Устройство для распознавания прямолинейных элементов изображений Советский патент 1981 года по МПК G06K9/00 

1 - ;

Изобретение относится к автоматчике и вычислительной технике, в частности/ к устройствам для разпознавания образов,,- и может использоваться в системах автоматического анализа изобргикений, в телевизионном зрении робо тов, для обработки биомедицинских препаратов, при анализе и класси 1 икации почвенных структур, для обмена геолоточеских карт, для разпознава- НИИ линейных элементов треков.

Известны устройства для разпознавания прямолинейных элементов изображений, дбйст.вие которых основано на анализе сигналов, формируемых на выходе телевизионного датчика при помощи совокупности электронных блоковtlj

Наиболее близким по технической супдности к предлагаемому является устройство для распознавания прямолинейных элементов изображений, содержгидее телевизионный датчик, блок вычитг ния, элемент задержки, первый : пороговый элемент, первый-суквлатрр, подключенный к его выходу второй пороговый элемент и блок сянхроняэации, выход синхроимпульсов которого подключен ко входу синхронизащии теяевнзионцозто датчика, выход телевизирниогр датчика подключен к первому вхо||у

блока вычитания, элемент задержки включен между выходом телевизионного датчика и вторым входом блока вычитания, а выход блока вычитания подкпючен ко входу первого порогового злемента t. , . .

Недостатком зтого устройства является низкое быстродействие, обусловленное необходимостью последова10тельного анализа поля изображений по различным углам наклона и отсутствием автоматкческого определения начальной точки сканирования.

Цель изобретения - повыаение быстродействия устройства.

Поставленная цель достигается тем за счет того, что в состав устройст-г ва введены блок памяти, элемент И, первый вхр которого подключен к вы20ходу первого порогового элемента, а выход- кЬ входу первого сумматора, схема сравйЬния, выход которой подключен ко -второму входу элемента И, последовательно соединенные счетчик

25 тактовых импульсов, первый блок элементов И и регистр координаты X, второй сумматор, первый вход которого подключен к выходу регистра координаты X, а выход - к первому входу схе30мы сравнения, последовательно соединенные счетчик строчных импульсов, etopdfl блок элементов И и регистр координаты У, третий сумматор, первый вход которого подключен к выходу регистра координаты Y, а выход - ко второму входу схемы сравнения, выход первого порогового элемента подключен к первым управляющим входам первого и второго блоков элементов И, выходы тактовых и строчных импульсов блока синхронизации подключены соответственно ко входу счетчика тактовых импульсов и входу счетчика строчных импульсов, выходы которых подключены соответственно к третьему и четвертому входам схемд сравнения,а также к адресным входам координат X и Y блока памяти выход которого подключен ко вторым управляющим входам первого и второго блоков элементов И, выход сигнала приргицений координаты X блока памяти подключен ко второму входу второго сумматора, выход сигнала приращения координаты Y блока памяти - ко второму входу третьего сумматора, управляющий вход блока памяти подключен к выходу схемы .сравнения, а вход записи блока пг1мяти - к выходу второго порогового элемента.

На чертеже представлена схема устройства.

Устройство содержит телевизионный датчик 1, блок вычитания 2, элемент задержки 3, первый пороговый элемент 4, первый блок элементов И 5, второй блок элементов И 6, элемент И 7, первый сумматор 8, второй пороговый элемент 9, блок синхрониэсщии 10, счетчик тактовых импульсов 11, счетчик строчных импульсов 12, схему 13 сравнения, блок памяти 14, регистр 15 .координаты X, второй сумматор 16, регистр 17 координаты Y и третий сумматор 18.

5а счет введения новых блоков и связей повышается оперативность распознавания прямых линий и краев объек тов произвольных направлений, т.е. уменьшается время распознавания, повышается производительность работы устройства, упрощается его эксплуатёмция

поскольку в устройстве производится

проверка на прямую линию или край объекта только в том месте, где встречается контурная точка и пропускаются участки, свободные от них. Не требуется априорной информации о направлении прямого края или прямой линии, устройство автоматически перестраивается по всему полю изобретения. Устраняется повторное распознавание ранее выделенных прямлх линий и краев объектов. Исключается участие оператора - вывод в начальную точку суммирования происходит в результате поиска. Кроме того, упрощается структура устройства для выделения и распознавания прямых линий и краев объек

тов произвольных направлений в изображении.

