Устройство для нормализации размера плоских изображений для систем распознавания образов

332477 Союз Советских Социалистических Республик-24 Заявлено 13,71,1970 ( 146863 исоедииением заявки. риоритет Комитет по деламобретений и открыт Опубликовано 14.1.1972. Бюлле Дата опубликования описания 1 ньх,"1 УДК 621.391,19(088.8 и Совете Министро СССР Х.19 Лвторыизооретеция, Путятии ьгин, В. П. Юрченко и О бра)о Харьковский институт радиоэ,пектроника 5 витсл 1 УСТРОЙСТВО ДЛЯ НОРМАЛИЗАЦИИ РАЗМЕРА ПЛОСКИ ИЗОБРАЖЕНИЙ ДЛЯ СИСТЕМ РАСПОЗНАВАНИЯ ОБРАЗ Изобретение отцосится к области автоматического расцозцавация образов, в частности к устройствам автоматического приведения цзображеций к эталонному виду.Известны устройства для распозцавация образов, содержащие поворотную платформу с расположециыми иа цей телевизионной трубкой с отклоняющими катушками, фотоэлектрическим блоком вычисления координат центра тяжести изображения, фотооб 1.екти вами, фотодатчикатми со щелевыми масками; блок электропривода поворота платформы, вход которого соединен с выходами фотодатчиков, а выходы - через линию задержки с управляощих входом видеоусцлителя, вклю чеицого между выодом телевизиоццой трубки и ьидеокоцтрольцым и вычислительным блоками, генераторы строчной ц кадровой развертки.Однако этц устройства це учитывают таких 20 преооразоваций изображеццц как произвольное изменение масштабов по осям координат.Предлагаемое устройство цорхализаццц для систетм распознавания образов, использующее принцип оптического ицтегрировацця 25 для вычисления координат центра тяжести и телевизионный ввод изображ(ений, отличается от известных тем, что в цем выход гецератора строчной развертки подключен к отклоц 5110 И 1 е системе телевцзцццоц т)хб)кц Г)е 30 мцожцтсльцый блок, ца второй вход которого подается напряжение, пропорццоцальное коордццате абсцисс центра тяжести входцого цзображецця. Выход генератора кадровой развертки подклочец к отклоняющей системе телевизцоццой трубки через другой множительный блок, ца второй вход которого подается напряжение, пропорциональное орд(шате центра тяжестц входцого напряжения. Благодаря этому изображения, отличающиеся .;ежду собой масштабами и расположенные в поле зрецця так, что осц абсцисс ц ординат являются касательцымц соответственно снизу ц слева от изображения, приводятся к цекоторым эталоццьо размерам. Для нормализации прц процзвольцом смещенцц цзображецця в поле зрения, совпадающем с положительцым квадрацтом, устройство снабжено двумя фотопрцемццкамц, перскрытымц светомаскамц со щелями, совпадающими в одной пз ццх с осью ординат, выходы фотоприемццков подключены автоцомцо через схемы запрета и хсплцтелц к цсполццтельцым двигателям, осуществляющим сццхроццое перемсщецце в двух взацмцо перпецдикулярцых плоскостях передающей телевизионной трубки, датпка коор)дицат цсцтра тяжести ц ст 1- мих фотоприемников со светомасками до по. явлецця фототока ца выходе фотопрцемццков.(2) Х)0, У)0. Р(В) = В (х, у) = В Х 401 В (х,у) ах ах ауХ А1 В (х,у)Их ауоВ (х, у) бу х ау, о1 В (х,у) ах ауо 45 50 1 В (х, у) Оу ах снуУ ВВ (.ху) с 1 х Иуо(4) 65 На фиг. 1 представлена блок-схема устройства, на фиг. 2 - эскиз фотомасок со щелями.Устройство содержит передающую телевизионную трубку 1 (например, суперортикон) с отклоняющими катушками 2, с генераторами кадровой 3 и строчной 4 развертки, вычислительный блок 5, осуществляющий сравнение с эталонами, видеоконтрольный блок б для визуального наблюдения эффекта нормализации, видеоусилитель 7, фотоэлектрический блок вычисления координат центра тяжести входного изображения 8, множительные блоки 9 и 10, фотообъективы 11 и 12, светоделительную пластину 13, светомаски 11 и 15 со щелями, фотоприемники (например, фотосопротивления) 1 б и 17, потенциальные 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, на которой жестко смонтированы передающая трубка, блок 8 и фотоприемники 1 б, 17 с оптической системой, и линию задержки 25.