Устройство для нормализации размера изображений Советский патент 1974 года по МПК G06K9/04 

Изобретение относится к области автоматического распознавания образов, в частности к устройствам автоматического приведения изображений к эталонному виду.

Известные устройства для нормализации размера изображений содержат поворотную платформу с расположенными на ней передающей телевизионной трубкой с отклоняющими катущками, фотоэлектрический блок вычисления координат центра тяжести изображений, фотообъективы, светоделители, блок электропривода поворота платформы, видеоусилитель, генераторы строчной и кадровой развертки, блоки умножения, видеоконтрольное устройство и блок сравнения с эталонами.

Такие устройства осуществляют нормализацию размера изображений, предварительно центрированных по краям, например по нижнему и левому краю. При этом изображение после центрирования должно находиться полностью в положительном квадранте, и оси координат касаются нижней и левой сторон изображения. Если предварительное центрирование изображений осуществляется таким образом, что начало координат совпадает с центром тяжести, то известные устройства не могут приводить изображение к эталонному виду при произвольном изменении масщтабов, так как координаты центра тяжести изображения, являющиеся исходными данными при

нормализации, равны нулю. Кроме того, известные устройства обладают недостаточным быстродействием, поскольку после каждого предъявления изображения на входе поворотная платформа должна быть возвращена в исходное состояние, при котором все поле зрения устройства совпадает с положительным квадрантом. Наконец, известные устройства имеют недостаточную точность центрирования, особенно в том случае, если границы изображения с фоном имеют плавные переходы или же изображение подвергается воздействию локальных помех. Ощибки при центрировании в этом случае появляются вследствие ложного

срабатывания фотодатчиков с щелевыми масками и непосредственно влияют на точность нормализации размера изображений.

Цель изобретения состоит в повыщении точности и быстродействия работы устройства.

Поставленная цель достигается тем, что устройство содержит две схемы сравнения, выходы которых подключены к блоку электропривода, а входы раздельно соединены с двумя парами фотоприемников, на которые

падает световой поток от изображения через фильтры с линейно изменяющимися по абсолютной величине коэффициентами пропускания вдоль одной из осей координат. Это позволяет осуществить центрирование

нормализуемых по размеру изображений по

центру тяжести, что имеет ряд преимуществ по сравнению с известным способом центрирования изображений «по краям.

Для нормализации размера изображений вход каждого из делительных блоков фотоэлектрического блока вычисления координат подключен к выходу одного из фотоприемников в паре, а второй вход соединен с центральным фотоприемником, на который непосредственно падает световой поток от изображения. Повышение точности достигается в результате использования интегральных характеристик изображения, гораздо менее подвергнутых влиянию локальных помех и не зависящих от характера границ изображения с фоном. Увеличение - быстродействия связано с исключением необходимости приведения поворотной платформы в исходное состояние после очередного предъявления изображения. Устройство допускает предъявление изображения в любом квадранте поля зрения и осуществляет центрирование его кратчайшим путем.

На чертеже изображена схема предлагаемого устройства.

В состав устройства входят передающая телевизионная камера 1, блок разверток 2, включающий генераторы 3 и 4 кадровой и строчной разверток и синхрогенератор 5, вычислительный блок 6, осуществляющий сравнение с эталонами, видеоконтрольный блок 7 для визуального наблюдения эффекта нормализации, видеоусилитель 8, множительные блоки 9 и 10, поворотная платформа 11, светофильтры 12-15 с линейно изменяющимися коэффициентами пропускания, объектив 16, светоделительный блок 17, блок 18 вычисления координат, пропорциональных абсциссе правой (левой) и ординате верхней (нижней) полуплоскостей изображения, фотоприемники (например, фотогальванические элементы) 19-23, делительные блоки 24 и 25, схемы сравнения 26 и 27 и блок электропривода 28 с усилителями 29 и 30 мощности и исполнительными двигателями 31 и 32.

На поворотной платформе 11 расположены передающая камера 1, фотоприемники 19-23 со светофильтрами 12-15, объектив 16 и светоделительный блок 17.

