Устройство для корреляционной обработки изображений Советский патент 1992 года по МПК G06K9/00 

Изобретение относится к оптоэлек фонике и может быть использовано в системах распознавания изображений, анализа сцен и кластеризации для одновременного вычисления корреляционной функции входного изображения с несколькими эталонными изображениями.

Цель изобретения - расширение оола- С1и применения устройства путем формирования корреляционных функций одновременно с несколькими эталонами.

На фиг.1 приведена принципиальная схема предлагаемого устройства: на фиг.2 - пример выполнения блока формирования дополнительных синхроимпульсов: на фиг.З-пример выполнения блока управления; на фиг.4 - временные диаграмы работы устройства.

Устройство содержит (фиг.1) блок 1 памяти, состоящий из одинаковых ячеек 2 памяти, адресные входы которых объединены и являются адресными входами блока 1 памяти, мультиплексор 3, линейку 4 излучателей света, анаморфотный коллиматор 5 света,акустооптический модулятор 6 света, блок 7 проецирования изображений, решетку 8 щеленых диафрагм, расположрнну.о Б светочувствительной плоскости П3(, фсго- матпицы 9. демул.т. НХОлок 1 . выделения СТРОЧНЫХ ИМПУП ООВ, бЛ .,Ч 2

формирования дополнительных синхроимпульсов и блок 13 ynpaa/ief ия.

Анаморфотный коллиматор 5 содеркж цилиндрические линзы 14 -- 16. Блок проецирования изображений содержит сф фи- ческую линзу 17 и цилиндрическиели зы 18 и 19.

Блок формирования дополнительных синхроимпульсов (фиг.2) содержит генератор 20 тактовых импульсов счетчик 21. дешифраторы 22 - 24, формирователь 25 импульса, счетчик 26 импульсов, триггер 27, элементы И 28 и 29, элементы ИЛИ 30 и 31, триггеры 32 и 33. элементы ИЛИ 34 и 35.

Блок управления содержит (фиг.З)узг л 36 управления ПЭС-фотоматрицей и узел 37 управления блоком памяти, а также формирователь 38 длительности, двоичный счетчик 39, триггер 40.

Узел 37 управления блоком памяти содержит тактовый генератор 41. сметчик 42.

LO

SC

м

k

К

IW

дешифратор 43, элементы ИЛИ 44 и 45. двоичный смотчик 46.

Устройство работает следующим образом.

Фронт гчерчдного выделенного строч- кого синхроимпульса появляется на выходе блока V1 выделения строчных синхроим- try/it,; он а момент ко: да tut нал предыдущей строки плодного ;-иобра;конмя находится целиком в .нкустоопгмчесхом модуляторе б света, По фронту строчнсн о :: тхрсимпульоз нач .чндут формирования очередная поола- дозатеш. дополнительна:.-: синхроимпульсов. Формироза тел и 73 и 3В длительности яырэОятиппют короткие им- пульсы по фрммгу строчного .;имхро1чмгр/ть- ей. устзмлвлмрчн триггеры 27 и 40 мере : ,-M Г|И 35 м устэчакпирл 1 i риг- .-:ры 3.2 .П Mt-.ppj схемы ИПИ 30 и 31. При

,-гом на выходе бпока формирования допол- :ч и тел ьн. ( с им роим пульсов появляется

j- COKvO у ;онень. разрешающий, работу де ,1Л/1с1. п.тгеоа ).). - 2 нормирования до по/: ; ,м ел ь мыл оин х, роим пул ЬСОР и ,.-чк ещающий работу счетчиков и 46 в . зле л управления блоком памяти. На вто- .юм «ходе узпа 36 управления ПЗС-фото

::рицеи пояаля -: гея высокий уровень. .1оье,ц -1нях-цим ;че; аую и вторую линии пор зг.й группа ;.г,|,- одогз блока 13 упратгения, п- и этом -.а г.ггходе второй группы выходов олока 13 пр с««ния ус.гачавличается нуле чой адрес.