Схемы запрета 18, 19, усилители мощности 20, 21 и исполнительные двигатели 23, 24 составляют блок электропривода поворота платформы 2 б.На входе устройства на темном фоне предъявляются плоские изображения отраженной либо светящейся яркости. Кроме передающей трубки 1, входное изображение проектируется через фотообъектив 11, блок 8, а также через фотообъектив 12, светоделительную пластину 13, светомаски 14 и 15 на фотоприемники 16 и 17, предназначенные вместе со схемами 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 фотоприемников. Поле зрения устройства совпадает с положительным квадрантом; при этом осями координат являются стороны линейных оптических клиньев блока 8, а также совпадающие с ними щели светомасок 14 и 15. В качестве нормального положения изображения выбрано такое, когда ось абсцисс является касательной изображения снизу, а ось ординат является касательной слева.Устройство работает следующим образом.Изображения, отличающиеся лишь масштабами по осям координат, могут быть представлены некоторой функцией распределения лучистой яркости В(ХХ, уУ), где Х и у - произвольные коэффициенты, Среди множества изображений, отличающихся лишь масштабами (например, множества фотографий одного и того же лица), выберем одно эталонное В(Х, У). Тогда все стальные могут быть получены масштабными преобразованиями эталона. Эталонов должно быть столько, сколько имеется различных классов изображений, подлежащих распознаванию, Процесс приведения изображений к эталонным размерам состоит в автоматическом определении коэффициентов Х и у тождества В (Х, У) = =В,Х,уУ), Коэффициенты ), иполностью характеризуют масштабно-подобные изображения и, будучи вещественными числами, яв ляются, в общем случае, функционаламиизображения, т. е, ), = Ф (В); у = Ф, (В), Таким образом, при автоматизации процесса нормализации оператор приведения изооражения к эталонным размерам будет иметь 10 вид:Р(В) = В (Х, У) =В(Х Ф, (В), У Ф,(В) . (1) В качестве функционалов Ф(В) и Ф(В) впредполагаемом устройстве выбраны коорди 15 наты центра тяжести входного изображенияГ 1 В (х,у) ах сХх ауф (В)=,О В (х, у) ах ауо 25 где В - область поля зрения фотоприемников блока вычисления координат центра тяжести и телевизионной трубки, а и б - некоторые константы светофильтров ах и бу типа оптических клиньев,30 Пусть имеем некоторое эталонное изображение В(х,у) и некоторое произвольное, по лучаемое из эталонного В(лХ,уУ), Тогда дляэталонного оператор с учетом (2) будег иметь вид Для изображения В(ХХ,уУ) имеем:Я В (.х,; у) ах 1 х Иу Р(В) =В ).Л1,1 В (.х, (у) дл сну 55Сделаем замену переменных под знакоминтеграла: 1 Х=Х, уУ=У, в результате по- лечимм Р(В) =В Х11 В (х, ч) ах сКх сну 11 В (х,у) Ьу ах с(Х УОВ (х,у) Их ду Ц В (х,у) ИхИуи Ь- В(х, д);В последнем преобразовании связанные переменные Х и У мы снова обозначим через Х и У, Кроме того, мы сделали естественное предположение, что рассматриваемые масштабные преобразования изображений В(1.Х, уУ) це выводят за пределы .О поля зрения. Это позволило це изменять пределы 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 1, соответствуют значения функционалов Э=1, Ф 2=1. Значение функционалов г (В) и Ф 2 В) для произвольного изображения определяют блок 8.Если на вход устройства подается, например, изображение В(0,2 Х; 0,5 У), то с блока 8 будут сняты напряжения, пропорциональные Х,=5, У,=2, т. е. Х,= - ; У,.= - . На блоках 91 1 и 10 происходит умножение сшналов генераторов строчной 4 и кадровой 8 разверткц соответственно ца величины Х, и У благодаря чему увеличивается крутизна нарастания шлообразных напряжений строчной развертки в Х,=5 раз, и кадровой в У,=2 раза, Ясно, что действие таких преобразованных разверток ца отклонягоще катушки 2 оказываег нормализуОщее действие на размеры изображения. В результате после окончания переходных процессов в отклоняющих катушках видеосигналы, снимаемые с видеоусилцтеля 7, соответствуют изображениям стандартных размеров. На видеоконтрольном блоке б можно наблюдать образы изображений, одинаковых размеров, це зависимых от изменения их размеров на входе. Автоматическая нормализация изображений существенно упрощает задачу сравнения с эталонами, решае. мую блоком 5.