Устройство обнаружения и определения координат объекта на изображении

(5 ТЕ Я ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ И АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС(71) Рязанский радиотехнический институт(56) Авторское свидетельство СССРМ 1427396, кл. 6 06 К 9/36, 1987.(54) УСТРОЙСТВО ОБНАРУЖЕНИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТ ОБЪЕКТА НАИ 3 ОБ РАЖЕ Н ИИ(57) Изобретение относится к технике цифровой обработки изображений и может бытьиспользовано в системах техническогозрения, Целью изобретения является повышение точности определения координат Изобретение относится к технике цифровой обработки изображений и может быть использовано в системах технического зрения.Известно устройство (1, содержащее аналого-цифровой преобразователь, три блока памяти, блок вычисления корреляции, вентиль и блок управления, Недостатком устройства является невысокая точность определения координат объекта, обусловленная наличием участков фона, а также аддитивных помех в эталонном изображении объекта.Известно устройство 2, содержащее блок входной памяти, блок оперативной памяти, блок оперативной памяти для хранения корреляционных оценок, коррелятор, блокадресации,блокуправления,в котором в каждом кадре координаты объекта опредеобъекта. Устройство обнаружения и определения координат объекта на изображении содержит четыре блока памяти 1, 6, 8 и 9, блок 2 вычисления оценок яркости элементов изображений, коммутатор 3, блок 4 оценки параметров движения., блок 5 классификации объектов, блок дифференцирования 7, блок адресации 10, блок управления 11 и блок 12 координатных регистров. Цель изобретения достигается тем, что в устройстве в зависимости от режима работы выполняется линейная либо нелинейная оценка параметров траектории движения объекта, классификация элементов изображения на множество точек фона и объекта межкадровая фильтрация элементов изображений фона и объекта. 11 ил. ляются путем отыскания глобального минимума меры отличия из двух множеств корреляционных оценок. Первое множество определяют путем сравнения эталона с реальным текущим изображением, а второе путем сравнения эталона с размасштабированным текущим изображением, при этом направление размасштабирования определяется тем, приближается или удаляется объект. Недостатком устройства является невысокая точность определения координат, объекта, вызванная тем, что в эталоне не учитываются изменения формы и яркости текущего изображения объекта. Кроме того, в эталоне наряду с искомым объектом присутствуют участки фона и аддитивные помехи, искажающие эталонное иэображение.Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является55 щие сигналы (У 1 - У 80) записаны в микро- программируемую память 49, Блок 49 является блоком репрограммируемой памяти. При подаче соответствующего адреса на адресный вход БРП 49 происходит считывание выбранных значений управляющих сигналов, которые затем переписываются сигналом АЗ в,регистр микрокоманд 50, Адрес микрокоманды генерируется формирователем 48 адреса микрокоманды. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Устройство позволяет повысить точность определения координат объекта за счет выделения множества точек изображения объекта, использования в качестве координат объекта вычисленных координат центра тяжести объекта и периодической коррекции положения изображения объекта в эталоне относительно центра эталона. Если комплекс этих мероприятий не выполнятьь, то в результате межкадрового сглаживания эталонного изображения объекта происходит смещение изображения объекта из центра эталона к его краям. По этом при использовании в качестве координат объекта координат центра эталона возникает ошибка в определении местоположения объкта, которая при отсутствии коррекции с течением времени накапливается и приводит к срыву слежения.Устройство позволяет повысть точность определения, координат объекта зэ счет применения траекторной обработки результатов измерений, которая, во-первых, позволяет сгладить и тем самым уменьшить ошибки, имеющие место при измерении координат объекта, и, во-вторых, за счет прогнозирования положения объекта в следующих кадрах позволяет не терять контролируемый объект при временном его исчезновейии, например, из-за закрытия его посторонним объектом или случайных сбоев.В устройстве на этапе нелинейного оценивания координат объекта учитываются элементы прогнозируемого (эталонного) иэображения, принадлежащие множеству точек объекта. Элементы, принадлежащие фону, не учитываются, Это также повышает точность определения координат объекта.