Телевизионное устройство для селекции объектов Советский патент 1993 года по МПК G06F15/64 

Изобретение относится к телевизионной измерительной технике и предназначено для применения в системах технического зрения роботов-манипуляторов при сортировке деталей или кристаллов природного сырья (алмазов), близких по размерам, что требует высокой точности съемки и измерения объектов. При этом при автоматической подаче сортируемых объектов, например, на ленте конвейера,-неопределенность их положения может значительно превышать размеры самих объектов.

Это вызывает необходимость расширять поле зрения телевизионной камеры,

Между тем известно, что точность телевизионных измерителей определяется размера- . ми (частотой) элементов дискретизации изображения. Для повышения точности измерения объектов малых размеров необходимо увеличивать частоту дискретизации изображения. Однако при расширении поля зрения телевизионной камеры увеличение частоты дискретизации ведет к значительному росту объема информации в кадре, в то время как для представления селектируемого объекта, занимающего малую часть кадра, требуется гораздо меньше информации. Это приводит к большой избыVJ

ю

2

xl

00

точности обрабатываемой информации,что вызывает дополнительные аппаратные и программные затраты на ее обработку.

Целью предлагаемого изобретения является уменьшение требуемых аппаратурных ресурсов и повышение быстродействия устройства за счет уменьшения избыточности получаемой и обрабатываемой в ЭВМ информации.

На фиг. 1 представлена функциональная схема телевизионного устройства для селекции объектов; на фиг. 2 - временные диаграммы сигналов, поясняющие работу устройства; на фиг. 3 - структурная .схема алгоритма работы устройства; на фиг, 4 - принцип построения системы взаимно ортогональных хорд и определение максимального соотношения их длин в качестве критерия селекции (1.L41LO; L51L1; L61L2; L7J.L3).. .

Телевизионное устройство для селекции объектов, функциональная схема которого представлена на фиг. 1, содержит передающую телевизионную камеру 1, счетчик 2 элементов строки изображения, блок 3 выделения переднего и заднего фронтов видеосигнала, триггер 4 признака информативности строки, счетчик 5 строк изображения, регистры 6 и 7 фиксации координат переднего и заднего фронтов видеосигнала, блоки 8 и 9 выбора минимума и максимума, вычитатель 10, блок 11 сравнения, мультиплексор 12, регистр 13 коэффициента масштаба, счетный триггер 14, регистр 15 левой границы изображения, счетчик 16 смещения, RS-триггер 17, первый элемент 18 ИЛИ, первый-третий элементы 19-21 И, второй элемент 22 ИЛИ и вычислитель 23 (ЭВМ). Блоки 8 и 9 содержат регистры 24 и 25 и узлы 26 и 27 сравнения соответственно.

Выход видеосигнала телевизионной камеры 1 соединен со входом блока 3 выделения фронтов видеосигнала и входом сброса триггера4 признака информативности строки, выход которого соединен со счетным входом счетчика 5 строк изображения, вход сброса которого соединен со входами сброса регистров 6,7 фиксации координат переднего и заднего фронтов видеосигнала, входом записи регистра 13 коэффициента масштаба, со вторым входом второго элемента 22 ИЛИ, с управляющими входами блоков 8 и 9 выбора минимума и максимума и со счетным входом счетного триггера 14 и подключен к выходу кадровых синхроимпульсов телевизионной камеры 11, вход установки 1 триггера 4 признака информативности строки соединен со входом сброса счетчика 2 элементов строки изображения, со входом разрешения параллельной записи счетчика 16 смещения, с установочным входом RS-триггера 17 и подключен к выходу строчных синхроимпульсов телевизионной камеры 1, выход счетчика 2

элементов строки изображения соединен с информационными входами регистров 6 и 7 фиксации координат переднего и заднего фронтов видеосигнала, входы разрешения записи которых подключены к соответству.0 ющим входам стробов переднего и заднего фронтов блока 3 выделения переднего и заднего фронтов видеосигнала, выход регист- ра 6 фиксации координат переднего фронта видеосигнала соединен с информационным