Для автоматического приведения входных изображений к нормальному положению прис меняются дополнительные фотоприемники 16 и 17 со светомасками 18 и 14. В исходном сотояции платформа 24, ца которой закреплены приемная трубка и фотоприемники, ориентирована так, что поле зрения представляет собой положительный квадрант, т. е. оси координат занимают предельные нижнее и левое положения. При этом изображение може появляться в любом месте поля зрения. Опорное напряжение У,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 этом фотоприемники, расположенные на ней, и приемная трубка сканируют поле зрения вдоль положительного направления осей абсцисс и ординат до тех пор, пока световой поток от изображения не попадет сквозь щели светомасок 14 и 15 ца фотоприемники 1 б и 17. СИГЦЯЛЬ С фОТОГРИСНИКОВ ЗсгПРЕ 111 ЯОт ПРО 5 1 о 15 го г 5 30 35 40 45 50 55 60 65 хождение опорного напряжения Ьоп на исполнительные двигатели, и перемещение платформы прекращается. В этом положении платформы координаты абсцисс и ордиця Г являются касательными к цзображсцшо.Напряжение Ь, запирающее видеоусилитель 7 на время сканирования, автоматически снимается и отпирает видеоусилитель 7 через интервал времени, цскл 1 очяющцй воздействие переходных процессов в отклоняю щих катушках ца результа Г распознавания образов. Последцсе достигается применением линии задержки 25.Экспериментальный образец устройства нормализации выполнен ца базс цромышлец- ИОЙ телеВизионцой 1 станОВ 1.ц тица ПТс -101. В качестве фотоприемников для определения коордггцат центра тяжести использованы фотоумножители типа ФЭУсо светофильтря- МИ ТИПЯ ОПТИ 1 ЕСКИЙ КЛИН. ДятЦКИ СИСТЕМЫ сканирования выполнены ца фотодцодах типа ФГ 1,-1, набранных по длине щели свстомаски. В качестве схем умцожсция цсцользо- ВЯНЫ ОЯЛс 1 НСЦЫС 1 ОД ЛЯТ 01 Ь 1 Ця ЦОЛс ПРОВОДЦИКОВЫХ ДЦОДЯХ. Предмет изобретен ця 1. Устройство для нормализации размер. плоских изображений для систем ряспозгивация образов, содержащее цоворотцую плат. форму с расположенными на ней телевизиоц- НОЙ трбКОИ С ОТКЛоцяЮщцМИ КсПТШКЯМИ, фочоэлектрисгескг 1 м Олоком ВысИсле 11 ия к 001 дццат центра тяжести изображения, фотообъективами и фотодатчиками с щелевымц ма;Нами, блок электропривода поворота платформы, вход которого соединен с выходами фото- датчиков, а выходы - через лцншо задержкс управляющим входом видеоусцлителя, включенного между выходом телевизцошюй трубки и видеокоцтрольцым и вычислительцым блоками, генераторы строчной ц кадроВОй РаЗВЕРтОК, От.ггсагоиЕЕСЯ тСМ, ЧтО, С целью снижения требований к смешениям и изменениям масштабов преобразуемых изображений, Оцо содержит мпокителъные О,10 ки, первые входы которых подключены и выхо- ДЯМ фОтОЭЛЕКтРЦЧЕСКОГО ОЛОКс 1 ВЫ 1 ЦСЛЕНИЯ коордица г центра тяжести изображения, вторые входы - к выходам генераторов кадровой и строчной развертки соотвстствеццо, я выходы множительных блоков подключены к соответствующим отклоняющим катушкам.2. СтроСтво по и. 1, от.гисаюгцееея тем, 1 го в цем блок электропрцвода поворота 1 глатф 01 мы содс 1 кит два кацяля цос:едоВятельцо соединенных схемы запрета, усилителя мощности ц исполнительного двигателя, причем одни входы схем запрета соедшецы с выходами соответствующих фотодатчцков, другие - с выходом источника опорного напряжения, а вторые выходы каждой схемы запрета подсоединены к соответствующим выходам б,1 окс 1 элсктрйпрццод./афпг фиг Составитель В. Кудрявцевсдактор Л, Утехина Техрсд А, Камышникова Корректоры: М, Коробоваи Л. Корогод Изд. М 332477 Тираж 448 о ледам изобретений и открытий при Совете Москва, Ж.85, Раушская иаб., д. 4/5 Типографии, ир Сапунова, 2