УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАСПОЗНАВАНИЯ ПРОТЯЖЕННЫХ ЛИНЕЙНЫХ ОБЪЕКТОВ Советский патент 1981 года по МПК G06K9/30 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, к классу систем автоматического распознава ния и может найти применение при автоматизации процесса поиска и обнаружения протяженных объектов искусственного происхождения, например, систем оросительных каналов, дброг и других протяженных систем на фотоснимках, проложенных по дну морей И океанов трубопроводов, кабельных линий электропитания и связи и други Коммуникаций. Автоматическое выделение протяжен ных линейных объектов на изображения позволяет значительно ускорить их кл сификацию и определить положение, т. е. получить информацию, необходимую для последующего принятия решения или проведения операций по обслу живанию .и ремонту этих объектов. Отличием задачи автоматического ра познавания протяженных линейных объектов в натуральных условиях по срав нению с задачей распознавания машинописных букв и цифр, линий графиков, дактилоскопических узоров и других объектов на бумаге или пленке являются более сложные условия работы устройства. Эти условия сводятся к следующему. Протяженные линейные объекты искусственного происхождения имеют разную яркость и контраст с фоном, в том числе и весьма мальй; помехи (естественные объекты произвольной формы) могут иметь большую яркость и большой контраст с фоном; фон, на котором предъявляются объекты для распознавания, является,как правило,сложным по структуре; анализируемое поле может иметь большую неравномерность яркости; масштаб объектов может меняться в широких гтределах. При таких сложных условиях работы устройства автоматическое распознавание протяженных объектов искусственного происхождения даже по ограниченному числу признакоп (прямолинейност и протяженность) предстггвляег собой трудную техническую задачу, требующую максимального количества элементов нормализации i-ши регулирования. Устройство распознавани51 должно реагировать только на форму объекта и не срабатывать от разных яркости, контраста и масшаба го и ложного объекто)з и структуры фона. Известны устройства для распознавания ПРЯ1УШ1Х линнй и краев изображений, основанные на оптико-механической развертке исследуемого изображеНИЛ, формировании э.пйктрических сигналов- и последующей электронной обработке. сформирован1шх сигналов ij Наиболее близким по текнической суииюсти к изобретению явля.ется устройство для распознавания прямых линий и краев изображений, содержащее оптически связанные обг-,ек.тнв, блок развертки изобраркения и многоэлемент ный фотоприемник, кахщьй элемент которого подключен через соответствую1цие последовательно соединенные филь .и амплитудный ограничитель ко входу су матора,. выход которого соединен со входом порогового элемента, причем многоэлементный фотоприемник БЬ;поль ен в виде светочувствительных ко центрических колец З . Однако решение о наличии прямой ли1гши или прямого края принимается н интегрально по средней яркости объек та и прилегающего к нему фона, а дифференцированно - по результатам сравнения яркостей вдоль прямого кра на соседних малых участках объекта и фона. Это позволяет применить амплитудное ограничение разностных сиг налов и устранить влияние абсолютной яркости и контраста объекта на результат распознавания. Недостаток устройства в низкой надежности автомат -1ческого распознавания в тех случаях, когда предметом распознавания является протяжный объ ект ограниченной ширины. Примером та ких объектов могут слузкить сие темь: оросительных каналов и дорог на фотосьшмках, трубопроводы и кабельные линии, проложенные на морсзсом дне, В изображении, подлежащем анализу дл автоматического распознавания, такие объекты представляют собой протяженн прямые линии шш полосы ограниченной, но заранее неизвестной ширины. Устройво автоматическн выделяет не только этот класс искусственных объектов, но и срабатывает при попадании в поле зрения автомата протяженных прямых краев - перепад яркости мелщу двумя областями нзобра;кения. Протяженные npHNtbje края преобразуют в изображении не только элементы искусственного происхождения (фотографии причалов, буровых платформJ судов и т. д.), но и естественные элементы ландшафта (фотографии береговой линии, разломы горных пород, отдельные крупные камны, впаднны, наносы, следы ряби). Автоматическое выделение этих элементов устройством увеличивает число ложных изображеннй-срабатываний, снижая тем самым надежность автоматического распознавания протяженных линейных объектов. Исключив срабатывания от протяженных прямых краев, можно значительно повысить надежность распознавания протяженных линейных объектов. Це.