Устройство работает следукицим образом.

Поле анализируемого изображения просматривается в соответствии с законом телевизионной развертки - слева Направо, сверху вниз. Параллельно просматривается и блок памяти 14, с1дреса считывания которого задаются счетчиком тактовых импульсов 11 и счетчиком строчных импульсов 12. В исходном положении часть блока памяти 14, которая соответствует полю изображения, свободна. В блоке вычитания 2 последовательно вычисляется разность амплитуд зсодержанных сигналов в элементе задержки 3 и незгщержанных сигналов с выхода телевизионного датчика 1. Эта разность затем подается в первый пороговый элемент 4, и в случае превышения установленного порога, на его выходе появляются импульсы, которые соответствуют контурным элементам. Первый этап - процесс поиска контурного элемента. В момент времени, когда электронный луч пересекает перепад яркости, соответствующий контурному элементу, на выходе первого порогового элемента 4 появляется сигнал, который является разрешающим на первых управляющих входах блоков элементов И 5 и б. Вторым управляющим сигналом для блоков элементов И 5 и б является сигнал состояния с выхода блока Пс1мяти 14, но поскольку память в начальный момент свободна, то он также разрешающий. Таким образом, сигнал с выхода счетчика тактовых импульсов 11 и счетчика строчных импульсов 12, которые в данный момент времени определяют координату X и координату Y контурного элемента соответственно через открытые блоки элементов И 5 и 6« записываются в регистр

15координаты X и регистр 17 коорди наты Y и далее -. во второй сумматор

16и в третий сумматор 18. Так как в этот момент времени сигнал на выходе счетчика тактовых импульсов 11 равен сигналу на выходе второго сумматора 16, а сигнсл на выходе счетчика строчныхимпульсов 12 равен сигналу на выходе третьего сумматора 18, в схеме сравнения 13 формируется импульс, который открывает элемент И 7, и сигнал контурного элемента с выхода яервого порогового элемента 4 поступает на вход первого сумматора 8 Второй этап - собственно процесс распоз.1авания пряншх линий и краев объектов, используя пространственное накопление по направлениям оС ,/2, ...oL. Поскольку растр дискретный, то количество иап1 авлений ие так велико. Формирование направлений суммирования, т.е. интерполирование линейной функции X К«У, где К - коэффициент, задёпощий наклон линии, осуществляется вторым и третьим сумматорами 16 и 18 совместно с блоком памяти 14, Часть блока памяти отведена под хранение приращений координат X и Y, которые соответствуют различным значениям коэффициента К. За счет считывания IB каждом кадре из блока памяти 14 по действием управляющего сигнала с вы|хода схема сравнения 13 различных |Приращений координат X и Y во второй и третий сумматоры 16 и 18 обеспечивается изменение наклона интерполируемой линии с заданным 1щскретом (О 180), Например, при считывании из блока памяти 14 во второй сумматор 16 кода сигнгша единичного приращения координаты X, а в третий сумматор 18 - сигнала нулевого приращения Y, код сигнала на выходе второго сумматора 16 с каждым сигналом с выхода сравнения 13 увеличив ется на единицу. Схема сравнения 13 при равенстве кодов сигналов с выхода счетчика тактовых импульсов 11 и счетчика строчных импульсов 12 соответственно с кодами сигнгшов на выходах второго и третьего сумматоров 16 и 18 формирует импульсы, которые управляют считыванием приращений координат X и Y из блока памяти 14, а также открывают элемент И 7. Если в этот момент времени присутствует сигнсш на выходе первого порогового элемента 4,т.е. имеется контурный элемент, то этот сигнал через открытый элемент И 7 поступает на . вход первого сумматора 8. Таким образом, последовательно просматривается направление вдоль оси X. Если в данном направлении находится прямая