Устройство обладает широкими функциональными возможностями, Помимо слежения за протяженными объектами, устройство выполняет автоматическое обнаружение малоразмерных и протяженных объектов, появляющихся в зоне наблюдения, а также осуществляет слежение за малоразмерными объектами с автоматическим переходом из режима обнаружения в режим сопровождения. Формула изобретения Устройство обнаружения и определения координат объекта на изображении, содержащее первый блок памяти, первый вход которого является первым информационным входом устройства обнаружения и определения координат объекта на,изображении, а выход соединен с первыми входами блока вычисления оценок яркости элементов изображения и коммутатора, второй и третий входы коммутатора соединены соответственно с выходом блока вычисления оценок яркости элеметов изображений и первым выходом блока управления, второй выход которого соединен с первым входом второго блока памяти, второй вход которого соединен с выходом коммутатора, и блок координатных регистров, выход которого является первым выходом устройства обнаружения и определения координат объекта на изображении, а управляющий вход соединен с третьим выходом блока управления, четвертый выход которого соединен с вторым входом блока вычисления оценок яркости элементов изображений, а вход блока управления является управляющим входом устройства обнаружения и определения координат объекта на изображении, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности определения координат объекта, введены последовательно соединенные блок адресации, первый вход которого соединен с пятым выходом блока управления, блок дифференцирования, блок оценки параметров движения, второй вход которого соединен с выходом первого блока памяти, и блока классификацииобъектов, второй вход которого соединен с первым выходом первого блока памяти, второй вход которого является вторым управляющим входом устройства обнаружения и определения координат объекта на изображении, а также третий и четвертый блоки памяти, и ри этом шестой, седьмой, восьмой, девятый и десятый выходы блока управления соединены соответственно с третьим входом блока классификации объектов, вторым входом блока оценки параметров движения, третьим входом блока дифференцирования, первым входом четвертого блока памяти и первым входом третьего блока памяти, второй вход которого соединен с вы ходом коммутатора, третий вход третьегоблока памяти соединен с третьим входом второго блока памяти, четвертым входом блока классификации объектов, первым входом первого блока памяти и вторым 10 выходом блока адресации, третий выход которого соединен с вторым, входом первого блока памяти, а второй вход соединен с вторым входом блока координатных регистров и вторым выходом блока оценки параметров 15 движения, третий вход которого соединен стретьим входом блока дифференцирования и первым выходом четвертого блока памяти, второй выход которого соединен с вторым входом блока управления, третий вход кото рого соединен с первым выходом блокаклассификации, второй выход которого соединен с третьим входом блока вычисления оценок яркости элементов изображений, четвертый вход которого соединен с пятым 25 входом блока классификации, выходом второго блока памяти и вторым входом четвертого блока памяти, третий вход которого соединен с шестым входом блока классификации, пятым входом блока вычисления оце нок яркости элементов изображений ивыходом третьего блока памяти, а четвертый вход соединен с первым выходом блока адресации, третий вход которого является третьим управляющим входом устройства 35 обнаружения и определения координатобъекта на изображении, вторым выходом которого является четвертый выход блока классификации.1737755 Начало Нет Рорииро 8 ание иск,эталонного Фона,Функции классиФикаииии т.о,Риксиро аюие начала очеребноаокадра 3ХлассиФикация эле, иен. текущ.кадра тек ею кадра ф,ЦЬнаружен.Да 5 зычиск. оцен, координ.ьекта япхЗлу и прог-ноза лл.ь, лач аоюка Нераект акоории,зчиласа 8 ыдача д блодпла, лпу Сглааи ание эталонного изображен. Фона ЬбГ уекущ. кофре нар ужен, 1 гложи ание эталон иоао изобр.об ьекгаа Да а язка раектории за чил асьХблокц 17 ДО 6 ычисьение прогноЗО лл 1 х,пу а язка аекторио юончиАаси. 1 ь ача лок Йпрогноза л ,ау О Вы ачанд 4 е ыхк ординат б блок 121737755Сблоку 217 Формирооание прогнози.руемого изображ п 1Риксиро ание началаочередного кадра19Вычислениелпк2 о Нелинейное оцени аниекоорд, л пх и скор. л пх объектВычисление лпчх лп,1Вычисление д"Олпу 922 Нелинейное оиени аниекоорд. лпу и скор. ъпу ооьектВЫЧиСЛЕНиг ЛП 1 Ч,Лп+1 Ч2 э КлассиФикация участкатекущ. кадра с коорд-иицентра лпх,п 112 Ч ХаррЕКиия ЬПХ,Пу,ХП 1 хл.1, с учегпом оычц,сл. коорд,ценйпра объек/па, оыдачапх, п В блОк 12 11Сглажиоание згпалонногизображения рона2 Е СгЛажибаНиЕ ЭГПаЛОННОго иэобр, обьекгг 1 аДауу 5 )9оаФи 2,71Составитель Б.АлпатовРедактор Т,Орловская Техред М.Моргентал Корректор О.