Изображения отраженной либо светящейся яркости предъявляются в поле зрения передающей телевизионной камеры 1 на темном фоне. Кроме передающей камеры, изображения проектируются посредством объектива 16 и светоделительного блока 17 на светочувствительные фотоприемники 19-23, расположенные парами. Светочувствительные поверхности пары фотоприемников 19 и 20 перекрыты светофильтрами 12 и 13, коэффициент пропускания которых линейно возрастает с увеличением абсциссы по абсолютной величине, так что минимум коэффициента пропускания будет на границе полей зрения фотоприемников, для которой ось абсцисс равна нулю. В то же время светочувствительные поверхности пары фотоприемников 22 и 23 перекрыты светофильтрами 14 и 15, коэффициент пропускания которых линейно возрастает с увеличением по абсолютной величине ординаты, так что минимум коэффициента пропускания будет на границе полей зрения фотоприемников, для которой ось ординат равна нулю. Светофильтры 12-15 могут быть одинаковыми и отличаться лишь расположением в поле зрения. Фотоприемники 19 и 20 вместе со схемой сравнения 27, усилителем 30 мощности и исполнительным двигателем 32 обеспечивают вращение платформы 11 в горизонтальной плоскости. Фотоприемники 22 и 23 вместе со схемой сравнения 26, усилителем 29 мощности и исполпительным двигателем 31 обеспечивают вращение платформы 11 в вертикальной плоскости.

Ноле зрения фотоприемника 20 совпадает с правой полуплоскостью, для которой ось абсцисс положительна; для поля зрения фотоприемника 19 ось абсцисс всегда отрицательна (левая полуплоскость); поле зрения фотоприемпика 21 расположено во всех квадрантах; поля зрения фотоприемников 22 и 23 совпадают соответственно с верхней (ось ординат положительпа) и нижней (ось ординат отрицательна) полуплоскостями. Блок 18 вычисления коордипат содержит фотоприемники 20- 22 со светофильтрами 13 и 14 и делительными

блоками 24 и 25.

Фотоприемник 20 со светофильтром 13 и фотоприемник 21 вместе с делительным блоком 24 предназначены для определения величины, пропорциональпой абсциссе центра тяжести части изображения, находящегося в правой полуплоскости. Фотоприемпик 22 со светофильтром 14 и фотоприемник 21, а также делительный блок 25 предназначены для определения величины, пропорциональной ординате центра тяжести той части изображения, которая находится в верхней положительной полуплоскости.

Сигналы на выходе фотоприемников 19 и 20 пропорциональны абсолютной величине оптических моментов соответственно для левой и правой полуплоскостей изображения относительно оси ординат. Сигналы на выходе фотоприемников 22 и 23 пропорциональны абсолютной величине оптических моментов соответственно для верхней и нижней полуплоскостей изображения относительно оси абсцисс. Устройство работает следующим образом. Нри предъявлении объекта, характеризуемого определенным распределением яркости,

в поле зрения устройства нормализации на выходах пар фотоприемников 19, 20 и 22, 23 возникают неравные по абсолютной величине сигналы постоянного тока, численные значения которых пропорциональны оптическим

моментам соответствующих полуплоскостей изображения.

Схемы сравнения 27 и 26 регистрируют попарное неравенство сигналов с выходов фотоприемников 19, 20 и 22, 23 сигналом рассогласования положительной полярпости, если абсолютные величины оптических моментов от положительных частей изображения больше /абсолютных величин оптических моментов от ;ртрицательных частей того же изображения, и отрицательной поляриости в противиом случае. :

-В обоих случаях сигнал рассогласования, усиленный по мощности в усилителях 29 и 30, вызывает вращение подвижной платформы 11 в. направлении, перераспределяющем оптические моменты от правой и левой, верхней и . нижней частей проектируемого изображения до их попарного равенства.