линия или край объекта, то в первом сумиаторе 8 будет сигнал, достаточный для срабатывания второго порогового элемента 9. Если прямой линии или края нет, накопленный сигнал в первом сумматоре 8 сбрасывается, и устройство переходит к суммированию в следующем направлении относительно начсшьных зафиксированных координат X и Y в регистрах 15 и 17 X и Y. При считывании из блока памяти 14, например кодов сигнгшов, соот.ветству ющих единичным приращениям координат X и Y, суммирование проходит под углом 45 ° . Если накопленный сигнал в первом сумматоре 8 превышает поро .установленный во втором пороговом элементе 9, т.е. в данном направлеНИИ находится прямая линия или край, то с выхода второго порогового элемента У на вход записи блока памяти 14 подается сигнал. По этому сигналу и сигналу с выхода схемы сравнения 13 записывается положение линии в блок памяти 14 (по начальным координатам X и Y и с данными приращени;.ми Затем суммирование происходит в следующем направлении и т.д. После просмотра всех направлений относительно фиксированных координат в регистрах 15 и 17 координат X и Y осуществляется поиск нового контурного элемента, при этом устройство не обращает внимания на контуркые элементы ранее выделенных линий., поскольку, как указывалось, параллельно с просмотром поля ангшизируемого изображения просматривается блок памяти 14. с тех мест, где была записана ранее выделенная линия, на вторые управляющие входы блоков элементов И 5 и 6 с выхода сигнала состояний блока памяти 14 подается запрещающий сигнал и коды сигналов, соответствующие коодинатам X и Y с выхода счетчика тактовых импульсов 11 и счетчика строчных импульсов 12, не проходят через блоки элементов И 5 и 6, несмотря на то, что на первых управляющих входах йтих блоков имеется разрешающий сигнал. Если сигнал состояния блока памяти 14 - разрешающий и имеется сигнал на выходе первого порогового элемента .4, координаты контурного элемента через блоки открытых элементов И 5 и 6 записываются в регистр координаты X 15 и регистр координаты Y 17 и далее во второй и третий сумматоры 16 и 18. Затем осуществляется процесс накопления по направлениям относительно уже этого элемента.Таким образом, процесс поиска и разпознавания происходит до тех пор, пока не будут выделены все прямые линии и края объектов в изображении.Включение новых блоков и связей в схему выгодно отличает предлагаемое устройство от прототипа. Во-первых, для распознавания прямых линий и краев объектов произвольных, направлений не требуется вручную каждый раз подстраивать время запаздывания во второй линии задержки или создавать большое количество устройств, -каждое из которых настроено на прямую линию или край определенного направления. Процесс распознавания прямых линий и краев произвольных направлений осуществляется одним предлагаемым устроством, автоматически перестраивающимся по всему полю изображения, причем за счет просмотра блока памяти 1 параллельно с просмотром поля анализируемого изображения исключается -повторное -распознавание ранее выделенных прямых линий и краев объектов При этом в значительной степени сокрщается время распознавания, повышается производительность работы устройства, а также упрощается структура устЕ ойства для распознавания прямых линий и краев объектов произвольных направлений. Во-вторых, не требуется участия оператора для вывода устройства в н.ачальную точку суммирования. За счет организации двухстадийной процедуры -поиск контурного элемент и распознавание, используя накоплени по направлениям,обеспечивается возмо ность автоматического вывода в начальную точку суммирования и распознавание прямых линий и краев объектов, при этом также повышается опера тивность распознавания, поскольку в устройстве производится проверка на прямую линию или край объекта только в том месте, где встречается контурная точка и пропускаются участки, не со цержащие их, и процесс поиска авто матизирован. В-третьих, устройство может оперативно перестраиваться под любую конкретную задачу за счет изме нения приращений координат Хи Y, хр нимых в блоке памяти. При этом можно выбрать наилучший режим работы устро ства и. повысить производительность его работы. В-четвертых, в предлагаемом устройстве исключен тракт задержки. Суммирование по различным направлениям осуществляется управляемым элек ментом И 7, который открывается в нужный момент импульсом с выхода схемл сравнения 13,при равенстве кодов сигналов с выхода счетчика тактовых импульсов 11 и сч.