Устройство для коррекции положения изображения объекта Советский патент 1992 года по МПК G06K9/36 

Изобретение относится к области авто- матики и вычислительной техники и может быть использовано в качестве устройства предварительной обработки изображения объекта, обеспечивающего коррекцию положения изображения объекта по углу в рас- познавающих системах роботов.

Цель изобретения - расширения функциональных возможностей за счет обеспечения коррекции изображения по углу поворота.

.На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 - фрагмент выполнения функциональной схемы регистра изображения; на фиг. 3 - функциональная схема блока линейных преобразователей; на фиг. 4 - функциональная схема блока управления; на фиг. 5 - пр.имер разбиения дискретного поля изображения объекта.

Устройство (фиг. t) содержит блок управления 1, регистр изображения 2, первый счетчик 3, регистр угла поворота 4, регистр минимума 5, первый компаратор б, второй компаратор 7, блок преобразователей 8, первый преобразователь кодов 10, второй преобразователь кодов 10, комбинационный сумматор 11, первый элемент задержки 12, второй элемент задержки 13, первый элемент И 14, второй элемент И 15, третий элемент И 16, группу инверторов 17, группу элементов ИЛИ 18.

Регистр изображения (фиг. 2) содержит группу триггеров 19, группу мультиплексоров 20, первую группу элементов ИЛИ 21, вторую группу элементов ИЛИ 22.

Блок преобразователей (фиг. 3) содержит группу элементов И 23, группу элементов ИЛИ 24.

Блок управления (фиг. 4) содержит генератор тактовых импульсов 25, второй счетчик 26, триггер 27, элемент задержки 28, элемент И 29, первый элемент ИЛИ 30, второй элемент ИЛ И 31.. ,

Устройство работает следующим образом. Инициирующий импульс Пуск 1, пройдя через первый элемент ИЛИ 30 (фиг. 4), переведет триггер 27 (фиг. 4) в кулевое состояние, триггер 27, находясь в нулевом состоянии, будет поддерживать элемент И 29 (фиг. 4) закрытым по второму входу. Импульс Пуск 1 вызовет также установку первого счетчика 3 (фиг. 1) и второго счетчика 26 (фиг. 4) в исходные нулевые состояния. Этот же импульс, поступив на вход Разрешение регистра изображения 2 (фиг. 1), т.е. на управляющие входы мультиплексоров группы мультиплексоров 20 (фиг. 2), вызовет передачу компонент изображения на входы триггеров группы триггеров 19 (фиг. 2). Импульс Пуск 1 поступает также на вторые

0

0

5

0

5

0

5

0

5

входы всех элементов группы элементов ИЛИ 18 (фиг, 1) и, пройдя через эти элементы, поступает на синхровходы всех триггеров группы триггеров 19 (фиг. 2). Кроме того, импульс Пуск 1 поступает на установочный вход регистра минимума 5 (фиг. 1), что вызовет установку в этом регистре начального состояния 111... 11., соответствующего максимально возможному числу. Наконец, задержанный третьим элементом задержки 28 (фиг. 4) на время переключения блоков 2, 3,5 (фиг. 1), 18 (фиг. 1) и 26 (фиг. 4), импульс Пуск Г поступит на вход триггера 27 (фиг. 4) и установит его в единичное состояние. Таким образом, после подачи импульса Пуск Г в регистре изображения 2 (фиг. 1) будут зафиксированы компоненты изображения объекта, в первом 3 (фиг. 1) и втором 26 (фиг. 4) счетчиках исходные нулевые состояния, в регистре минимума 5 (фиг. 1) зафиксировано максимальное число 11.. 11. Триггер 27 (фиг. 4) находится в единичном состоянии и пропускает тактирующие импульсы генератора 25 (фиг. 4) в блоки устройства. Тактирующие импульсы со второго выхода блока управления, т.е. с выхода элемента И 29 (фиг. 4), подсчитываются первым счетчиком 3 (фиг. 1). По мере увеличения содержимого в первом счетчике на выходах связанного с ним блока линейных преобразователей 8 (фиг. 1} формируются потоки П| равномерно распределенных импульсов. Для частного случая, формирование этих потоков выглядит следующим образом, когда первый счетчик имеет разряда, а блок линейных преобразователей имеет соответственно выходов и формирует 15 потоков Пт, П2...П15. Обозначим состояние разрядов первого счетчика Zi. 2z, 2з, ZA, где Zi - старший разряд. Обозначим также Z тактирующий импульс, задержанный первым элементом задержки 12 (фиг. 1) и подаваемый на входы всех элементов группы элементов И 23 (фиг. 3). При этом на выходах первого, второго третьего, четвертого элемента группы элементов И 23 (фиг. 3) будут соответственно формироваться потоки ГИ, П2, П4, Пв, описываемые конъюнкциями вида