Так, например, при наличии на выходе схемы сравнения 27 сигнала рассогласования по. ложительной полярности исполнительный двигатель 32 перемещает подвижную платформу 11 в горизонтальном направлении. При этом абсолютная величина оптического момента от правой полуплоскости изображения уменьшается, а от левой увеличивается. В некотором положении платформы 11 установится равенство обоих моментов, в результате чего сигналы с выходов фотоприемников 19 и 20 окажутся равны, сигнал рассогласования на выходе схемы сравнения 27 станет равным нулю, и вращение исполнительного двигателя 32, а также подвижной платформы 11 в горизонтальной плоскости прекратится. Очевидно, что вследствие равенства абсолютных величин оптических моментов от правой и левой полуплоскостей изображения оптический центр последнего совпадает с осью ординат.

Если при первоначальном предъявлении объекта абсолютная величина онтического момента изображения в плоскости фотоприемника 19 (отрицательной полуплоскости) окажется большей, чем в плоскости фотоприемника 20 (положительной полуплоскости), на выходе схемы сравнения 2/ возникнет сигнал отрицательной полярности, который обусловит перемещение подвижной платформы И в горизонтальном направлении. В некотором положении платформы вследствие равенства оптических моментов от обеих частей изображения, оптический центр тяжести проектируемого объекта совпадает с осью ординат, снгнал па выходе схемы сравнений 27 станет равным нулю, и перемещение подвижной платформы 11 в горизонтальной плоскости прекратится.

Процесс центрирования в вертикальной плоскости протекает аналогично.

Подвижная платформа 11 перемещается в вертикальном направлении до равенства нулю сигнала рассогласования на выходе схемы сравнения 26, т. е. до совмещения оптического центра тяжести изображения с осью абсцисс. Очевидно, что в случае полной остановки платформы И олтический центр тяжести изображения оказывается совмещенным одновременно как с осью ординат, так и с осью абсцисс, т. е. совпадает с началом координат.

После окончания нроцесса центрирования осуществляется нормализация размера изображений.

Нормализация размера центрированных изображений основана на автоматическом изменении амплитуд разверток передающей трубки пропорционально изменению размеров изображения вдоль соответствующих осей.

Для изображений, оптический центр тяжести которых совмещен с началом координат, абсцисса оптического центра тяжести той части изображения, которая находится справа

от оси ординат, изменится во столько же раз, во сколько раз изменится размер изображения по оси абсцисс и останется неизменной независимо от изменения размера изображения но оси ординат.

В то же время ордината оптического центра тяжести той части изображения, которая расположена выше оси абсцисс, изменится во столько же раз, во сколько раз изменится размер изображения по оси ординат и останется неизменной, независимо от изменения размера изображения по оси абсцисс.

Для нормализации размера изображений, центр тяжести которых совмещен с началом координат, достаточно амплитуду строчной

развертки изменить во столько же раз, во сколько раз изменится абсцисса онтического центра тяжести той части изображения, которая расположена справа от оси ординат, а амплитуду кадровой развертки изменить во

столько же раз, во сколько раз изменится ордината оптического центра тяжести той части изображения, которая расноложена выше оси абсцисс. В этом случае размеры изображения нормализуемого объекта на экране видеоконтрольного блока 7 остаются неизменными, независимо от измене11ия размеров самого объекта. Для вычисления величины, нропорциональной абсциссе правой полуплоскости нормализуемого изображения, выход фотонриемника 20, перекрытого нейтральным светофильтром 13, и выход центрального фотоприемника 21 подключены ко входам делительного блока 24.

Автоматическое изменение амплитуд строчной развертки в соответствии с изменением размеров изображений по оси абсцисс осуществляется посредством перемножения численных значений сигнала строчной развертки на

численные значения сигналов, пропорциональных абсцисс онтического центра тяжести правой полуплоскости изображения.

Для этого выход генератора 4 строчной развертки подключен ко входу отклоняющей системы камеры через множительный блок 9, на второй вход которого заведен выход делительного блока 24.

Автоматическое изменение амплитуд кадровой развертки в соответствии с изменением размеров изображения но оси ординат осуществляется посредством перемножения численных значений сигнала кадровой развертки на численные значения сигналов, пропорциональпых ординате оптического центра тяже