Устройство для селекции изображений объектов Советский патент 1992 года по МПК G06K9/46 

сл

С

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системах автоматического анализа и распознавания изображений, системах технического зрения роботов. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства за счет определения дополнительных параметров селектируемых объектов. Введение в устройство блока выделения хорд, двух счетчиков, сумматора, двух умножителей, трех накапливающих сумматоров, двух делителей и ряда других элементов обеспечивает параллельно со считыванием и селекцией изображений объектов определение координат центра тяжести объектов и их площади. 5 ил.

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системах автоматического анализа и распознавания изображений, в системах технического зрения роботов.

Известно устройство для считывания и селекции изображений объектов, позволяющее решать задачу выделения связанных и замкнутых фигур объектов. Для расширения функциональных возможностей устройства необходимо дополнительно использовать

ЭВМ.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является устройство для селекции изображений объектов, которое содержит телевизионный датчик, формирователь, первый и второй регистры

сдвига, элемент И. селектор признаков связанности, первую и вторую группу элементов И. группу элементов ИЛИ, блок памяти, детектор связности, видеоусилитель и распределитель импульсов.

Недостаток этого устройства заключается в его ограниченных функциональных возможностях.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства за счет определения дополнительных параметров селектируемых объектов.

На фиг.1 представлена функциональная схема устройства для селекции изображений объектов; на фиг.2 - схема распределителя импульсов; на фиг.З - схема блока выделения хорд; на фиг.4 - временная диагvi vi vj

о сл

со

рамма работы распределителя импульсов; на фиг.5 - пример реализации блока определения длины хорды.

Устройство для селекции изображений объектов (фиг.1) содержит телевизионный датчик 1, формирователь 2, сдвиговый регистр 3, блок выделения хорд 4, распределитель импульсов 5, сдвиговый регистр 6, группы элементов И 7-9, группу элементов ИЛИ 10, блок памяти 11, детектор связности 12, видеоусилитель 13, элемент И 14, счетчики 15 и 16, регистр 17, блок определения длины хорды 18, сумматор 19, регистр 20, элементы И 21 и 22, умножители 23 и 24, накапливающие сумматоры 25-27, делители 28 и 29.

Распределитель импульсов 5 (фиг.2) содержит счетчики 30 и 31, триггер 32, элемент И 33, формирователь 34, элементы ИЛИ 35 и 36. элементы И 37 и 38, коммутатор 39, блок сравнения 40, элемент И 41, триггер 42.

Блок 4 выделения хорд (фиг.З) содержит элемент И 43, счэтчик 44 и группу элементов И 45.

Блек определения длины хорды 18 содержит триггер 46, счетчик 47, элементы И 48 и ИЛИ 49 (на фиг.5 показаны также связи блока 18 с блоками 17 и 19 устройства).

Алгоритм функционирования устройства состоит в следующем:

б)Повторяют п1 при повторном сканировании изображения топологии и сравнивают текущие метки с метками, определенными в п.За, и те точки изображения, в котооых это равенство не соблюдается, из дальнейшего анализа исключают.

в)Для отселектированного объекта вы-- деляют и измеряют длину и координаты центрального элемента Хц), Yltj для каждой хорды, по которь м вычисляют площадь и координаты центра тяжести объекта по следующим формулам:

N

s - Б DJi 1

N

Х ( S XmDj)/S,

N

Y (J YyjDjVS.

где Nf - количество хорд;

j - порядковый номер хорд, входящих в изображение объекта;

DJ - длина j-й хорды объекта; Хц, YHJ - номера строки и столбца j-й хорды.

Следует отметить, что пункты 36 и Зв

осуществляются параллельно.

Устройство (фиг.1) работает следующим образом.

В соответствии с пп.1-3 алгоритма функционирования может быть рассмотрено три режима работы устройства: режим, в котором производится построчное сканирование изображения, его отметка и выделение хорд; режим определения всех меток.