ni ZZiZ2Z3Z4

n2 ZZiZ2Z3Z4

n4 ZZ3Z4

Таким образом, при полном заполнении первого счечика на выходе первого элемента группы элементов И 23 (фиг.З) формиру- 1 ется поток fli, состоящий из одного импул.ьса, соответствующий состоя- нию ZiZ2Z3ZVlOOO, на выходе второго элемента группы элементов И 23 (фиг. 3) формируется поток П2, состоящий из двух импульсов, соответствующих состоянию

ZiZ2Z3ZH)100 ZiZaZaZVllOO, на выходе третьего элемента группы элементов И 23 (фиг. 3) формируется поток П4, состоящий из четырех импульсов, соответствующих состояниям ZiZ2Z3Z4 OOJO, ZiZ2Z3Z4 0110, ZiZ2Z3Z4 1010 и ZiZ2Z3Z4 1110, на выходе четвертого элемента группы элементов И 23 (фиг. 3) формируется поток Пв, состоящий из восьми импульсов, соответствующих состояниям ZiZ2Z3Z4 0001, ZiZ2Z3Z4 0011, ZiZ2Z3Z4 0101,ZiZ2Z3Z4 0111,

ZiZ3Z3Z4 1001.ZiZ2Z3Z4 1011,

ZiZ2Z Z4 1101, ZiZ2Z3Z4 1111. Потоки равномерно распределены и импульсы этих потоков не совпадают по времени друг с другом. Потоки П1, П2, П4, Пв поступают на одноименные выходы блока линейных преобразователей. На остальные выходы блока 3 (фиг. 1) поступают дизъюнкции основных потеков Hi. П2, П4, Пв, формируемые элементами четвертой группы элементов ИЛИ 24 (фиг. 3). При этом на соответствующих -3, 5, 6, 7, 9...15 выходах блока линейных преобразователей формируются потоки вода Пэ ПвчП1 П1з П8 П4УП1

Пб П4/П1 Пю П81/П2 П14 П8« П4«/П2.

Пе П4уП2 .n4vn2 Hi П7 П4уП2 П-|

Эти потоки, будучи дизъюнкциями равномерно-распределенных потоков, сами являются равномерно-распределенными, если не учитывать некоторых погрешностей, не прерывающих единицы младшего разряда. При полном заполнении первого счетчика 3 (фиг. 1) на выходах блока линейных преобразователей 8 (фиг, 1) формируются равномерно-распределенные потоки П|, каждый из которых содержит кол-во импульсов, соответствующее номеру выхода. Триггеры регистра изображения 2 (фиг. 1), соответствующие ячейкам растра, принадлежащим окружностям определенного радиуса, объединены в кольцевые сдвиговые регистры, при этом в кольцевом регистре второй информационный вход мультиплексора группы мультиплексоров 20 (фиг. 2), выход которого подключен ко входу соответствующего триггера группы 19 (фиг. 2), соединен с выходом предыдущего триггера группы. В условиях отсутствия импульсов на входе Разрешение мультиплексоры группы 20 (фиг. 2) связывают свой второй информационный вход со своим выходом, т.е. со входом соответствующего триггера. Синхровходы всех триггеров каждого кольцевого регистра объединены между собой и подключены к тому выходу блока линейных преобразователей, номер которого равен половине числа разрядов этого кольцевого регистра. Таким образом, при подаче каждого тактирующего импульса содержимое первого счетчика 3 (фиг. 1) меняется, на выходах блока линейных преобразователей 8 (фиг. 1) формируются импульсы, поступаю- 5 щие на синхровходы триггеров группы триггеров 19 (фиг. 9), информация в каждом кольцевом сдвиговом регистре регистра изображения перемещается по кольцу вправо. Так как длины окружностей, кото0 рым соответствуют кольцевые сдвиговые регистры, пропорциональны радиусам этих окружностей, а линейные Скорости перемещения информации в регистрах пропорциональны числам импульсов в потоках П и

