Устройство для выделения изображений подвижных объектов Советский патент 1989 года по МПК G06K9/36 

Изобретение относится к автомати- ке и вычислительной технике, в частности к устройствам для вьщеления изображений подвижных объектов.

Цель изобретения - повышение надежности выделения изображений под-. . вижных объектов.

На. фиг.1 изображена структурная схема устройства; на фиг.2 - структурная схема датчика видеосигнала; на фиг.З - структурная схема формирователя управляющих сигналов; на фиг.4 - структурная схема вычислительного устройства блока фильтрации; на фиг.5 - структурная схема формирователя порога.

Устройство (фиг.1) содержит датчик 1 видеосигнала, формирователь 2 управляющих сигналов, счетчик 3, первый сумматор 4, первый вычитатель 5, второй сумматор 6, второй вычитатель 7, формирователь 8 кодов (задатчик

сигналов смещения), блок 9 фильтрации, формирователь 10 порога, первьй блок 11 памяти, коммутатор 12, блок 13 вычитания, второй блок 14 памяти, элемент И 15, блок 16 сравнения и элемент ИЛИ 17. На фиг.1 также показан блок 18 регистрации. ,

Датчик 1 видеосигнала (фиг.2) образуют камера 19, аналого-цифровой преобразователь 20 и генератор 21. Первый выход камеры 19 подключен к входу генератора 21 и является строчным синхронизирующим выходом датчика 1. Второй выход камеры 19 подключен к первому входу преобразователя 20, а третий выход является кадровым синхронизирующим выходом датчика 1. Вы-. ход генератора 21 подключен к второму . входу преобразователя 20 и является тактовым выходом датчика 1, выходом видеосигнала которого является . выход преобразователя 20.

й

о

N9

ICA9 «Ч СО

1462373

Формирователь 2 управляющих сигна-ССИ) и тактовые импульсы (ТИ) Форлов (фиг.З) включает элемент 22 за-мирователь 10 вырабатывает переменньй

держки, элемент НЕ 23, элемент И-НЕпороговый сигнал, меняющейся в ходе

24, элемент 25 задержки, счетчик 26развертки в зависимости от изменения

строк, триггер 27. элемент НЕ 28,5 градиента яркости в окрестноссчетчик 29 элементов строки, элементти каждого анализируемого элемента

И НЬ 30 элемент Ш1И 3 элементыизображения. При этом формирователь

И 32 и 33. элемент НЕ 34 элемент40 вычисляет значения изменений ярИ 35. элементы НЕ 36 и 37, элементы, кости при переходе от элемента к

И 38-41. триггеры 42 и 43 элементэлементу. Полученные значения модуля

И 44. элементы ШШ 45 и 46.градиента усредняются внутри окрестФормирователь 8 кодов, пред назна-ности либо находится их максимум. Вычённьш для задания сигналов смещения.численньй таким образом пороговьй

реализован с помощью двух групп пе-, уровень на простых равномерных фонах

: реключателей. число которых в кавдойпонижается, а на сложньпс по структуj группе, например, четыре при макси-ре фонах (контуры, текстуры) noLJмальном смещении исходного изображе-ется. Дпя вьщеления изoбpLeния

i ния на 15 элементов по строке и пообъекта по отношению к фону и исклю кадру. На первые объединенные входы 0 чения влияния выбросов яркости а; переключателей подается сигнал . порогового сигнала ограничены

гическои единицы, на вторые объеди-по минимуму и по максимуму. Ограничиi ненные входы - сигнал логическогонающие сигналы являются тренн

i т,° о .сигналами формирователя и задаются

: Блок 9 фипьтрации состоит из25 исходя из априорных сведений об изобдвух вычислительнь,х устройств, вторыеражении и фоне/ Формироват ь 2 в т2и кадровые синхронизирующие входычение каждого телевизионного кадра

которьпс Объединены и являются одно-производит стробирование послед ваименными входами блока 9, первый и ,тельности ТИ с целью ограничения зотретии входы которого являются первы-зо нь вьщеления элементов изображения

ми входами соответственно первогоподвижного объекта. Кроме того, в

и второго вычислительньпс устройств,„ем из стробированной поспедов ат ьПервое и второе вычислительные устрой-ности ТИ формируются вспомогате ства реализова ш аналогично. Каждое«,,е сигналы, обеспечивающие реж

вычислительное устройство ,(фйг,4)записи и считывания блоков П и U.

