Устройство для выделения центров фигур телевизионного изображения Советский патент 1991 года по МПК G06K9/00 

Изобретение относится к технической кибернетике, в частности к устройствам распознавания образов.

Цель изобретения - повышение точно-, сти устройства.

На фиг. 1 представлена схема устройства; на фиг. 2 - принцип выделения в апертуре блока селекции внешнего контура (Во) и левого(В1), правого(В2), верхнего(Вз)и нижнего (В/О полустробов; на фиг. 3 и 4 - изменения во времени выходных сигналов компаратора в процессе дискретного сканирования апертурой различных фигур телевизионного изображения вдоль строки растра; на фиг. 5 - изображения наблюдаемой фигуры и ее проекции под влиянием флуктуационного шума телевизионного канала; на фиг. 6 - схема формирователя апертуры; на фиг. 7 - схема блока селекции; на фиг. 8 - логический элемент; на фиг, 9 - процедура выделения изолированной фигуры телевизионного изображения в блоке селекции; на фиг. 10 - схема блока контроля границы изображения; на фиг. 11 - схема анализатора наличия центра.

Устройство (фиг. 1) содержит блок 1 квантования, формирователь 2 апертуры, блок 3 селекции, блок 4 контроля границы изображения, четыре сумматора 5, компараторы 6i. 62, регистры 7i и 72 сдвига, блок 8 анализа наличия центра.

Формирователь 2 апертуры (фиг. 6) содержит группу сдвиговых регистров 9, образующих апертуру 10.

Блок 3 селекции (фиг. 7) содержит логические элементы 11.

Логический элемент 11 (фиг. 8) содержит элемент ИЛИ 12 и первый элемент И 13. Анализатор 8 наличия центра (фиг. 11) содержит элемент И-ИЛИ 14 и второй элемент И 15

Устройство работает следующим образом.

Видеосигнал U. формируемый телевизионным датчиком с прогрессивной растровой разверткой изображения (не показан) подвергается амплитудного квантованию на два уровня в квантователе 1, так что элементам растра, принадлежащим изображению объекта, Ставится в соответствие логическая 1. а остальным (фоновым) элеЈ

О

с

00

чэ со со

ментам - логический О. Получаемый в результате видеосигнал U1 преобразуется формирователем апертуры 2 из последовательной формы в параллельную. Совокупность сигналов этой апертуры размера mxm удобно представить в виде квадратной матрицы

, ,m}.(1)

играющей роль строба, дискретно сканирующего телевизионный кадр в темпе его растровой развертки под действием тактовых импульсов Рэ. частота которых в точности равна частоте следования элементов разложения изображения в строке телевизионного растра.

В каждом такте дискретного сканирования блок 3 селекции выделяет из совокупности отдельных изображений, содержащихся в формирователе 2 только то, которое в данный момент времени совпадает с ее центром, что эквивалентно преобразованию матрицы А в матрицу

В {Ьц;Ц 1,т},(2)

отличающуюся от (1) лишь наличием нулей на элементах изображений, не связанных с центром апертуры.

Периферийные элементы этой матрицы, образующие ее внешний контур, объединяются в отдельный массив Во, а во внутренней области контура выделяются массивы Bi. 62, Вз, Вл. выходные сигналы которых образуют соответственно правый, левый, верхний и нижний полустробы блока 3 селекции (фиг. 2). При этом в случае нечетного m вводится зона нечувствительности в виде центральной строки и центрального столбца элементов, выходные сигналы которых в дальнейшем не используются (штриховка, фиг. 26). При нечетном m (фиг. 2а) такая зона отсутствует.

Массив ,i- bi,2,...} используется для контроля невыхода изображения объекта за пределы апертуры в момент формирования сигнала центра, для чего по выходным сигналам bi,i,bi.2,... его элементов в блоке 4 вычисляется логическая функция

.i+bi.2+...,(3)

а сумматорами 5 подсчитывается количество логических единиц, в каждом из массивов Bi ... ВА, и получаемые при этом двоичные числа 2i... Ь сравниваются попарно 2и с Sz, 2з с Z в компараторах 6, формирующих на своих выходах сигналы et f I, ;Zi:

62

fi, %

0. Ј :

fi, JO,

fi, 0 , S, 2i ;

-jl,

Co..

