Устройство для селекции изображений объектов Советский патент 1989 года по МПК G06K9/00 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системах для распознавания образов.

Цель изобретения - расширение области применения устройства за счет обеспечения возможности вычисления площади и периметра объектов на изображении.

Сущность изобретения состоит в том, что при построчном считывании изображений формируется бинарное изображение. Структурная матрица, представляющая бинарное изображение, такова, что темным элементам изображения объектов соответствуют отсчеты а°; , равные 1, а светлым - равные о , где i - текущий номер элемента в строке; i 0,п, п - число элементов

в строке, включая обратный ход; j - текущий номер строки.

Изображения, подлежащие анализу, относятся к классу односвязных, такие как круги, прямоугольники, элементы таких изображений также односвязные.

Граничные элементы изображения образуют контур

, (О

: - ь

ь V ь V ь. V

J

:Л

41

где частные граничные элементы изображения определяются как

(2)

(3) (4) (5) (6)

315257

Присвоение очередного номера изо- ;бражения объекта происходит для элементов изображения

N:

,JL

l -

а..

если

(7)

J

NirO.i.L- J i(j-4t l О (8) независимо от L , где L° - текущий Iномер изображения объекта.

Присвоение очередного номера контурным злементам каждого из изображений объектов осуществляется следующим образом:

Niju Nt,K.,L j

(9)

если

N,i.,) A Ni(j.,jLK 0. (10)

Связным элементам изображения и связным контурным злементам присваи- 20 вается одинаковый номер, соответствующий условному номеру изображения объекта или контуру объекта, в результате рещения следующего рекуррентного соотношения:25

где

N;.J.K- CN(;.ojl.Nj(..,,,;jY .AtUHyUi-Ou O tS-tU A lju N;JL ;

° j )( +)

ocji

) a;j AO;., ;

jf - разность индексов в значениях на (j + iy-M и j-M отсчетах.

При определении связных элементов контура вместо L, а;: следует в (9)- (12) подставить L , а j- , а для связI ных элементов объекта - L , а jj .

; Длина Элемента контура зависит от выполнения соотношений (1) -(4) ив случае равенства длины элемента разi ложения в строке и межстрочного рас; стояния условная длина элемента , если выполняется только одно из уело- ВИЙ (1)-(4), 1у 2, если вьшолняют- ся только два из условий (1)-(4) одновременно и независимо от их комби- иаций, 1;: 3, если выполняется только три из условий (1)-(4) одновременно. При выполнении одновременно всех условий (1)-(4) lij 3.

Данные условия отражены в таблитте

Длина грани цы определяется путем суммирования связных граничных эле- ментов каждого объекта: и т

z:zib

JLH

(14)

184

Здесь L определяет номер границы изображения объекта L°. Если L,j 1, то 1|о означает длину внешнего пери- . метра. Если К 2,3,4,..., то Р(о.4.,) означает длину соответствующего отверстия. При К 2 определяется периметр первого отверстия, а при К 3 - второго, и т.д.

Задавая величину К, можно определить как длину периметра каждого изображения, так и длину периметра каждого отверстия.

Условную площадь изображения объекта определяют как сумму связных элементов, входящих в зто изображение:

п «ч

L

HUllLO.

где

-; 1 ):

(15)

(16)

, если NjjLO О,

UijL ° ° °

Условную площадь отверстия определяют как сумму элементов, принадлежащих отверстию данного объекта: п п

Z1 21 TiJL L (1 )

где

и

.JL (i- tKiL-L))) T(;-nJL L ..4LonWiHoLS(19)

где

35

WjMK « 1, если NiJLK 1

(20)

iJLt ° iJL

к

При L 1 определяется длина внешнего периметра изображения объекта и его площадь, при L 2 - длина периметра и площадь отверстия для всех объектов, а при L 3 - длина периметра и площадь второго отверстия и т.д. (см. таблицу).

