Устройство для селекции признаков при распознавании изображений объектов Советский патент 1987 года по МПК G06K9/00 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системах автоматического анализа и распознавания изображений топологии изделий микроэлектроники, в биологин5 металлографии, а также при создании систем зрительного восприятия роботов.

Целью изобретения является повышение точности устройства,,

В предложенном устройстве повышение точности селекции изображений объектов достигается за счет выделения признаков, характерньпс для объ- .ектов, расстояние между которьши меньше заданного. Такими признаками являются пары смежных меток исходного изображения, смежных меток исходного изображения, модифицированного операцией растяжения объектов и меток точек, в которых пересекаются объекты исходного и модифицированного изображений..

На фиг. 1 изображена функциональная схема предлагаемого устройства), на фиг. 2 - функциональная схема блока задержки, обеспечивающего формирование на изображении окна размером 3x3 элемента (а) и расположение чек в окне (б),- на фиг„ 3 - схема блока формирования сигнала начала изображенияj на фиг, 4 - схема ком- мутатора на фиг.5 -- исходное изображение (контур -) и модифицированное изображение (контур -.-„-) после отметки (а) и соответствующая им таблица (б).

Устройство для селекции признаков при распознавании изображений объектов состоит из телевизионного датчика 1, формирователя 2 бинарного видесигнала, первого регистра 3 сдвига, первого блока 4 формирования сигнала начала изображения, первого элемента И 5, первого коммутатора 6, второго регистра 7 сдвига, перв.ого блока 8 памяти, блок 9 задержки, второго блока 10 формирования сигнгша начала изображения, второго коммутатора lly третьего регистра 12 сдвига, первого счетчика 13, второго счетчика 14. второго 15 и третьего 16 блоков памяти, элемента ИЛИ М sTopoi o 18 и третьего 19 элементов И,, первого 20 второго 21,«третьего 22 и четвертого 23 элементов НЕ.

Выход телевизионного датчика 1 соединен с входом формирователя 2

то

15

20

25

выход которого соединен с входом блока 9 задержки, первый, второй и третий выходы которого соединены соответственно с третьим вторым и первым входами блока 10j вторым, третьим и четвертым входами коммутатора lljnepBbiM, вторымJ третьим входами элементов ИЛИ 17 и И 18. Первый и второй выходы блока 9 задержки соединены также с входами элементов НЕ 22 и 23, выходы которых соединены с первыми и вторыми входами элемента, И 19, третий вход которого подключен к третьему выходу блока 9 задержки, Четвертьш выход блока 9 задержки соединен с входом элемента ИЛИ 17,, .входом первого элемента НЕ 20, выход которого соединен с входом элемента И 18„

Выход элемента ИЛИ 17 соединен с входом первого регистра 3 сдвига,первым входом блока 4, одним из входов элемента И 5 и четвертым входом коммутатора 6, Первьт и второй выходы регистра 3 сдвига соединены с вторыми и третьими входами элемента И 5, блока 4, и третьими входами коммутатора 6. Выход блока 4 сое- 30 динен с первым входом коммутатора 6. Третий выход регистра 3 сдвига соединен с .входом KOMt-гутатора 6 „ Третий

выход регистра 3 сдвига соединен с входом элемента НЕ 21j. выход которого подключен к четвертому входу элемента И 5 Выход коммутатора 6 соединен с входом регистра 7 сдвига, первый и второй выходы которого соединены соответственно с пятым и шес- тьм входами коммутатора 6, выход которого соединен также с первым (11) информационным входом блока 8 памяти, Первый выход регистра 7 сдвига соединен с вторыми (12) информационными входами блока 8 памяти.