5 одновременно длинам окружностей, то угловые скорости перемещения компонент изображения во всех кольцевых сдвиговых регистрах одинаковы. Таким образом, подача тактирующих импульсов вызывает вра0 щение изображения.,

С выходами всех триггеров группы 19 (фиг. 2) одного столбца регистра изображения (фиг. 2) связаны входы одного элемента второй группы элементов ИЛИ 21 (фиг. 2),

5 так что если в столбце изображения имеется хотя бы один единичный компонент изображения, то на выходе соответствующего элемента группы 21 (фиг. 2) возникает единица. Поэтому совокупность выходных сигналов

0 второй группы элементов ИЛИ 21 (фиг. 2) представляет собой текущее значение унитарного кода горизонтальной проекции изо- бражения. Выходы второй группы элементов ИЛИ 21 (фиг. 2) связаны со вхо5 дами первого преобразователя кодов 9 (фиг. 1), где осуществляется преобразование унитарного кода в двоичный. Таким образом, в каждый момент времени на выходах преобразователя 9 (фиг. 1), и, значит, на входах

0 первой группы входов комбинационного

сумматора 11 (фиг. 1) имеется двоичный код

горизонтальной проекции Пг изображения.

Аналогично совокупность выходных

сигналов третьей группы элементов ИЛИ 22

5 (фиг. 2) представляет текущее значение унитарного кода вертикальной проекции изображения, этот код вторым преобразователем кодов 10 (фиг, 1) преобразуется в двоичный код вертикальной про0 екции ПВ изображения. Поступающее на входы группы инверторов 17 (фиг. 1) число преобразуется в разность Птах-ПВ, где ...11 - которая передается на вторую группу информационных входов комби5 национного сумматора 11 (фиг. 1). Таким образом, на выходе сумматора 11 (фиг. 1) формируется текущее значение функции (а)Пг+Птах-ПВ, зависящее от угла поворота а. Положение изображение, при котором функция (а) имеет минимальное значение, принимается за нормированное. При подаче тактирующих импульсов изображение поворачивается, при этом значение функции меняется. Для фиксации минимального значения функции j) (а) предусмотрен регистр минимума 5 (фиг. 1), в который в начале работы заносится максимальное число 11...11. Всякий раз, когда очередное значение функции i/f (d) меньше предыдущего значения, зафиксированного в регистре 5 (фиг. 1). второй компаратор 7 (фиг. 1) срабатывает и выдает на своем выходе сигнал, открывающий третий элемент И 16 (фиг. 1) по первому входу. При этом тактирующий импульс, в результате воздействия которого было достигнуто очередное положение изображения, задержанный вторым элементом задержки 13 (фиг. 1) на время переключения блоков 8, 18, 2, 9, 10, 17, 11,7, поступит на второй вход третьего элемента И 16 (фиг. 1). Выходной сигнал с выхода И 16 (фиг. 1) поступает на разрешающий вход регистра минимума 5 (фиг. 1), обеспечивая прием нового минимального значения функции VC) B Ре гистр 5 (фиг. 1). Одновременно этот же сигнал поступает на первый вход второго элемента И 15 (фиг. 1), открытый по второму входу единичным потенциалом с инверсного выхода старшего разряда второго счетчика 26 (фиг. 4). Импульс с выхода И 15 поступает на разрешающий вход регистра угла поворота 4 (фиг. 1) обеспечивая прием в этот регистр содержимого первого счетчика 3 (фиг. 1), при котором достигнуто очередное минимальное значение функции (а). Таким образом, по мере вращения изображения в регистре минимума 5 (фиг. 1) фиксируется очередное минимальное значение функции (а)Пг+Птах ПВ, а в регистре угла поворота 4 (фиг. 1) фиксируется содержимое первого счетчика, при котором достигнуто это минимальное значение. Число разрядов К первого счетчика 3 (фиг. 1) зависит от числа разрядов внешнего кольцевого сдвигового регистра, образованного в регистре изображения. Число же разрядов этого регистра равно ближайшему большому целому к произведению я R, где R - радиус внешней окружности, равный половине размера растра. Таким образом, размерность К первого счетчика определяется соотношением 2Ы aR 2k. В частности, в случае растра размеров 2RX2R 22X22 число . При полном заполнении первого счетчика изображение в регистре изображения 2 (фиг. 2) сделает половину оборота. После переполнения первого счетчика 3 (фиг. 1)