Продолжение таблицы

На фиг. 1. представлена схема устройства; на фиг. 2 - схема блока суммирования; на фиг. 3 - схема блока шализа связности; на фиг. 4 - схема блока измерения длинь контура; на фиг. 5 - схема блока селекции контуров; на фиг. 6 - схема блока з равле- ния; .на фиг. 7 - схема блока формирования кода номера изображения.

Устройство (фиг. 1) содержит телевизионный датчик 1, блок 2 квантования, генератор 3 тактовых имцульсов, блок 4 задания кода, блок 5 измерения длины контуров, первый элемент 6 задержки, блок 7 сравнения, блок 8 селекции контуров, блок 9 формирования кода номера изображения, первый 0

| И второй 11 дешифраторы блок 12 аиа лиза связности, блок 13 управления, первый регистр 14, блок 15 суммирования, реверсивный счетчик 16, первьА

элемент НЕ 17, первый элемент И )8 и первый коммутатор 19.

Блок суммирования (фиг. 2) образуют сумматор 20, второй регистр 21, второй коммутатор 22, первый блок 23 памяти, второй элемент ИЛИ 24, второй элемент 25 задержки, второй элемент

НЕ 26 и второй элемент И 27.

Блок анализа связности (фиг. 3) включает третий элемент НЕ 28, третий элемент И 29, третий и четвертый элементы 30 и 31 задержки, третий дешифратор 32, триггер 33, четвертый элемент И 34 и третий элемент ИЛИ 35.

: Блок измерения длины контуров (фиг. 4 содержит пятый-восьмой элементы 36-39 задержки, четвертый-седьмой дешифраторы 40-43, девятый элемент 44

задержки, пятый элемент И 45, четвеЬ

тый элемент ИЛИ 46, блок 4:7 кодирования, десятый и одиннадцатый элементы 48 и 49 задержки, шестой и седьмой элементы И 50 и 51 и второй блок 52 суммирования.

Блок селекции контуров (фиг. 5) выполнен в виде второго блока 53 формирования кода номера изображения и третьего блока 54 суммирования.

Блок управления (фиг. 6) включает восьмой дешифратор 55, второй триггер 56, четвертый элемент НЕ 57, восьмой и девятый элементы И 58 и 59, третий триггер 60, двенадцатый элемент 61 задержки и десятый элемент. И 62.

Блок 47 кодирования выполнен на базе постоянного запоминающего устройства, осуществляющего логические функции в соответствии с таблицей истинности.

Блок формирования кода номера изображения (фиг. 7) содержит счет- 5 чик 63, второй и третий регистры 64 и 65, второй и третий коммутаторы. 66 и 67, второй блок 68 памяти, блок 69 управления, тринадцатый элемент 70 задержки, четвертый коммутатор 71, четырнадцатый и пятнадцатый элементы 72 и 73 задержки, девятый дешифратор 74, одиннадцатый элемент И 75 и десятый дешифратор 76.

Устройство работает образом.

В режиме считывания изображения телевизионным датчиком 1,. на первый управляющий вход коммутатора 19 пода0

0

5

..

40

45

50

55

ется 1 , обеспечивая подключение выхода регистра 14 через коммутатор i 9 к входам, блока 15 суммирования, блО- ка 5 измерения длины контуров и блока 8 селекции контуров. Предварительно в блок 23 памяти блоков 15, 52. и 54 суммирования заносятся по всем адресам нулевые коды. Элемент 6 задержки обеспечивает задержку яа п тактов. В блоке 5 осуществляется последовательная задержка входного сигнала на п-1 тактов на элементе 36, задержки, на один такт на элементе 37 задержки, еще на один такт на элементе 38 задержки и на п-1 тактов на элементе 39 задержки. С выхода блока 5 сигнал поступает на второй вход дешифратора 40 и первый вход элемента И 45. С выходов элементов 36, 38 и 39 сигнал поступает соответственно на вторые входы дешифраторов 41-43, на первые вхо-