Выход элемента И 5 соединен с зхо- дом управления запист,ю-считыванием (W/P) блока 8 памяти и входом счетчика 14, выходы которого соединены с адресными (А) входами блока 8 памяти. Вьшод блока 10 соединен с первыми входами когФ1утатора 11. Выход коь1му- Tci .ropo. 11 соединен с входом регистра 12 сдвига, первые и вторые входы которого соединены с пятым и шестым

35

40

45

50

R5

зк. коммутатора , выход которого соединен также с первыми информационными входаьти (11) блока 15 па.мяти. Первый выход регистра 12сдвиТактирование регистра 3 осуществляеся тактовыми импульсами с одного из выходов телевизионного датчика 1,

Блок 4 формирования сигнала начала изображения осуществляет нумерацию точек начала от начала сканирования. На его вькоде формируется двоичный код номера точки начала. Коммутатор 6 осуществляет коммута- цию кодов с выхода блока 4 формирования сигнала начала изображения и первого и второго выходов регистра 1 сдвига так же, как и коммутатор 11

С помощью элементов НЕ 21 и И 5 происходят вьщеление сигналов от точек связи модифицированного изображения и запись пары смежных меток с выходов коммутатора 6 и первого выхода регистра 7 сдвига по адресу, формиру емому счетчиком 14. Перед началом анализа изображения счетчик 14 устанавливается в исходное нулевое состояние импульсами КСИ, подаваемыми на его вход установки нуля (Р). С по- мощью элементов НЕ 22 и 23 и элемента -И 19 вьщеляю ся точки начала исходного изображения. По сигналам с выхода элемента И 19 происходит запись кодов меток модифицированного изображения в точках начала исходного изображения по адресам, равным меткам этих точек, начала. Это достигается тем, что на информационные входы блока 16 памяти подаются коды с выхода коммутатора 6, на адресные с выхода коммутатора 1-1 , а на вход управления запись-считывание - сигнал с выхода элемента И 19,

На фиг, 5а контуром (-) показаны объекты Т1-Т4 исходного изображенияj причем расстояние между объектами Т1 и Т2 равно 2, между Т2 и Т4 - 3, ТЗ и Т4 - 4 и между Т1 и ТЗ - 4. Объекты после операции растяжения окном диаметром, равным 3, показаны контуром в виде контура (-.-.-)„ I

Точки начала исходного изображения помечены буквами о/, а точки начала модифицированного изображения - о(. Метки точек вписаны в соответствующие точки изображения. Причем метки точек исходного изображения вписаны в верхней части клетки, а модифицированного - в нижней. Точки связи исходного и модифицированного изображений помечены соответственно бук- вами /ъ и . Смежными метками для исходного изображения являются метки

Q

5 Q 5

0

1 и 4, cчптывae шe в первой точке СВЯЗИ5.2 и А - во второй, 3, 5 - в третьей,

Смежными метками для модифицированного изображения язл.яются метки 1 и 3; считываемъ е в первой точке связи, 2 и 3 - Ео второй и 3 и 4 - в третьей. Точкам начала ,, исход-- ного изображения соответствуют метки 3 5 3,3 5 3,3-, 5 ,4 . Эти смелхкые исходного и модифицированного изображений, а также метки пересечения объектов исходног о и модифицированного изображений являются признаками распознавания изображения (фиг. 5а).

Дальнейший анализ изображения по таким признакам происходит следующим образом.

Определяют компоненты связности меток исходного и модифицированного изображений (компонента связности меток - максимальное число смежных меток)„ Компонентами связности (Р) исходного изображения являются наборы меток 1, 4, 2 (Р1), 3, 5 (Р2), 6 (РЗ) и 7 (Р4), а компонентами связности модифицированного изображения - 1, 2, 3, 4 (Р J) , 5 (PU. Учитывая соответг.тЕие меток исходного и модифицироБаг;нс го кзсбраженнйJ определяют соответствие компонент связности исходкого и модифншфованного изображений

Таблица соответствия компонент исходного и модифицированного изображений представлена на фиг. 56, Цифры 1 вписаны лишь в те клетки таблицы, которые соответствуют компонентам связности исходного и модифицированного изображений для которых существует хотя бы одна пара меток пересечения. Из анализа этой таблицы видно, что трем компонентам связности Р1, Р2 и РЗ соответствует только одна компонента связности модифицированного изображения Р,

Отсюда следует, что после операции растяжения окном с диаметром, равным 3s объекты Tl, Т2 и ТЗ сливаются в один,, а следовательно,между ними расстояние меньше минимально допустимого.

Применение предложенного устройства в системах автоматического распознавания изображений объектов позволит значительно повысить их быстродействие, точность и надежность.

