УСТРОЙСТВО для НОРМАЛИЗАЦИИ РАЗМЕРА ПЛОСКИХ ИЗОБРАЖЕНИЙ ДЛЯ СИСТЕМ РАСПОЗНАВАНИЯ ОБРАЗОВ Советский патент 1972 года по МПК G06K9/42 

Изобретение относится к области автоматического распозиаваиия образов, в частности к устройствам автоматического ириведеиия изображений к эталонному виду.

Известны устройства для распознавания образов, содержащие поворотную платформу с расиоложеиными на ней телевизионной трубкой с отклоняющими катушками, фотоэлектрическим блоком вычисления координат центра тяжести изображения, фотообъективами, фотодатчиками со щелевыми масками; блок электропривода поворота платформы, вход которого соединен с выхода.ми фотодатчиков, а выходы - через лииию задержки с уиравляюнхим входом видеоусилителя, включенпого между выходом телевизионной трубки и видеоконтрольным и вычислительным блоками, генераторы строчной и кадровой развертки.

Однако эти устройства не учитывают таких иреобразоваиий изображеиий как произвольное изменение масштабов по осям координат.

Предлагаемое устройство нормализации для систем распозпаваиия образов, использующее прннции оптического интегрирования для вычислеиия координат центра тяжести и телевизионный ввод изображений, отличается от известных тем, что в нем выход генератора строчной развертки подключен к отклоняюнцч системе телевизиоиной трубки uepe.s