импульс его переполнения будет выдан во второй счетчик 26 (фиг. 4). При двухкратном заполнении первого счетчика 3 (фиг. 1) изображение сделает полный оборот, а второй

счетчик 26 (фиг. 4), содержащий два разряда, получит два импульса, так что в его старшем разряде зафиксируется единица. Начиная с момента, когда изображение сделает полный оборот и в старшем разряде

второго счетчика 26 (фиг. 4) зафиксируется единица, второй элемент И 15 (фиг. 1) будет закрыт по второму входу. При этом в регистре угла поворота 4 (фиг. 1) будет сохраняться содержимое первого счетчика 3 (фиг. 1), при

котором значение функции V;(a) минимально. При дальнейшем поступлении тактовых импульсов в блоки устройства изображение начнет совершать второй оборот, а содержимое первого счетчика вновь

начнет изменяться. Когда изображение займет положение, при котором значение функции чр(сс) минимально, т.е. когда содержимое первого счетчика 3 (фиг. 1) совпадает с содержимым регистра угла поворота 4 (фиг. 1), сработает первый компаратор 6 (фиг. 1}, выдав единицу на первый вход первого элемента И 14 (фиг. 1), открытый по второму входу единичным потенциалом с прямого выхода старшего разряда второго

счетчика 26 (фиг. 4). Импульс с выхода первого элемента И 14 (фиг. 1) поступит на первый вход первого элемента ИЛИ 30 (фиг. 4) и далее на R - вход триггера 27 (фиг. 4). Триггер 27, перейдя в нулевое состояние,

будет поддерживать элемент И 29 (фиг, 4) закрытым по второму входу так что тактирующие импульсы перестанут поступать в блоки устройства, и процессы в нем прекратятся. Импульс с выхода первого элемента И 14 (фиг. 1) поступит также на управ- ляющий выход устройства Конец, свидетельствуя о достижении изображением нормированного положения. Сигнал на выходе Конец может быть использован

распознающим устройством, на которое работает рассматриваемое устройство, как сигнал о возможности организации режима обучения или распознавания. При этом нормализованное положение изображения может быть считано с группы выходов устройства, связанной с группой выходов регистра изображения. По принятому критерию, имеется два нормализованных положения изображения, отличающихся на 180°.

При этом невозможно, установить, какое из них следует признать за единственное. В связи с этим оба положения должны быть использованы при обучении. При распознавании, окончательное решение может быть

принято при совпадении решений по каждому нормализованному положению. Таким образом, устройство должно выдать два нормализованных положения. Поэтому, после окончания режима обучения или распоз- навания, по первому положению изображения, устройство должно принять импульс Пуск 2, который инициализирует достижение второго нормализованного изображения. По импульсу Пуск-2, поданному на второй вход элемента ИЛИ 31, триггер 27 перейдет в единичное состояние, при этом четвертый элемент И 29 (фиг. 4) откроется по второму входу и тактирующие импульсы генератора 25 (фиг. 4) вновь начнут поступать в блоки устройства. При этом изображение будет продолжать поворачиваться, а в первом счетчике 3 (фиг. 1) содержимое будет изменяться до максимума. Затем счетчик 3 (фиг. 1) переполнится импульс его переполнения поступит во второй счетчик 26 (фиг. 4), так что в нем установится информация 11. Изменение информации во втором счетчике не отразится на протекании процессов в устройстве : изображение в растре регистре будет продолжать поворачиваться а содержимое первого счетчика вновь будет наращиваться. При достижении второго нормализованного положения вновь сработает первый компаратор 6 (фиг. 1) и так же, как и при достижении первого нормализованного положения, поворот изображения прекратится и будет выдан сигнал Конец. В качестве примера на фиг. 2 показан фрагмент регистра изображения, соответствующий правому верхнему квадранту растра размерами 2RX2R 8X8 элементов изображения. В растре указанных размеров реализуется четыре лопастные окружности с радиусами ,5, 1,5, 2,5, 3,5 элемента. Основу растра составляют триггеры группы 19 (фиг. 2), объединенные в четыре сдвиговых кольцевых регистра. Каждому регистру соответствует мультиплексор группы мультиплексоров 20 (фиг. 2). Каждому столбцу растра, и, следовательно, столбцу триггеров соответствует один элемент ИЛИ группы элементов ИЛИ 21 (фиг. 2). Каждой строке растра и, следовательно строке триггеров соответствует один элемент ИЛИ группы элементов, ИЛИ 22 (фиг. 2). Триггеры группы 19 соответствуют ячейкам растра, при этом триггеры, соответствующие ячейкам растра, принадлежащим окружностям одного радиуса, объединены в кольцевые сдвиговые регистры. При технической реализации растра размером ПХП элементов осуществляется наращивание количества триггеров группы 19, мультиплексоров группы 20, элементов ИЛИ групп

