Устройство для центрирования изображений Советский патент 1988 года по МПК G06K11/00 

1

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть испольэг вано дл- обработки изображений р сис.темах управления, а также в системах обработки внауаль - ной информации роботов.

Цель изобретения - упрощение у-.-г- ройства и повышение его быстродей

ствия.

I

На фиг о t представлена блок-ч-кег а

устройстваJ на фиг, /- - поле зрении связанная с ним декартсшка системь координат и изображение аентрируе;- ( геометрическор на фи) , 3 зависимо ,--. ко;нффш(ие).ч ов иропус ка

НИЯ оптических фИЛЬ l рСШ Ol КООрДИНс) с

(а - зависимость коэффИ1и ,еи га пропус кания 4 нльтра hanaiia центрирования относительно ос.н З/ -IT коор/1Инаты л,, б - зависимое гь коэффициента лропу; кания фильтра канала цен гоировани i огносительно оси ОХ or 1.,оординаты У Устройство содержи олок 1 проеци 1:ования, светодеj)i-u еjit,DiF блок 2.5 представляющий f ij6oM све ггиселигет; :.t призму, два блока 3, и 3, формирования сигналов c- i ати;чгН тиу ,--1оментов

„изображений;, в . ОС. 1 Ь , ГОРЬ|Х BXO. IW f

О1гтиче.,к;1е : . i-i L, с /|ине1ьч., -i3Mt i)H)0)U:-;Mitc . i , / ;ФФ iiH i. и га ми upon г 1са)1ия светя J огп ачы к;и- и ; образовам ли j и Ь. , ,,,.:,. г виде дну пирс1м 1дальг1ЫХ 4;.(::оиой вл1по.лня10щи. -MiTt ; .iftaH :-е , ,; ic : .-i ,:з;.и) т-, В полуплоскос я; ч фоч ок р аемни ки 6 ,., , 2-.у 2-г - диффереьгциальные усилители 7, F 7. а 1 акже блок 8 yi р.авления,

Вход блока Jbi.-: I СЯ ХСДОЬГ

ройства, а его еыкод сч i со- тасовая и Лвяззг; г Fhcjui;, -..ветоде- лительной призмы 2. Г|;.-оЕая выходная оптическая anepiypu . ветоделитель- ной призмы 2 оптически согласована и соедине)1а с в.х;,, oiii 1ческой ;;; е ртурой о.1гическог . фп.и.ь гра 4( которая явпяетс: -: BXC ri,f. б.л.ока 3i формирование с HrnaJi . iB статических . ментов изоб 1ажения относительно оси ОУ, а ее вторая Гь1ход ная (иттическаг- согласована и coe.a.niieiip с входной оптической п«:;отурой опти;,:.ч:кого фильтра 4., 5 которая язляс ся вхоо.с-:. блока Т, опре.депенпк кос рдинат- и,ен1 - ра тяжести изопр: . ; |Гноси 1. е.ггьч - оси ОХ. OoTHMt.-c ivn.j фи.пьгр i, и t, :4еют коэффик ченты 11р )Г ускаиия света, линейнс ча.пи;: Hi:uie / коорди}-;Ч г

5512

X и У системы координат, связанной с пг)ЛГ;м трения: коэффициент пропускания ,, фильтра 4 зависит от координяты X по закону К , а фипьтра от координаты У по закон;, Ку fi /У/, Выходная апертура фильтра 4 оптически согласована и соединена с оптическим входом первоj го оптического преобразователя 5j , а фи 1.)а 4 с оптиче.ким входом отогюго оптического преобразователя bj, Каждый из преобразователей 5 и .5 J Дополнен в виде двух одинаковых

, 1ИГ)амица.пьньтх фоконов, соединенных межл собой по одной стороне входных апертур таким образом, что их входные апертуры образуют одну общую вход.ную апертуру б тока, причем в пре-

иоразователе 5) лнния соединения фо- ксков совпадает с координатной осью , а в преобразователе 5. линия coeд. фоконов совпадает с коор- д(1И,1иой осью ОХ.. За счет такого с рС ения и распо. гожения фоконов в пре- ,;5разовате.ле 5 входная апертура пер- riorc фокона соответствует полуплоскости X О, а второго - полуплос- р. oci;i X о, и пе15вый фокон, собирая .W V iO4Ky выходной апертуры свет