пь изобретения - повышение надежности автоматического распознавания протяженных линейьшгх объектов путем учета дополнительного-признака локальности объекта-узкой области в которой сосредоточен объект. В натуральных условиях объекты искусственного происхолщения имеют в изображении хотя бы один четко выраженный протяженньй прямой край (пер-. вый признак) и поперечные размеры намного меньше анализируемого поля, т, е. объект локализирован в небольшой области (второй признак). Ширина объекта как правило мала, достигает всего Н€скольких элементов, расположенньп заранее, не oпpeдeJ5eнa из-за изменяющегося масштаба изображения. Известно лишь, что ширина объекта не может превышать, например, пятикратной ширины анализирующей прямоугольной щели - пространственного фильтра, осуществляющего вьщеление протяженното линейного объекта. Объект искуссственного происхождения наложен на двумерное поле, т. е. закрывает ту часть структуры поля, которая находится под ним. Структура поля в областях по обе стороны от объекта обычно остается одинаковой, мало различающейся собой по яркости. Для надежного распознавания протяженного линейкого объекта определяют наличие края изображения объекта - наличие перепа да яркости между объектом и фоном (первый признак - наличие прямолинейного перепада яркости) и устанавливают, что отсутствует в этот же момент различие сигналов яркости фона по обе стороны объекта (второй признак - локальность объекта). Срав нение сигналов яркости фона производят в прямоуголъных областях, находящихся друг от друга на расстоянии наибольшей возможной ширины объекта. Эту операцию производят, сравнивая величину текущего сигнала с ве личиной сигнала, задержанного на вре мя, равное времени прохождения прямо угольной апертурой наибольшей возмож ной ширины объекта. При одновременно наличии этих двух признаков принимают решение о распознавании именно протяженного линейного объекта. Указанная цель достигается тем, что в известное устройство, содержащее оптически связанные объектив, блок развертки изображения и многоэлементный фотоприемник, каждый элемент которого подключен через соответствующие последовательно соединен ные фильтр и амплитудный ограничител ко входу сумматора, выход которого соединен со входом порогового элемента, введены блоки задержки, блоки вычитания, ключ и дополнительные амплитудные ограничители, сумматор и пороговый элемент, выход каждого элемента фотоприемника подключен к одному входу соответствующего блока вычитания непосредственно, а к другону - через блок задержки, выход блока вычитания через соответствующи дополнительный амплитудный ограничитель соединен со входом дополнительного сумматора, подключенного ко вхо ду дополнительного порогового элемен та, выходы пороговых элементов подключены ко входам ключа. Введенные в известное устройство новые взаимосвязанные блоки позволяют установить отсутствие разлячия в сигналах яркости между двумя участ ками фона, расположенными по обе сто роны, от объекта - установить область локализации объекта при наличии в этот момент протяженного прямолинейного перепада яркости между объектом и фоном. Введение дополнительного признака локальности объекта- позволяет существенно снизить число ложных срабатываний от протяженных прямолинейных краев и повысить тем самым надежность автоматического распознавания протяженных линейных объектов. На чертеже приведена функциональная схема предлагаемого устройства. Устройство содержит объектив 1, блок 2 развертки изображения, многоэлементный фотоприем1шк 3, фильтры (верхних частот) 4, амш1итуднь)е огоаничители 5j сумматоо 6, поооговый элемент 7, ключ 8, блоки 9 задержки, блоки 10 вычитания, дополнительные амплитудные ограничители I1, дополнительный сумматор 12 и дополнительный пороговый элемент 13. На чертеже также изображены анализируемый участок поля 14, объект 15 и индикатор 16. Устройство работает следующим образом. I Объект I5j предъявленный для автоматического оаспочкавания на анализируемом участке поля 14, проецируется объективом 1 на блок 2 развертки изображения с прямоугольной щелью. В момент фронтального пересечения прямоугольной щелью прямого края изображения объекта 15 на выходе фотоприемников 3 появляются перепады электрических сигналов. Эти сигналы поступают на фильтры 4, где подавляется