Устройство для выделения фигур на изображении Советский патент 1987 года по МПК G06K9/00 

Изображение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к устройствам для анализа и распознавания изображений, воспринимаемых с помощью двоичных фотоматриц (многоэлементных приемников с бинарным квантованием сигналов), и может быть использовано, например, для предварительной обработки визуальной информации в органах зрения роботов.

Цель изобретения - расширение области применения за счет увеличения диапазона размеров выделяемых фигур. На фиг. I представлена функциональная схема устройства; на фиг.2 - схема формирователя импульса сброса; на фиг. 3 - схема алгоритма;: на фиг. 4 - принцип определения смежности элементов изображения; на фиг. 5 - пример изображения маски; на фиг. 6 - пример реализации преобразователя кодов; на фиг. 7 - пример реализации блока памяти маски; на фиг. 8 - пример реализации фотоэлектрического преобразователя,

Устройство (фиг. l) содержит М узлов 1 выделения элементов изображения, состоящие из элемента ИЛИ 2 и элемента ИЗ, первый вход которого подключен к выходу элемента ИЛИ 2 данного канала, а выход связан с соответствующим информационным вхог дом М-разрядного регистра 4 и является выходом 5 устройства. М выходов регистра 4 разведены на М узлов 1, в каждом из которых связаны с первым входом элемента ИЛИ 2. Фотоэлектрический преобразователь (ФЭП) 6 соединен своими адресными входами с соответствующими адресными выходами 7 устройства и вькодами адреса блока 8 управления, а М выходов преобразователя 6 разведены соответственно на М узлов 1 , в кaяtдoм из которых подключены ко второму входу элемента И 3 . Синхронизация работы узлов 1 регистра 4 и ФЭП 6 обеспечивается сигналами блока 8 управления совместно с сигналом окончания анализа, поступающим от внешнего устройства, анализирующего обработанные строчки изображения. Этот сигнал поступает через вход Конец анализа строки 9 устройства. В блоке 8 управления генератор 10 импульсов подключен к первому входу элемента И 11, выход которого подключен к счетному входу п-раарядного двоичного счетчика 12.

Выходы счетчика 12 являются входами преобразователя кодов 13, п выходов которого связаны с п входами формирователя 1А импульса сброса с соответствующими п входами блока 15 па- ияти изображения маски, а также яв- ляются выходами адреса блока 8 управления. Формирователь 14 импульса сброса (фиг. 2) содержит п-входовой

элемент И-НЕ 16 и п-входовой элемент ИЛИ 17, входы которых соединены с соответствующими входами формирователя 14. Формирователь 14 импульса сброса Содержит также элемент i 18 и одновибратор 19, выход которого подключен ко входу сброса регистра 4 и является выходом формирователя 14 и выходом сигнала Блокировка блока 8. Элемент И 18

связан первым входом с выходом элемента И-НЕ 16, вторым входом с выходом элемента ИЛИ 17, а выходом - с входом одновибратора 19,

Выход элемента НЕ 20 является

выходом Сброс блока 8 управления и связан с третьими входами элементов И 3 во всех узлах 1. Вход элемента задержки 21 соединен с выходом элемента И 11, а выход подключен ко входу элемента НЕ 20. Вход установки RS-триггера 22 является входом Конец анализа блока 8, который связан со входом записи регистра 4 и входом Конец анализа строки

9 устройства. RS-триггер 22 связан выходом со вторым входом э лемента И 11, а входом сброса - с выходами М одновибраторов 23, входы которых являются входами Останова блока 8

управления и вне блока 8 соединены с выходами элементов И 3 соответствующих узлов 1. М выходов блока 15 памяти изображения маски являются выходами маски блока 8 и подключаются соответственно ко вторым входам элементов ИЛИ 2 узлов 1 выделения элементов изображения, а оставшиеся входы элементов ИЛИ 2 соединены с - выходами элементов И 3 смежных узлов .

Преобразователь 13 кодов вьшолнен по схеме фиг. 6. Схема содержит сумматор 24, регистр 25, элементы НЕ 26, мультиплексор 27. Входами преобразователя являются входы первого

слагаемого сумматора 24, а входы второго слагаемого подключены соответственно к выходам регистра 25. Входы элементов НЕ 26 подключены ко входам

преобразователя 13, а выходы подключены к первым входам мультиплексора 27,вторые входы которого подключены к выходам сзпугматора 2А, а вход управления соединен с выходом переноса сумматора, В регистре 25 хранится в двоичном коде номер строки i начала выделения. Пока число X, поданное в двоичном коде на входы преобразователя, меньше чем 2 i, на выходе переноса сумматора 24 будет лог. О и на выходе преобразователя 13 будет результат суммы X+i. Если число на входе больше или равно , то сумматор 24 вьщает сигнал переноса Р, который переключает мультиплексор 27. На выходе преобразователя 13 при этом будет число , получен ное путем поразрядной инверсии числа X.