которыми отмечаются объекты; режим выделения объектов по заданному номеру и определение геометрических параметров.

В первом режиме регистром сдвига 3 осуществляется задержка бинарно квантованного формирова гелем 2 видеосигнала на время сканирования одного элемента изображения на втором выходе (X), при этом с его первого выхода снимается входной незадержанный видеосигнал (X).

в блоке выделения хорд на выходе элемента И 43 сигнал уровня логической 1 появляется лишь о тот момент времени, когда сканируемая точка изображения является точкой начала хорды.

Перед началом развертки изображения счетчик 33 блока 4 устанавливается в исходное нулевое состояние кадровыми импульсами. Поэтому при встрече начальной точки (переход 0,1) i-й хорды на выходе счетчика

44 устанавливается код, соответствующий ее порядковому номеру i. Всем точкам этой хорды присваивается метка i. Это достигается тем, что только в моменты следования единиц видеосигнала на выходе.группыэлементов И 45 появляются коды с выхода счетчика 44.

Если же сканируемая точка изображения является точкой фона, то ей ставится в соответствие метка, равная нулю. Это достигается тем, что во время сканирования точки фона на выходе группы элементов И 45 будет код. соответствующий нулю. В следующий такт этот код записывается в первые разряды.регистра 6, который служит для

записи и хранения двоичных кодов меток в каждой строке изображения. Причем, если на выходе этого регистра код соответствует метке сканируемой точки изображения, то на его первом выходе код соответствует метке точки X , а на втором - метке точки X (задержанной на строку относительно точки X). Число разрядов регистра 6 равно числу точек изображения в строке, а ширина - logaN, где МЛ- максимальное число хорд в изображении.

В первом режиме блок памяти 11 рабо- гает на запись, что обеспечивается высоким уровнем сигнала на пятом выходе распределителя импульсов 5. На информационных входах поддерживается также высокий уровень сигнала, который обеспечивается связью блока 12 с шестым выходом распределителя 5. На вторые входы элементов И 7 и 8 подаются соответственно тактовые им- пульсы с первого и второго выходов распределителя 5. В первом режиме на третьем выходе распределителя содержится низкий уровень. Поэтому, если при сканировании изображения встречается точка X с меткой 1 (х) и соседняя сверху точка X имеет метку 1 (х), то в ячейку блока памяти 11; номер которой в строке равен 1 (х), а в столбце - 1 (xll), записывается единица в момент следования первого полупериода тактового сиг- нала, а во втором полупериоде единица записывается в ячейку 1 (X), 1 (х1).

После окончания сканирования всего поля изображения в блок памяти 11 записывается информация о смежности меток. Смежными (соседними) метками считаются те, для которых найдется хотя бы одна пара соседних точек с этими метками.

После окончания сканирования изображения устройство переходит во второй ре- жим, в котором блок памяти 11 работает как в режиме записи, так и в режиме считывания. Счетчики 30 и 31 распределителя 5 находятся в исходном нулевом состоянии. Тактовые импульсы с выхода элемента И 41 поступают на счетный вход счетчика 30. Счетчики 30 и 31 имеют одинаковое число разрядов, равное log2NL. На первых выходах этих счетчиков появляются коды, соответствующие числу импульсов, поступивших на их счетные входы, а на вторых выходах - сигналы с уровнем логической 1 в момент. когда состояния счетчиков будут равны NJ.

