Устройство для селекции признаков изображений объектов Советский патент 1989 года по МПК G06K9/46 

Изобретение относится к автомати- ке и вычислительной технике и может быть использовано в системах автоматического анализа и распознавания изображений топологии изделий электронной техники, в биологии, металлографии,а также при создании систем зрительного восприятия роботов.

Целью изобретения является повышение точности устройства.

На фиг.1 изображена функциональная схема предлагаемого устройства для селекции признаков изображений объектов на фиг.2 .- схема с расположенными на ней объектами (а) и соответствующие ей список смежных меток (ff) и список компонент связности меток ( б) .

Устройство для селекции признаков изображений объектов (фиг.1) состоит из телевизионного датчика 1, формирователя 2 бинарного сигнала, первого элемента 3 задержки, первого 4, второго 5, третьего 6, четвертого 7 элементов И, первого счетчика 8,первого 9, второго 10, третьего 11. элементов НЕ, второго 12, третьего 13 элементов задержки, первой 14, второй 15, третьей 16 групп элементов И, группы элементов ИЛИ 17, первой 18, второй 19 групп элементов задержки, второго 20 счетчика и блока 21 памяти.

Выход телевизионного датчика 1 соединен с входом формирователя 2 бинарного сигнала, выход которого

сл

х

3 . 150 соединен с входом первого элемента 3 задержки и входами первого 4, второго 5, третьего 6 и четвертого 7 элементов И. Вход второго элемента 12 задержки соединен с выходом первого элемента 3 задержки и входами первого элемента НЕ 9, третьего 6 и четвертого. 7 элементов И. Выход второго элемента 12 задержки соединен с входами второго элемента НЕ 10, второго 5 и четвертого 7 элементов И и входом третьего элемента 13 задержки, выход которого через третий элемент НЕ 11 подключен к входу четвертого элемента И 7. Выход первого элемента НЕ 9 соединен с входом первого 4 и второго 5 элементов И. Выход второго элемента НЕ 10, соединен с .входом первого элемента И 4, выход которого соединен со счетным входом счетчика 8 и первыми входами элементов И первой группы 14, вторые входы которых подключены к выходам счетчика 8, а выходы элементов И первой группы 14 соединены с первыми входами группы элементов ИЛИ 17. Выход второго элемента И 5 соединен с первыми входами элементов И 15 второй группы, вторые входы которых подключены к выходам элементов 19 задержки второй группы, а выходы элементов И 15 второй группы подключены к вторым входам группы ИЛИ элементов 17. Выход третьего элемента И 6 соединен с входами элементов И 16 группы, вторые входы которых подключены к выходам элементов 18 задержки первой группы, а выходы элементов И 16 третьей группы соединены с третьими входами группы элементов ИЛИ 17, выходы которых соединены с входами элементов 18 задержки первой группы, выходы которых соединены с входами элементов 19 задержки второй группы и первой группой информационных входов блока 21 памяти. Вторая группа информационных входов блока 21 памяти соединена с выходами элементов 19 задержки второй группы. Выход четвертого элемента И 7 соединен с управляющим входом блока 21 памяти и со счетным входом счетчика 20, выходы которого подключены к группе адресных входов блока 21 памяти.

Алгоритм работы устройства селекции изображений объектов состоит в ел едующем.

109

0

0

5

0

5

0

5

0

5

Каждой точке изображения, соответствующей объекту изображения (точке объекта), ставится в соответствие метка: одно из чисел натурального ряда 1,2,3..., а точке, не принадлежащей объекту (точке фона) - метка 0. Метки точкам объекта присваиваются в ходе сканирования изображения по правилу.

Каждой точке начала объекта присваивается метка, равная ее порядковому номеру, отсчитывемому от начала сканирования. Точкой начала называется точка объекта (х), у которой соседняя точка, предшествующая по ходу сканирования и лежащая в той же строке, что и точка х (обозначим ее через х ), является точкой фона и соседняя точка,лежащая в предшествующей строке (обозначим ее через х ), тоже является точкой фона (фиг.2а).

Каждой точке объекта х, у которой точка х является точкой объекта, присваивается метка точки х .

Каждой точке объекта х, у которой точка х является точкой фона, ах - точкой объекта, присваивается метка точки х .

Вьщеляют смежные метки, которые принадлежат паре соседних точек х и х в точке связи х. Точкой связи .называется точка объекта, у которой точки х , х являются точками объг екта, а точка х - точкой фони (фиг.2с().

Определяют число объектов изображения по списку, смежных меток, записанных в ходе сканирования в блок 21 памяти путем подсчета числа компонент связности меток. Компонента связности меток - максимальное число меток для любых двух из которых найдется последовательность смежных меток их соединяющая. В l строго математически доказано взаимооднозначное соответствие между компонентами связности меток и объектами изображений.

Устройство работает следующим образом.