Узе;л 36 управления ПЭС-фотоматрицей по фрон-у перпого дополнительного сикх- роимпул(:Со, пришедшего на первый вход узлч 36 управления ПЭС-фотоматри еи, формирует па первой и второй линия первой ГРУПП .-. ОЫХОДОЧ блока 13 yrip3 l.FiKI ч

сигналы управления для переноса потенц; ального рельефа е обеих секциях ПЭС-фотп- мотрици 9 на одну строку. При этом ня втором входе узло 36 управления ПЭС-фотоматрицей устанавливается высокий уро еень, дл.; чего нво ;ходимо. чтобы время формирования сигнала н цепи фсрмирог.ч теля 38 длительности - триггера 40 Ььшс меньше времени формирования cni на/тз в цепи формирсчзтеля 25 длительности сомы ИЛИ 30 - триггера 3 J - схемы ИЛИ 34.

Для параллельного переноса погемии- ального рельефа в ПЭС-фотомагрице 9 на одну С року необходимо время г, задавая мое дешифратором 22, дешифрирующим числом г FJ, ог.,чсм ЫаУЮ1цего импупь-. и. следующие с 21 с частотой Импульс, выработанный .фоа-ооом 2 c6pacir Pdt:ч триггер -.- 32 у. 3 V На выход.1 блока 12 формиро - ii-i-io дпполнительн-ых синхроимпугьсов pofl. -fpercK низкий уровень, а на входах разрешения дешифраторов 23 и 24 появляется высокий уровень, разрешающий их работу. Однако дешифратор 24 блокирован вследствие наличия на одном из входов схемы И 30 низкого уровня, поступающего с инверсного выхода триггера 28, Счетчик 21 сбрасывается. На втором входе блока управления присутствует низкий уровень, что разблокирует счетчики - 12 и 46, разрешая раи оту узла управления блоком памяти.

На третьей группе выходов блока управ лрмыя устанавливается код единицы, полученный после снега первого дополнительного синхроимпульса счетчиком 3Q, работающим по срезу посгупающе- го на его вход импульса. Такиг.. образом, на уг рзр«тяю л.их входах мультиплексора 3 и де- мулыипл -ксорэ 10 устанавливаемся код единицы, благодаря чему выходы мультиплексор 3 подключены к перчой ячейк ;- па- мят и 2 бпока 1 памяти, з с демул;-типлексора не поступав таг v. счи ыпанме с выходного регистра ПЭС-Фото- м с- т р и ц ы 9 не и н и ц и а л и з и р о е а н о пследствие высокого уровня на втором вхо- д- vs. ia 36 управления ПЯС-фотоматрицей.

Дешифратор 43 вырабатывает импуль сы с частотой F, т.е. частотой поступления элементов разрешения в сигнале строки входного изображения и, соответственно, на выходе двоичного счетчика перебираются адреса от 1 до (где I - число элементов ; азрешения в строке эталонного изображения) с временем удержания каждого адреса 1/F. Эго вызывает считывание эталонных изображений из всех ячеек памяти блока памян- , но на к/оды линейки излучателей 1 спета через мультиплексор 3 поступает .талонное изображение из той ячейки 2 блока 1 памяти, код которой установлен на уп ра).т,чющем аходе мультиплексора 3.

Эталон не з изображение выводится па- раплепьно. построчно, причем каждая строил ..;юнного и.чображе-ния модулирует и з г/чоние одного из излучателей линейки излучате/;-::й 4 света. Через время I/F, необ- ход -Г --1ое ыпводгЧ из блока I памяти зта- лонного изображения переключается дешифратор 23. устанавливая триггеры 32 и 33. Ма выходе блока 12 формирования до- ноппигельных синхроимпульсов появляется высокий уровень, а это блокирует работу /зла 3 7 управления блоком памяти, задавая на входах сброса его счетчиков 42 и 46 вы- оки1 : уровень. К. этому моменту эталонное изображение целиком выводится на линейку излучз ;лей 4 света, ; к зарядовому рельеф-; г; отнры п/х строках ПЗС-фотоматрицы 9 доЬуыяет :п заряд, п., ir, :идиональный корреляционной функции строки входного изображения, введенной в акустооптический модулятор 4 света, с соответствующими строками эталонного изображения.