ЦиплеЗаказ 1908 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 1015 10 15 20 30 35 40 45 50 55 выбранное в качестве прототипа устройство для определения положения объекта на изображении 31, содержащее первый блок памяти, блок временного сглаживания, коммутатор, блок управления, второй блок памяти, коррелятор, блок определения координат. Первый вход первого блока памяти является информационным входом устройства, второй вход подключен к первому выходу блока управления, выход первого блока памяти подключен к первому входу блока сглаживания, к первому входу коммутатора и ко второму входу коррелятора. Второй вход блока сглаживания подключен ко второму выходу блока управления, а выход - к третьему входу коммутатора, второй вход которого подключен к пятому выходу блока управления. Выход коммутатора подключен к первому входу второго блока памяти, второй вход которого подключен к третьему выходу блока управления. Выход второго блока памяти подключен к первому входу коррелятора, третий вход коррелятора подключен к четвертому выходу блока управления, а выход - к первому входу блока определения координат, второй вход которого подключен к шестому выходу блока управления. Первый выход блока определения координат подключен к первому входу блока управления, второй выход блока определения координат является информационным выходом устройства, второй вход блока управления является синхронизирующим входом устройства,Недостатком устройства является невысокая точность определения координат объекта на изображении, вызванная тем, что в качестве эталонного изображения объекта используется сглаженное изображение, в котором наряду с искомым объектом присутствуют участки фона. Кроме того, в качестве координат объекта используются координаты центра эталонного изображения, а не некоторой точки объекта, условно принимаемой за его центр. В этом случае при частом обновлении эталона изображение объекта в эталоне смещается из центра к его краям, что приводит к ошибкам в определении его координат, а при отсутствии коррекции положения объекта относительно центра эталона - к срыву сопровождения. Недостатком устройства является ограничение функциональных возможностей, обусловленных отсутствием возможности автоматического обнаружения малоразмерных объектов и слежения за ними.Целью изобретения является повышение точности определения координат объекта и расширение функциональных возможностей устройства за счет решения задачи автоматического обнаружения движущихся объектов и обеспечения возможности слежения за малоразмерными объектами.Это достигается тем, что в устройство, содержащее первый блок памяти, первый вход которого является первым информационным входом устройства, а выход соединен с первыми входами блока вычисления оценок яркости элементов изображений и коммутатора, второй и третий входы коммутатора соединены соответственно с выходом блока вычисления оценок яркости элементов иэображений и первым выходом блока управления, второй выход которого соединен с первым входом второго блока памяти, второй вход которого соединен с выходом коммутатора, и блок координатных регистров, выход которого является выходом устройства, а управляющий вход соединен с третьим выходом блока управления, четвертый выход которого соединен со вторым входом блока вычисления оценок яркости элементов изображений, а вход блока управления является управляющим входом устройства, с целью повышения точности определения координат объекта, введены последовательно соединенные блок адресации, первый вход которого соединен с пятым выходом блока управления, блок дифференцирования, блок оценки параметров движения, второй вход которого соединен с выходом первого блока памяти, и блок классификации, второй вход которого соединен с первым выходом первого блока памяти, второй вход которого является вторым управляющим входом устройства, а также третий и четвертый блоки памяти, при этом шестой, седьмой, восьмой, девятый и десятый выходы блока управления соединены соответственно с третьим входом блока классификации, вторым входом блока оценки параметров движения, третьим входом блокадифференцирования, первым входом четвертого блока памяти и первым входом третьего блока памяти, второй вход которого соединен с выходом коммутатора, третий вход третьего блока памяти соединен с третьим входом второго блока памяти, четвертым входом блока классификации, первым входом первого блока памяти и вторым выходом блока адресации, третий выход которого соединен со вторым входом первого блока памяти, а второй входсоединен со вторым входом блока координатных регистров и вторым выходом блока оценки параметров движения, третий вход которого соединен с третьим входом блока дифференцирования и первым выходом четвертого блока памяти, второй выход которого5 10 55 соединен со вторым входом блока управления,.