Устройство для распознавания изображений объектов Советский патент 1990 года по МПК G06K9/00 

Изобретение относится к автоматике, в частности к устройству для распознавания изображений объектов.

Цель изобретения - повышение быстродействия .

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 - пример конструктивного выполнения фотоэлектрического преобразователя; на фиг. 3 - пример конструктивного выполнения блока функционального преобразования; на фиг, 4 и 5 - примеры конструктивного выполнения блока вычисления инвариантов; на фиг. 6 - пример конструктивного выполнения блока памяти; на фиг. 7 - пример конструктивного выполнения блока классификации; на фиг. 8 - временная диаграмма, поясняющая работу устройства.

Устройство содержит генератор 1 импульсов, счетчик 2, фокусирующий элемент (объектив) 3, фотоэлектрический преобразователь 4, блок 5 функционального преобразования, блок 6 вычисления инвариантов, бюк 7 памяти и блок 8 классификации.

Фотоэлектрический преобразователь содержит (фиг. 2) линейку 9 фотоприемников, затвор 10, схему 11 считывания зарядового пакета, генератор 12 импульсов, регистр 13 сдвига, дифференцирующую ячейку 14.

Блок 5 функционального преобразования (фиг, 3) выполняет модифицированное преобразование Уолша-Адамара (МПУА) над последовательностью входных сигналов, Он содержит однотипные операционные усилители.

Блок 6 вычисления инвариантов (фиго4) содержит удвоители 15 частоты, квадраторы 16, блоки 17 погруппо- вого вычисления инвариантных признаков, включающие (фиг.5) генератор 18 импульсов, умножители 19, сумматор 20, регистр 21 сдвига, ключи 22 и 23, счетчик 24, инвертор 25, регистр 26 сдвига, элемент 27 задержки и ключ 28.

Блок 7 памяти (фиг.6) содержит генератор 29, регистры 30 сдвига и затворы 3 1 .

Блок 8 классификации (фиг.7) содержит блоки 32 параметров, сумматоры 33, коммутатор 34, ячейки 35 памяти, детектор 36 максимума, элемент (ячейка) ИЛИ 37, узел 38 задания параметров классов, генератор 39 линейного напряжения.

Устройство работает следующим образом.

Объектив 3 формирует действительное изображение объекта, предъявляемого для распознавания. Преобразователь 4 отображает изображение из декартовой системы координат в полярную систему координат и затем преобразует точки изображения в набор электрических сигналов (зарядовых пакетов).

На первом этапе синхроимпульс генератора 1 в начальный момент времени (фиг. 8 а) поступает на вход счетчика 2, при этом счетчик 2 переходит в заданное состояние и на его выходе формируется сигнал (фиг. 8 е), который открывает затвор 10 преобразователя 4 (фиг. 2), после чего счетчик 2 самообнуляется.

Этот момент времени является моментом начала работы генератора 12. За время периода работы генератора 12 зарядовые пакеты из линеек 9 фотоприемников через открытые затворы

10перетекают в регистры 13 и перемещаются в направлении схем М считывания.

±/ В третий момент времени начала четвертого синхроимпульса зарядовые пакеты, сформированные в соответствующих ячейках каждой линейки 9, пере- -текают в последнюю ячейку (ячейку считывания) регистра 13. Потенциалы зарядовых пакетов поступают на затворы транзисторов и на выходах схем

11считывания формируются электричек кие сигналы, пропорциональные соответствующим сигналам изображения. Одновременно эти потенциалы прикладываются к обкладке конденсаторов, где запоминаются.

В момент обнуления сигнала генератора 12 зарядовые пакеты в ячейках считывания регистров 13 рассасываются, однако потенциалы, соответствующие величинам этих зарядовых пакетов, сохраняются на конденсаторах и, таким образом, сигналы на выходах

схем 11 до поступления очередного импульса ф, остаются неизменными.

Содержимое ячеек линеек 9 считывается одновременно, поэтому в течение периода работы генератора 12 распределение сигналов на выходах схем 11 пропорционально соответствующему столбцу сигналов изображения.

Сигналы с выходов схем 11, являющихся выходами преобразователя 4, оказываются приложенными через блок 5 к входам блока 6.

В блоке 6 в третий момент времени

5 поступления на его вход четвертого синхроимпульса начинается вычисление инвариантов для соответствующего столбца исходного изображения. Вычисление инвариантов происходит по групQ пам в блоках 17. Синхроимпульсы, управляющие работой блоков 17, поступают на их управляющие входы через последовательно соединенные удвоители 15 частоты, поэтому частота следова-

5 ния импульсов на входе каждого последующего блока 17 в два раза выше частоты следования импульсов на входе предыдущего блока.