:. .;:.:ей входной anep iypiii, дает на .e И п-егральную яркость части г; чоСраженчя в полуплоскости X О, . iiiOpoH такой же фокон преобразова- |см;/| З - интегральною яркость изоб- мажени.ч в полуплоскости X 0. Аналогично в преобразователе 5 входная апертура первого сЬокона соответствует полуплоскости У.0, а второ . О по.лугшоскости у 7 о. Так как . ба этих фокона собирают на выходную ..viepTvpy (пятно малого размера) излучение со всей входной апертуры, то м рвый фокон дает на вь;х.оде инте., гральную яркость в полуплоскости

- С. а второй - И1 тегральную яр- г.осгь в полуплоскости У О, В бло- :.; .1 оптический выход первого фо- :оиа преобразователя 5, оптически

; ooecuiH8H с оптическим входом фото- 1Гриемника Ь,, з оптический выход iiTwporo фокона преобразователя 5. - ; оптическим входом фотоприемника b ., .Аналогично в б.гюке 3, опти... ч(м:кий первого фокона преоб- ..;13 шагеля 5 оптически соединен с ,:.ui ическим входом фотоприемника 6., а фокона - с оптическим вхо- . фотоприемникт h j . В блоке 3,

выходы фотоприемников 6, и

6,., соединены соответственно к неинверти- р тощ1-1м и инвертирующим входами дифференциального усилителя 7| , а в блоке 3 выходы фотоприемников 6 и 6 ,2 соединены соответственно с не- инвертирующнм и инвертирующим входами дифференциального усилителя 7 . : ь ходы дифференциальных усилителей

7

и и

являются выходами блоков соответственно. Выходы

7,

1

Ч - -г

дифференциальных усилителей / и 7л подключены к входам рассогласования блока 8 управления. Оптические элементы (светоделительная призма, оптические ф; льтры, оптические преобразователи) расположены таким образом, что их системы координат совпадают с системой коорди- нат связанной с полем зрения.

Устройство работа : г следующим образом.

Подлежащее обработке изображение с распределением яркости В (х,у) воспринимается блоком 1,который формирует световой поток с распределением интенсивности В (х.у) по его сечению. С выхода блока 1 световой поток поступает на вход свето- делительного блока 2, где разделяется на два потока с распределениями интенсивности В, (х,у) и Вг(х,у). Первый из этих потоков поступает в блок 3, формирования сигналов статических моментов изображения относительно оси ОУ, а второй - в блок 3 формирования сигналов статических моментов изображения относительно оси ОХ. В блоке 3 световой поток В-(х,у проходит через оптический фильтр 4 коэффициент пропускания которого зависит от координаты X по закону К в ,/Х/ (график этой зависимости представлен на фиг. 2), а в блоке 3 световой поток В.,(х,у) проходит через оптический фильтр 4т, ко- э(Ьфш,иент пропускания которого зависит от координаты У по закону Ki (график зависимости представлен на фиг. 2(5). В результате прохождения световых потоков через оптические фильтры осуществлено умножение распределения яркости обрабатываемого изображения на линейные фл-пхции координат. Изображения В(х,у) и Bi(x,y) в своих блоках то же положение относительно системы координат, что и входное

5

0

5

изображение В(х,у). В блоке Зи световой поток ВЧ(Х,У) поступает на входн :-о апертуру преобразователя 5, , а в блоке 3 световой поток В(Х.У) поступает на входную апертуру преобразователя 3. За счет описанишо С1роения блоков фоконов и их оптических свойств на выходе первого ппеобразователя , возникает световое пятно, яркость которого равна интегральной яркости, полуплоскости X С t), а на выходр второго преобразователя - световое , яркость которого равна интегральной яркости полуплоскости X О . Аналогично яркость свегоього пятна на выходе перво1Ч фоксна гтреоОразователя 5 равна интегральной яркости полуплос- 1;ости У О, а на выходе второго фо- кона преобразователя 5, - интегральной яркости полуплоскости .