ы которых поступает сигнал с выхода флемента 37 задержки. На выходах де- 1|1ифраторов АО-АЗ присутствует l, фсли на первых входах 1, а на вторых о. При этом на выходах дешиф- аторов , АО вьщеляются частные граничные элементы изображения, удо- глетворяющие соотношениям (2)-(5). (I выхода,дешифратора А1 сигнал, соот- етствующий частному граничному усло- Jню (3), с задержкой на один такт поступает на вход элемента И А5, на вы- оде которого появляется 1 при вы10

да, хранимого в блоке 23 памяти адресу, определяемому кодом объ занесение результата сложения в гистр 21 и запись вновь получен результата в блок 23 памяти чер коммутатор 22 при наличии на в записи блока 23 памяти разрешаю сигнала с выхода элемента И 27, держанным , тактовым импульсом н мя, большее.длительности импуль элементом 25 задержки и сигнало выхода элемента ИЛИ 2А, на вход торого действуют те же управляю

голнении (6). С выхода з лемента ИЛИАб сигналы, что и на входе блока.

снимается сигнал, соответствующий гра- граничным элементам изображения, удовлетворяющим (1), который через пер- I ый выход блока 5 поступает на вход елока 8. Сигналы, соответствующие изображению объекта, с выхода элемента 6 задержки через второй информационный вход блока 9 и сигналы, соот- Iетствующие граничным элементам изо- Сражения, поступающие .через второй 1нформационньй вход блока 53, прохо- f. ят на вход блока 69 управления и с ;адержкой на п+1 тактов на элемен- те 70 задержки на второй вход элемента И 75, второй вход дешифратора 7А J четвертый управляющий вход коммутатора 71. В том случае, если эле- к1ент объекта или граничный элемент гоявляется впервые, на выходе де- пифратора 76 присутствует 1 в соответствии с (8) для блока 9 и в соответствии с (10) для блока 53. На вы- элемента И 75 появляется импульс фгительностью в один такт для бло- а 9 в соответствии с (7) и для бло- йа 53 в соответствии с (9). При этом CJ выхода блока 9 поступает импульс Йа суммирующий вход реверсивного счет- Чика 16, увеличивая его код на единицу, и этот код по входу блока 9 поступает через коммутатор 71 на первый выход блока 9. Код номера объекта с первого выхода блока 9 поступает на вход регистра 1А и вход дешифратора II, на выходе которого присутству- € .т 1, если код на его входе больше йуля. При этом условии код номера Объекта заносится в регистр 1А и оп- р еделяет код адресного входа блока 23 памяти.

Импульс в соответствии с (9) поступает с выхода блока 53 на первьш блока 15 суммирования, где на с|умматоре 20 происходит сложение ко20

25

30

35

Вновь образованный код, отли щийся на единицу от предьщущего ступает через вход блока 53 и п ется на выходе коммутатора 71 и ответственно, на первом выходе ка 8 селекции контуров.

Присвоение кода связным элем изображения или контура осущест ся следующим образом. Код элеме изображения или контура с присв номером L с выхода коммутатора поступает на вход блока 72 заде в котором код задерживается на такт.

С выхода блока 72 задержки с ется код номера изображения пре вукяцего элемента строки, которы ступает на первый вход дешифрат четвертый информационный вход к татора 71, информационный вход татора 66, а также на вход блок задержки, где код задерживается (п-1) тактов

С выхода блока 73 задержки с ется код номера, соответствующи седнему элементу предшествующей ки, который поступает на второй дешифратора 76 и третий информа ный вход коммутатора 71. Если к входе дешифратора 76 отличен от то на его выходе появляется О торый запрещает занесение кода пового входа блока, т.е. кода в реверсивного счетчика 16, либо хода блока 5А суммирования.

Присвоение сложным связным ментам изображения одинаковых н и равных начальным (7) или (9) ществляется в соответствии с ре рекуррентного соотношения (11). этого используется информация о ре изображения элементов послед

СТРОКИ.