21 и 22, соединенных между собой по принципу, изложенному на фиг. 2. Таким образом, устройство обеспечивает поиск и установку нормализованного положения 5 изображения объекта, что способствует в дальнейшем повышению точности при распознавании.

Формула изобретения Устройство для коррекции положения

0 изображения объекта, содержащее блок управления, первый счетчик, регистр изображения, первый элемент задержки, первый выход блока управления соединен с установочным входом первого счетчика и с входом

5 разрешения записи регистра изображения, второй выход блока управления соединен со счетным входом первого счетчика и входом первого элемента задержки отличающееся тем. что, с целью расширения функци0 онапьных возможностей устройства за счет обеспечения выполнения процедуры коррекции угла поворота изображения объекта, введены регистр угла поворота, регистр минимума, первый и второй компараторы, пери5 вый и второй преобразователи кодов, комбинационный сумматор, блок линейных преобразователей, группа элементов ИЛИ, группа инверторов, второй элемент задержки, первый, второй и третий элементы И,

0 первый и второй входы блока управления являются соответственно первым и вторым управляющими входами устройства, первая группа информационных входов регистра изображения является группой информаци5 онных входов устройства, первая группа ин- формационных выходов регистра изображения является группой информационных выходов устройства, первые входы первой группы элементов ИЛИ объединены

0 между собой и подключены к установочным входам регистра минимума и к первому выходу блока управления, третий выход блока управления соединен с первым входом первого элемента И, четвертый выход блока уп5 равления соединен с первым входом второго элемента И, выход первого счетчика соединен с третьим входом блока управления, выход первого элемента И соединен с четвертым входом блока управления и явля0 ется управляющим выходом устройства, группа информационных выходов первого счетчика соединена с группой информационных входов блока линейных преобразователей, с группой информационных входов

5 регистра угла поворота и с первой группой информационных входов первого компаратора, вторая группа информационных входов которого подключена к группе информационных выходов регистра угла поворота, а выход-соединен с вторым вводом

первого элемента И, выход третьего элемента И соединен со входом разрешение регистра минимума и со вторым входом второго элемента И, выход которого соединен с входом разрешение регистра угла поворота, выход первого элемента задержки подключен ко входу второго элемента задержки и ко входу блока линейных преобразователей, группа информационных выходов которого соединена с вторыми входами первой группы элементов ИЛИ, выходы которой соединены с второй группой информационных входов регистра изображения, вторая группа информационных выходов которого соединена с группой входов первого преобразователя кодов, группа вы ходов которого соединена с первой группой

5

входов комбинационного сумматора, третья группа информационных выходов регистра изображения соединена с группой входов второго преобразователя кодов, группа выходов которого соединена с входами группы инверторов, выходы которых соединены с второй группой входов комбинационного сумматора, группа выходов которого соединена с группой информационных входов регистра минимума и с первой группой информационных входов второго компаратора, вторая группа информационных входов которого подключена к группе выходов регистра минимума, а выход - соединен с первым входом третьего элемента И, второй вход которого подключен к выходу второго элемента задержки.

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике. Его использование в распознавающих системах роботов в качестве устройства предварительной обработки изображения объекта позволяет расширить функциональные возможности за счет обеспечения выполнения процедуры коррекции угла поворота изображения объекта. Устройство содержит блок 1 управления, регистр 2 изображения, счетчик 3 и элемент 12 задержки. Благодаря введению регистра 4 угла поворота, регистра 5 минимума, компараторов 6, 7, блока 8 преобразователей, преобразователей 9, 10 кодов, комбинационного сумматора 11, элемента 13 задержки, элементов 14-16 И, группы 17 инверторов и группы 18 элементов ИЛИ, в устройстве обеспечивается поиск и установка нормализованного положения изображения объекта.5 ил. I Ј Ё :оо СЛ ;о |СП I Шаг./

Фиг.5