Рассмотрим, для примера, как вычисляются инварианты четвертой группы в блоке 173. Синхроимпульсы, управляющие работой блока, поступают на его управляющий вход с заданной частотой (фиг. 8 ж).

Управляющий вход блока 173 явля5 ется входом генератора 18 импульсов (фиг. 5), поэтому частота следования импульсов % , и рв с выхода генератора 18 в четыре раза выше частоты следования импульсов с выхода

0 генератора 12 следовательно, в течение времени одного периода работы генератора 12 генератор 18 сформирует четыре последовательности, каждая из трех взаимно перекрывающихся тактовых импульсов (фиг. 8 э, и, к).

Импульсы генератора 18 поступают на вход счетчика 21, который считает до четырех. При поступлении чегвертого импульса ф, с момента на0 чала работы устройства на вход счетчика 24 последний вырабатывает импульс, который через элемент 27 задержки открывает ключ 28 (фиг. 8 л, м). Момент открытия ключа 28 совпа5 дает с началом четвертого синхроимпульса.

В третий момент времени на сдвиго вые регистры и ключ 23 подается сигнал р4 с первого выхода генератора

0

5

5П

18 и в ячейки сдвигового регистра 26 через ключ 28 поступает набор сигналов, соответствующих четвертой группе спектра столбца исходного изображения, и запоминается в них. Так как ключ 23 открыт, то эти сигналы, пере- множаясь в блоках 19 и проходя через сумматор 20, записываются в первую ячейку сдвигового регистра 21. R момент окончания импульса с выхода элемента 27 задержки ключи 23 и 28 закрываются, а зарядовые пакеты, находящиеся в ячейках регистров, начинают перетекать в соседние с ними ячейки, так как начинает действовать импульс с| . С началом следующего периода работы генератора 18 в регистре 26 произойдет циклический сдвиг зарядовых пакетов таким образом, что первый зарядовый пакет перейдет на место второго, второй - на место третьего и т.д. Последний (восьмой) зарядовый пакет через инвертор 25 запишется в первую ячейку регистра 26 с противоположным знаком. Содержимое первой ячейки регистра 21 перейдет во вторую ячейку. Одновременно открывается ключ 23 и в первую ячейку этого ре- -гистра запишется сумма поэлементных произведений входного набора сигналов на циклически сдвинутую на один элемент последовательность и т.д.

За время одного периода работы генератора 12 (четырех периодов работы генератора 18) в регистр 21 будут последовательно записаны четыре сигнала, соответствующие инвариантам четвертой группы столбца исходного изображения. При поступлении восьмого импульса на вход счетчика 24 последний вырабатывает импульс, который открывает ключ 22, и сигналы, записанные в ячейках регистра 21, появляются на выходах блока 17j и, следовательно, на соответствующих выходах блока 6.

Аналогично осуществляется вычисление инвариантных признаков в любой другой группе.

Таким образом, за время второго периода работы генератора 12 производится вычисление инвариантов столбца исходного изображения,В начале следующего периода работы генератора 12 импульс сдвигает зарядовые пакеты, сформированные в ячейках линеек фотоприемников 9 в ячейки считывания сдвиговых регнст5

бЗЗь6

ГОР 13, и своим передним фронтом дифференцирукли ю ячейку 14 (фиг. 8 д) открывает транзисторы, при этом конденсаторы разряжаются. Таким образом происходит смена сигналов на выходах фотопреобрАзователя 4. Одновременно импульс первого выхода генератора 29 (фиг.6) осуществляет запись в порвые ячейки линеек блока 7 памяти набора сигналов, соответствующих инвариантам столбца исходного изображения,.

(5 За время следующего периода работы генераторов 1 2 и 29 осуществляется вычисление и запись набора из сигналов, соответствующих инвариантам столбца исходного изображения в соответствую10

20 -щке ячейки линеек блока

при этом

5

0

5

0

5

0

5

одновременно осуществляется сдвиг информации, записанный па предыдущем периоде работы генератора 29, в следующие ячейки памяти блока 7 и т.т,. Первый этап заканчивается, когда на выходах блока 6 появится набор из сигналов, соответствующих инвариантам первого столбца исходного изображения .