На выходе коммутатора 39 появляется код, соответствующий состоянию счетчиков 30 и 31, в зависимости от уровня сигнала на втором выходе счетчика 30. При этом, если на втором выходе счетчика 30 присутствует сигнал лог.О, то на выходе коммутатора 39 и, соответственно, на четвертом выходе

распределителя 5 появляются коды счегчи, ка 30, а если сигнал лог.1 - то коды счетчика 31. На выходе блока сравнения 40 появляются сигналы с уровнем лог.1 только в момент равенства состояний счетчиков 30 и 31, Эти сигналы поступают на вход формирователя 34, который формирует короткие импульсы (длительностью порядка 1/10 от длительности такта) по переднему фронту поступающего на его вход сигнала. Таким образом, в первый такт после перехода триггера 32 в единичное состояние на четвертом выходе распределителя 5 будет установлен адрес нулевой строки блока памяти 11 и, поскольку состояние счетчиков 30 и 31 одинаковое, на шестом выходе распределителя 5 появляется импульс, по которому содержимое нулевой строки переписывается в регистр хранения детектора связности 12. Во втором такте состояние первого выхода счетчика 31 будет равно 1, а второго - 0. В блоке памяти 11 выбрана первая строка ячеек. Значение ячеек в первой строке сопоставляется со значениями ячеек в нулевой строке, и если найдется хотя бы одна пара ячеек со значениями 1, расположенными в одном столбце блока памяти, то в регистр блока 12 записывается информация, соответствующая логической сумме значении нулевой и первой строк, а если не найдется ни одной пары таких ячеек - то в регистре блока 12 сохраняется ранее записанная информация. До тех пор, пока состояние счетчика 30 не станет равным г, происходит повторение этих операций.

Таким образом, к моменту, когда состояние счетчика 30 станет равным Мс, в регистре 20 будет накоплена информация о метках, которые принадлежат одному объекту. В момент появления сигнала на втором выходе счетчика 30, на третьем входе коммутатора 39 будет сигнал с уровнем лог.О, по которому к адресному входу блока памяти 11 подключен первый выход счетчика 31,а следовательно,в нулевую строку перезаписывается содержимое детектора связности 12.

Затем по такому же принципу в детектор 12 с бпока памяти 11 перезаписывается содержимое первой строки, которое через 14л, тактов перезаписывается снова в первую строку блока памяти, и т.д.

Через NA тактов в блоке памяти 11 в любой его i-й строе хранится информация о всех метках, принадлежащих тому объекту, который отмечен меткой, равной i.

В момент..когда состояние счетчика 31 распределителя 5 становится равным N, на его третьем выходе появляется высокий уровень и устройство переходит в третий режим - режим выделения объекта и определения геометрических параметров.

R третьем режиме блок памяти 11 работает только в режиме считывания. С помощью элементов И 9 и ИЛИ 10 двоичный код номера объекта, который необходимо выделить, подается на адресный вход блока памяти 11.

По сигналу с третьего выхода распределителя 5 с помощью телевизионного датчи- ка 1 начинается повторное сканирование изображения топологии. Как и в первом режиме, осуществляется отметка изображения, и если на первый вход блока памяти 11 приходит метка, которая принадлежит тому же объекту, что и метка, код которой установлен на вторых входах элементов И 9, то на одном из выходов блока памяти 11 будет сигнал лог.1, а если не проходит такая метка, то на всех выходах блока памяти 11 будут сигналы лог.О. Поскольку в этом режиме на всех выходах регистра детектора связности 12 присутствуют сигналы с уровнем лог.1 (это обеспечивается подачей сигнала с уровнем лог 0 на второй вход детектора связности 12 с шестого выхода распределителя 5), на первом выходе детектора связности 12 будет сигнал, соответствующий дизъюнкции сигналов с выхода блока памяти 11. Из этого следует, что если сканируемая точка изображения имеет метку, принадлежащую тому же объекту, что и задаваемая метка, то на первом выходе детектора связности 12 будет сигнал лог. Г, в противном случае - сигнал лог.О. Сигнал с уровнем нлог,1 открывает элемент И 14, и на вход видеоусилителя 13 с выхода формирователя 2 поступают видеоимпульсы, соответствующие изображению выделяемого объекта.