третий вход которого соединен с первым выходом блока классификации, второй выход которого соединен с третьим входом блока вычисления оценок яркости элементов изображений, четвертый вход которого соединен с пятым выходом блока классификации, выходом второго блока памяти и вторым входом четвертого блока памяти, третий вход которого соединен с шестым входом блока классификации, пятым входом блока вычисления оценок яркости элементов изображений и выходом третьего блока памяти, а четвертый вход соединен с первым выходом блока адресации, третий вход которого является третьим управляющим входом устройства, четвертый выход блока классификации является вторым выходом устройства,На фиг, 1 представлена блок-схема устройства обнаружения и определения координат объекта на изображении; на фиг, 2 - схема блока адресации и блока координатных регистров; на фиг. 3 - схема блока вычисления оценок яркости элементов изображений; на фиг, 4 - схема блока дифференцирования; на фиг. 5 - схема блока управления; на фиг, 6- схема первого блока памяти; на фиг. 7- схема блока нелинейного оценивания параметров на фиг. 8 - схема классификации; на фиг. 9 приведены временные диаграммы .сигналов, поясняющие работу устройства; на фиг. 10, 11 - блок-схема алгоритма работы устройства.Устройство обнаружения и определения координат объекта на изображении (фиг, 1) содержит первый блок 1 памяти, блок 2 вычисления оценок яркости элементов изображений, коммутатор 3, блок 4 оценки параметров движения, блок 5 классификации объектов, второй блок 6 памяти, блок 7 дифференцирования, четвертый блок 8 памяти, третий блок 9 памяти, блок 10 адресации, блок 11 управления и блок 12 координатных регистров.Блок адресации (фиг. 2) содержит два формирователя адреса (ФА) 13, 14, четыре регистра 15 - 18, четыре сумматора 19-22, три счетчика 23 - 25, компаратор 26 цифровых кодов, два элемента ИЛИ 27, 28, элемент НЕ 29,Блок координатных регистров (фиг. 2) содержит два регистра 30, 31.Блок вычисления оценок яркости элементов изображений (фиг, 3) содержит элементИ 32, два регистра 33, 34, мультиплексор 35, вычитатель 36, умножитель 37, сумматор 38.Блок дифференцирования (фиг. 4) содержит пять регистров 39-43, вычитатель 15 20 25 30 35 40 45 50 44, блок 45 оперативной памяти (БОП), блок 46 постоянной памяти (БПП), элемент ИЛИ 47.Блок управления (фиг. 5) содержит формирователь 48 адресов микрокоманд (ФАМ), блок 49 репрограммируемой памяти (БРП), регистр микрокоманды 50, элементы И 51, 52, триггер 53, элемент И - Н Е 54, мультиплексор 55 кода условия, счетчик 56, элемент ИЛИ-НЕ 57.Блок 1 памяти текущего изображения (фиг, 6) содержит два приемопередатчика информации (ППИ) 59, 60, два БОП 61, 62, триггер 63, элемент НЕ 64.Блок 8 памяти (фиг. 6) содержит БОП 65 и мультиплексор 66.Блок оценки параметров движения (фиг.7) содержит регистры 67-81, вычитатели 82 - 84, три умножителя 85-87, четыре сумматора 88 - 91, два мультиплексора 92, 93.Блок классификации (фиг, 8) содержит регистры 94-100, два вычитателя 101, 102, три мультиплексора 103 - 105, четыре сумматора 106-109, четыре компаратора 110-113 цифровых кодов, БОП 114, элементы И 115, 116, счетчики 117, 118, элементы И 119, 120, два умножителя 121, 122, шесть БПП 123 - 128,Устройство обнаружения и определения координат объекта на изображении работает следующим образом. Сигнал А 1 (фиг.9, в) открывает элемент И 52, на вход которого поступает внешний сигнал тактовой частоты А 2 типа меандра (фиг, 9, а), задающий частоту работы синхронизируемых элементов устройства. Частота сигнала А 2 определяется быстродействием используемой элементной базы. На выходе элемента И 52 формируется сигнал АЗ (фиг. 9, б), Одновременно единичный уровень сигнала А 1 поступает на вход В триггера 53 и первый вход элемента И - НЕ 54, на второй вход которого подается внешний кадровый синхроимпульс А 4 (фиг. 9, д). Единичный уровень очередного кадрового синхроимпульса устанавливает триггер 53 в единичное состояние. В результате этого на выходе триггера 53 формируется сигнал А 6 (фиг, 9, г), который открывает элемент И 51 и разрешает прохождение управляющих сигналов У 1-У 4 на первый управляющий вход ФАМ 48. С этого момента устройство обнаружения и определения координат объекта на изображении начинает работать в соответствии с микпропрограммой, хранящейся в блоке 49 репрограммируемой памяти. Работа устройства организована таким образом, что втечение времени одного кадра производится запись текущего кадра в один из блоков оперативной памяти, например блок 61, 173775551015 20 25 30 35 40 45 50 55 блока 1 памяти текущего изображения и одновременно с этим осуществляется обработка предыдущего кадра, записанного в другом блоке оперативной памяти, блока 1., Для синхронизации записи текущего кадра- используются внешние синхронизирующие сигналы: сигнал тактовой частоты А 7 типа меандра (фиг. 9., 3), задающий частоту дискретизации отсчетов входного цифрового видеосигнала А 5, кадровый синхроимпульс А 4 (фиг. 9, д), строчной синхроимпульс. А 8 (фиг, 9, ж) видеосигнала и шестиразрядный сигнал А 14, Эти сигналы управляют счетчиками 23 и 25, формирующими десятиразрядный адресный сигнал А 9 (фиг. 9, р), элементом ИЛИ 27, который формирует нулевой сигнал записи А 10=А 7 ЧА 4 ЧА 8 ЧА 12 (фиг. 9, к), счетчиком 24 и цифровым компаратором 26. Счетчик 24, на счетный вход которого поступает строчной синхроимпульс А 8, а на. вход обнуления сигнал А 15 (фиг. 9, м), и цифровой компаратор 26, сравнивающий цифровые значения сигнала А 13 (фиг, 9, и), снимаемого с выхода счетчика 24,.