Для изменения области начала выделения связных фигур внешнее устройство, например устройство анализа, должно загрузить в регистр, 25 преобразователя 13 кодов номер первой обрабатываемой строки i, а в блок 15 памяти изображения маски новую маску.

Блок 15 памяти реализован по схе25 изображения. Единички строки И{ сохранятся в i-й обработанной строке О,;, если поступит разрешение от соответствующего элемента предыдущей i-1-и обработанной строки 0) ,

ме фиг. 7. Схема содержит мультиплек- которая хранится в регистре 4. Тасор 28 и узел 29 памяти. Входамикое разрешение формируется, когда

блока 15 памяти являются первые вхо-элемент 0., строки находится в едиды мультиплексора 28, выходы которо-ничном состоянии. Стрелки между сого подключены к адресным входам узла 29 памяти. Выходы Узла 29 памяти являются входами блока 15.

Фотоэлектрический преобразовател 6 (фиг. в) реализован, например, на основе фоторезисторной матрицы. Схема содержит дешифратор 30,входы которого являются адресными входами преобразователя 6, матрицу 31 типа фоторезистор-диод, содержащую N строк и К столбцов, М резисторов нагрузки Е„-, М компараторов 32,выходы которых являются выходами преобразователя 6.

Устройство работает следующим образом.

Алгоритм работы устройства основан на построчном способе вывода и обработки сигнала бинарного изображения. В дальнейшем будем полагать, что в качестве датчика изображения преобразователя 6 используется фотоприемная матрица, чувствительные элементы которой расположены в узла прямоугольной решетки, а вывод сигналов бинарного изображения преобразователь 6 выполняе г построчно, в соответствии с номером строки (число crpoxW), поданным в двоичном коде на его п адресных входов (нуме- г рация строк и столбцов показана на фиг. 3, 2 N).Изображение проецируется на фотоматрицу оптическим способом. Для алгоритма работы существенна способность построчного выO вода, а топология фотоматрицы влияет только на определение смежности элементов. В нашем случае под элементами, смежными к данному, будем понимать элементы соседние с ним,

5 они отмечены штриховкой на фиг. 4.

Идею алгоритма можно понять из фиг. 3. Фотоэлектрический преобразо- ватель 6 из массива N М бинарных элементов изображения выдает по сиг0 налам блока 8 управления очередную i-ю строчку И, причем область объектов характеризуется единичными элементами, а нулевые элементы относятся к области фона бинарного

5 изображения. Единички строки И{ сохранятся в i-й обработанной строке О,;, если поступит разрешение от соответствующего элемента предыдущей i-1-и обработанной строки 0) ,

которая хранится в регистре 4. Та5

седними элементами Oi строки на фиг. 3 означают распространение разрешения от элементов, установившихся в единичное состояние, к соседним с ними элементами.

Таким образом, разрешения от едир ничных элементов строки 0-, инициируют распространение раз решающих сигналов через единичные элементы строки О,- . Б результате за один этап обработки происходит выделение единичньгх элементов очередной строки (через цепочки смежных единичных элементов) с выделенными ранее единичными элементами предыдущей обработанной строки. В конце этапа об работки строки Oj записывается в ре0 гистр 4 и используется при обработке следующей И; строки.

Для формирования разрешений, а также для определения размеров, формы и положения области начала выде5 ления в поле зрения служит блок 15 памяти изображения маски, который выдает сигналы в том же формате,что и преобразователь 6. Задание области начала выделения позволяет выбрат фигуры, связанные с соответствующей областью (маской) изображения. Сигналы, вьщаваемые маской, можно рассматривать как изображение , N l М элементов, в котором единичными элементами представлена область маски. При рАботе устройства маска выступает в качестве затравки,сохраняя в своей области элементы изображения без изменения. Единичные элементы в других частях изображения будут выделены, если они окажутся связанными с единичными элементами изображения в области маски,

Пример маски показан на фиг. 5. На практике размер и форма маски должны выбираться в зависимости от характера обрабатываемого изображения. Для промышленного робота, напр

мер, маску нужно выбирать в соответствии с размером и формой рабочей зоны инструмента, в которой должн анализироваться изображение детали.