низкочастотная составляющая сигнала, вызванная разной абсолютной яркостью отдельных участков анализируемого поли 14. Выделяются только перепады яркостей изображения. На выходе фильтров 4 форкшруются импульсы, амплитуда которых определяется величиной и крутизной перепадов электрических сигналов, поступающих на вход. Далее электрические сигналы, поступающие с выходов фильтров 4, ограничиваются по амплитуде амплитудными ограничителями 5. Этим устраняется влияние на работу устройства яркости объектов и фона и контраста объекта 15 относительно фона. Нормированные по амплитуде сигналы с выходов амплитудных ограничителей 5 одновременно поступают на Ьумйатор 6. С выхода сумматора 6 сигнал, пропорциональный количеству поступающих на его входы однополярных импульсов, поступает на пороговый элемент 7. При превышеНИИ сигналом выставленного порогового уровня устройство вырабатывает сигнал наличия прямолинейного края изоб зажения объекта 15.Этот сигнал при открытом ключе 8 приводит к ерабатывашпо ивдикатора 16 , Дополнительно введенные блоки обеспечивают выработку сигнала локальности протяженного линейного объекта. В блоках 10 вычитания производится вычитание текущего значешш сигнала, поступающего с каждого фoтoпpиeмшiка 3, на значения сигнала, задержанного в блоке 9 задержки на время сканирования прямоугольной щелью блока 2 развертки изображения наибольшей возможной ширины протяженного линейного объекта. Этим обеспечивается сравнение сигналов яркости фона по обе стороны от объекта для определения его локальности. Разностные сигналы, поступающие с выходов блока 10 вычитания, ограничиваются по амплитуде дополнительными амплитудными ограничителями 11. Этим устраняется влияние на принятое решение абсолютной яркости фона и определяется только наличие или отсутствие различий в яркос тях фона по обе стороны от объекта, Нормализовангаш по амплитуде сигналы свыходов дополнительных амплитуд ных ограничителей 1 одновременно п ступают на дополнительный сумматор С выхода допол штельного сумматора сигнал, пропорциональный количеству поступающих на его входы однополярных импульсов, поступает на дополнительный пороговый элемент 13. При пр вышении сигналом выставленного порогового уровня вырабатывается сигнал отсутствия локальности объекта, т. принимается решение, что это не протяженный линейный объект, а прямой край, так как есть различие в яркоетях фона по обе стороны от объекта. Этот .сигнал запирает ключ 8 по управляющему входу и не пропускает сигнал наличия прямоугольного края изображершя объекта 15 с порогового элемента 7 и на выход индикатора 16 Если сигнал с выхода дополнительного сумматора 12 не превьшает выставленного порогового уровня в дополнитель ном пороговом элементе 13, то это оз начает, что нет различий в яркостях фона по обе стороны от объекта. Ключ 8 будет открыт, и. сигнал края объекта с выхода порогового элемента 7 поступит на вход индикатора 16, включение которохо сигнализирует о наличии протяженного линейного объекта. Изобретение позволяет значительно повысить надежность автоматического распознаваьшя протяженных линейных объектов и может быть эффективно использовано при автоматизации процесса поиска и обнаружения этого класса объектов в натурных условиях и при анализе изображений на носителях информации . Формула изобретения Устройство для распознавания протяженных линейных объектов, содержащее оптически связанные объектив, блок развертки изображения и многоэлементный фотоприемник, каждый эпемент которого подключен через соответствующие последовательно соединенные фильтр и амплитудный ограничитель ко входу сумматора, выход которого соединен со входом порогового элемента, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности распознавания, оно содержит блоки задержки, блоки вычитания, ключ и дополнительные амплитудные ограничители, сумматор и пороговый элемент, выход каждого элемента фотоприемника подкгаочен к одному входу соответствующего блока вычитания непосредственно, а к другому - через блок задержки, выход блока вычитания через соответствующий дополнительный амплитудный ограничитель соединен со входом дополнительного сумматора, подключенного ко входу дополнительного порогового элемента, выходы пороговых элементов подключены ко входам ключа. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 336673, кл. G 06 К 9/13, 1972. 2.Авторское свидетельство СССР 630524, кл, G 06 К 9/13, 1978. № 3.Авторское свидетельство СССР № 597274, кл. G 06 К 9/13, 1977 (прототип