Из даграмм изменения во времени сигналов ei и 62 в процессе потактного сканирования различных изображений (площадью в 4 и 2 дискрета) вдоль строки

растра апертурой размером и видно, что при прохождении центра апертуры через центр изображения объекта сигнал ei изменяется с 1 на О, а сигнал ег - с О на 1, причем между этими изменениями

5 может присутствовать один такт со значением (фиг. За и фиг. 46). Следовательно, если использовать сигналы ei и ei , получаемые из сигнала ei задержкой его соответственно на один и два такта, то сигнал

0 Ob с центра изображения по строке можно сформировать с помощью комбинационного цифрового автомата по алгоритму

УС еГ1 62-ЬёТ2 еГ1 62 .(4)

сАналогичным образом из сигналов з и

С) формируется сигнал центра изображения по кадру:

а е4 + еГ2 64 , (5) где ез и ез - сигналы, получаемые задер0 жкой ез на одну и две строки соответственно. Сигнал ш центра изображения одновременно по строке и кадру при дополнительном условии невыхода его за пределы апертуры получается логическим перемно5 жением сигналов , е0

ш а , ад е0(6)

Задержка сигналов ei ие з в предлагаемом устройстве осуществляется соответственно сдвиговыми регистрами 71 и 2,

0 тактируемыми теми же импульсами Рэ, что и формирователь 2 апертуры.

Выходной сигнал е0 блока 4, выходные сигналы 62 и е сумматоров 5 и сигналы еГ1, еГ1, еГ2, . , сдвиговых регистров

5 7i и 2 используются в блоке 8 для формирования сигнала центра изображения по формулам (4) - (6).

В качестве примера (фиг. 5) показаны изображения одного и того же объекта, на0 блюдаемого в шести последовательных телевизионных кадрах (,26) в пределах

апертуры размером 8x8 элементов. При этом за счет флуктуационного шума телевизионного канала каждое из последующих

5 пяти изображений отличается от первого каким-либо одним своим элементом, что приводит к флуктуациям размеров их проекций на горизонтальную и вертикальную координатные оси, показанные (фиг. 5) около

каждой из апертур в виде дополнительной строки снизу и дополнительного столбца справа. Непосредственным подсчетом площадей Zi ... 24 фрагментов этих изображе- ний, приходящихся на различные полустробы в текущем и последующем тактах каждого кадра, сигналы «Jt и а во всех шести рассмотренных случаях формируются в одном и том же такте, и временные флуктуации сигнала ш центра фигуры, вычисляемого по формуле (6), отсутствуют.

Формирователь 1 апертуры размером mxm элементов выполнен надискретной линии задержки с отводами (фиг. 6), образованной последовательным соединением m сдвигающих регистров 9, управляемых импульсами Рэ тактовой частоты, равной частоте следования элементов разложения изображения в строке телевизионного растра (цепи тактирования не показаны) Количество ячеек каждого из первых т-1 регистров равно количеству N элементов разложения в строке, чем обеспечивается синфазное с растровой разверткой изображения перемещение информации по их ячейкам.

Первые m ячеек каждого из этих регистров совместно с m ячейками последнего, т-го регистра (фиг. 6, пунктир), образуют собственно апертуру 10 размером mxm, с выходов ячеек которой параллельно снимаются сигналы (1), соответствующие элементам вписанного в эту апертуру фрагмента изображения. Каждый импульс Рэ тактовой частоты сдвигает информацию в апертуре 10 на одну позицию влево, поэтому апертура дискретно (потактно) сканирует поле телевизионного кадра по строкам слева направо в темпе его растровой развертки.

Блок 3 селекции образован совокупностью однотипных логических элементов 11 комбинационных цифровых автоматов, каждый из которых реализует на своем выходе функцию

( j+i+bi-11 i+bi+i,j+ +Ьм j+i4bi j-n + bi-1 i Hbi-1 j-ibi-i -i), (7) где с и Uij - стробирующий и настроечный сигналы (i.j)-ro элемента 11

При с 1 и U,,-1 из (7) следует

Ь,,а,,.(8)

т.е соответствующий элемент 11 просто передает состояние элемента aij блока 2 на выход bij блока 3 селекции.

При с 1 и Uij-О из (7) следует )(bi.j i+bi+i j-i+Ьм j+bi-n.j+н +b,+nbi- i.j-n+bi-1 j+bi-1.,-1) ,(9)

т.е. выход bi| блока З селекции возбужден (находится в состоянии 1) только в том случае, когда возбужден соответствующий

ему элемент afj блока 2 и одновременно хотя бы один из соседних с ним выходов блока 3 селекции.

