Устройство для выделения контуров изображений объектов Советский патент 1992 года по МПК G06K9/36 

Изобретение относится к технической кибернетике, в частности к устройствам для выделения контуров изображений объектов, и может быть использонано в системах распознавания образов.

Цель изобретения - позышение точности устройства.

На фиг.1 представлена схема устройства; на фиг.2.а - пример размытой границы между объектами на изображении; на фиг.2, б,в-примеры соответствующих значений градиента и лапласиана; на фиг.3,8,6,в - маска вертикального направления линии контура, маска горизонтального направления контура и маска лапласиана; на фиг .4 - пример выполнения блока определения ориентации контура; на фиг.5 - восемь возможных направлений линии онтура; на фиг .6 - взаимное расположение фрагментов

анализа и текущего отсчета; на фиг.7 - пример выполнения блока анализа признаков контура,

В таблице приведены значения функций определения ориентации линии контура.

Устройство содержит телевизионный датчик 1, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 2, селектор 3, детектор 4 верти- кального направления, детектор 5 горизонтального направления, регистр 6, блок 7. дифференцирования, второй селектор 8, блок 9 определения ориентации контура, сдвиговые регистры 10 и 11, блок 12 анализа признаков контура.

Блок определения ориентации контура содержит два блока 13 и 14 вычисления модуля, два элемента 15 и 16 сравнения, блок 17 постоянной памяти и элемент ИЛИ 18.

2

О 00 О

Блок анализа признаков контура содержит блок 19 постоянной памяти и элемент И 20.

Устройство работает следующим образом.

Устройство реализует определение контуров объектов на изображении путем анализа скорости изменения функции яркости в каждой точке. Если величина скорости в данной точке достаточно велика, то точка воспринимается как контурная. Для оценки скорости изменения функции яркости в данной точке по ее окрестности размерами 3x3 определяются вертикальная и горизонтальная составляющие градиента. Оценки зна- чений горизонтальной и вертикальной составляющей градиента определяются при помощи оператора Собеля. Полученные значения сравниваются с ранее заданным пороговым значением Н. Если абсолютное значение соответствующей составляющей больше Н то считается, что в данном направлении обнаружена граница контура и точка считается потенциальной контурной. Однако наличие на реальных изображениях размытий границ объектов на изображении (нерезкие границы) приводит к чрезмерному утолщению контуров объектов на изображении, т.е. к снижению достоверности определения контурных точек4 (фиг.2.а - пример нерезкой границы между объектами на изображении, характеризующимися значением яркости А и В, фиг.2,6 - значение соответствующей составляющей градиента). -.

Для устранения этого недостатка целесообразным является анализировать значение производной второго порядка от функции яркости. Для этого определяется значение лапласиана - оператора оценки значения производной второго порядка. Центральной точке наклонного перепада соответствует точка перехода через нуль (фиг.2,в). Для определения наличия точки перехода через нуль функции лапласиана анализируются знаки значений этой функции в окрестности размером 3x3 элемента текущей анализируемой точки (фиг.6). Если в данной потенциальной контурной точке существует переход через нуль функции лапласиана с отрицательным наклоном, то считается, что точка является контурной.

Таким образом в текущей точке (i, j) изображения определяются значения hy (i,j) вертикальной и hx (U) горизонтальной составляющих градиента и лапласианам,):

hx (i,j) 2Xi.j+i + Xi-1. j+t + Xi+ij+i - 2Х|.н - Xi-ij-i - XH-I,J-I,(1)

hyC.j) - 2Xi-i.j + XMJ-V+ X-+ijn + 2Хмj - Xn-i.j-1 - Xi+u+i, (2)

VOJ) Xi-i,j-i XM.I + Xi-i.j+1 + XI.H + Xi,j+i + Xi+ij-1 + XHI-J + Хн-i.H - 8-Xij(3)

где hx(l.j) - значение горизонтальной составляющей градиента в точке (IJ);

MM) значение вертикальной составляющей градиента в точке (i,j);

V(l.J) - значение лапласиана в точке (1.J); Xi.j - значение отсчета сигнала в точке

(U).

Затем определяется, является ли данная точка (IJ) потенциальной граничной точкой.

0. если / hx(i.j)/« Нд/hy (l,j)/4 H (4)

ад-j

1.1, в противном случае, где A (i,j) - признак, является ли точка (IJ) потенциальной граничной;

Н - заданное пороговое значение.