Формула изобретения

Устройство для селекции признаков при распознавании изображений объектов, содержащее телевизионный датчик, выход которого подключен к входу формирователя бинарного видеосигнала, первый и второй регистры сдвига, первый блок формирования сигнала начала изображения, первый элемент И, первый блок памяти и первый коммутатор, первый информационный вход которого подключен к выходу первого блока формирования сигнала начала изображения, первый информационный вход которого, соединенный с входом первого регистра сдвига и первым входом первого элемента И, подключен к четвертому информационному входу .первого комму- TaiTopa, первый выход первого регистра сдвига соединен с вторыми информационными входами первого коммутатора и первого блока формирования сигнала начала изображения, третий информационный вход которого, соединенный с третьим информационньм входом коммутатора, подключен к второму выходу первого регистра сдвига, выход

первого коммутатора соединен с входом

второго регистра сдвига, первый и вто рой выходы которого подключены соот- ветственно к пятому и шестому инфор- мационньм входам первого коммутатора отличающееся тем, что, с целью повышения точности устройст- ва, оно содержит блок задержки, второй блок формирования сигнала начала изображения, второй коммутатор, третий регистр сдвига, первый и второй счетчики, второй и третий элементы И, первый, второй, третий и четвертый элементы НЕ, второй и третий блоки памяти, выход формирователя бинарного видеосигнала соединен с входом блока задержки, первый, второй и тре- тий выходы которого соединены соответственно с первыми, вторыми и третьими входами второго элемента И, информационными входами второго блока формирования сигнала начала изобра- жения, четвертым, третьим и вторым входами элемента ИЛИ, а также с вто

5

Т5

20

25

рым, третьим и четвертым информационными входами второго коммутатора, первый информационный вход которого подключен к выходу второго блока формирования сигнала начала изображения пятый и шестой информационные входы второго коммутатора соединены соответственно с первым и вторым выходами третьего регистра сдвига, вход которого подключен к выходу второго коммутатора, четвертый выход блока задержки соединен с первым входом элемента ИЛИ и входом первого элемента НЕ, выход которого подключен к четвертому входу второго элемента И, выход которого соединен со счетным входом первого счетчика и входом управления записью-считыванием второго блока памяти, адресные входы которого подключены к выходам первого -счетчика, а информационные входы - соответственно к выходу вто рого коммутатора и к первому выходу третьего регистра сдвига, пятый выход блока задержки соединен с пятым входом элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу первого регистра сдвига, первый и второй выходы которого соединены непосредственно, а.

35 50

30 третий выход через второй элемент

0

5 0

НЕ - с вторым, третьим и четвертым входами первого элемента И, выход которого подключен к счетному входу второго счетчика и к входу управления запис.ью-считыванием первого блока памяти, адресные входы которого соединены с выходами второго счетчика, а информационные входы - с выходом первого коммутатора и первым выходом второго регистра сдвига, первый и второй выходы блока задержки через третий и четвертый элементы НЕ, а третий выход блока задержки непосредственно соединены с входами третьего элемента И, выход которого подключен к входу управления записью- считыванием третьего блока памяти, адресные входы которого соединены с выходом второго коммутатора, а информационный вход третьего блока памяти подключен к выходу первого коммутатора.

31

га соединен также с вторыми информационными входами блока 15 памяти.

Выход элемента И 18 соединен с входом управления записью-считыванием (W/P) блока 15 памяти и входом счетчика 13, выходы KOTOpoi O соединены с адресными входами блока 15 памяти. Выходы коммутаторов 6 и 11 соединены соответственно с информационными (1) и адресными (А) входами блока 16 памяти. Выход элемента И 19 соединен с входом управления записью-считыванием блока 16 памяти.

Блок 9 задержки (фиг. 2) состоит из группы 24 линий задержки на строку и группы 25 элементов задержки на время сканирования одного элемента изображения. Число линий и элементов задержки определяется минимально допустимым расстоянием между объектами в контролируемом изображении. Линии 24 задержки соединены последовательно, т.е. выход предыдущей линии задержки соединен с входом последующей и т.д. Вход первой линии 24-1 задержки соединен с входом первого 25-1 элемента задержки, выход которого соединен с входом второго элемента 25-2 задержки. Выход первой линии 24-1 задержки соединен также с входом третьего элемента .25-3 задержки, выход которого соединен с входом четвертого элемента 25-4. Выход второй линии 24-2 задержки соединен с входом первого элемента 25-5 задержки, выход которого соединен с входом шестого элемента 25-6 задержки. Вход первой линии 24-1- задержки является |входом блока 9 задержки.