содержит программируемое запоминаю- сигнал разрешения и противофазные

щее устройство 47 формирователь 48сигналы записи-считывания для первой

заяепж: элементы 50-53и второй групп запоминаюпщх устройс

--«- 54. ре-СЗУ) блоков 11 и 14. Использование

топ Г8 °ПГ ° пР°™вофазш;.с сигналов записи-счи™бГи эАе ГбТз д:й;и ™ « «- - -«- ™«

Формирователь ,S вкачаетiL ::: ; 1Г

-:s,..

-,S- Lra::.T:- ит.

Lc::-:r ва Г78 код; -ДР Функция ЗУ меняется. Формироv,-i ватель 2 формирует также сигнал

раз1м Работает следующим об-управления коммутатором 12. благодат ,ря которому в каждом кадре запись

В процессе сканирования изображе.вс в блок 14 прои ходиГв одну групния с соответствующих выходов датчикапу ЗУ по смещенным адресам, а считы1 с прямолинейной прогрессивной раз-вание из другой группы ЗУ - по адреверткои поступают параллельный, дно,- :сам, поступающим без смещения непоичныи код видеосигнала (ВСО, кадро-средственно с выхода двоичного счет-

вые и строчные синхроимпульсы (КСИ 3, Такая адресация групп ЗУ

позволяет блоку 14 одновременно записывать и считывать сигналы смещённых изображений.

Счетчик 3 подсчитывает число ТИ внутри зоны стробирования, в каждом телевизионном кадре и сбрасьшается : с приходом очередного КСИ. Сигнал иа выходе счетчика 3 определяет положение элемента разложения внутри строба по строке и по кадру,.поэтому, изменив этот сигнал, можно записать изображение объекта наблюдения со смещением, т.е. выше, ниже, левее или правее. Для записи в блок 14 смещенных изображений сигнал с выхода счетчика 3 суммируется с сигналами, вырабатываемыми задатчиком 8 сигналов смещения, с помощью сумматоров 4 и 6 и вычитателей 5 и 7. Код, поступающий с первого выхода за датчика 8 HJI вторые входы сумматора 4 и вычитателя 5, приводит к смеще- ниям изображения на одинаковое число растровых элементов влево и вправо-, Код, поступающий со второго выхода задатчика 8 на входы вторых сумматора 6 и вычитателя 7, приводит к смещениям изображения на одинаковое число строк вверх и вниз. Значения сигналов смещения определяются информацией о предлагаемых перемещениях изображения объекта вдоль и .поперек строк. Смещенные значения адресов через коммутатор 12 поступают на первую или вторую (в следующем кадре) группу ЗУ блока 14. Такой режим работы коммута- тора 12 обеспечивается тем, что селекторы 12 также разбиты на две группы, причем в первой группе селекторов адресный выход счетчика 3 подключен к первым информационным входам селекторов, а во второй группе - к вторым информационным входам селекторов, на другие входы селекторов подаются смещенные адресные сигналы. Сигналы записи-считывания, поступающие на управляющий вход блока 14,должны быть фазированы с сигналом управления коммутатором 12 так, чтобы считывание с соответствующей группы ЗУ происходило по адресам, поступаклцим без смещения .с выхода счетчика 3, Задержка видеосигнала на входах блоков 11 и 14 обеспечивает установку информации на адресных входах ЗУ до прихода ВС и соответствующих сигналов считывания- записи. Сигналы изображения, записанные в блоках П и 14 в предыдущем

кадре, считываются в последующем и с выходов указанных блоков 11 и 14 . поступают на соответствующие входы блока 13 вычитания. Для обеспечения синхронного вычитания значений яркости в каждом из элементов изображения ВС задерживается на время формирования адреса считывания и считывания

Q информации из ЗУ блоков 11 и 14, Для вычисления модуля разности текущего ВС с исходным несмещенным и каждым из сигналов смещенных изображений в блоке 13 используется пять вычис-

5 лительных элементов, каждый из которых с помощью одного вычитателя вычитает из ВС сигнал, считываемый из соответствующего ЗУ, а с помощью другого из указанного сигнала вычитает

0 ВС. Полученные модули разности сигналов яркости элементов текущего и предьщущего кадров сравниваются с пороговым эталонным сигналом, сформированным формирователем 10, В слу-

5 чае превышения разностным сигналом порогового сигнала на соответствующем выходе блока 16 появляется сигнал логической единицы. Таким образом, на выходах блока 16 появляются

0 сигналы, характеризующие изменения яркости элементов изображения и вызванные как движением объекта наблюдения, так и дополнительными смещениями изображения. С первого выхода

g блока 16 сигнал сравнения ВС и несмещенного изображения поступает непосредственно на первый вход блока 9 фильтрации, на третий вход которого поступает сигнал с выхода элемента