Затем определяется, существует ли в данной точке (i, j) переход через ноль с отрицательным уклоном функции лапласиана:

Г 1, ) 50AQa Ј(0,1-lV

r(I.J)-jftO -«,r/J)fcai7(i + a , ) 0) (5)

( 0, в противном случае, гдег (i, j) - признак наличия в точке (I. j) перехода через ноль с отрицательным уклоном функции лапласиана.

Точка (I, j) считается контурной/ если A (i, j) - 1лт i.j 1(6).

Ориентация м (i.j) (фиг.5) линии контура в данной точке (i, j) определяется на основе анализа знаков составляющих hx(, j) и hyOJ) градиента и выполнения условия наличия контура в соответствующем направлении.

Входное изображение в процессе его строчного сканирования датчиком 1 поступает с выхода датчика 1 на вход АЦП, который выполняет преобразование-сигнала в цифровую форму. Пусть .в текущей 1-й момент времени код текущего отсчета Xi.j с выхода АЦП поступает на вход селектора 3 выделения локальной области изображения, который предназначен для выделения и временного хранения локальной области размерами 3x3. которая представляет собой окрестность отсчета XM,J-I изображения. Коды соответствующих отсчетов изображения с выхрда селектора 3 поступают на соответствующие входы детекторов 4 и 5 вертикаль- ного и горизонтального направления и блока 7 дифференцирования. На выходах детекторов 4 и 5 сформируются коды величин hy (1-1, j-1) и hx (1-1, j-1). которые затем поступают на первый и второй входы блока 9 определения ориентации, на третий вход которого поступает значение порога Н с вы- хода регистра 6. Значения , j-1) и hx(M. J-1) с соответствующих входов блока 9 поступает на входы блоков 13 и 14 вычисления

модуля, значение I hy(l-1,j-1) I и I hx(l-1,j-1) I c выхода которых поступают на первые входы элементов 15 и 16 сравнения. На вторые входы элементов 15 и 16 сравнения поступает значение Н с третьего входа блока 9 определения ориентации. Значение с выходов Больше элементов 15 и 16 сравнения поступают на второй vt четвертый входы .блока 17 постоянной памяти и на входы элемента ИЛИ 18. Код величины Я (1-1, J-1) (согласно (4)) с выхода элемента ИЛИ 18 поступает на первый выход блока 9 определения ориентации. Значения знаковых разрядов hy(M, j-1) и hx(M, J-1) с первого и второго входов блока 9 определения ориен- тации поступают на первый и третий входы блока 17 постоянной памяти, в ячейках которого реализовано табличное вычисление функции f(Vi V2 Va V4) ориентации ft(M, J-1) линии контура в точке (И, J-1) (где Vk - зна- чение на к-м входе блока 17 постоянной памяти, к- 1,4 ,15- Значения функции f (Vi V2 Va V4) заданы в таблице.

Код ft)(1-1, j-1) направление ориентации линии контура с выхода блока 17 постоян- ной памяти поступает на второй выход блока 9 определения ориентации. Параллельно значение А (И, j-1) формируется на выходе блока 7 дифференцирования. Значение на знаковом разряде выхода блока 7 диффе- ренцирования поступает на вход селектора 8. На выходе селектора 8 формируются значения знаков лапласианов в окрестности 3x3 элемента точки (i-2, j-2). Значение с выхода селектора 8 поступает на первый вход блока 12 анализа. Регистры 10 и 11 имеют длину (L + 1) (где L - количество отсчетов в строке изображения) и в начальный момент времени обнулены. Таким образом в течение первых (L+1) тактов работы на их выхо- дах будут формироваться нулевые значения, а в последующих тактах работы - значения отсчетов, поступивших на их вход (L+1) тактами ранее. Поэтому в текущем 1-м такте работы на входе регистра 10 формиру- ется вход величины Я (1-1, j-1), а на выходе формируется код величины Я(Ь2, J-2), который затем поступает на второй вход блока 12. Значение с первого входа блока 12 поступает на вход блока 19 постоянной памяти, в ячейках которого реализовано табличное вычисление величины т (I-2, j-2) (согласно (5)).