На этом первый такт работы устройства закончен. В последующие (п - 1) такты (п -- количество эталонных изображений), описанный алгооитм оаботы устройства повто- ряется-с той разницей, что двоичный eve гчик 39 считает дополнительные синхроимпульсы, вырабатываемые блоком 12 формирования дополнительных синхроимпульсов, задавая в i-м такте 1-ый адрес на адресном входе мультиплексора 3, что приводит в каждом такте к считыванию различных эталонных изображений, хранящихся в ячейках 2 памяти блока 1 памяти. В результате, в последних п строках ПЗС-фотоматрицы 9 (верхняя из этих строк открыта, считая, что сдвиг потенциального рельефа по ПЗС-фо- томатрице 9 идет вниз, остальные закрыты экраном) сформировано по одной строке корреляционной функции входного изображения с п эталонными изображениями. Последующие п тактов работы устройства предназначены для считывания последних п строк ПЗС-фотоматрицы 9.

Срез n-го дополнительного синхроимпульса вызывает появление на выходе переноса счетчика 39 активного уровня и сброс триггера 40, однако в n-ом такте в работе устройства больше ничего не изменяется, так как узел 36 управления ПЗС-фотомэтри- цей запущен фронтом n-го дополнительного синхроимпульса. Фронт (п + 1)-го дополнительного синхроимпульса вызывает появление импульса на выходе переноса счетчика 26, который сбрасывает триггер 27, задавая низкий уровень на одном из входов И 28, блокируя прохождение импульсов дешифратора 23 и разблокируя дешифратор 24.

Узел 37 управления блоком памяти заблокирован высоким уровнем на инверсном выходе триггера 40, поступающим на входы сброса двоичных счетчиков 42 и 46. Фронт (п + 1}-го дополнительного синхроимпульса поступает на первый вход узла 36 управления ПЗС-фотоматрицей, вызывая формирование на второй линии первой группы выходов узла 13 управления сигналов для параллельного переноса заряда в последних п строках ПЗС-фотоматрицы 9. При этом нижняя строка попадает в выходной сдвиговой регистр ПЗС-фотоматрицы 9. По окончании параллельного переноса последних п строк ПЗС-фотоматрицы 9 верхняя из этих п строк не имеет зарядового рельефа, Время, необходимое для параллельного переноса, задается дешифратором 22 также, как и в предыдущем цикле накопления.

После сброса триггеров 32 и 33 и счетчика 21 импульсом дешифратора 22 высокий уровень на инверсных выходах триггеров 32 и 33 разрешает работу дешифраторов 23 и

24. Но фронт (п + 1)-го дополнительного синхроимпульса разблокирует дешифратор 24 и блокирует дешифратор 23, Срезом импульса на первом входе узла 36 управления ПЗС-фотоматрицей инициируется считыва0 ние информации с выходного регистра ПЗС- фотоматрицы 9, т.е. строки корреляционной функции входного изображения с первым эталонным изображением.

Поскольку двоичный счетчик 39 сбрасы5 вается (п + 1)-м дополнительным синхроимпульсом в единицу, на третьей группе выходов блока 13 управления устанавливается двоичный код, соответствующий единице. Этот код поступает на управляющие

0 входы демультиплексора 10, который коммутирует выходной сигнал на выход устройства, номер которого соответствует коду на управляющих входах демультиплексора 10. Двоичный код в такте считывания поступает

5 со счетчика 39 и на управляющий вход мультиплексора 3. однако высвечивания эталонных изображений не происходит, так как узел 37 управления блоком памяти заблокирован высоким сигналом на инверсном вы0 ходе триггера 40, поступающим на входы сброса счетчиков 42 и 46, вследствие чего на второй группе выходов блока 13 управления установлен нулевой код. По нулевому адресу в ячейках 2 памяти блока 1 памяти не

5 содержится информации. Через время Ti, необходимое для считывания информации с выходного регистра ПЗС-фотоматрицы 9, дешифратор 24 формирует импульс, устанавливающий триггер 33, а на выходе блока

0 12 формирования дополнительных синхроимпульсов сигнал переходит с низкого уровня на высокий. На этом(п + 1)-ый такт работы устройства заканчивается.