5 входом блока 8 выбора минимума и подключен к информационному входу первого входного порта ЭВМ 23, выход регистра 7 фиксации координат заднего фронта видеосигнала соединен с информационным вхо0 дом блока 9 выбора максимума и подключен к информационному входу второго входного порта вычислителя 23, выход блока .9 выбора максимума подключен ко входу уменьшаемого вычитателя 10, выход блока 8 выбора

5 минимума соединен со входом вычитаемого вычитателя 10 и с информационным входом регистра 15 левой границы изображения, выход вычитателя 10 соединен со вторыми информационными входами блока 11 срав0 нения и мультиплексора 12, первые информационные входы которых соединены с выходом счетчика 5 строк изображения, выход блока 11 сравнения соединен с управляющим входом мультиплексора 12, выход

5 которого соединен с информационным входом регистра 13 коэффициентов масштаба, выход которого подключен к информационному входу третьего входного порта ЭВМ 23, выход регистра 15 левой границы изо0 бражения соединен с информационным

входом параллельной записи счетчика 16

: смещения, счетный вход декрементирования которого соединен с выходом третьего

элемента 21 И, а выход обратного переноса

5 соединен со входом сброса RS-триггера 17, прямой выход которого соединен с первым входом третьего элемента 21 И, а инверсный выход соединен с первым входом элемента 18 ИЛИ, второй вход которого

0 соединен с первым входом второго элемен-. та 22 ИЛИ и с инверсным выходом счетного триггера 14, а выход соединен с первым входом первого элемента И 19, второй вход которого соединен со вторым входом треть5 его элемента 21 И и подключен к выходу t Частота элементов телевизионной камеры 1, а выход, подключен к счетному входу счетчика 2 элементов строки изображения, прямой выход счетного триггера 14 соединен с синхронизирующим входом записи регистpa 15 левой границы изображения и с первым входом второго элемента 20 И. второй вход которого соединен с выходом строба заднего фронта блока 3 выделения переднего и заднего фронтов видеосигнала, а выход подключен к управляющему входу второго входного порта вычислителя 23, управляющий вход третьего порта которого соединен с выходом второго элемента 22 ИЛИ.

Устройство работает следующим образом в соответствии с временными диаграммами, приведенными на фиг. 2, и с алгоритмом, структурная схема которого приведена на фиг. 3.

Ввод изображения объекта осуществляется за один полный телевизионный кадр, состоящий из двух полукадров в соответст-. вии со стандартной черезстрочной разверткой, формируемой телевизионной камерой 1. При этом в первом полукадре определяется положение объекта в поле зрения камеры 1, а во втором полукадре осуществляется ввод в ЭВМ координат контура его изображения1.

.На мишени телевизионной камеры 1 создается проекция изображения селектируемого объекта (фиг. 2а). В начале первого полукадра кадровым синхроимпульсом (фиг. 26) сбрасываются счетчик 5 строк изображения, регистры 6 и 7 фиксации координат переднего и заднего фронтов видеосигнала, регистр 24 и регистр 25 блоков 8 и 9 выбора минимума и максимума и счетный триггер 14 (фиг. 2ж). Сброшенное состояние триггера 14 через элементы 20 И и 22 ИЛИ блокирует поступление сигналов на управляющие входы второго и.третьего входных портов вычислителя 23.

При построчном считывании информации с телевизионной камеры 1 в начале каждой строки строчным синхроимпульсом (фиг. 2в) сбрасывается счетчик 2 элементов строки изображения, а триггер 4 признака информативности строки устанавливается в единицу. Единичным сигналом на инверсном выходе счетного триггера 14 через элементы 18 ИЛИ и 19 И обеспечивается разрешение подачи сигналов Чистота элементов (фиг. 2г), формируемых синхрогене- ратором, входящим в состав телевизионной камеры 1, на счетный вход счетчика 2 элементов строки изображения (фиг. 2з).