В исходном состоянии регистр 4 очищен. Счетчик 12 находится в нулевом состоянии RS-триггер 22 .находится в нулевом состоянии и импульсы генератора 10 не проходят через элемент И 11 на счетный вход счетчика 12. Преобразователь 13 кодов ставит в соответствие начальному, нулевому состоянию счетчика 12, номер строки изображения, с которой начинется процесс выделения, и формируется этот номер в двоичном коде на своих выходах.

Блок 15 памяти -.изображения маски в соответствии с кодом строки от преобразователя 13 выдает лог. 1 на тех из своих М выходов, которые соответствуют элементам маски (фиг. в данной строчке изображения. По тому же коду строки на выходах преобрзователя 6 отображается состояние требуемой строчки изображения. Лог. 1 появляются на выходах тех узлов 1, на вторые входы элементов И 3 ко .торых поступили лог. 1 с соответствующих выходов преобразователя 6, а на первые входы поданы лог. 1 с выходов элементов ИЛИ 2 соответствующих узлов 1, поскольку на третьи входы всех элементов И 3 подана лог. 1 с выхода элемента НЕ 20.

На выходеэлемента ИЛИ 2 единица появляется, если на второй вход поступает единица от блока 15 или уже появилась единица на выходе

смежного узла I, с которым связан один из входов данного элемента ИЛИ 2. В результате в исходном состоянии единицы будут присутствовать

на выходах тех узлов 1 выделения

элементов изображения, на соответствующие входы которых подаются единицы от преобразователя 6 и одновременно от блока 15 или с выходов

смежных узлов 1. Выделенная таким образом область, связанная в пределах первой обрабатываемой строки, сохраняется на выходах 5 устройства. После считывания обработанной

строки, номер которой в двоичном коде присутствует на адресных выходах 7 устройства, внешнее устройство анализа подает на вход Конец анализа строки 9 устройства сигнал Ко0

5

По переднему положительному фронту этого сигнала производится запись результата выделения с выходов М узлов 1 Б М-разрядный регистр 4, 5 Зтот же сигнал устанавливает RS- триггер 22 в единичное состояние, что разрешает прохождение импульсов от генератора 10 через элемент И 11 на счетный вход счетчика 12 и вход элемента 21 задержки. Импульс от генератора 10 увеличивает содержимое счетчика.12 на.единицу, что приводит к изменению числа на выходах преобразователя 13 кодов.

В соответствии с новым номером строки блок 15 и преобразователь 16 формируют на своих выходах следующую стро.ку маски и обрабатываемого изображения.

При обращении к следующей строке в связи с переходньми процессами на выходах некоторых узлов могут по- явиться ложные комбинации единиц, которые устойчивы вследствие наличия 5 положительной обратной связи между любыми двумя смежными узлами 1.

С целью устранения ложных комбинаций единиц выходы узлов 1 обнуляются перед обработкой очередной строки, для чего на третьи входы элементов И 3 всех узлов 1 подается за- держанньгй и инвертированный импульс генератора 10. Задержка элемента 2 выбирается такой, чтобы к моменту появления обнуляющего импульса потенциалы на первых и вторых входах элементов И 3 были бы уже установившимися, тогда по окончании этого импульса единитгы будут появляться толь0

0

5

ко на выходах тех узлов 1, на соответствующие входы которых поступили единицы от преобразователя 6 и одновременно от блока 15 или регистра 4 . У других узлов 1лог. 1 на выходах появляются, если есть едини цы от соответствующих выходов преобразователя 6 и они (лог, 1 на ВЫХО дах узлов 1) связаны цепочкой с ране выделенными элементами текущей строки.

С появлением лог, 1 на выходе элемента И 3 любого узла 1 запускается соответствующий одновибратор 23, импульс которого сбрасывает RS- триггер 22 в нулевое состояние, что запрещает прохождение следующего импульса генератора 10 через элемент И 11 на счетчик 12. Таким образом, во время считьшания внешним устройством анализа результата обработки очередной строки, хотя бы с одним выделенным единичным элементом, никаких переключений не происходит.

После анализа результата на вход Конец анализа строки 9 устройства вновь поступает соответствующий сигнал и цикл повторяется. Если при переходе к очередной строке на выходах узлов 1 не появилось ни одной единицы, то сброса RS-триггера 22 не происходит и :-по следующему импульсу генератора 10 выполняется без остановки переход к следующей строке.