Значение величины г (i-2, j-2) с выхода блока 19 постоянной памяти поступает на первый вход элемента И 20, на второй вход которого поступает код величины Я (I-2, j-2) с первого входа блока 12. Тогда на выходе элемента VI 20 сформируется код логической единицы, если выполняется условие (6), и нулевой код в противном случае. Значение с выхода элемента И 20 поступает на выход блока 12, а затем - на старший разряд выхода устройства. Одновременно на вход регистра 11с второго входа блока 9 поступает код величины ш (1-1 j-1). Код величины w (I-2, j-2) с выхода регистра 11 поступает на три младших разряда выхода устройства. Таким образом в текущем такте работы на выходе устройства в старшем разряде сформируется код логической единицы, если точка (i-2, j-2) является контурной, и нуль - в противном случае, а на трех младших разрядах сформируется код ориентации линии контура, если точка (i-2, j-2) является контурной. Устройство работает в конвейерном режиме и через 2- (L + 1) тактов работы на выходе устройства сформируются соответствующие значения для точки (i, J) изображения.

Предлагаемое устройство позволяет реализовать определение контуров объектов на изображении путем совместного анализа значений производных первого и второго порядка, что в свою очередь позволяет повысить достоверность определения контурных точек на изображении.

Это позволяет эффективно использовать устройство в специализированных быстродействующих системах обработки сигналов различного назначения, в частности в автоматизированных системах распознавания изображений.

Формула изобретения 1. Устройство для выделения контуров изображений объектов, содержащее детекторы вертикального и горизонтального направлений, селектор, аналого-цифровой преобразователь, регистр и телевизионный датчик, выход которого подключен к информационному входу аналого-цифрового преобразователя, выход которого подключен к информационному входу первого селектора, выход которого подключен к входам детекторов вертикального и горизонтального направлений, вход регистра является входом устройства, отличающееся тем, что, с целью повышения точности устройства, оно содержит блок анализа признаков , контура, два регистра сдвига, блок определения ориентации контура, второй селектор и блок дифференцирования, выход первого селектора подключен к входу блока дифференцирования, выход которого подключен к информационному входу второго селектора, выход которого подключен к первому входу блока анализа признаков контура, выход которого является выходом устройства, группа выходов детектора вертикального

направления подключена к первой группе входов блока определения ориентации контура, первый выход которого подключен к информационному входу первого perncfpa сдвига, выход которого подключен к перво- му входу блока анализа признаков контура, группа выходов детектора горизонтального направления подключена к второй группе входов блока определения ориентации контура, второй выход которого подключен к информационному входу второго регистра сдвига, выход которого является выходом устройства, тактовые входы аналого-цифрового преобразователя,- селекторов, регистров сдвига объединены и являются тактовым входом устройства, группа выходов регистра подключена к третьей группе входов блока определения ориентации контура.

2. Устройство по п. 1,-о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что блок определения ориентации контура содержит два блока вычисления модуля, два блока сравнения, блок постоянной памяти и элемент ИЛИ. выход которого является первым выходом блока определения

ориентации контура, группа входов первого блока вычисления модуля является первой группой входов блока определения ориентации контура, а ее знаковый разряд подключен к первому входу блока памяти, группа входов второго блока вычисления модуля является второй группой входов блока определения ориентации контура, знаковый разряд, которой подключен к третьему входу блока памяти, выход которого является вторым выходом блока определения ориентации контура, группа выходов первого блока вычисления модуля подключена к первой группе входов первого блока сравнения, выход которого подключен к первому входу элемента ИЛИ и второму входу блока памяти, группа выходов второго блока вычисления модуля подключена к первой группе входов второго блока сравнения,выход которого подключен к второму входу элемента ИЛИ и четвёртому входу блока памяти, вторые группы входов блоков сравнения объединены и являются третьей группой входов блока определения ориентации контура.

Изобретение относится к технической кибернетике, в частности к устройствам для выделения контуров изображений объектов, и может быть использовано в системах распознавания образов. Цель изобретения - повышение точности устройства. Поставленная цель достигается путем совместного анализа значений лроизводных первого и второго порядков. При этом выделяются потенциальные граничные точки путем сравнения составляющих градиента с некоторым заданным пороговым значением. Затем для выделенных точек вычисляется вторая производная и решение о принадлежности точки границе принимается в том случае, если в ее окрестности есть переход через ноль функции лапласиана с отрицательным наклоном. Новым является введение в известное устройство для выделения контуров объектов на изображении блока дифференцирован ия,второго селектора, блока определения ориентации, двух блоков сдвиговых регистров и блока анализа. 1 з.п, ф-лы, 7 ил., 1 табл.

HZM

l&L -

/

Шг

Aaoff

-i

- t

фиг. 2

съ

L

« «м

Xi-tJ f

Г

7(i-t,-t)o

фиг. в

xcj

13

го