Телевизионный датчик 1 осуществляет построчное сканирование изображения объектов и преобразует яркость каждой точки изображения в эквивалент электрического сигнала, который с помощью формирователя 2

квантуется на два уровня: уровень

уровень

О и уровень 1 ке изображения соответствует точке фона, а уровень 1 - точке объекта. Элементы 12 и 13 задержки задерживают видеосигнал на такт (fl) (время сканирования одного элемента изображения), а элемент 3 задержки н время f(n-1), п - число элементов изображения в одной строке. Поэтому, если на входе элемента 12 задержки сигнал соответствует сканированию точки X, то на его выходе сигнал бу15

тствовать точке х , на вынта 3 задержки - точке х, е элемента 13 задержки - .С помощью элементов НЕ лы в точках х , х и х

тся. На выходе элемента И 4 20 сигнал с уровнем ровнем 1 появляется лишь времени, когда сканируеX является точкой начала. элемента И 6 сигнал с уровна выходы элемен элементы И 15 вт подан код с выход задержки, т.е. к На выходе четверт

ко лишь в точках нему фронту этого 20 изменяет свое ницу; Установка в счетчи-ка 20 проис чания сканироват ровыми синхроимпу разом, сч етчик 20 ме счета точек св точки связи с вых подается на адрес блока 21 памяти, (информационные) рого прдаются код Запись в блок 21 ется сигналом с у четвертом входе. мент сканирования ку памяти блока 2 ваются коды смежн нократного сканир информация, накоп памяти, а также с 8, может быть счи где и программно ние счетчика 8 к сканирования изоб число точек начал

нем 1 появляется тогда, когда точки X и х являются точками объекта, а на выходе элемента И 5 - тогда, когда точки х и х являются точками объекта, в точка х - точкой фона.

Сигнал выхода первого элемента И поступает на счетный вход счетчика 8 который изменяет свое состояние по переднему фронту (переход из О в 1) поступающего сигнала и сбрасывается в нулевое состояние в момент, окончания сканирования поля изображения кадровыми синхроимпульсами (КСИ), формируемыми в телевизионном датчике 1. Число состояний счетчика 8 не меньше числа точек начала (N) в анализируемом изображении. Число элементов в группах 14-19 равно п , где целая часть числа а. Метка каждой точки задается п,-разрядным двоичным кодом. Каждый элемент 18 задержки первой груцпы задерживает сигнал относительно входного на такт (С) , а элемент в группе 19 на время (п-1).Таким образом, если на входе первой группы элементов 18 задержки сигнал соответствует метке точки х, то на их выходе он будет соответствовать метке х , а на выходе элементов задержки второй группы 19 - метке точки.х

На выходах группы элементов ИЛИ

17 сигнал, соответствующий метке точки х, формируется следующим образом.

10

15

20 сигнал с уровнем

Если точка х является точкой начала объекта, то на выходы группы элементов ИЛИ 17 через элементы И 14 первой группы подается код с выходов счетчика 8.

Если точки X и х являются точками объекта, то на выходы элементов ИЛИ 17 через третью группу элементов И 16 будет подан код с выходов элементов 18 задержки первой группы, т.е. код метки точки х .

Если точки X и х являются точками объекта, а точка х - фона, то

25

30

35

0

5

0

5

на выходы элементов ИЛИ 17 через элементы И 15 второй группы, будет подан код с выходов элементов 19 задержки, т.е. код метки точки х. На выходе четвертого элемента И 7

1 является только лишь в точках связи. По переднему фронту этого сигнала счетчик 20 изменяет свое состояние на единицу; Установка в нулевое состояние счетчи-ка 20 происходит после окончания сканировать изображения,кадровыми синхроимпульсами. Таким образом, сч етчик 20 работает в режиме счета точек связи. Код номера точки связи с выхода счетчика,20 подается на адресную группу входов блока 21 памяти, на первую и вторую (информационные) группы входов которого прдаются коды смежных меток. Запись в блок 21 памяти осуществляется сигналом с уровнем на его четвертом входе. Таким образом, в момент сканирования точек связи в ячейку памяти блока 21 памяти записываются коды смежных меток. После однократного сканирования изображения, информация, накопленная в блоке 21 памяти, а также состояние счетчика 8, может быть считана в микро-ЭВМ, где и программно обработана. Состояние счетчика 8 к моменту завершения сканирования изображения определяет число точек начала в изображении

(N).

На представлена схема,точки фона которой интерпретируются как квадратные ячейки без меток, а точки объекта - с метками. Метки точкам объекта присвоены в соответствии с описанным алгоритмом. Список смежных меток, построенный в результате считывания пар смежных меток в точках связи, приведен на фиг.2б. Каждая строка этого списка состоит из

трех чисел: первое число (столбец А) порядковый номер точки связи от начала сканирования (адрес ячейки памяти блока 21 памяти); второе число (столбец 1х ) - метка точки х ;треть число (столбец 1х) - метка точки х

Анализ этого списка показывает, что метки составляют четьфе компоненты связности.

Рассмотрим один из возможных вариантов такого анализа на примере вьщеления первой компоненты связности Р, по списку, представленному на фиг.2 б. В нулевой строке этого списка смежными метками являются метки 1 и 2, поэтому они присваиваются первой компоненте связности, т.е. на первом шаге Р 1,2. Дальше выбираются те строки списка, которые содержат метки 1 и 2. Метку 1 имеют также строки 1,5 и 6. Метку 2 никакая другая строка кроме нулевой не содержит.