Формирователь 14 импульса сброса (фиг. 2) служит для очистки регистра 4 перед переходом к другой части обрабатываемого изображения (от верхней части к нижней и наоборот).

Для надежной работы устройства тов И узлов выделения элементов обходимо соблюдение временных соот- изображения, выходы - к соответству- нощений. Время задержки элемента 21 должно быть не меньше длительности процесса от момента появления импульса генератора 10 на счетном входе с счетчика 12, переключения преобразователя 13 кодов, блока 15 и преобразователя 6 до установки потенциалов на первых и вторых входах элементов

ющим входам элементов ИЛИ узлов выделения элементов изображения, а вход записи - к входу Конец анализа строки.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что формирователь импульса сброса содержит последовательно включенные элемент И и одновибратор, выход которого является ВЫХОДОМ формирователя, и параллельно соединенные элемент И-НЕ и элемент ИЛИ, входы которых являются входами формирователя, а выходы подключены к входам элемента И.

И 3 всех узлов 1,

Форм у л а изобретения

1. Устройство для выделения фигур на изображении, содержащее фотоO

электрический преобразователь, узлы вьщеления элементов изображения, состоящие из последовательно включенных элементов ИЛИ и элементов И, выходы которых являются выходами устройства и подключены к одним из входов элементов ИЛИ смежных узлов выделения элементов изображения и к входам одновибраторов, выходы которых соединены с входом сброса RS- триггера, вход установки которого является входом Конец анализа строки устройства, последовательно включенные генератор импульсов, элемент

5 И и счетчик, выход RS-триггера соединен С соответствующим входом элемента И, отличающееся тем, что, с целью расширения области применения за счет увеличения диапа0 зона размеров выделяемых фигур, оно содержит блок памяти изображения маски, регистр, преобразователь кодов, формирователь импульса сброса и последовательно включенные эле5 мент НЕ и элемент задержки, выход которого соединен с одними из входов элементов И узлов вьщеления элементов изображения, другие входы которых подключены к выходам фотоэлектрического преобразователя, входы которого, соединенные с входами формирователя импульса сброса и блока памяти изображения маски, подключены к выходам преобразователя кодов, которые являются адресными выходами устройства, выход формирователя импульса сброса соединен со сбросовым входом регистра, входы которого подключены к выходам элемен5

тов И узлов выделения элементов изображения, выходы - к соответству-

ющим входам элементов ИЛИ узлов выделения элементов изображения, а вход записи - к входу Конец анализа строки.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что формирователь импульса сброса содержит последовательно включенные элемент И и одновибратор, выход которого является ВЫХОДОМ формирователя, и параллельно соединенные элемент И-НЕ и элемент ИЛИ, входы которых являются входами формирователя, а выходы подключены к входам элемента И.

фиг.1

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники, а именно к устройствам для анализа и распознавания изображений, и может бь1ть использовано, например, для предварительной обработки визуальной информации в органах зрения роботов. Цель изобретения - расширение области применения за счет увеличения диапазона выделяемых фигур. Устройство содержит М узлов выделения элементов изображений, каждый из которых состоит из последовательно включенных элементов ИЛИ. и И, М-раз- рядный регистр, фотоэлектрический преобразователь, блок управления, генератор импульсов, элементы И, п-раэ- рядный двоичный счетчик, преобразователь кодов, формирователь импульса сброса, блок памяти изображения маски, п-входовые элементы И-КЕ и ИЛИ, однов ибраторы, элемент НЕ, элемент задержки и RS-триггер. Преобразователь кодов содержит сумматор, регистр элементы НЕ и мультиплексор. Блок памяти изображения маски содержит мультиплексор и узел памяти. Фотоэлектрический преобразователь реализован на основе фоторезисторной матрицы, 1 з.п, ф-лы, 8 ил. (Л

Фие. г.

/vv

1287203 О i/y-/

M ri (II L

CSSSiH

t----t I I I I M M I .-v

г.з

vV

V

У

1-0

4i

Лй оа

-. Фиг.

Фие.5

tpuf. 6

O/rt i/c/rt/JOuc/nSof

Составитель Т.Ничипорович Редактор А.Долинич Техред А.КравчукКорректор М.Пожо

Заказ 7721/55 Тираж 670. Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 11303, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Фиг. 7

M

Фиг. в