етчика строч ных импульсов 12 соответственно с кодами сигналов с выхода и третьего сулматоров 16 и 18. Интерполирование координат линейной функции X обеспечивается вторым и третьим сумматорами 16 и 18 совместно с блоком памяти 14, откуда считываются приращения кодов сигналов, соответствунвдие различным коэффициентам К. Код на выходе второго сумматора 16 изменяется по закону Р-к . ,. - - ). а- код на выходе третьего сумматора в- Р-к -чГ ,к - где X - - значение координаты X на . 1-ой строке разложения; &Х{ - приращение, определяющее наклон линии п « 1,2,... Y - значение координаты Y,соответствующее 1-ой строке, разложения; &Y - приращение координаты Y, которое равно нулю при интерполировании горизонтальной линии или единице в остальных случаях; К - номер строки,- на которой в режиме поиска выделен контурный элемент, Р т число строк разложения. Кроме того, данным устройством можно параллельно с распознаванием производить также и измерение длины линий В этом случае во втором пороговом элементе 9 устанавливается небольшой порог, повьааение которого указывает на присутствие в данном направлении линии, а не шумовых элементов, то по величине накопленного сигнала можно судить о длине линии. Таким образом, включение новых и связей позволяет в значительной степени повысить оперативность распознавания - сокращение времени распознавания и повыиение производительности работы устройства, упрощение эксплуатации, за счет автоматизации процесса поиска и распознавания, при исключении повторного распознавания ранее выделенных линий и прямых краев объектов, за счет обеспечения возможности гибкой перестройки устройства под конкретную задачу. Формула изобретения Устройство для распознавания прямолинейных элементов изображений, содержащее телевизионный датчик, блок вычитания, элемент задержки, первый пороговый элемент, первый cyMMiciTOp, подключенный к его выходу второй поро-. говый элемент и блок синхронизации, выход синхроимпульсов которого .подключен ко входу синхронизации телевизионного датчика, выход телевизионного датчика подключен к первому входу блока вычитания, элемент задержки включен между выходом телевизионного датчика и вторым входом блока вычитания, а выход блока вычитания под-ключей ко входу первого порогового элемента, отличающееся тем, что, с целью повьшения быстродействия устройства, оно содержит блок памяти, элемент И, первый вход которого подключен к выходу первого порогового элемента, а выход - ко входу первого сумматора, схему сравнения, выход которой подключен ко второму входу элемента И, последовательно соединенные счетчик тактовых импульсов, первый блок элементов И и регистр координаты Х,.втсфой сумматор, первый вход которого подключен к выходу регистра координаты X, а выход - к первому входу схемы, сравнения, последовательно соединенные счетчик строчных импульсов, второй блок элементов И и регистр координаты Y, третий сумматор, первый вход которого подключен к выходу регистра координаты Y, а выход - ко второму входу cxet« сравнения, выход первого порогового элемента подключен к первым управляющим входам первого и второго , блоковэлементов И, выходы тактовых и строчных импульсов блока синхронизации подключены соответственно ко входу счетчика тактовых импульсов и входу счетчика строчных импульсов, выходы которых подключены соответственно к третьему и четвертому входам схемы сравнения, а также к адресным входам координат X и У блока памяти.

выход которого подключен ко вторым управляющим входам первого и второго блоков элементов И, выход сигнала приращений координаты X блока памяти подключай ко второму входу второго сумматора, выход сигнала приращения . координаты Y блока памяти - ко второму входу третьего сумматора, управляющий вход блока памяти подключен к выходу схенл сравнения, а вход эапнси блока памяти - к выходу второго порогового щ Мемента.

Источники инфсфмации, принятые во внимание при экспертизе

1,. Авторское свидетельство СССР 548873, кл. с. 06 К 9/00,

-I J / Э

2. Авдеев B.li, и др, край как признак для выделения фигуры. Техника средств связи. Сер. Технка телевидения, 1977, вып.1, с.96, рис. 9 (прототип),