, Выходы с линий и элементов задержки, а также вход первой линии задержки составляют элементы окна. Число линий и элементов задержки определяется размерами выбранного окна. Центральному элементу окна 0. (фиг. 2а) соответствует выход с элемента 25-3 задержки, который является выходом (3) блока 9. Выход с первого элемента 25-1 задержки является первым выходом блока 9, выход первой линии 24-1 задержки - вторым выходом блока, вход первой линии 24-1 задержки - четвертым выходом. Выходы с остальных элементов задержки и линии 24-2 задержки являются пятыми выходами блока 9 задержки.

Блок (4, 10) формирования сигнала начала изображения (фиг. 3) состоит

47 0874

из двух элементов НЕ 26 и 27, элемента И 28 и счетчика 29. Один вход элемента И 28 и входы элементов НЕ 26 и 27 являются соответственно первым, вторым и третьим входами блока формирования сигнала начала изображения. Элементы НЕ 26 и 27 соединены с входами элемента И 28, выход которого

Q соединен со счетным входом счетчика 29, выходы которого являются выходами блока формирования сигнала начала изображения. Вход установки счетчика в нулевое состояние (Р) является вертым входом блока формирования сигнала начала изображения.

Коммутатор (фиг. 4) состоит из двух элементов НЕ 30 и 31, первой 32,второй 33, третьей 34 групп элементов II

„Q и группы 35 элементов ИЛИ, причем число элементов в этих группах равно IogjN +1 п, где llog N Г - целая часть числа log,N, а N - максимальное число точек начала в изображении.

25 Первые,пятые и шестые входы селектора являются п-разрядными, причем i-e (,...,n) разряды этих входов соединены с первыми входами i-x элементов И групп 32-34. Второй вход комму- 2Q татора соединен с вторыми входами элементов И группы 33 и входом элемента НЕ 30, выход которого соединен с вторыми входами элементов И группы 32. Третий вхбд коммутатора соединен с вторыми входами элементов И группы

34 и входом элемента НЕ 31, выход которого соединен с третьими входами элементов И групп 32 и 33. Четвертый вход коммутатора соединен с четвертыми входами элементов И групп 32-34. Выходы i-x элементов И групп 32-34 соединены соответственно с первыми, вторыми и третьими входами i-ro элемента ИЛИ группы 35.

Устройство для селекции признаков при распознавании изображений объектов работает следующим образом. 1

Видеосигнал развертки изображения

объектов с выхода телевизионного дат- Q чика 1 поступает на вход формирователя 2, который квантует его по уровню. Сигнал с уровнем 1 на входе формирователя 2 соответствует сканированию объектов изображения, а с уров- с нем О - фона изображения. Элемент (точка) изображения, которому на выходе формирователя 2 соответствует сигнал с уровнем 1, будем называть . точкой объекта, а точку, которой

ответствует сигнал с уровнем О - точкой фона. Значение сигнгша в точке обозначим через ы (Л) ,

Сигналы;, снимаемые блоком 9 задержки,, соответствуют яркости точек изображения в некоторой его локальной области (окне) . Точку окна,, рав- иоудапеннуга от граничных. будем называть центральной или центром окна. Центральная точка окна (фиг, 2а) обоТочки ,

bio и Я,

-1

значена через 51 будем называть соседними слева„ С помощью блока 10 формирования сигнала начала изображения,, Kot iMyTaTopa 11 и регистра 12 осуществляется отметка изображения по изв естнъш правилам,, В соответствии с этими правилами, если точка rtj пойадает на точку начала объекта (на фиг„ 5 точки начала помечены буквой с/ ) , то ей присваивается метка, равная порядковому номеру этой точки, начала,отсчитываемому от начала сканирования Двоичный код этой метки появляется на выходе коммутатора 11, Это достигается тем, что при сканировании очередной точки начала на выходе элемента И 28 появляется импульс по которому счетчик 29 блока 10 изменяе свое состояние на ч-1. До момента появления первой точки начсша счетчик 29 сохраняет исходное нулевое состояние5 в которое он устанавливается кадровЬ ми синхроимпульсами (КСИ с одного из выходов телевизионного датчика 1„