Далее, до прихода очередного строчно5 го синхроимпульса устройство работает аналогично работе в (п + 1)-ом такте, но счетчик 39, считая (л+1)-ый дополнительный синхроимпульс после начала строчного синхроимпульса, формирует код числа i на

0 третьей группе выходов блока 13 управления, поступающий на управляющие входы демультиплексора 10, подключая выходной регистр ПЗС-фотоматрицы 9 к 1-ому выходу демультиплексора 10. Узел 37 управления

5 блоком памяти до прихода очередного строчного синхроимпульса остается заблокированным.

Итак, за период одной строки входного изображения происходит вычисление корреляционной функции одной строки входного изображения с п эталонными изображениями, суммирование их с соответствующими вычисленными ранее корреляционными функциями строк входного изображения с эталонными изображениями для получения двумерных корреляционных функций входного изображения с эталонными изображениями, Таким образом, с выхода ПЗС-фотоматрицы считываются сигналы, адекватные двумерным корреляционным функциям обрабатываемого изображения с эталонными.

Одновременное вычисление корреляционных функций с несколькими эталонами соответствующим образом расширяет об- ласть применения устройства, которое может быть использовано как в сбставе комплекса оптико-цифровой обработки изображений в сочетании с цифровыми ЭВМ, так и в качестве самостоятельной системы для обработки изображений.

Формула изобретения Устройство для корреляционной обработки изображений, содержащее последо- вательно расположенные и оптически связанные линейку излучателей света, анаморфотный коллиматор, акустооптический модулятор света, управляющий вход которого является входом устройства, блок про- ецирования изображения, линейку щелевых диафрагм и фотопреобразователь, выполненный в виде ПЗС-фотоматрицы, а также блок памяти, блок управления, первая и вторая группы выходов которого подключены

соответственно к управляющим входам ПЗС-фотоматрицы и блока памяти, блок выделения строчных синхроимпульсов, вход которого соединен с управляющим входом акустооптического модулятора света, и блок формирования дополнительных синхроимпульсов, вход и выход которого подключены соответственно к выходу блока выделения строчных синхроимпульсов и к первому входу блока управления, отличающееся тем, что, с целью расширения области применения устройства за счет формирования корреляционных функций одновременно с несколькими эталонами, в него введены мультиплексор и демультиплексор,управляющие входы которых соединены соответственно с третьей группой выходов блока управления, информационные входы и выходы мультиплексора подключены соответственно к выходам блока памяти и к входам линейки излучателей света, информационный вход демультиплексора соединен с выходом ПЗС-фотоматрицы, выходы демультиплексора являются выходами устройства, второй вход блока управления соединен с выходом блока выделения строчных синхроимпульсов, при этом отношение шага строк ПЗС-фотоматрицы к расстоянию между излучателями света в линейке в п раз меньше общего увеличения анаморфотного коллиматора и блока проецирования изображения, а расстояние между щелевыми диафрагмами в линейке в п раз превышает шаг строк ПЗС-фотоматрицы, где п - количество эталонов.

Изобретение относится к оптоэлектро- нике и может быть использовано в системах распознавания изображений, анализа сцен и кластеризации для одновременного вычисления корреляционной функции входного изображения с несколькими эталонными изображениями. Цель изобретения-- расширение области применения устройства за счет формирования корреляционных функций одновременно с несколькими эталонами. Это достигается введением в устройство мультиплексора и демультиплексора с соответствующими связями с другими элементами устройства, а также соответствующим выполнением линейки щелевых диафрагм 4 ил.

/ is

tQ

гру/11 06ы.

ippnaStai

4-Дг/...;,

;j

г/н/тта

BwJ

,7 16 19

SunHu

ГУлра8лBllOt X

фиг. 2

,к группа ™ |-- Ьыходо6