0 ИЛИ 17, осу1 5ествляющего логическое сложение сигналов ВС с четырьмя сигналами смещенных изображений. Каждый из этих двух сигналов обра- батьшается в блоке 9 своим вьгаисли-

5 тельным устройством, которые аналогичны. Каждое вычислительное устройство блока 9 подсчитывает в окрестности текущего элемента разложения число вьщеленных сверхпороговых эле- Q ментов изображения. Если это нисло больше заданного эталонного порогового числа, то принимается решение о обнаружении очередного элемента изображения. При этом в первом вычисли- 5 тельном устройстве блока 9 в формирователе кода устанавливается такое пониженное эталонное пороговое число, которое позволяет выделить практически все элементы вдоль края изображен

1йиЯ( подвижного объекта. Однако при йтом при низких отношениях сигнал/шум происходит вьщелейие большо- vo числа ложных элементов. С другой (STOpOHbi, вьоделение дополнительных Элементов, накопление их вдоль края изображения объекта позволяют уста- йовить в формирователе кода второго вычислительного устройства повышен- гЬвй порог, что также позволяет выде- 4ить практически все элементы вдоль йрая изображения подвижного объекта. С|днако элементы, вьщеленные вторььм

1462373

10

появления до окончания строки. При этом на выходе элемента НЕ ЗА устанавливается логический ноль и с приходом ТИ триггер 42 не перебрасывается. Формирование строба по кадру происходит аналогичным образом с использованием счетчика 26 строк, сброс ко- toporo происходит очередным КСИ, элемента И 35, элемента НЕ 36 и триггера 43. Через элемент И 44 во время действия стробов проходит последовательность ТИ, используемая далее в предлагаемом устройстве и внутри Wji.iUii . Ji Ч- 4. JfTVJjT. 1 о с in ОПу VfWlJ

вычислительным устройством, в резуль- д мирователя 2 для формирования сигнатгате искусственных смещений исходно- ifo изображения могут относиться и 4 неподвижным,изображениям. Для исключения как ложных, так и неподвиж- -4ък элементов сигналы с выходов бло- 9 подаются на вход элемента Е 15, 1-:а вькоде которого появляется сигнал х;огической единицы только в том слу- -:ае, когда первое вычислительное

лов для запоминающих устройств блоков 11 и 14. Для формирования сигналов управления Коммутатором 12 КСИ поступают fia счетный вход D-триггера 27, 2Q выход которого соединен с входом D, что обеспечивает счетный режим работы триггера 27..Сигналы триггера 27 И аналогичные инвертированные с выхода элемента НЕ 37 используются

ЗГстройство вьщелило пйдвижньй элемент 25 также при формировании служебных сигг

Изображения объекта, а второе вычис- налов. Первый из этих сигналов постуJjитeльнoe устройство вьщелило элемент пает на входы элементов И 38 и 40, а

изображения, существенно превышающий

уровень шумового фона.

Работа датчика 1 видеосигнала

(фиг.2) происходит следующим образом,

Телевизионная камера 19 работает в

режиме прогрессивной развертки с частотой кадров 25 Гц. Число строк 625,

Оси с выхода камеры 19 запускают гег ератор 21 ТИ. ТИ необходимы для par

Йоты аналого-цифрового преобразоватеjte 20, с выхода которого в устройство

Поступает параллельньй шестиразрядцьш код яркости каждого элемента

Р1азложения.

Формирователь 2 управляющих сигналов (фиг.З) работает следующим образом. Счетчик 29 элементов строки

устанавливается в О с приходом

очередного ССИ. В исходном состоянии

на его выходе присутствует сигнал

.Логического нуля, который инвертиру- . ется элементом НЕ 34 и поступает на

один вход, элемента И 33, на другой

вход которого поступают ТИ, Первый

из ТИ строки проходит в этом случае

через элемент И 33 и устанавливает

триггер 42 в исходное состояние,

Сброс триггера 42 осуществляется

при появлении сигнала логической еди40

ницы на выходе счетчика 29, Сигнал логической единицы присутствует на выходе счетчика 29 с момента его