40

45

55

да, хранимого в блоке 23 памяти по адресу, определяемому кодом объекта, занесение результата сложения в ре- . гистр 21 и запись вновь полученного результата в блок 23 памяти через коммутатор 22 при наличии на входе записи блока 23 памяти разрешающего сигнала с выхода элемента И 27,. задержанным , тактовым импульсом на время, большее.длительности импульса, элементом 25 задержки и сигналом с выхода элемента ИЛИ 2А, на входах которого действуют те же управляющие

сигналы, что и на входе блока.

0

5

0

5

Вновь образованный код, отличающийся на единицу от предьщущего, поступает через вход блока 53 и появляется на выходе коммутатора 71 и, соответственно, на первом выходе блока 8 селекции контуров.

Присвоение кода связным элементам изображения или контура осуществляется следующим образом. Код элемента изображения или контура с присвоенным номером L с выхода коммутатора 71 поступает на вход блока 72 задержки, в котором код задерживается на один такт.

С выхода блока 72 задержки снимается код номера изображения предшест- вукяцего элемента строки, который поступает на первый вход дешифратора 76, четвертый информационный вход коммутатора 71, информационный вход коммутатора 66, а также на вход блока 73 задержки, где код задерживается на (п-1) тактов

С выхода блока 73 задержки снимается код номера, соответствующий соседнему элементу предшествующей строки, который поступает на второй вход дешифратора 76 и третий информационный вход коммутатора 71. Если код на входе дешифратора 76 отличен от нуля, то на его выходе появляется О, который запрещает занесение кода с группового входа блока, т.е. кода выхода реверсивного счетчика 16, либо с вы- хода блока 5А суммирования.

Присвоение сложным связным элементам изображения одинаковых номерЛэв и равных начальным (7) или (9) осуществляется в соответствии с решением рекуррентного соотношения (11). Для этого используется информация о номере изображения элементов последующей

СТРОКИ.

Управление первым информационным входом коммутатора 7I, регистрами 9 и 10, коммутаторами II, 12 и режимом работы блока 68 памяти осуществляетс блоком 69 управления, в котором вьще ляется импульс, соответствующий первому из связанных элементов строки, по которому заносится текущий код счетчика 63 и в регистр 64, а через п тактов осуществляется запись кода счетчика 63 в регистр 65, коммутация его выхода через коммутатор 67 на адресный вход блока 68 питания и перепись кода с выхода.блока 68 на выход коммутатора 71.

Еще через такт блок 68 памяти обнуляется. Запись кода номера изображения в блок 68 осуществляется при выполнении (13), при этом с блока управления формируются управляющие сигналы, осуществляющие подключение выхода регистра 64 через коммутатор 19 к адресному входу блока 68 и выхода блока 72 задержки через коммутатор 66 к информационному входу блока 68. При этом в блоке 68 памяти записывается информация от номера изображения в соответствии с (12) по адресу, который определяется регистром 64 и соответствует адресу начала

отсчетов областей следующей строки 1 - - . связных элементов изображения. Значение в соотношении Cl1) определяется разностью кодов регистров 64 и 65. В том случ51б, если условие (13) не выполняется, то код из блока 68 памяти вьщается нулевым, но и в этом случае смежные связные элементы получают либо код предьщущего элемента в строке, либо код элементов предьщу- щей строки за счет того, что с выходов элементов 72 и 73 задержки коды поступают на третий и четвертый информационные входы коммутатора 71 при наличии 1 либо на третьем, либо на четвертом управляющих входах коммутаторов. На третьем входе коммутатора появляется I, если на первом входе дешифратора 74 присутствует О

а на втором - единичные отсчеты изо бражения.