и сигнала А 14, и редставляющего коэффициент прореживания строк и, формируют сигнал А 11 (фиг, 9, л), который появляется на выходе компаратора 26 в момент равенства цифровых значений сигналов А 13 и А 14, Сигнал А 12=А 11 разрешает запись каждой, строки изображения датчика видеосигнала, кратной и, в блоки оператив.ной памяти 61 или 62 блока 1. Сигнал А 15 появляется на втором выходе цифрового компаратора 26 в случае, когда цифровое . значение сигнала А 13 больше значения сигнала А 14,Счетчик 23, на счетный вход которого поступает сигнал А 10, а на вход установки в ноль - сигнал А 16=А 12 ЧА 8, формирует адреса отсчетов сигнала А 5 в строке текущего кадра (пять младших разрядов сигнала А 9(А 9,1 - А 9=5), а счетчик 25, управляемый по входам установки в ноль и счетному входу сигналами А 4 и А 12, формирует адрес строки текущего кадра (пять старших разрядов сигнала А 9(А 9=6 - А 9=10),Передачу сигналов А 9, А 10 на управляющие входы БОП 61 или 62 блока 1, выбранного для записи очередного телевизионного кадра, осуществляет четырехканальный приемопередатчик 59 путем коммутации канала В с каналом А или С. Подключение входа выбранного БОП к информационному входу устройства осуществляется с помощью приемопередатчика информации 60 блока 1. Очередностью записи в БОП 60 и 61 последовательно поступающих кадров телевизионного изображения управляют сигналы А 17 (фиг. 9, и) и А 18=А 17, Сигналы А 17 и А 18 формируются триггером 63, на счетный вход которого поступает инвертированный кадровый синхроимпульс А 4.Канал Х ППИ 60 соединен с информационными входами блоков 2 - 5. При нулевом уровне сигнала А 17 канал В ППИ 59 коммутируется с каналом А, а канал Х - с каналом С, канал В ППИ 60 коммутируется с каналом Х, а канал С - с каналом А. При единичном уровне сигнала А 17 все выполняется наоборот.Канал А ППИ 60 блока 1 является информационным входом устройства обнаружения и определения координат объекта на изображении,На фиг. 9 показаны временные диаграммы сигналов, поясняющие момент начала работы устройства и процесс записи видеосигнала текущего кадра, например, в БОП 61. Диаграммы сигналов носят качественный характер, при этом считалось, что 01=300 строк, а размерность текущего кадра 8 х 8 элементов. Диаграммы разрядов А 9=4, А 9=5, А 9=9, А 9=10 сигнала А 9 на фиг.9 не показаны, поскольку имеют нулевое значение,В самом первом с начала работы кадре производится только запись телевизионного изображения например в БОП 61. Формирование исходных массивов данных и запись их в соответствующие блоки происходит во время записи второго кадра в БОП 62. Начиная с третьего кадра устройство обнаружения и определения координат объекта на изображении, кроме записи очередного кадра в БОП 61, обрабатывает записанный в БОП 62 предыдущий кадр,Алгоритм обнаружения и определения координат движущегося объекта на изображении, реализованный в заявляемом устройстве, получен из решения задачи слежения как задачи оценки параметров движения и параметров, связанных с изображениями фона и объекта.Блок-схема алгоритма, реализованного в устройстве обнаружения и определения координат объекта на изображении, приведена на фиг. 10, 11. Первая часть алгоритма (фиг, 10) соответствует работе устройства в режиме автоматического обнаружения и завязки траектории обнаруженного объекта.На фиг. 11 приведена вторая часть алгоритма работы устройства в режиме слежения.В алгоритме (фиг. 10, 11), реализованном в заявляемом устройстве, можно выделить следующие основные этапы обработки информации.1. Формирование и запись исходных массивов информации 6, В., еНплиу 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 г О,20 2. Классификация элементов наблюдаемого изображения Ь.3. Рекуррентная фильтрация параметров движения объекта и выдача координат в блок 12.4. Сглаживание эталонного изображения фона Ои.5. Сглаживание эталонного изображения объекта Ни,6. Формирование прогнозируемого изображения Яи+1,7. Вычисление производной изображедЬния д-,8, Нелинейное оценивание скорости и координаты объекта по оси Х.9. Вычисление производной изображедЯиния дД - .10, Нелинейное оценивание скорости и координаты объекта по оси У.11. Классификация участка фЪ наблюдаемого изображения.12. Коррекция координат объекта и выдачи их в блок 12,Первый этап вычислений выполняется во время записи второго кадра в БОП 61 и только один раз. В течение этого этапа формируется исходное эталонное изображение фона Оо, исходная функция Во и обнуляется содержимое блоков памяти 8, 9 и БОП 45. В качестве исходного эталонного изображения фона 6 о берется текущее изображениеО, записанное