второй (инвертированный) - на входы элементов И 39 и 40, В результате

30 логического умножения и сложения указанных управляющих сигналов с последовательностью ТИ и аналогичной инг.. вертированной элементом НЕ 28 последовательностью на выходе элемента

gg ШШ 45 в течение одного кадра формируются сигналы записи, а в течение последующего - сигналы считывания. Аналогично элементы И 40 и 45 и элемент ШШ 46 осуществляют формирование сигналов, но-в обратной последовательности от кадра к кадру, Эле.-v мент 22 задержки обеспечивает за- дрржку последовательности ТИ на вре- .мя около 20 НС, что позвштяет логи4g ческому устройству на элементах

НЕ 28 и 23, элементах И-НЕ 24 и 30 и элементе И 32 .сформировать последовательность импульсов с частотой 25 МГц, В результате логического умг ножения, вьтолненного элементом И 32, последовате-пьности ТИ и полученной г высокочастотной последовательности формируется сигнал, задержка отрицательного переднего фронта которого

gg осуществляется элементом 25 задержки на величину около 4-10 не.

50

Вычислительное устройство блока 9 фильтрации (фиг.4)} работает следующим образом. Элементы 50-53

появления до окончания строки. При этом на выходе элемента НЕ ЗА устанавливается логический ноль и с приходом ТИ триггер 42 не перебрасывается. Формирование строба по кадру происходит аналогичным образом с использованием счетчика 26 строк, сброс ко- toporo происходит очередным КСИ, эле. мента И 35, элемента НЕ 36 и триггера 43. Через элемент И 44 во время действия стробов проходит последовательность ТИ, используемая далее в предлагаемом устройстве и внутри форл Wji.iUii . Ji Ч- 4. JfTVJjT. 1 о с in ОПу VfWlJ

мирователя 2 для формирования сигналов для запоминающих устройств блоков 11 и 14. Для формирования сигналов управления Коммутатором 12 КСИ поступают fia счетный вход D-триггера 27, Q выход которого соединен с входом D, что обеспечивает счетный режим работы триггера 27..Сигналы триггера 27 И аналогичные инвертированные с выхода элемента НЕ 37 используются

25 также при формировании служебных сигг

пает на входы элементов И 38 и 40, а

второй (инвертированный) - на входы элементов И 39 и 40, В результате

логического умножения и сложения указанных управляющих сигналов с последовательностью ТИ и аналогичной инг.. вертированной элементом НЕ 28 последовательностью на выходе элемента

ШШ 45 в течение одного кадра формируются сигналы записи, а в течение последующего - сигналы считывания. Аналогично элементы И 40 и 45 и элемент ШШ 46 осуществляют формирование сигналов, но-в обратной последовательности от кадра к кадру, Эле.-v мент 22 задержки обеспечивает за- дрржку последовательности ТИ на вре- .мя около 20 НС, что позвштяет логическому устройству на элементах

НЕ 28 и 23, элементах И-НЕ 24 и 30 и элементе И 32 .сформировать последовательность импульсов с частотой 25 МГц, В результате логического умг ножения, вьтолненного элементом И 32, последовате-пьности ТИ и полученной г высокочастотной последовательности формируется сигнал, задержка отрицательного переднего фронта которого

осуществляется элементом 25 задержки на величину около 4-10 не.

Вычислительное устройство блока 9 фильтрации (фиг.4)} работает следующим образом. Элементы 50-53

задержки осуществляют задержку бинарного сигнала превьшения порога каждый соответственно на строку телевизионного разложения. Незадержанный бинарный сигнал на первом входе блока и сигналы, задержанные на одну-четыре строки, образуют столбец из пяти элементов анализирующей апертуры. В зависимости от этих сигналов столбца на выходе программируемого запоминающего устройс гва 47 формируется двоичный 3-разрядньй сигнал числа единичных элементов в столбце. Числа, определяющие число элементов в столбцах апертуры, записываются в регистр 55 и проталкиваются через последовательность регистров 60-63, причем перезапись осуществляется по фронту ТИ. Таким образом, в регистрог вой памяти хранится информацие о числе вьщеленных сверхпороговых элементов в пяти столбцах, составляющих . анализирующую апертуру. Вычитатель 64 сравнивает число элементов в каждом входящем столбце с числом элементов в выталкиваемом столбце и записывает полученную разность и ее знак в регистр 56. При положительной разности ее значение проходит через коммутатор 57 и суммируется в сумматоре 58 с числом, хранящимся в регистре 59, выполняющем функцию аккумулятора. При отрицательной разности инвертор 49 формирует обратный код ее значения,.. Он проходит коммутатор 57, преобразуется в дополнительный код, и значение разности вычитается из со-. дрржимого регистра 59. Таким образом, регистр 59 подсчитывает число вьще- ленных сверхпороговых элементов изображения внутри апертуры 3x4 элементов разложения, движущегося по полю изображения синхронно с разверткой. Элемент 65 задержки компенсирует за,-держку прохождения сигналов внутри

.блока, начиная с вычитателя 64 и далее до растра 59. Он обеспечивает синхронную передачу сигналов и считывание результатов сравнения числа выделенных элементов с эталонным чисг. . лом, задаваемым формирователем 48 кадров. Сравнение осуществляется по. роговым элементом 54, сигнал с выхода которого подается на выход блока совместно со стробированной последовательностью ТИ.