В строках 1,5 и 6 смежными метками к метке 1 являются 3 и 8, поэтому Р дополняется этими метками и после этих шагов Р, 1,2,3,8. Легко видеть, что метки 3 и 8 более ни с какими метками не смежны. Поэтому окончательно первая компонента связности выгляди т следующим образом: Р {1,2,3,8J,

Перед выделением второй компоненты строки списка, в которых располагались метки, составляющие первую компоненту связности, вьтеркива- ются. Описанная процедура повторяется до тех пор, пока не будут вычеркнуты все строки списка, отсюда следует, что изображение (фиг.2) имеет четыре объекта,что соответствует его наглядной интерпретации.

Селектируемые признаки изображений объектов (смежные метки) могут быть использованы не только для подсчета числа объектов в анализируемом изображении, но и,, для определения,например, числа раковин в объектах изображения. Число раковин объекта Т, которому соответствует Р компонента связности меток, можно определить по формуле

(Т.) 1 и - Z о( + 1 , Р; Р;

5 - число точек связи объекта f Т{ (число ячеек блока

21 памяти, в которых .хранятся пары смежных меток, составляюпщх Р компоненту связности);

d - число меток (точек нача- ла) р. компоненты связности.

Например, для первой компоненты связности 2:/5 4, . Таким

PI PI

U образом, число раковин первого объекта равно (T i) 1 . Для второй

компоненты связности S/а 7,51 о(

Рг р 5. Поэтому число раковин объекта Т

5 равно 0(T,j) 7-5+ 1 3, что соответствует наглядной интерпретации изображения (фиг.2).

Применение предлагаемого устройства в системах автоматического анаQ лиза и распознавания изображений позволит повысить производительность труда, точность селекции изображений объектов, устранить субъективные ошибки в процессе анализа

5 изображений и улучшить условия труда.

Формула изобретения

Устройство для селекции признаков изображений объектов, содержа0 щее телевизионный датчик, первый счетчик, первый элемент задержки, первый, второй, третий и четвертый элементы И, первый элемент НЕ, причем выход первого элемента НЕ соеди с нен с вторым входом первого элемента И, вход и выход первого элемента задержки соединены соответственно с первым и вторым входами третьего элемента И, отличающееся

0 тем, что, с целью повышения точности устройства, оно содержит формирователь бинарного сигнала, второй и третий элементы задержки, первую и вторую группы элементов задержки,

с второй и третий элементы НЕ, первую, вторую и третью группы элементов И, группу элементов ИЖ, второй счетчик и блок памяти, причем выход телевизионного датчика соединен с входом формирователя бинарного сигнала, выход которого соединен с первыми входами первого, второго, третьего и четвёртого элементов И, вход второго элемента задержки соединен с выходом первого элемента задержки, входом первого элемента НЕ и четвертым входом четвертого элемента И, выход первого элемента задержки соединен с входом второго элемента

0

5

915

НЕ, с третьими входами второго и четвертого элементов И и с входом третьего элемента задержки, выход которого подключен к входу третьего элемента НЕ, выход которого подключен к второму входу четвертого элемента И, выход первого элемента НЕ соединен с вторым входом второго элемента И, выход второго элемента НЕ соединен с третьим входом первого элемента И, выход первого элемента И соединен с счетным входом первого счетчика и с первыми -входами элементов И первой группы, вторые входы которых подключены к выходам первого счетчика, выход второго элемента И соединен с первыми .входами элементов И второй группы, вторые входы которых подключены к выходам элемен- тов задержки второй группы, а выход третьего элемента И соединен с

9 О

первыми входами элементов И третьей группы, вторые входы которых соединены с выходами элементов задержки первой группы и входами элементов задержки второй группы, выходы элементов И первой, второй и третьей . групп соединены с входами соответствующих элементов ИЛИ группы, выходы которых соединены с входами элементов задержки первой группы, выходы элементов задержки первой группы соединены с первой группой информационных входов блока памяти, выходы элементов задержки второй группы соединены с второй группой информационных входов блока памяти, выход четвертого элемента И соединен с управляющим входом блока памяти и со счетным входом второго счетчика, вьсходы которого соединены с группой адресных входов блока памяти.

mavKa сбязи

J

и)

-тонка начала

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системах автоматического анализа и распознавания изображений топологии изделий электронной техники, в биологии, а также при создании систем зрительного восприятия роботов. Устройство определяет число объектов по списку смежных меток путем подсчета компонент связности меток, а также число раковин в объекте. Цель изобретения - повышение точности устройства за счет возможности подсчета как целых объектов, так и объектов, имеющих раковины, а также количества раковин в объектах - достигается путем введения формирователя бинарного сигнала, второго и третьего элементов задержки, первой и второй групп элементов задержки, второго и третьего элементов НЕ, первый, второй, третьей групп элементов И, группы элементов ИЛИ, второго счетчика и блока памяти. 2 ил.

R Ii h

(1,2,3.6) (,Si.6.7.9) (1QJ1J2} («. 6)