напряжение развертки при счи тьтании световой -картины при этом обеспечивается генераторами 6 и 7 напряжения развертки. Выходной сигнал фотоэлектрического преобразователя 5 поступает в компаратор 11g воздействуя через блок 4 управления на первый блок 2 сравнения, поворачивает последний вокруг оптической оси, В момент достижения сигналом с фотоэлектрического преобразователя 5 максимального значения компаратор 11 устанавливает на своем выходе положительньй уровень напряжения. Выходной сигнал фотоэлектрического преобразователя 5 поступает также в блок 8, на выходе которого формирует- С.Я напряжение, пропорциональное ширине максимума сигнала фотоэлектрического преобразователя 5 на уровне 0,5, Второй блок 9 сравнения выраба- тьшает положительный уровень напряжения в случае совпадения напряжения, поступающего на блок 8 оценки ширины экстремума сигнала, с напряжением с иДП 18.

Если выполняетс я только первый признак, а именно величина максимума взаимно корреляционной функции, по которому осуществляется распознавание, то положительный уровень с компаратора 11, воздействуя на второй вход счетчика 13, переключает его в следующее счетное состояние т,е, 5 второе, если перед этим бьшо первое, третье, если перед этим было второе и т.д.) .

Далее внутренний цикл работы блоков устройства (кроме блока 1 предъ0 явления изображений и блока 15) повторяется.

При наличии положительньк уровней на обоих управляющих входах ключ 10 (при вьтолнении обоих признаков рас5 познавания) открывается и пропускает поступающие на его функциональные входы напряжения разверток с выходов генераторов 6 и 7, пропорциональные координатам опознанного образа.

0 Наличие положительных уровней напряжения на входах 2-входового элемента И I 2 инициирует появление на его выходе 1,.которая, поступая на вход счетчика 13, сбрасывает его в единич5 кое состояние (при этом положительный уровень напряжения с выхода компаратора 11 сигналов рассогласования игнорируется) , и тем самым, подготавливает устройство к распознаванию сле0 дуюшего предъявляемого изображения.

Работа блока 15 построена таким .образом, чтобы обеспечить следующие требования: содержимое счетчиков 23- 26 при последовательном переходе от первого счетчика 23 ко второму счет- чику 24, от второго счетчика 24 к третьему счетчику 25 и от третьего счетчика 25 к четвертому счетчику 26 должно возрастать или не изменяться; в первом регистре 42 второй группы доллсен находиться .-типовой номер изображения с первым порядковым номером, во втором регистре 43 второй группь - с вторым порядковым номером, в третьем регистре 44 второй группы - с .третьим порядковым номером и в четвертом регистре 45 второй группы - с четвертым порядковым номером.

В начальный момент работы устройства счетчики 23-26 установлены в нулевое состояние, их содержимое параллельно переписьшается в регистры 27-30 первой группы, В регистры 38-4 записываются типовые номера изображений от 1 до 4 в порядке их возрастания. Информация с выходов регистров 38-41 параллельно перепи

сьшаются в регистры 42-45 второй группы.

Уровень 1 с выхода 2-входового элемента И 12 разрешает сравнение типового номера изображения с второй группы выходов привода 16 с типовыми номерами с выходов регистров 38-41 в схемах сравнения 19-22. Схема сравнения, на входах которой типовые номера совпадают, вырабатьшает сигнал на счетный вход соединенного с ней счетчика, счетчиков 23-26, тем самьм переключая последний в следующее счетное состояние. Содержимое счетчиков 23-26 параллельно переписывается в регистры 27-30 первой группы. Двоичные компараторы 35-37, удерживая на своих выходах уровень О, переключаются на уровень 1 только в том случае, если двоичный код на второй группе входов превышает дво- ичньй код на первой группе входов. Так, если уровень I устанавливается на выходе первого двоичного компаратора 35, то открьгоаются первые цифровые ключи 31 и 46 первой и вто- рой группы, передавая на информационные входы счетчиков 23 и 26 содержимое первого буфера 27 первой группы и на входы регистров 39 и 41 содержимое первого буфера 42 второй группыJ переключается первый элемент ИЛИ 50 в состояние 1, открываются вторые цифровые ключи 32 и 47 первой и второй групп, передавая на информационные входы счетчиков 23 и

25содержимое второго регистра 28 первой группы и на входы регистров 38 и 40 содержимое второго регистра 43 второй группы; под действием уровня 1 на управляющие входы информация с информационных входов счетчиков 23 и 24 переписьшается соответственно на их выходы, а с входов регистров 38 и 39 - соответственно на их выходы; содержимое счетчиков 2326параллельно переписьшается в регистры 27-30 первой группы и содержимое регистров 38-41 параллельно переписьгоается в регистры 42-45 второй группы.

Аналогичньш обмен информацией происходит при установке уровня 1 на выходах второго и третьего двоичных компараторов 36 и 37, однако при установлении уровня J на выходе второго двоичного компаратора 36 про исходит обмен информац)ией меткду вторым и третьим регистрами 43 и 44 второй группы, а при установлении 5 уровня 1 на выходе третьего двоичного компаратора 37 происходит обмен информацией между третьим и четвертым регистрами 29 и 30 первой группы и третьим и четвертым регистрами 44 и

О 45 второй группы.