Эффект селекции проявляется в том, что согласно (8) и (9) элементы bij с настроечными сигналами при выполняют функцию источников, от которых возбуждение последовательно распространяется по всем другим элементам блока 3 селекции. Это возбуждение не захватывает тех элементов данного блока, которым соответствуют невозбужденные элементы блока 2, или которые полностью изолированы от источников возбуждения промежуточными невозбужденными элементами 1. При этом использовано упрощенное представление формулы (7) в виде

0

5

0

5

0

5

0

5

(u+2))s). s 1

где b - выходной сигнал произвольного элемента 11 блока 3 селекции;

а - выходной сигнал соответствующего ему элемента блока 2;

{bs:s 1,8} - выходные сигналы элементов блока 3 селекции, соседних по отношению к элементу Ь, пронумерованные в направлении против часовой стрелки, начиная с соседнего левого;

с и U - стробирующий и настроечный сигналы элемента Ь.

Настроечный вход центрального элемента блока 3 селекции подключен к источнику логической 1, а на настроечные входы других его элементов подано напря- же ние О В результате блок 3 селекции выделяет из всех изолированных фигур телевизионного изображения в пределах апертуры только ту. которая связана с центром апертуры (фиг. 9) для . Выделенная фигура представляется выходными сигналами блока 3 селекции, образующими в совокупности матрицу сигналов (2).

Стробирующие импульсы с формируются из тактовых импульсов (схема формирования не показана) и используются для блокировки элементов 11 блока 3 селекции (фиг 8) на время переходных процессов в блоке сканирующей логической апертуры 2, возникающих в начале каждого такта.

Блок 4 представляет собой комбинационный цифровой автомат (фиг. 10), вырабатывающий сигнал всякий раз, когда в процессе дискретного сканирования полного телепизионного кадра апертурой 10 (фиг. 6) периферийная область Во матрицы В блока 3 селекции оказывается свободной от каких бы то ни было сигналов (при этом все элементы данной области находятся в состоянии О). Такая ситуация возникает как

при попадании изображения объекта целиком во внутреннюю область матрицы В, так и при отсутствии изображений в пределах этой матрицы.

Многовходовый комбинационный сумматор 5 в общем случае может содержать несколько ступеней суммирования, выполненных на одноразрядных и многоразрядных двоичных сумматорах.

Формула изобретения Устройство для выделения центров фигур телевизионного изображения, содержащее последовательно соединенные блок квантования, вход которого является входом устройства, и формирователь апертуры, блок контроля границы изображения, блок селекции и блок анализа наличия центра, выход которого является выходом устройства, отличающееся тем, что, с целью повышения точности устройства, оно содержит четыре сумматора, два компаратора и два регистра сдвига, информационные входы которых соединены с первыми выходами первого и второго компараторов соответственно, входы первого компаратора соединены с выходами первого и второго

сумматоров, входы второго компаратора соединены с выходами третьего и четвертого сумматоров, выход формирователя апертуры соединен с информационным входом блока селекции элементов изображения,

выход которого соединен с входами первого, второго, третьего и четвертого сумматоров и с входом блока контроля границы изображения, выход которого соединен с первым входом блока анализа наличия центра, вторые выходы первого и второго компараторов соединены с вторым и третьим входами блока анализа наличия центра, выходы первого и второго сдвиговых регистров соединены с четвертым и пятым входами блока анализа наличия центра, входы тактирования формирователя апертуры и блока селекции элементов изображения являются вторым и третьим входами устройства.

Изобретение относится к технической кибернетике и может быть использовано в устройствах распознавания образцов. Цель изобретения - повышение точности устройства - достигается введением блока селекции элементов изображения, четырех сумматоров, двух компараторов и двух сдвиговых регистров, что позволяет повысить помехоустойчивость устройства. 11 ил.

Фиг.1.

В.

во

в

з

-в,

а

ФЈ/5.А

а

г

П- /

-g -U

5 III

|M INI

in

W

M

m

IHi.VFV7 П

Фиг. 4. s

Фиг. 5.

со со

О)

со

Ј (С

I

0

ъ

3

е

О) СП

оо со со ы

Фиг. 7.

Qua. 8.

/

mt

в

Фиг.9

Фиг. Ш. ,|