С выхода элемента И 14 видеоимпульсы выделенного объекта поступают на вход сдвигового регистра 20. При сканировании начала хорды на выходе элемента И 21 появляется сигнал разрешения записи, пода- ваемый на первый вход регистра 17, в котором записывается порядковый номер течки в строке с выхода счетчика 15. В момент появления переднего фронта импульса конец хорды на выходе элемента И 22, на выходе сумматора 19 устанавливается двоичный код, соответствующий порядковому номеру центральной точки хорды в строке, так как при этом суммируются половина хорды с первого выхода блока 18 и содержимое регистра 17. При этом на втором выходе блока 18 устанавливается код, соответствующий длине хорды, а на выходе счетчика 16 сохраняется номер строки хорды. Задним фронтом импульса конец хорды сбрасывается регистр 17 и сметчик в блоке 18 определения длины хорды.

До начала работы устройства блоки 17- 19 находятся в нулевом состоянии. Регистр 17 работает в режимах параллельной загрузки и хранения двоичного кода с выхода счетчика 15, что соответствует порядковому номеру nl точки начала хорды строки. В первом режиме при сканировании точки начала хорды по единичному импульсу с выхода элемента И 21 разрешается запись щ в регистр 17. Передним фронтом импульса начало хорды через элемент ИЛИ 49 производится установка триггера 46 в единичное состояние и обеспечивается прохождение тактовых импульсов через элемент И 48 на счетный вход счетчика 47. В момент отрицательного перепада бинарного видеосигнала на выходе элемента И 22 формируется единичный импульс конец хорды. К этому времени на первом выходе счетчика47 формируется код, соответствующий длине 1-й хорды Oi. а на втором выходе - код, соответствующий половине длины 1-й хорды Di/2, причем щ - int(Di/2). Сумматор 19 предназначен для суммирования кодов mi и щ соответственно с второго выхода счетчика 47 и с выхода регистра 17. Задним фронтом импульса конец хорды сбрасываются триггер 46 и регистр 17, которые переводят счетчик 47 и сумматор 19 в исходное нулевое состояние, и блоки 17-19 готовы к обработке очередной хорды.

В момент появления переднего фронта импульса конец хорды с выхода элемента И 22 на выходе сумматора 19 формируется код, соответствующий порядковому номеру центральной точки хорды Yui в строке. Если длина хорды составляет нечетное количество отсчетов, имеют одну центральную точку, что соответствует истинному значению УЦ|. Если количество отсчетов четное, имеют две центральные точки и из них выбирают одну, что отличается от истинного значения Уц| на 0,5тактового периода Тп. В любом случае Y4i определяется как щ int(Di/2). Следует отметить, что отклонения на 0,5 Тп при определении Уц) к недопустимым погрешностям при определении координат центра тяжести не приводят. Следовательно, для истинного значения координаты имеют

, N(J i /н - V v .-ahr;

(Ц

N(5

a-z: т

iE{l,N«l

i IH

Ыр

: /V4ite/Ј«z l. еО,н„У ц ч фь} 2

Единицей отсчета считается период тактовых импульсов Тп. Точность работы устройства оценивается величиной периода тактовых импульсов.

В результате суммирования длин хорд вторым накапливающим сумматором 26 определяется код, соответствующий площади объекта, а умножителями 23, 24 вычисляются соответственно промежуточные параметры YqiDi и ХЦ|0| для данного объекта. Накапливающими сумматорами 25 и 27 определяются соответственно V YqiDi и Т Хц|0|, которые делятся на двоичный код,

соответствующий площади объекта, в делителях 28 и 29. Полученные таким образом коды на выходах делителей соответствуют координатам центра тяжести (по X и Y) выделенного объекта с номером, устанавливаемого на входе группы элементов И 9.