Таким образом, на первом выходе блока 53 формирования кода номера избражения контурным связным элементам присваивается одинаковый код, причем код элементов, соответствующий внешнему периметру объектов, будет (00001), первому внутреннему отверся -

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

тию - (00010), второму внутреннему отверстию - (00011) и т.д. На первом выходе блока 9 связным элементам изображения присваивается также одинаковый код по мере появления новых изображений. Поэтому в конце кадра считывания изображения на выходе реверсивного счетчика 16 присутствует код, соответствующий числу изображений объектов, а в блоке 23 памяти блока 5.4 суммирования по адресу, соответствующему номеру изображений объектов, за- письшается код, определяющий число контуров каждого изображения. Подсчет длины контура изображения производится блоком 52 суммирования, осуществляющим сложение кода на его первом и втором входах с кодом, который накоплен в его блоке 23 памяти в соответствии с (14) .

Код, соответствующий длине элемента контура, с выхода блока кодирования, осуществляющего логические преобразования в соответствии с таблицей, подается на входы блока 52 суммирования только при наличии на первых входах элементов И 50 и 51 разрешающего уровня 1, который появляется при совпадении на блоке 7 сравнения. Для зя- писи информации о длине внешних периметров изображения объектов на выходе блока 4 устанавливается код 0001. -При его совпадении с кодом внешнего периметра на выходе блока 7 формируется 1, разрешающая занесение очередного кода в блок 52 суммирования.

В конце считывания кадра в блоке 23 памяти блока 54 по адресу, определяющему номер объекта, записывается код, соответствующий длине внешнего периметра каждого изображения.

Для записи в блок 15 суммирования кода, соответствующего площади изображения объектов в соответствии с (15), на выходе блока 4 устанавливается код- 0001. При этом на выходе дешифратора 10 присутствует 1, разрешающая занесение с выхода дешифратора 1I в соответствии с (16) через элемент ИЛИ 35 связных элементов соответствующего изображения объекта на первый вход блока 15 суммирования, в котором в конце кадра считывания по соответствующему адресу блока 23 памяти формируется код, соответствующий площади объекта изображения. С появлением на втором выходе блока 13 управления 1, которая по

Дается на второй управляющий вход | оммутатора 19, первьй вход элемен- ia И 18 и входы начальной установки блоков 5 и 8 и блока 15 суммирования, код с выхода реверсивного счет- ч ика 16 подключается к выходу комму- татора 19 и определяет код адреса елока 23 памяти.блока 15 суммирова- 1ИЯ и блоков 52 и 54.

С выхода коммутатора 19 снимается лор,, определяющий номер изображения сбъекта, с выхода блока 15 суммирования - код, определяющий площадь изображения (или соответствующего отвер- с тия изображения), с второго выхода Слока 8 - код, определяющий число от- I ерстий для данного изображения объ- екта, с второго выхода блока 5 - код, с пределяющий длину внешнего контура (или внутренних отверстий).

С выхода элемента И 18 снимаются 1мпульсы, наличие которых является тризнаком присутствия информации на Iыходе устройства. За счет перебора Iсех кодов реверсивного счетчика на I ыходе устройства получают информацию d всех изображениях. При наличии 1 ita входах начальной установки бло- i:oB 8 и .15 на каждом такте происходит перезапись информации из блока 23 памяти в регистр 21 и через интервал иремени, несколько больший, чем дли- ельность тактового.импульса, определяемый задержкой в элементе 25 задержки, осуществляется запись в блок 23 памяти нулевого кода по тому же адре РУ«

i Дпя получения информации о площади iji периметрах внутренних отверстий в флоке 4 к началу кадра должен быть ус ановлен код,больший, чем 0001, который определяет номер отверстия. Если Остановлен код 0010, выбирается перво фтверстие. Если установлен код ООП, 1 ыбирается второе отверстие и т.д. В фтом случае занесение кода в блок 52 Суммирования, входящий в блок 5, 1|1роисходит аналогично и накапливает- фя информация о длине периметра соответствующего отверстия.