С выхода видеосигнала телевизионной камеры 1 на входы блока 3 выделения пере- днего и заднего фронтов видеосигнала и триггера 4 признака информативности строки поступает нормированный видеосигнал (фиг. 2д). При его поступлении, т.е. при наличии информации в текущей строке развёртки, триггер 4 признака информативности строки сбрасывается, в результате чего по заднему фронту сигнала на выходе триггера 4 содержимое счетчика 5 изображения инкрементируется. Таким образом, 5 счетчик 5 строк изображения накапливает размер изображения по кадру Nk. Блок 3 выделения переднего и заднего фронтов видеосигнала из поступившего на его вход видеосигнала выделяет передний и задний

0 фронты и формирует на соответствующих выходах стробов переднего и заднего фронтов сигналы, стробирующие занесение информации в соответствующие регистры 6 и 7 фиксации координат переднего и заднего

5 фронтов видеосигнала информации с выхода счетчика 2 элементов строки изображения, представляющей собой абсолютные координаты 1Члф(абс), N3cf (абс) соответственно переднего и заднего фронтов видео0 сигнала от начала строки (фиг. 2е), которые определяются путем подсчета сигналов Частота элементов счетчиком 2 элементов строки изображения. С выхода регистра 6 фиксации координат переднего фронта ви5 деосигнала информация непрерывно поступает в блок 8 выбора минимума, на выходе которого постоянно присутствует наименьшее из поступивших на его вход значений. Таким образом, при окончании первого пол0 укадра на выходе блока 8 выбора минимума формируется координата крайней левой точки изображения объекта.

В начале второго полукадра кадровым синхроимпульсом (фиг. 26) снова сбрасыва5 ются счетчик 5 строк изображения, регистры 6 и 7 фиксации координат переднего и заднего фронтов видеосигнала, регистр 24 и регистр 25 блоков 8 и 9 выбора минимума и максимума, а счетный триггер 14 устанав- .

0 ливается в состояние 1 (фиг. 2ж). В резуль- . тате этого через элементы 20 И и-22 ИЛИ разрешается прохождение сигналов сброса заднего фронта и кадрового синхроимпульса на управляющие входы второго и третье5 го входных портов ЭВМ 23, и по переднему фронту сигнала на прямом выходе триггера 14 информация с выхода блока 8 выбора минимума записывается в регистр 15 левой границы изображения.

0 Считывание информации с телевизионной камеры 1 осуществляется так же, как и в первом полукадре. При этом в начале каждой строки строчным синхроимпульсом (фиг. 2в) помимо сброса счетчика 2 и уста5 новки триггера 4 устанавливается в состояние 1 также RS-триггер 17 (фиг. 2и), а в счетчик 16 смещения переписывается информация с выхода регистра 15 левой границы изображения. Единичные состояния триггеров 14 и 17 через элементы 18 ИЛИ и

19 И блокируют поступление сигналов Частота элементов (фиг, 2г) на счетный вход счетчика 2 элементов строки изображения (фиг, 2з), а триггер 17 через элемент 21 И обеспечивает разрешение подачи этих сиг- налов на счетный вход декрементирования счетчика 16 смещения. По каждому из этих сигналов содержимое счетчика 16 смеще4, ния декрементируется, и при его обнулении на выходе обратного переноса формируется нулевой сигнал (фиг. 2к), вызывающий сброс RS-триггера 17. В результате этого через элементы 18 ИЛ И и 19 И разрешается подача сигналов Частота элементов (фиг. 2г) на счетный вход счетчика 2 элементов строки изображения (фиг, 2з), и через элемент 21 И блокируется подача этих сигналов на счетный вход декрементирования счетчика 16 смещения. В результате этого счетчик 2 начинает отсчет координат не от начала стро- ки телевизионной развертки (абсолютные координаты), а от положения крайней левой точки изображения объекта (относительные координаты). Блок 3 выделения переднего и заднего фронтов видеосигнала, триггер А признака информативности строки, счетчик 5 строк изображения, регистры 6 и 7 фиксации координат переднего и заднего фронтов видеосигнала работают так же, как и в первом полукадре. При этом в регистры 6 и 7 записываются уже относительные координаты Мпф (отн.), Мзф (отн.) соответственно переднего и заднего фронтов видеосигнала от положения крайней левой точки изображения объекта (фиг. 2е), которые по сигналу строба заднего фронта, поступающего на управляющий вход второго входного порта вычислителя 23 через элемент 20 И, записываются в первый и второй входные порты вычислителя 23 (фиг. 3, блоки 1-3). Таким образом, за время второго полукадра в вычислитель 23 передаются относительные координаты всех точек контура изображения объекта. Одновременно с вводом в вычислитель 23 с выхода регистра б информация непрерывно поступает в блок 8 выбора минимума, на выходе которого формируется наименьшее из поступивших на его вход значений, а с выхода регистра 7 информация непре- рывно поступает в блок 9 выбора максимума, на выходе которого формируется наибольшее из поступивших на его вход значений.