Световые сигня:та с первого и второго выходов преобразователя 5 поступают на оптические входы фотопри мнико ,

и 6 , лсоответствен

6j.; соотретч твенно. -c, -- 1 J

Но, а с первого и второго выходов преобразователя 5, - на входы фотоприемников h и Фотоприемники 6,,,,

Z-i преобразутст поступающие на их рходы световые сигналы в электрические напряжения, причем характеристики преобразования фотоприемников 6 и блока 3, идентичны и характеристики преобрязовамия фотоприО

емников 6,

и 6

Ьлока 3 также

2- а-1 идент1гчны. В блоке 3, определения

координат центра тяжести изображения относительно оси ОУ напряжение с выхода фотоппиемнмка 6. , поступает на неинвертирующий ход дифференциального усилителя 7 , ас выхода фотоприемника - на его инвер- тир тощий вход. В блоке 3, определения координат центра тяжести изображения относительно оси ОХ напря0

5

Л-4

пожение с выхода фотоприемника 6 ступает на неинвертирующин вход дифференциального усилителя 7 , а с выхода фотоприемника 6. - на его инвертирующий вход. При этом на выходе дифференциального усилителя 7| формируется напряжение U, , а на выходе дифференциального усилителя 7 - напряжение Uj . Напряжения U и Uj с выходов дифференциальных усилителей поступают на входы рассогласования блока В управления, который формирует управляющие сигналы, под действием которых осуществляется сдвиг изображения относительно системы координат таким образом, чтобы уравнять интегральные яркости (моменты инерции) 1-х и I+X в полуплоскостях X О и X 5- О, I-V и 1+у в полуплоскостях и , т.е. до такого состояния, при котором напряжения и, и Up на выходах дифференциальных усилителей 7 и 7, становятся равными нулю. Если выходное напряжение усилителя 7 положительно

(и,

-U(j, то изображение сдвигается в положительном направлении оси ОХ, а в противном случае (U -Ug) - в отрицательном направлении. Когда выходное напряжение усилителя 7j положительно (U- +110), сдвиг изображения происходит в положительном направлении оси ОУ, и наоборот в противном случае (Uj -Uд). После того как центрирование изображения выполнено, всякое смещение изображения на входе приводит к появлению напряжения на выходах усилителей 7. и 7 вследствие возникновения ненулевой разности интегральных яркостей в полуплоскостях), в результате чего блок 8 управления формирует управляющие сигналы, под действием которых осуществляется сдвиг изображения, который компенсирует исходное смещение, т.е. устройство следит за положением центра тяжести изображе- ния. Центрирование, используемое в данном способе, инвариантно по отношению к преобразованиям изображения.

5

0

5

0

5

так как всегда находится центр тяжести изображения. Кроме того, любые преобразования изображения, не вызывающие смещения центра тяжести (например, масштабирование, поворот вокруг центра), не приводят к появлению управляющих сигналов в устройстве .

Формула изобретения

Устройство для центрирования изображений, содержащее блок проецирования, блоки формирования сигналов статических моментов изображений и блок управления, отличающееся тем, что, с целью упрощения устройства и повьшения быстродействия, оно содержит светоделительный блок, выход которого оптически связан с выходом блока проецирования, а выходы оптически связаны с входами блоков формирования сигналов статических моментов изображений, каждый из которых содержит дифференциальный усилитель и оптически связанные оптический фильтр с линейным коэффшдиентом пропускания, оптический преобразователь, выполненный в виде двух пирамидальных фоконов, и фотоприемники, выходы которых подключены к входам дифференциального усилителя, выходы дифференциальных усилителей блоков формирования сигналов статических моментов изображений подключены к входам сигналов рассогласования блока управления, выходы которого соединены с управляющими входами блока проецирования.

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной технике и может быть использовано для обработки изображений в системах управления, наведения и слежения, а также в системах обработки визуальной информации роботов. Цель изобретения - упрощение устройства и по- вьшение быстродействия. Указанная цель достигается в устройстве для центрирования изображений, содержащем блок определения координат центра тяжести изображения и блок управления, тем, что оно содержит свето- делительный блок, выход которого оптически связан с выходом блока проецирования, а выходы оптически связаны с входами блоков определения координат центра тяжести изображения, каждый из которых содержит дифференциальный усилитель и оптически связанные оптический фильтр с линейным коэффициентом пропускания, оптический преобразователь, вьтол- ненный в виде двух пирамидальных фоконов, и фотоприемники, выходы которых подключены к входам дифференциального усилителя, выходы дифференциальных усилителей блоков определения координат центра тяжести изображения подключены к входам сигналов рассогласования блока управления, выходы которого соединены с управляющими входами блока проецирования. 3 ил. с tS л САЭ 00 сд О1

х

6