в БОП 62. При этом считается, что объект в изображении о отсутствует, Исходная функция Во формируется путем записи в БОП 114 по всем адресам числа "32",На втором этапе вычислений для каждого элемента наблюдаемого изобретения и Ц проверяется условие Ьи = Ь (и - 1)1 + И Яип - иг - ЯиГ + Ь 1 ГдЕ Ь(и) - ЭЛЕМЕНТЫ Ви; 1 и 1, ЗЛЕМЕНтЫ текущего изображения Ь; ди 1 - элементы прогнозируемого изображения фона Ои, Л 1 - прогнозируемое минимальное отличие яркости объекта от яркости фона, Ь =1. В результате, если для элемента ил условие (1) выполняется, то элемент классифицируется как элемент, принадлежащий множеству Ни, в противном случае как элемент фона. Одновременно вычисляются координаты центра тяжести и площадь изображения объекта Ни. Координаты центра тяжести объекта вычисляются в соответствии с выражениями где Яи - площадь объекта, равная числу элементов, которые составляют иэображение объекта Ни,- координата элемента 1 ил по оси Х; ) - координата элемента 1 иц по оси У. Реализуется выполнение второго этапа в блоке классификации 5, Цикл классификации одного элемента ЬЦ выполняется за три такта сигнала АЗ.На этапе классификации на входы регистров 96, 97 поступают соответственно значения элементов наблюдаемого 1 ии (сигнал А 20) и сглаженного эталонного изображения фона дю 1 (сигнал А 21) из блоков памяти 1 и 6, На первый вход мультиплексора 104 поступает значение элемента сглаженного эталонного изображения объекта Ьм 1 (сигнал А 22) из блока памяти 9. С выхода регистра 97 значение Яиц поступает на первые входы вычитателя 101 и сумматора 106, На вторые входы этих элементов поступает значение Л 1(сигнал А 23), которое хранится в регистре 94. На выходе вычитателя 101 фоРмиРУетсЯ значение (Яиц- Л 1) (сигнал А 24), которое поступает на второй адресный вход БПП 123 и на первый вход мультиплексора 103. На выходе сумматора 106 формируется величина (Яиц+ Ь 1) (сигнал А 25), которая поступает на второй адресный вход БПП 124 и второй вход мультиплексора 103. Первые адресные входы БПП 123 и 124 подключены к выходу регистра 96. В БПП 123 и 124 записаны соответственно значения модуЛЕй ВЫражЕНИйи 1-(9 иц- Ь 1) И 1 иГ(ди+ Ь 1) ДлЯ всех возможных комбинаЦий 1 и 1, (ди; - Л 1) И (1 иЛ, (Яи;+ Л 1). СИГНаЛ А 26, фОРМИРУЕМЫй компаратором 110, управляет мультиплексором 103, Еслии 1 (Яиц+ Ь 11 и 1 - (ЯиГ Л 1) 1, та СИГНаЛ А 26 ИМЕЕТ НуЛЕВОй уровень, который подключает ко второму входу мультиплексора 104 выход сумматора 1.06. В противном случае ко второму входу мультиплексора подключается выход вычитателя 101. Мультиплексор 104 управляется старшим знаковым разрядом сигнала А 27, который представляет собой значение элемента Ь(ищ и считывается из БОП 114, Если элемент 1 ю до решения задачи классификации пРинадлежал фонУ, т.е, Ь(и)Ц 0, то ко(3) 35 Лпу - Яду +Яу =,у+ 40 ох =О, Моу 45 50 55 входу регистра 95 подключается выход мул ьтиплексора,1 03, В противном случае ко входу регистра 95 подключается выход блока 9.На втором такте сигнала АЗ значение Ьп(сигнал А 28) поступает на первый адресный вход БПП 125, на второй адресный вход подается значение 1 ы. На первый и второй адресные входы БПП 126 поступают соответственно 1 п 1 и дп 1. В БПП 125 и 126 записаны соответственно значения квадратов выРажений (1 п 1 - Бп 1) и (1 п 1 - дп 1) Выходы БПП 125 и 126 соединены соответственно со вторым и первым входами вычитателя 102, выход которого соединен с первым адресным входом БПП 127. На второй адресный вход БПП 127 поступает сигнал У 1. В БПП 127 с помощью табличного метода выполняется деление числа, поступающего на первый адресный вход, на 20, где 0=1. Врезультате на выходе БПП 127 формируется сигнал А 29,, - ,г значение которого равно пц дп 1) -(1 п -- Ьы 1) /20, На выходе сумматора 107 формируется значение Ьы,В третьем такте сигнала АЗ на выходе мультиплексора 105 формируется сигнал АЗЗ, значение которого равно Ьи 1, если -32 Ьп32; -32, если Ьп 1-32; 32, если Ьпц 32. Значение Ьп 1(сигнал АЗЗ) записывается в БОП 114 по адресу Ь(п) 1, Одновременно знаковый разряд А 33=8 сигнала АЗЗ поступает на вход элемента НЕ 119 и третий вход мультиплексора 55 кода условия. Сигнал А 34=А 33=8 подается на управляющий вход элемента И 116, счетный вход счетчика 117 и четвертый вход мультиплексора 55 блока управления 11, На второй вход элемента И 116 поступает значение адреса элемента 1 пц (сигнал А 69). Если Ьы 10, то разрешается прохождение координат (сигнал А 69) через элемент И 116, а также увеличивается содержимое счетчика 117, Пять младших разрядов сигнала А 69 поступают на первый вход сумматора 108, а пять старших - на первый вход сумматора 109. Сумматор 108 и регистр 99 образуют накапливающий сумматор. Сумматор 109 и регистр 100 образуют второй накапливающий сумматор. На выходе регистров 99 и 100, которые соединены с первыми входами умножителей 121, 122, к концу этапа классификации формируются соответственно