С выхода блока 9 информация поступа- ет на вход уменьшаемого вычитателя 10, а с выхода блока 8 информация поступает на вход вычитаемого вычитателя 10, на выходе которого формируется разность между наибольшим и наименьшим значениями координат изображения, т.е. определяется максимальный размер изображения по строке (Nc), значение которого поступает на вторые информационные входы блока 11 сравнения и мультиплексора 12. Одновременно с этим счетчик 5 считает количество информативных строк изображения, т.е. определяется максимальный размер изображения по кадру (Nk), значение которого поступает на первые информационные входы блока 11 сравнения и мультиплексора 12. Блок 11 производит сравнение поступивших на его вход величин. Если величина Nk превышает величину NC, на выходе блока 11 формируется низкий потенциал, по которому мультиплексор 12. передаст на свой выход информацию со своего первого входа. В противном случае на выходе блока 11 формируется высокий потенциал, по которому мультиплексор 12 передаст на свой выход информацию со своего второго входа. Таким образом, на вход регистра 13 коэффициента масштаба поступает наибольшее из значений Ni или Nc (Nmax), которое фиксируется кадровым синхроимпульсом в конце второго полукадра.

После завершения второго полукадра по кадровому синхроимпульсу, поступающему через элемент 22 ИЛИ на управляющий вход третьего входного порта вычислителя 23, в этот порт с выхода регистра 13 коэффициента масштаба записывается значение Nmax (фиг. 3, блоки 4-6), и на этом завершается процедура ввода координат контура изображения объекта и начинается процедура их программной обработки в ЭВМ 23.

Первоначально определяется коэффициент масштаба изображения М:

м

1 . если Nmax 32 ;

Int ( Iog2 ( Nmax ) - 3 ) , если Nmax 32,

0)

где int(n) - целая часть числа п.

Затем из исходного массива введенных координат контура изображения в памяти вычислителя производится восстановление нормированного изображения с учетом вычисленного коэффициента масштаба (фиг. 3, блок 7). Для этого вся память, отведенная под изображения, предварительно заполняется нулями, а затем в нее построчно вписываются единицы в ячейки, координаты которых ограничены координатами контура изображения в данной строке. Таким образом, в памяти вычислителя в определенном масштабе восстанавливается изображение объекта.

Затем программно определяются координаты центра изображения (фиг. 3, блок 8):

X.A.J/S ;

I 0j

A,j;

J YjAlj/S 5 AIJ,

I 0

I

где Хц - координата центра изображения по строке:

Yy- координата центра изображения по кадру;

Xi.Yj - соответственно номер элемента по строке и по кадру,AIJ - значение ячейки памяти, соответствующей l-му элементу в j-й строке;

m,n - размеры области памяти, отведенной для восстановленного изображения. . Определение размеров изображения проводится следующим образом. Через определенные ранее координаты Хц, Yy строится система взаимно ортогональных хорд, наклоненных к горизонтали (строке) на оп- ределенный угол t (фиг. 3, блок 9. фиг. 4). Построение хорд производится программно путем вычисления координат (X, Y) из точек по формулам:

:

(K N В|) + ХЦ; (K N Ci) + Y4, (3)

где N - номер шага вычислений;

Bi, Ci - целочисленные коэффициенты угла наклона хорды,

К- коэффициент для исключения пропуска точек при малых углах t и (90° -1).