Код с выхода блока 10 поступает на первуто группу 32 элементов И, которые открываются только в моменты сканирования точек начала, С выходов группы 32 элементов И код проходит на выход коммутатора 11, Если точки Яо и Я. соответствуют точкам объекта а точка

fl - точке фона

то точ точки SL

ке Л(5 присваивается метка и на выходе коммутатора 11 будет код метки точки П Это достигается теМ;, что при наличии только такой комбинации точек изображения будут открыты элементы И второй группы 33, на входы которой подается код метки- точки Л с первого выхода регис тра

5.. и

А,

попа12. Если точки окна дают на точки объекта, то сканируемой точке изображения присваивается метка точки 1 и код ка выходе ком™ мутатора 11 соответствует метка точки 51 . Это дос.тигается там, что в моменты сканирования только такой

47087

пары точек

Ш

т

J5

20

25

.30

.35

40

50

открываются элементы И третьей группы 34 и код, с второг о выхода регистра 12 через элементы РШИ 35 проходит на выход коммутатора 11.

В момент сканирования точек связи т„е. таких, у которых точки Q , д, и 51,, являются точками объекта, а точка S7j точкой фона, на выходе з.пемента И 18 появляется импульс, по которому коды меток с выхода коммутатора t1 и первого выхода регистра 12 записываются в блок 15 памяти по адресу, задаваемому счетчиком 13, Счетчик 13 перед началом анализа кадра изображения устанавливается в исходное нулевое состояние импульсами КСИ, подаваемыми на его вход установки нуля (Р) с одного из выходов телевизионного датчика 1,

Таким образом, к моменту окончания сканирования изображения в блоке 15 памяти будет накоплена информация о смежности меток в исходном изображении

Все сигналы с выхода блока 9 поступают на входы элемента ИЛИ 17, на выходе которого будет присутствовать сигнал с уровнем 1, если в окно попадает хотя бы одна точка объекта, а следовательно, осуществляется операция растяжения объектов изобр.эжения. Так как диаметр окна выбирается равным минимально допустимой величине расстояния между объектами, то сигнал на выходе элемента ИЛИ 17 соответствует изображению, у которого объекты с расстоянием меньше г-тни- мально допустимого слиты. Изображение после операции растяжения будем называть модифицированным.

С помощью первого регистра 3 сдвига, блока 4 формирсзания cxirHa- ла начала изображения, элемента И 5,, .комм татора бд второго регистра 7 сдвигаS счетчика 14 и элемента НЕ 21 осуществляется отметка и запись смеж« ных меток в блок 8 памя.ти. Принцип отметки тот же что для исходного . . изображения,, При помощи nepBOi o ре- гястра 3 сдвига сигнал с выхода зле-- г.;;чята ИШ 17 задерзк1-:вается на время Т. -г- Т, где Тf. - период строчной развертки тел :евизионного датчика, а Т - время развертки одного элемента изображения, С первого выхода, регистра 3 сдвига снимается сигнал, задержанный относительно входного на с второго - на Tj ас третьего на Те +То

а

Г

1347087 ю:к

JL

Фиг.1

1

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к устройствам селекции и распознавания изображений объектов. Цель изобретения - повышение точности устройства. Для этого в устройство дополнительно введены блок задержки, второй блок формирования сигнала начала изображения, второй коммутатор, третий регистр сдвига, первый и второй счетчики, два блока памяти, элементы И, ИЛИ,НЕ, соединенные между собой и остальными узлами устройства соответствующими связями. Устройство может найти применение в системах автоматического анализа и распознавания изображений топологии изделий микроэлектроники, в биологии, металлографии, а также при создании систем зрительного восприятия роботов. 5 ил. i (Л 00 4 О 00

..„

г- nJ J

Т

П 1J1

U

Lкси

Фиг.З

Фиг. 2

ФигА

апра§/1ение c/fanui offaffaff

fe. 5

Составитель Т.Ничипорович Редактор А.Шандор Техред А.Кравчук Корректо М.Максимишинец

Заказ 5121/47 Тираж 670Подписное

ВНИИГШ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская, наб., д. 4/5

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