формула изобретения

Устройство для селекции .изображе ий объектов, содержащее телевизион

Ыый датчик, выход которого соединен t входом блока квантования, блок фор- ирования кода номера изображения, Ынератор тактовых импульсов, выход

0

5 g

г

5

0

0

5

которого соединен с тактовым входом блока формирования кода номера изображения, первый выход которого соеди нен с суммирующим входом реверсивного счетчика, отличающееся тем, что, с целью расширения области применения устройства за счет обеспечения возможности вычисления площади и периметра объектов на изображении, в нег о введены блок измерения длин контуров, блок селекции контуров, элемент задержки, блок управления, два дешифратора, блок суммирования,: регистр, блок сравнения, элемент НЕ, коммутатор, блок анализа связности, элемент И, блок задания кода, выход которого соединен с первым входом блока сравнения и с входом первого дешифратора, вькод которрго соединен с первым управляющим входом блока анализа связности, выход которого соединен с первым информационным входом блока суммирования, второй выход блока формирования кода номера изображения соединен с информационным входом регистра и с входом второго дешифратора, выход которого соединен с информационным входом блока анализа связности, и с управляющим входом регистра, выход которого (Соединен с первым информационным входом коммутатора, выход которого соединен с первыми управляющими входами блока измерения длин контуров, блока селекции контуров, с вторым информационным входом блока суммирования и является первым выходом устройства, выход реверсивного счетчика соединен с управляющим входом блока формирования кода номера изображения, с входом синхронизации блока управления и с вторым информационным входом коммутатора, первый выход блока управления соединен с управляющим входом реверсивного счетчика, а второй выход соединен с входом элемента НЕ, с вторыми управляющими входами блока измерения длин конту-. ров, блока селекции контуров, с управляющим входом блока суммирования i и с первым входом элемента И, выход которого является вторым выходом у ст- ройства, выход элемента НЕ соединен с первым управляющим входом коммутатора, второй управляющий вход которого соединен с вторым выходом блока управления, выход генератора тактовых импульсов соединен с тактирующими входами блока измерения длин контуров, блоKd селекции контуров, блока анализа связности, блока суммирования, блока управления, элемента задержки и с вторым входом элемента И, вход элемента задержки соединен с выходом блока квантования, а выход - с вторым ин- формацио ннын входом блока формирования кода номера изображения, информационный вход блока измерения длин контуров соединен с выходом блока квантования, выход блока сравнения соединен с третьим управляющим входом блока измерения длин контуров и с вторым управляющим входом блока анализа связности, первый выход блока селекции контуров соединен с вторым входом блока сравнения, а второй выход является третьим выходом устройства, первый йы- ход блока измерения длин контуров соединен с информационным входом блока селекции контуров, а второй выход - является четвертым выходом устройства.

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано в системах распознавания образцов. Цель изобретения - расширение области применения устройства за счет возможности вычисления площади и периметра объектов на изображении, что достигается введением блока измерения длин контуров, блока селекции контуров, элемента задержки, блока управления, двух дешифраторов, блока суммирования, регистра, блока сравнения, элемента НЕ, коммутатора, блока анализа связности, элемента И и блока задания кода, что позволяет указывать для каждого объекта на изображении число отверстий, площадь, периметр объектов и отверстий. 7 ил., 1 табл.

ВходBxoff

тактбКый , начальной установки

.f

8X99 тлктоВый Фиг.З

Ла91

ЛлЛг

Вход такгтЛыи

Jiotp

je-

Входjf Вход

танто ьшначамной

Фиг.5 установки.

вход

лвхоа адр€СныО

Вытд1

а

Вход адресный

5tt

Sbixeei

Bbixodi

U t

Редактор А. Огар

Составитель А. Глотов

Техред Л.Сердюкова Корректор О. Ципле

Заказ 7229/46

Тираж 668

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

1525718

iJ

59

tf

bjiod manmofbiu

Фие.б

токтооыи групповой Фиг.7

Подписное