Построение производится в области па- мяти, содержащей восстановленное изображение, до пересечения хорды с

р):

2)

10

о

о

а $

тн20я под, п- 25 ). з

зо

ы

уа- 0 ос

границей контура изображения, т.е. до достижения точки, содержащей в соответствующей ячейке памяти ноль. Координаты этих точек фиксируются в вычислителе и используются для вычисления отношения длин хорд.

Так как отношение длин взаимно ортогональных отрезков на плоскости равно отношению их проекций на взаимно ортогональные оси координат, отношение длин взаимно ортогональных хорд определяется как отношение длин их проекций по строке и по кадру:

Di L1(Q/L2(B), (4)

где L1 (Г)-длина проекции хорды L1, проведенной под углом t к горизонтали (строке развертки), на горизонтальную ось, т.е. на строку,

L2(B)-длина проекции хорды L2, проведенной под углом (90°+t), т.е. перпендикулярно L1, на вертикальную ось, т.е. на кадр.

Программным перебором значений ЕЙ, Cj производится изменение угла t и, следовательно, поворот пары взаимно ортогональных хорд, после чего для новой пары определяется значение DI. Затем из полученного ряда значений DI выбирается наиболее значение Dmax, которое и является селективным признаком объекта (фиг. 3, блок 10).

Таким образом, устройство формирует, а вычислитель обрабатывает не абсолютные, а относительные координаты контура изображения объекта, что значительно снижает их разрядность. Поэтому как из аппаратурной, та1 и из программной обработки полностью исключается всякая избыточность информации, что ведет к уменьшению аппаратурных ресурсов устройства и повышению скорости программной обработки информации на вычислителе.

Изобретение относится к телевизионной измерительной технике и предназначено для применения в системах технического зрения роботов-манипуляторов при сортировке деталей или кристаллов природного сырья (алмазов), близких по размерам. Целью предлагаемого изобретения является уменьшение требуемых аппаратных ресурсов и повышение быстродействия устройства за счет уменьшения избыточности получаемой и обрабатываемой в ЭВМ информации. Телевизионное устройство для селекции объектов содержит соединенные между собой передающую телевизионную камеру, счетчик элементов строки изображения, блок выделения переднего и заднего фронтов видеосигнала, триггер признака информативности строки, счетчик строк изображения, регистры фиксации координат переднего и заднего фронтов видеосигнала, блоки выбора минимума и максимума, вычитатель, блок сравнения, мультиплексор, регистр коэффициента масштаба и вычислитель. Новым в устройстве является то, что в него дополнительно введены счетный триггер, регистр левой границы изображения, счетчик смещения, RS-триггер, первый и второй элементы ИЛИ и с первого по третий элементы И. 4 ил.