Устройство отличается упрощенным алгоритмом селекции и сохранением быстродействия при значительном расширении функциональных возможностей. Формула изобретения Устройство для селекции изображений объектов, содержащее телевизионный датчик, формирователь бинарного видеосигнала, первый и второй сдвиговые регистры, первую и вторую группы элементов И, группу элементов ИЛИ, блок памяти, детектор связности, пераый элемент И, видеоусилитель и распределитель импульсов, причем информационный выход телевизионного датчика подключен к входу формирователя бинарного видеосигнала, выход которого соединен с первым входом первого элемента И, информационным входом видеоусилителя, выход которого является первым информационным выходом устройства, и входом первого сдвигового регистра, выходы первой и второй групп элементов И соединены соответственно с первым и вторым входами группы элементов ИЛИ, выход которой подключен к второму адресному входу блока памяти, выход и второй вход первого элемента И, подключены соответственно к управляющему входу видеоусилителя и к первому выходу детектора связности, первый вход и второй выход которого соединены соответственно с выходом и информационным входом блока памяти, первый вход второй группы элементов И является- входом задания номера объекта устройства, а вторые входы первой и второй групп элементов И. третий вход группы элементов ИЛИ, вход разрешения записи блока памяти и второй вход детектора связности под- ключенысоответственнок

второму-шестому выходам распределителя

импульсов, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства за счет определения параметров селектируемых объектов, в него

введены блок выделения хорд, третья группа элементов И, третий и четвертый сдвиговые регистры, второй и третий элементы И. первый и второй счетчики, блок определения длины хорды, сумматор, первый и вто0 рой умножители, первый-третий накапливающие сумматоры, первый и второй делители, при этом первый и второй выходы первого сдвигового регистра подключены соответственно к первому и второ5 му информационным входам блока выделения хорд,выход которого соединен с входом второго сдвигового регистра и первым адресным входом блока памяти, первый и второй выходы второго сдвигового

0 регистра подключены соответственно к первым входам третьей и первой групп элементов И, первый выход распределителя импульсов подключен к второму входу третьей группы элементов И, выход которой

5 соединен с четвертым входом группы элементов ИЛИ, выход первого элемента И соединен с входом третьего сдвигового регистра, первый выход которого подключен к первому входу второго элемента И и

0 второму инверсному входу третьего элемента И, первый вход которого соединен с вторым инверсным входом второго элемента И и подключен к второму выходу третьего сдвигового регистра, выходы второго и

5 третьего элементов И подключены соответственно к первому и второму входам блока определения длины хорды и к первому и второму управляющим входам четвертого сдвигового регистра, выход тактовых им0 пульсов телевизионного датчика подключен к первому входу распределителя импульсов, третьему входу блока определения длины хорды и счетному входу первого счетчика, вход сброса которого соединен со счетным

5 входом второго счетчика и подключен к выходу строчных синхроимпульсов телевизионного датчика, выход кадровых импульсов которого соединен с управляющим входом блока выделения хорд, вторым входом рас0 пределителя импульсов, входам сброса второго счетчика и входами обнуления первого-третьего накапливающих сумматоров, информационный вход и выход четвертого сдвигового регистра подключены

5 соответственно к выходу первого счетчика и первому входу сумматора, выход которого соединен с первым входом первого умножителя, выход второго счетчика соединен с первым входом второго умножителя, второй вход сумматора соединен с первым выходом блока определения длины хорды, второй выход которого подключен к информационному входу второго накапливающего сумматора, и к вторым входам первого и второго умножителей, выходы которых подключены соответственно к информационным входам первого и третьего накапливающих сумматоров, выходы кото rf

Ъ-L

(r-Ji-Jr

{CtTP.f)b

Е

ФигЛ

рых соединены соответственно с первыми входами первого и второго делителей, вторые входы которых соединены с выходом второго накапливающего сумматора, три этом выходы первого и второго делителей совместно с выходом второго накапливаю щего сумматора образуют второй информа ционный выход устройства.

-&Г-&п-#г

txodl РИ RioJlPlf

) 1РИ .Р11 ВыыдЗРИ ВыnodSГЦ

ЬыыдбрИ &vW ЯЛ

Кбл.6

КИ J

Фаг.З

фаг А