Процесс упорядочения типовых номеров изображений в регистрах 42-45 второй группы продолжается до тех . пор, пока на выходе каждого двоично5 го компаратора 35-37 не установится уровень О.

Таким образом, блок 15 осуществляет упорядочение типовых номеров изображений в зависимости от порядковых

0 номеров в регистрах 42-45 второй

группы так, что в первом регистре 42 второй группы хранится типовой номер изображения, порядковый номер которого равен единице, во втором ре5 гнстре 32 второй группы - типовой номер изображения, порядковый номер которого равен двум и т.д. до четы-- рех.

Следовательно, быстродействие . предлагаемого устройства повышается в результате неслучайного порядка предоставления эталонных изображений блоком 3 памяти.

Формула изображения

0

5

0

1, Устройство для распознавания образов, содержащее последовательно соединенные блок предъявления изображений, первый блок сравнения, входы которого подключены к выходу блока памяти эталонных изображений и выходу блока управления, фотоэлектрический преобразователь, оптически связанный с первым блоком сравнения и подключенный к выходам генераторов напряжения развертки, блок оценки ширины экстремума сигнала, вход котот рого связан с выходом фотоэлектричес- .кого преобразователя, ключ, выход которого является выходом устройства, а информационные входы подключены к выходам генераторов напряжения развертки, второй блок сравнения, первый вход которого связан с выходом блока оценки ширины экстремума сигнала, а выход соединен с первым управляющим входом ключа, компаратор,

выход которого связан с входом блока управления и вторым угфавляющим входом ключа, а вход связан с выходом фотоэлектрического преобразователя, отл чающееся тем, что, с целью повышения быстродействия, устройство содержит элемент И, входы которого соединены с выходами компаратора и второго блока сравнения, счетчик, входы которого соединены с выходами компаратора и элемента И, логический блок, первый i вход которого соединен с выходом элемента И, мультиплексор, первый вхо/д которого соединен с выходом логического блока, электрический привод, механически связанный с блоком памяти эталонных изображений причем выход электрического привода соединен с вторым входом логического блока, а вход связан с выходом мультиплексора 5 второй вход которого соединен с выходом счетчгаса, постоянную память, вход которой подключен к выходу мультиплексора, цифроанало- говый преобразователь, вход которого подключен к выходу постоянной памяти, а выход связан с вторым входом второго блока сравнения,

2, Устройство по п., о т л и - ч а ю- щ е е с я тем, что логический блок содержит- К блоков сравнения,, первые и вторые входы которых образуют первые и вторые входы логического блока, а число К равно числу распознавания образов, 1 счетчиков, счетные входы калсдого К-го счетчика подключены к выходу К-го блока сравнения, первую группу из К буферных регистров, входы каждого К-го буферного регистра которой соединены с выходами К-го счетчика, первую груп- пу из К цифровых ключей, информациныё входы каждого К-го цифрового ключа соединены с выходами Кто буферного регистра первой группы, выходы нечетных- цифровых ключей поразрядно объединены и подключены к информационным входам четных счетчи- 5 ковf выходы четных цифровых ключей поразрядно объединены и подключены к информационным входам нечетных счетчиков, К-1 двоичных компарато-- ров5 первые входы каждого К-го 10 двоичного компаратора соединены с выходами К-го буферного регистра первой группы, вторые входы соединены с выходами (К+)-го буферного регистра первой группы, К регист- , выходы каждого К-го регистра соединены с третьими входами К-го блока сравнения, вторую группу из К буферных регистров, входы каждого К-го буферного регистра которой сое- 0 динены с выходами К-го регистра, вторую группу из К цифровых ключей, вхо- ды каждого К-го цифрового ключа которой соединены с выходами К-го буферного регистра второй группы, выходы

- нечетных цифровых ключей поразрядно объединены и подключены к входам четных регистров, выходы четных цифровых ключей поразрядно объединены и подключены к входам нечетных регистров,

0 к-2 элементов ИЛИ, первый вход каждого К-го элемента ИЛИ соединен с выходом К-го двоичного компаратора, вто- - рой вход соединен с выходом (К+})то двоичного компаратора, выход соеди5 нен с управляющими входами (К+1)-го счетчика, (К+1)-х цифровых ключей первой и второй групп и ()-го регистра, причем выход первого . двоич ного компаратора соединен с управляю0 щими входами первого счетчика, первых цифровых ключей первой и второй групп и первого регистра, выход (К-1)-го двоичного компаратора соединен с управляющими входами К-го счетчика,

К-х цифровых ключей первой и второй групп и К-го регистра, причем выходы буферных регистров второй группы образуют выходы логического блока.

(fiue.r

/JepSaff гр1/ппа Sff epf-ffy/x

Изобретение относится к авто- матике и вычислительной технике и может быть использовано при автоматизации механосборочных работ. Устройство позволяет повысить быстродействие сравнения потока входных изображений с эталлонными изображениями за счет направленного перебора эталонных изображений. Это, достигается тем, что в устройство вводится блок логики, мультиплексор, постоянное запоминающее устройство, счетчик, электрический привод, цифроана- логовый преобразователь и элемент И. Взаимодействие данных элементов позволяет перебирать эталонные изображения таким образом, что каждое эталонное изображение выбирается с частотой, пропорциональной вероят- ,ности его появления. 13.п.ф-лы, 2 ил. S (Л to ел 00 N5