Ф о р м у л а и з о б р ете н и я Телевизионное устройство для селекции объектов, содержащее передающую телевизионную камеру, счетчик элементов строки изображения, блок выделения переднего и заднего фронтов видеосигнала, триггер признака информативности строки, счетчик строк изображения, регистры фиксации координат переднего и заднего фронтов видеосигнала, блоки выбора минимума и максимума, вычитатель, блок сравнения, мультиплексор, регистр коэффициента масштаба и вычислитель, причем выход видео- сигнала телевизионной камеры соединен с входом блока выделения фронтов видеосигнала и входом сброса триггера признака информативности строки, выход которого соединен со счетным входом счетчика строк изображения, вход сброса которого соединен с входами сброса регистров фиксации координат переднего и заднего фронтов видеосигнала, входом записи регистра коэффициента масштаба и с управляющими входами блоков выбора минимума и максимума и подключен к выходу кадровых синхроимпульсов телевизионной камеры, вход установки 1 триггера признака, информативности строки подключен к выходу строчных синхроимпульсов телевизионной камеры и соединен с входом сброса счетчика элементов строки изображения, счетный вход которого соединен с входом синхросигнала Частота элементов телевизионной камеры, а выход соединен с информационными входами регистров фиксации координат переднего и заднего фронтов видеосигнала, входы разрешения записи которых подключены к соответствующим выходам стробов переднего и заднего фронтов блока выделения переднего и заднего фронтов видеосигнала, выход регистра фиксации координат переднего фронта видеосигнала соединен с информационным входом блока выбора минимума и подключен к информационному входу первого входного порта вычислителя, выход регистра фиксации координат заднего фронта видеосигнала соединен с информационным входом блока выбора максимума и подключен к информационному входу второго входного порта вычислителя, выходы блоков выбора минимума и максимума подключены соответственно к входам вычитаемого и уменьшаемого вычитателя, выход которого соединен с вторыми информационными входами блока сравнения и мультиплексора, первые информационные входы которых соединены с выходом счетчика строк изображения, выход блока сравнения соединен с управляющим входом мультиплексора, выход которого соединен с информационным входом регистра коэффициента масш- таба, выход которого подключен к информационному входу третьего входного порта вычислителя, отличающееся тем, что, с целью уменьшения аппаратурных ресурсов и повышения быстродействия устройства за счет уменьшения избыточности

получаемой и обрабатываемой информации, в него дополнительно введены счетный триггер, регистр левой границы изображе- ния, счетчик смещения, RS-трйггер, первый

и второй элементы ИЛИ и с первого по третий элементы И, причем информационный вход регистра левой границы изображения соединен с выходом блока выбора минимума, а выход соединен с информационным

входом параллельной записи счетчика смещения, вход разрешения параллельной записи которого соединен с установочным входом RS Tpnrrepa и с выходом строчных синхроимпульсов телевизионной камеры,

счетный входдекрементирования соединен с выходом третьего элемента И, а выход обратного переноса соединен с входом сброса RS-триггера, прямой выход которого соединен с первым входом третьего элемента И, а инверсный выход соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с первым входом второго элемента ИЛИ и с инверсным выходом счетного триггера, а выход соединен с первым входом первого элемента И, второй вход которого соединен с вторым входом третьего элемента И и подключен к выходу Частота элементов телевизионной камеры, а выход подключен ксчетному входусчетчика элементов строки изображения, счетный вход счет. ного триггера, соединенный с вторым входом

второго элемента ИЛИ, подключен к выходу

кадровых синхроимпульсов телевизионной

камеры, а прямой выход соединен с синхронизирующим входом записи регистра левой границы изображения и с первым входом второго элемента И, второй вход которого соединен с выходом строба заднего фронта блока выделения переднего и заднего фронтов видеосигнала, а выход подключен к управляю щему входу второго входного порта . вычислителя, управляющий вход третьего порта которого соединен с выходом второго элемента ИЛИ.

(

cac/r ci tsL/j vnfoЈjj

щегс fxoe)(/ Ј-lO OS/no

Owoc сех/паяцид fapofajua- щего e/tffi/O3-ro

Ј...-}&

SWvei/tfjr Ma Ј jMO/iu fsoto fOiMeso tsjM/ &i efsi/j

O/iseJejet/uf vaea/sroft) . foccmat/oMevesJ) v0f;Wf(/0tst нега uiOffOj :e c/a

P lfeJt/iefScrf иЈн/л/ в t/Jt / &X:0ftcjjr

/fac/npof/t/e fi/fjfif/ / f3a // ro0/ s Pi 0W6 sf/ f

I

I

-- ret ---.---i

t/vfedejte/i i/e A&xff/iff&JtA circ} i /ntf0ff#tt(/j S0SJ & aaffdt f- I Ы/f KS6f{f efif/;/7 o

. i

в -t 2 з 4 f f r

4,