величина(сигнал А 37) и величинапце Нп(сигнал А 38). В счетчике 117 формипц е Нпруется площадь Яп множества Нп, равная числу элементов этого множества, На выходе БПП 128 формируется сигнал А 36, значение которого равно 1/Яп. Сигнал А 36 поступает на вторые входы умножителей 121 и 122. В результате на выходеумножителей 121 и 122 формируются координаты центра тяжести объекта по оси Х (сигнал А 39) и по оси У (сигнал А 40), которые подаются в блок 4. Выход счетчика 117 соединен с первым входом цифрового компаратора 113, второй вход которого соединен с выходом регистра микрокоманд 50 - 3, На выходе компаратора 113 формируется сигнал А 41 единичного уровня, если площадь объекта больше числа, поступающего на второй вход компаратора. Сигнал А 41 поступает на пятый вход мультиплексора 55 и на первый вход элемента И 115, Выход элемента И 115 соединен со счетным входом счетчика 118. Обнуляется счетчик 118 единичным уровнем сигнала У 77 один раз на первом этапе работы устройства, На пятом разряде выхода счетчика 118 формируется сигнал У 77 единичного уровня в момент окончания завязки траектории объекта, что соответствует обнаружению объекта в 16 кадрах наблюдаемого изображения.На третьем этапе в блоке управления анализируется уровень сигнала А 41, Если объект обнаружен на этапе классификации, то оценки координат и скорости объекта находятся в соответствии с выражениями Лпх =Лпх + К 1(пх - 4 х ),пх =Япх + Кг (Лпх Япх ),К 1 (Япу - Япу ), (4) К, (4 у - Япу ), (5) =О,Лох =О,Лоу =0 (6) Вычисления оценок в блоке 4 по Х и У выполняются последовательно и аналогично, поэтому достаточно рассмотреть вычисление оценок по одной оси, например Х. Априорные оценки Япх и ,х хранится соответственно в регистрах 75 и 77. В регистре 78 хранится значение Ау, в регистре 76- Ау. Первые входы вычитателей 83, 84 соединены соответственно с выходами регистров 70, 71, в которые записываются вычисленные значения координат центра тяжести объекта Япх (сигнал А 39) и Япу (сигнал А 40). Второй вход вычитателя 83 - с выходом регистра 77. Аналогично второй вход сумматора 91 соединен с выходом регистра 75,На выходе вычитателя 83 формируется сигнал А 43=Япх - Япх, который поступает на второй вход мультиплексора 92. На выходе(10) мультиплексора 92 формируется сигнал А 46. Сигнал А 46 поступает на вторые входы умножителей 88 и 87, На первые входы умножителя 86 подается сигнал А 47=К 2, умно- жителя 87 - сигнал А 48=К 1, К 1 и К 2 хранятся соответственно в регистрах 73, 74. На выходе умножителя 87 формируется сигнал А 49=К 1(Лх - Лпх). Сигнал А 49 постУпает.на первый вход сумматора 90, второй вход которого соединен.в данный момент с выходом регистра 77. В результате на выходе сумматора 90 формируется апостериорная оценка координаты объекта Лх, которая записывается в регистр 79, выход которого соединен с первым входом мультиплексора 93. Вычисленное значение Лх через мультиплексор 93 подается на вход регистра 80. На выходе умножителя 86 формируется сигнал А 52=К 2(Лпх - Лпх), который поступает на первый вход сумматора 89. На второй вход сумматора 98 поступает сигнал А 53= х. В результате на выходе сумматора 89 формируется апостериорная оценка скорости объекта Лпх, которая записывается в регистр 75, Априорная оценка координаты на (и+1)-й кадр Л( +1) х формируется на выходе сумматора 91 как сумма сигнала А 53= 4 х и сигнала А 51= Лпх и записывается в регистр 77,Отличие при вычислении оценок Лъу и Лпу состоит в том, что вместо регистра 77 ко входам сумматоров 89, 91 подключен выход регистра 78, а вместо регистра 77 ко входам вычитателей 83, 84, сумматора 90 подключен выход регистра 78, сигнал А 46=А 44, а оценка Йу записывается единичным уровнем сигнала А 69 в регистр 81. Если объект в текущем кадре не обнаружен, то сигнал имеет нулевой уровень. В этом случае координаты и скорость объекта прогнозируются в соответствии с выраже- ниями 1Лпх - Л(п - 1 ) х +Л(п - 1 ) х,Лох =Л(п - 1)хлЛпу =Л(п - 1) у +Л(п - 1) улЛпу =Л(п - 1) у и выражением (6), Это реализуется путем подключения в течение третьего этапа ко входу умножителей 86, 87 сигнала А 46, равного сигналу А 45, который, в свою очередь, имеет нулевое значение, Остальные вычисления аналогичны описанным. 25 30 35 40 45 50 55 В конце третьего этапа вычисленные оценки координат центра тяжести объекта при условии, что произошла завязка траектории, переписываются соответственно в регистры 30, 31 блока 12.На червертом этапе в блоке 2 вычисляются оценки значений элементов эталонного изображения фона Оп в соответствии с выражением/9 п 11 9 п 1+Кз(1 п) Яп, (11) где 9 п 1=9(п)1), О Кз 1.Сглаживание эталонного изображения фона Ъ приводит к уменьшению дисперсии аддитивного шума, присутствующего на исходном изображении эталонного фона, в(2 - Кз)/Кз раз, а также сглаживанию ошибок дискретизации и квантования в различных кадрах, Ограничение коэффициента Кз снизу позволяет отслеживать изменения фона.