Формирователь 10 порога (фиг.5) работает следуюпщм образом. Шестираз0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

рядный код ВС подается на вход блока, записывается в регистр 66 и последовательно каждым ТИ переписывается в регистры 73-77. Программируемые запоминающие устройства 68 и 74 преобраг, зуют коды яркости соседних трех бегущих элементов строки в значения абсолютных величин разностей первого- вторЬго и второго-третьего элементов. С помощью вычитатаття 69 по знаку разности определяют большее из двух значений абсолюгных величин, которое по сигналу с выхода переноса вычитателя 69 передается на выход коммутатора 70. Аналогичным образом вычитатели 71 и 75 сравнивают разностный сигнал на выходе коммутатора 70 сначапА с максимальным, а затем с минимальньм пороговыми эталонными сигналами, вы- рабатьшаемыми соответственно на выходах формирователей 66 и 78 .

Формула изобретения

Устройство для выделения изображений подвижных объектов, содержащее формирователь управляющих сигналов, синхронизирующие входы которого подключены к nepBOMj, второму и третьему выходам датчика видеосигнала, четвертый выход которого соединен с информационным входом формирователя порога,синхронизирующий вход которого подключен к первому выходу датчика видеосигнала, а выход соединен с одним информационным входом блока сравнения, счетчик, счетный вход ко- торого подключен к первому выходу формирователя управляющих сигналов, а нулевой вход соединен с третьим выходом датчика видеосигнала, первый блок памяти, информационный вход которого подключен к четвертому выходу датчика видеосигнала, адресньп вход соединен с выходом счетчика, управляющий вход подключен к второму вькоду формирователя управляющих сигналов, а выход соединен с первым информационным входом блока вычитания, другой информационный вход которого подключен к выходу датчика видеосигнала, а выход соединен с другим информационным входом блока срайне- ния, первый выход которого подключен к первому синхронизирующему входу блока фильтрации, второй синхронизи- руюп{нй вход которого соединен с первым выходом формирователя управляю-

ищх сигналов, третий синхронизирующи вход подключен к третьему выходу датчика видеосигнала, отличающееся тем, что, с целью повьппе- ния надежности вьщеления изображений подвижных объектов, в него введены сумматоры, один информационный вход Каждого из которых соединен с выходом Ьчетчика, вычитатели, один информа- щонный вход каяиого из которых подключен к выходу счетчика, формирова- телуь кодов смещения изображение, вы- Ноды которого соединены с другими информационными.входами соответствую- Йих сумматоров и вычитателей, комму- Ытор, информационные входы которого Соединены с выходами сумматоров и вычитателей, адресный вход подключен

0

к выходу счетчика, а 5травляющий вход соединен с третьим выходом формирователя управляющих сигналов, второй блок памяти, информационные входы которого подключены к выходам коммутатора и датчика видеосигнала, управляющий вход соединен с вторым выходом формирователя управляющих сигналов, а выходы подключены к информационным входам группы блока вычитания, элемент ИЛИ, входы которого соединены с вторым, третьим, четвертым и пятым выходами блока сравнения, выход которого подключен к управляют. щему входу блока фильтрации, и элемент И, входы которого соединены с выходами блока фильтрации, а выход является выходом устройства.

Изобретение относится к автома-, тике, в частности к устройствам для выделения изображений подвижных объектов. Цель изобретения состоит в повьш1ении надежности выделения изображений подвижных объектов. Пот ставленная цель достигается путем смещения исходного изображения на заданное число элементов влево и вправо вдоль строки и на заданное число строк вверх и вниз по кадру, что обеспечивается введением сумматоров, вычитателей, формирователя кодов смещения, коммутатора, второго блока памяти, элементов И и ИЛИ. 5 ил.

W

20

21

Bxodtf блока

3

ТИ

ecu

25

КСН

гг

55

26

1

27

37

28

U

Bc

TU КС и

Фиб.2

42

h4

i

ж

КынА Илока,

35

5

ад

фиг.З

Второй вход

Фи.

Фие.$