С началом второго этапа - этапа классификации, сигналы с выхода блоха 6 записываются ; соответствующие ячейки линеек сдвиговых регистров блока 7 и на вход счетчика 2 поступает соответствующий синхроимпульс, генерируемый блоком 1. Счетчик 2 переходит в заданное состояние и на выходе его формируется сигнал (фиг. 8 е), который поступает на вторые управляющие входы фотопреобразователя 4 и блока 7, открывая затворы 31 линеек блока 7 (фиг. 6), и на управляющий вход блока 8 классификации. При этом замыкается управляющий коммутатор 34 (фиг.7) и к электродам блока ячеек 35 памяти прикладывается напряжение разрешения записи Е. Б ячейки 35 памяти блока через открытые затворы 31 блока 7 записывается заданное число инвариантных признаков исходного изображения. Одновременно сигнал с выхода счетчика 2 запускает генератор 39 блока S. После этого счетчик 2 самообнуляется.

Линейно нарастающее напряжение с выхода генератора 39 прикладывается к вторым входам детектора 36 максимума. На первый вход каждого детекгора 36 поступает сигнал с выхода соответствующего сумматора 33.

При возрастании напряжения генератора 39 первым сработает детектор 36 того канала, на выходе которого эта сумма наибольшая.

На выходе этого блока формируется стандартный импульс, причем номер канала определяет класс распознаваемого изображения объекта.

Далее импульс с выхода детектора 36 через ячейку 37 поступает на вход сброса генератора 39, срывает генерацию напряжения и размыкает управляющий коммутатор 34, обнуляя содержимое ячеек 35„ Этим заканчивается этап классификации предъявляемого к распознаванию изображения объекта.

С началом второго этапа - этапа клас&ификации, сигнал с выхода счетчика 2 поступает на второй управляющий вход фотопреобразователя, при этом открывается затвор 10 фотопреобразователя 4„ Тем самым устройство может одновременно с классификацией очередного изображения формировать признаки следующего изображения, предъявляемого к распознаванию на вход устройства. На этапе классификации очередного изображения используются его инварианты, записанные в блок ячеек 35 памяти блока 8. Эти инварианты могут находиться в ячейке 35 вплоть до начала второго этапа - этапа классификации следующего изображения, когда в ячейку 35 з-аписыва ются инварианты нового изображения. Этим интервалом и ограничено время классификации очередного изображения

в кпассификаторе.Совмещение во времени этапа классификации очередного изображения с вычислением признаков последующего изображения позволяет существенно повысить быстродействие устройства распознавания.

Формула изобретения

0

Устройство для распознавания изображений объектов, содержащее фотоэлектрический преобразователь, информационный вход которого оптически

г связан с фокусирующим элементом, а синхронизирующий вход соединен с генератором импульсов, счетчик, счетный вход которого подключен к выходу генератора импульсов, блок памяти, выходы которого соединены с информационными входами блока классификации, управляющий вход которого подключен к выходу счетчика, отличающееся тем, что, с целью повыше5 ния быстродействия, оно содержит

блок функционального преобразования, информационные входы которого соединены с соответствующими выходами фотоэлектрического преобразователя,

Q управляющий вход которого подключен к выходу счетчика, и блок вычисления инвариантов, информационные входы которого соединены с выходами блока функционального преобразования, синхронизирующий вход подключен к выходу генератора импульсов, а выходы соединены с информационными входами блока памяти, управляющий и синхронизирующий входы которого подключены к выходам счетчика и генератора им5

0

пульсов соответственно.

Л

t

&

Изображение объекта

N

I1

§

rx

Ui

cr- ст- uj су д/

Изобретение относится к автоматике, в частности к устройству для распознавания изображений объектов. Цель изобретения состоит в повышении быстродействия устройства. Поставленная цель достигается путем формирования признаков, инвариантных к углу поворота объекта в плоскости изображения, что обеспечивается введением блока функционального преобразования и блока вычисления инвариантов. 8 ил.

ст

ГчЭ

|

в ее / /

J/i j/

Г

о 09 900ОФ909990

«j

«&

/

/М

«

пт

fj о о

of §

bo 6 §о

53 f

FSS1

4

ж

i51 i

S1

СГ- СГ

I

о 6 б а

6666 6

odd

d о

o o

чО

vD

a ft

п

Фие.7

Ъ г./, 3 Ну 3/yff Wj

h h h h 1 h lt

l .4 -U--1 в r---§p- ч

).|II t

О ( I I Kf

LA К

e Л.сч2

з tn ПППП-ППППППГ ц t ППППП-ПППППППп

« %t ппппг-ппппппг

Л

« fcfc27tП-П П t

сбиидлг