На четвертом этапе на первый вход мультиплексора 35, который соединен с выходом блока памяти 6, поступают значения элементов фона ф 1 (сигнал А 21), На первый вход вычитателя 36 через элемент И 32 поступают значения элементов 1 пя (сигнал А 20) наблюдаемого изображения. На выходе вычитателя формируется сигнал А 57, значение которого равно 1 п) - 9 п. Сигнал А 57 поступает на первый вход умножителя 37, На второй вход умножителя поступает коэффициент КЗ, который хранится в регистре 33. Выход умножителя соединен с первым входом. сумматора 38, на выходе которого формируется значение 9 п 1) (сигнал А 58),Вычисленное значение 9 м; записывается в блок памяти 6, Подобные вычисления выполняются только для элементов 1 пи наблюдаемого изображения, классифицированных как элементы фона, Проверка на принадлежность фону осуществляется путем анализа знака значения Ьпц (сигнала АЗЗ - 8).Сглаживание эталонного изображения объекта Нп существляется на пятом этапе в соответствии с выражением11 п 1=11 п 1+К 4(1 и 1) - Ьп 1, (12) где Ью)=Ь(п)1; 0 К 41.Вычисления, выполняемые в блоке 2 на пятом этапе, аналогичны вычислениям, выполняемым на четвертом этапе, Отличие состоит в том, что в регистре 33 хранится коэффициент К 4, а на вторые входы вычитателя 36 и сумматора 38 подается значение элемента Гы; (сигнал А 22), считываемое из блока памяти 9. Вычисленное значение записывается в блок 9, Сглаживание в соответствии с выражением (12) выполняетсяТОЛЬКО ДЛЯ ЭЛЕМЕНТОВ 1 и 11, КЛаССИфИЦИРОВаН- ных какэлементы объекта, Проверка на принадлежность объекту осуществляется путем анализа сигнала А 34. В противном случае сигнал У 40, управляющий элементом И 32, имеет нулевой уровень, В этом случае сглаживание выполняется в соответствии с выражениемЛЬп 11=ЬпЦ-К 4 ЬиЦ (13)Это позволяет обнулить элементы области памяти блока 9, которые в предыдущих кадрах соответствовали элементам объекта, а в текущий момент из-за перемещения объекта соответствуют элементам фона на наблюдаемом изображении,На шестом этапе в блоке 8 формируется прогнозируемое изображение Яп+1 прямо- , УГОЛЬНОГО уЧаСтКа ИЗОбражЕНИя 1 п+1, цЕНтр которого совпадает с центром объекта. Элементы изображения формируются в соответствии с выражениемЯ и + 1 У,И = Г ( п + 1 ) 1 у 31 и ( п + 1 ) 1 у 11 +(14)гдеЯи + 11 хи - ЭЛЕМЕНТЫ уцаСтКа ПрОГНОЗИруЕ- мого изображения Яи+1 размерностью МхМ;М, М11 =Р+Лих 31 =Р+Лиу2 2М12 =У+Л(и+1)х 2 у 2 Р+Л(п+1)УМ- 2,Лих, Лиу - апостериорные оценки координат центра тяжести объекта в наблюдаемом п-кадре, Л(п +1) х, Л(и +1) у - прогнозируемые оценки координат центра тяжести объекта в (и+1)-м кадре; Г(п+1)1111 = Ги 1111 =1, ЕСЛИ Ги 1111 ЙО, Впротивном случае г(п+1)1111 = О, для Г(и+1)1212 ТО ЖЕ СаМОЕ, п(и+1)1111= = пи 1111 9 ( и + 1 ) 1212 = 9 п 1212Формирование изображения Яп+1 осуществляется в два этапа. На первом этапе в БОП 65 осуществляется запись элементов участка изображения Ни. Причем в БОП 65 ЗаПИСЫВавтСя ЗНаЧЕНИЕ Ь (и +1)1111(СИГНаЛ А 21) и сигнал А 60 единичного уровня, если сигнал А 34 единичного уровня, т.е. Ь(и+1)1111 0. В противном случае в БОП 65 записывается сигнал А 59, имеющий нулевое значение, и сигнал А 60, имеющий нулевой уровень. В результате в БОП 65 формируется изображение1Я ( п + 1 ) У,И = Г ( и + 1 ) 1111" ( и + 1 ) 11)1 и бинаРное изобРажение 2 (и +1)1 хи маскиобъекта, сформированное по правилу1, Ь(. +1)1111 О5 2(п+1)1 и О, Ь(п+1)1111 О.На втором этапе в БОП 65 записываютсязначения элементов прогнозируемого участка фона. Причем в БОП 65 осуществляется запись значения элемента 9 ( и + 1) 1212 (сигнал А 22) в том случае, если соответствующее значение элемента бинарного изображения 2(п+1)1 хи(сигнал А 62, котоРый фоРмиРУ ется на первом выходе БОП 65 и поступаетна шестой вход мультиплексора 55) равно нулю. В результате в БОП 65 формируется изображение Я(п+1)1 хи, значения элементов которого (сигнал А 61) считываются со второго выхода БОП 65.На седьмом этапе в блоке 7 вычисляетсяпроизводная прогнозируемого изображения Яи, сформированного в предыдущем кадре, по параметру Лпх в соответствии с выражениемдЯпи (Яиц+1 - Яиц - 1 и)д2 и юи,х30ГДЕ ЗНаЧЕНИЕ Яп 1 х+1,и фОРМИРУЕтСЯ На ВЫХОДЕ рЕГИСтра 39, Яи р,и - На ВЫХОДЕ РЕГИ- стра 41, 2 п ир - на выходе регистра 40, В вычитателе 44 вычисляется значение Яп У+1,и - Яици, КОтсрОЕ ПОСтуПаЕт на первый адресный вход БПП 46. На второй адресный вход БПП 46 поступает 2 иуи. В БПП 46 записаны значения выраженияЯп и+1 - Яп гх - 122 иух,и45 для всех возможных комбинаций(Яиц+1/4 ЯпУ - 1 ) и 2 п Ри. Вычислительное значение дЯ,1 хр/дЛих записывается в БОП 45 по адресу, определяемому значением сигнала А 10, который последо вательно проходя через регистры 42, 43, поступает на адресный вход БОП 45.На восьмом этапе в блоке 4 выполняется нелинейное оценивание координаты и скорости объекта по оси Х в соответствии с 55 выражениями- м- аЬдал м- м рУ 1=%К,- 1) Р, 5 ),