множительный блок, на второй вход которого подается напряженне, пропорциональное координате абсцисс центра тяжести входного изображения. Выход генератора кадровой развертки подключен к отклоняющей системе телевизионной трубки через другой множительный блок, иа второй вход которого подается напряжение, пропорциональное ординате центра тяжести входного напряжения. Благодаря этому изображения, отличающиеся между собой масштабами и расположенные в поле зрения так, что оси абсцисс и ординат являются касательными соответственно снизу н слева от изображения, приводятся к некоторым эталонным размера.м. Для нормализации ири произвольном смещеннн изображения в иоле зрения, совиадающем с положительным квадрантом, устройство снабжено двумя фотонриемникамн, перекрытыми светомасками со щелями, совпадающими в одной из них с осью ординат, выходы фотонриемников подключеиы автоиомно через схемы запрета и усил11тели к исполннтельпым двигателям, осуществляющим синхронное перемещение в двух взаимно нернендикулярных илоскостях передающей телевизионной трубки, датчика координат центра и самих фотоприемников со светомасками до появления фототока иа выходе фотоирнемников. На фиг. 1 представлена блок-схема устройства, на фиг. 2 - эскиз фотомасок со щелями. Устройство содержит нередающую телевизионную трубку / (нанример, суперортикои) с отклоняющими катущками 2, с генераторами кадровой 5 и строчной 4 развертки, вычислительный блок 5, осуществляющий сравнение с эталонами, видеоконтрольный блок 6 для визуального наблюдения эффекта нормализации, видеоусилитель 7, фотоэлек- 10 трический блок вычисления координат центра тяжести входного изображения 8, множительные блоки 9 и 10, фотообъективы 11 и 12, светоделительную иластину 13, светомаскн 14 и 15 со щелями, фотоприемникн (например, 15 фотосопротивления) 16 и 17, нотенциальные схемы запрета 18 и 19 (построенные, например, на базе триггера и схемы совпадения), усилители .мощности 20 и 21, исполнительные двигатели 22 и 23, платформу 24, па которой 20 жестко смонтированы передающая трубка, блок 8 и фотоприемники 16, 17 с оитической системой, и линию задержки 25. Схемы запрета 18, 19, усилители мощности 20, 21 и исполнительные двигатели 23, 24 со- 25 ставляют блок электропривода поворота платформы 26. На входе устройства на темном фоне предъявляются плоские изображения отраженной либо светящейся яркости. Кроме пе- ЗО редающей трубки /, входное изображение проектируется через фотообъектив П, блок 8, а также через фотообъектив 12, светоделительную пластину 13, светомаски 14 и /5 на фотоприемники 16 и 17, предназначенные 35 вместе со схемамн запрета 18 и 19 для управления остановкой исполнительных двигателей 22 и 23, перемещающих их платформу 24, при автоматическом приведении изображения в нормальное положение поля зрения фо- 40 тонриемников. Поле зрения устройства совпадает с положительным квадрантом; при это.м осями координат являются стороны линейных оптических клиньев блока 8, а также совпадающие с ними щели светомасок 14 и 15. 45 В качестве нормального положения изображения выбрано такое, когда ось абсцисс является касательной изображения снизу, а ось ординат является касательной слева. Устройство работает следующим образом. 50 Изображения, отличающиеся лишь .масштабами по осям координат, могут быть представлены некоторой функцией распределения лучистой яркости В(КХ, уУ), где К и v - произвольные коэффициенты. Среди множества 55 изображений, отличающихся лишь масштабами (например, .множества фотографий одного и того же лица), выберем одно эталонное В (X, Y). Тогда все стальные могут быть получены масштабными преобразованиями эта- 60 лона. Эталонов должно быть столько, сколько имеется различных классов изображений, подлежащих распознаванию. Процесс приведения изображений к эталонным размерам состоит в автоматическом определении коэф- 65 К и у тождества B(X,Y} фициентов б(и,тЮКоэффициенты К и полностью характеризуют масштабно-подобные изображения и, будучи вещественными числа.ми, являются, в общем случае, функционалами изображения, т. е. i Oi(fi); у Ф2(В). Таким образом, при автоматизации процесса нормализации оператор приведепия изображения к эталонным размерам будет иметь вид: Р(В)В(Х,У)(В),У.Ф2{В). (1) в качестве функционалов Oi(B) и Ф2(б) в преднолагаемом устройстве выбраны координаты центра тяжести входного изображения fi В (х,у) ах dxd Ф,() B(x,dxdy B(x,y)bvdxd o Ф,(5) в (х,у ) dx dy где D - область ноля зрения фотоприем)иков блока вычисления координат центра тяжести и телевизионной трубки, а и б - некоторые константы светофильтров ах и by типа оптических клиньев, , . Пусть и.меем некоторое эталонное изображение В(х,у) и некоторое произвольное, получаемое из эталонного В(Х,1У). Тогда для эталонного оператор с учетом (2) будет иметь вид F(B)B(x,y) BX В(х,у) by dxdy в (.х,у) ах dx dy ff 5 (x,y) dx dy l B(x,y)dxdy Для изображепия В(КХ,) имеем: fj в (/.JC, vv) axdx dv J5 F(B) B B(/.x,)(ixdv В (t.x, 7 ) by dx dy „ Y B(/.x,-;y)dxdv b Сделаем замепу переменных под знаком КХ Х , , в результате ноинтеграла:лучи.м F(B) BX B(x,y)bydxdy в (х, у) ах dx dy / В(х,у) dxdy

В последнем преобразовании связанные переменные X и У мы снова обозначим через X и У. Кроме того, мы cдeлavЧи естественное предположение, что рассматриваемые масштабные преобразования изображений В().Х, уУ) не выводят за пределы D поля зрения. Это позволило не изменять нределы интегрирования при замене переменных.

Оператор (3) реализуется предлагаемым устройством. Очевидно, всегда можно принимать (хотя и не обязательно), что изображениям с эталонными размерами, т. е. В(Х, У), соответствуют значения функционалов , . Значение функционалов Ф|(б) и ji.B) для произвольного изображения определяют блок 8.

Если на вход устройства подается, например, изображение В(0,2Х; 0,5У), то с блока 8 будут сняты иапряжения, пропорциональные

11

Х, 5, Ус 2, т. е. . На блоках 9

1

и 10 происходит умножение сигналов генераторов строчной 4 и кадровой 3 разверткн соответственно на величины Хс и УС, благодаря чему увеличивается крутизна нарастания пилообразных напряжений строчной развертки в раз, и кадровой в раза. Ясно, что действие таких преобразованных разверток на отклоняющие катушкн 2 оказывает «нормализующее действие на размеры нзображения. В результате после окоичания переходных процессов в отклоняющих катушках видеосигналы, снимаемые с видеоусилителя 7, соответствуют изображениям стандартных размеров. На вндеоконтрольном блоке 6 можно наблюдать образы изображений, одинаковых размеров, не зависимых от изменения их размеров на входе. Автоматическая нормализация изображений существенно упрощает задачу сравнения с эталонами, решаемую блоком 5.

Для автоматического приведения входных нзображений к нормальному положению при-. меняются дополнительные фотоприемники 16 и 17 со светомасками 13 и 14. В исходном состоянии илатформа 24, на которой закреплены приемная трубка и фотонриемники, ориентирована так, что ноле зрения нредставляет собой ноложительный квадрант, т. е. оси координат заиимают предельные нижнее н левое положения. При этом изображение может появляться в любом месте поля зрения. Опорное напряжение t/on проходит через схемы запрета 18 и 19, усилители 20 и 21 и подается на исполнительные двигатели 22 и 23. Исполнительные двигатели перемещают платформу вверх и вправо, при этодМ фотоприемники, расположенные на ней, и приемная трубка сканируют поле зрения вдоль положительпого направления осей абсцисс и ординат до тех пор, пока световой поток от изображения не попадет сквозь щели светом асок 14 и 15 па фотоприемники 16 и 17. Сигналы с фотоприемпиков запрещают прохождение оиорного напрял ення Uon на исполнительные двигатели, и перемещение платформы прекращается. В этом положении платформы координаты абсцнсс и ординат являются касательнымп к изображенпю.

Напряжеппе Ь, запирающее видеоусилитель 7 на время сканирования, автомат 1чсски снимается н отпирает видеоусилитель 7 через интервал времени, исключающий воздействие переходных процессов в отклоняющих катущках на результат раснознавания образов. Последнее достигается применен)1е.м линии задержки 25.

Эксиериментальпый образец устро11ства нормализации выполнеп на базе промышленной телевнзнонной установкп тппа ПТУ-101. В качестве фотопрнемпнков для онределення координат центра тял ;ести использованы фотоумножнтели типа ФЭУ-29 со светофильтрами тппа «оптический клпн. Датчнкн спстемы сканирования вынолнены на фотоднодах типа ФД-1, пабранпых по длнпе щели светомаскн. В качестве схем умножения нснользованы балансные модуляторы на полупроводниковых диодах.

Предмет н з о б р е т е н н я

1.Устройство для нормалнзацни размера плоских нзображений для систем распознавания образов, содержащее новоротную нлатформу с расноложенными на ней телевнзнонной трубкой с отклоняющими катушками, фотоэлектрическим блоком вычислення координат центра тяжестн изобрал ення, фотообъективами и фотодатчиками с щелевыми масками, блок электропрпвода поворота платформы, вход которого соединен с выходамп фотодатчиков, а выходы - через линию задержки с управляющпм входом видеоусилителя, включенного между выходом телевизнонной трубки 1 видеоконтрольным и вычпслительпым блокамп, геператоры строчной н кадровой разверток, отличающееся тем, что, с целью снилсения требований к смещениям н изменениям масштабов преобразуемых нзобрал.ений, оно содерл ит множительные блоки, первые входы которых нодключены к выходам фотоэлектрического блока вычисления координат центра тял-сести изображення, вторые входы - к выходам генераторов кадровой п строчной разнерткн соответственно, а выходы мнол :птельиых блоков нодключены к соответствующим отклоняющнм катушкам.

2.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в пем блок электропривода поворота платформы содерлчпт два канала последовательпо соедипенных схемы запрета, усплителя мощпостп п псполнительного двнгателя, причем одни входы схем запрета соедннепы с выхода мн соответствующнх фотодатчиков, другие - с выходом источника опорного напряжения, а вторые выходы кал-;дой схемы запрета подсоединены к соотвстствуюним выходам блока электропринода.

П

-,l| I

i- h

.j

ЧТ

y