Устройство для распознавания протяженных линейных объектов

Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик Оп ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕИЯЬСТВУ1 826372(22) Заявлено 07. 05. 79 (21) 2762234/18-24с присоединением заявки рй -но делам нзебретеннй н открытнХ(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАСПОЗНАВАНИЯ ПРОТЯЖЕННЫХ ЛИНЕЙНЫХ ОБЪЕКТОВ Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, к классу систем автоматического распознавания,и может найти применение при автоматизации процесса поиска и обнаружения протяженных объектов искус%ственного происхождения, например,систем оросительных каналов, дороги других протяженных систем на фотоснимках, проложенных по дну морей0и океанов трубопроводов, кабельныхлиний электропитания и связи и другихкоммуникаций.Автоматическое выделение протяженных линейных объектов наизображенияхпозволяет значительно ускорить их класификацию и определить положение,т. е. получить информацию, необходи- .мую для последующего принятия решения или проведения операций по обслуживанию и ремонту этих объектов,Отличием задачи автоматического распознавания протяженных линейных объектов в натуральных условиях по сравнению 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 малый; 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 пределах.При таких сложных условиях работы устройства автоматическое распознавание протяженных объектов искусственного происхождения даже по ограничен 82 б 37210 с ЗО ному числу признаков (прямолинейность и протяженность) представляет собой трудную техническую зацачу, требующую максимального кол 11 чества элемен- тсВ нсрмализац 1 и или регулиэования,устройство распознавания должно реаГировать только на фсрь 1 у объекта и не срабатывать от разных величин яркости, контраста и масшаба искомого и ложного ооъектов и структуры ФОНс 1Известны устройстьа дпя распознавания прямых линий и краев изображеНийО СНсвс 1 ННЫЕ Нся ОПТИЕРО - МЕХа НИЧЕС- кой развертке исследуемого изображе- НИЯ ФОРМИРОВсЗНН 1 ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГ - напоь и последующей электронной обработке сформировангых сигналов1 иНаиболее близким по техническОй сушнс "ти к изобрете 1 ррю 1 влйется уст- рсйС 1 ВО ДЛ 1 13 с 1 ЕПОЗНаваНИЯ ПРЯМЫХ ЛИ- ний и краев изображений, содержашее оптически связанные объектив, блок развертки изображения и многоэлементный фотоприемник, каждьй элемент котоэогс подключен через соо 1 Ветствую щие последовательно соединенные фильтр .и амплитудный ограничитель ко входу сумматора, ьыход которого соединен СО ВХОДОМ ПО 1 ЭОГОВО 1 О ЭЛЕМЕНта ПРИ" чем многоэлементный фотоприемник выполнен в в 1 дс светочувст 1 ительпых концентрических колец Г 31Однако решение о наличии прямой ЛИ 1 ИИ ИЛИ ПРЯМОГО КРаЯ ПсЭИНИМЯЕТСЯ НЕ интегрально по средней яркости объекта и прилегающего к нему Фона, а дифференцированно - по результатам сравнения яркостей вдоль прямого края на соседних малых участках объекта и фона. Это позволяет применить амплитудное ограничение разностных сигналов и устранить влияние абсолютной яркости и контраста объекта на результат распознавания. Недостаток устройства - в низкой надежности автоматического распознавания в тех случаях, когда предметом распознавания является протяжный Объект ограниченной ширины, Примером таких объектов могут служить системы оросительных каналов и дорог на Фотоснимках, трубопроводь 1 и кабельные линии, проложеннь 1 е на морском днеВ изображении, подлежащем анализу для автоматического распознавания, такие объекты представляют собой протяженные прямые, пинии или полосы ограниченной,но заранее неизвестной ширины. Устройво автоматически выделяет не толькоэтот класс искусственных объектов,но и срабатывает при попадании в полезрения автомата протяженнЫХ прямыхкраев -. перепад яркости межцу двумяобластями изображения. Протяженныеи;эямые края преобразуют в изображен 1 ине только элементы искусственногопроисхождения (фотографии причалов,буровых платформ, судов и т, Д.),но и естественные элементы ландшафта(фотографии береговой лргни, разломы горных пород, отцельные крупныекамны, Впадины, наносы, следы 1 эяби)Автоматическое выделение этих элементов устройством увеличивает числоложных изображений-срабатываний,снижая тем самым надежность автома -тического расг 1 ознавания протяжен 1 ыхлинейных объектов, Исключив срабатывания от протяженных прямых краев,можно значительно повысить надежностьраспознавания протяже.нных линейныхобъектов.Цель изобретения - поьышение на -дежности автоматического распознавания протяженных линейных объектов путем учета дополнительного признакалокальности объекта-узкой области,в которой сосредоточен объект.В натуральных условиях объекты искусственного происхождения имеют визображении хотя бы один четко выраженный протяженный прямой край (г 1 ерзый признак) и поперечные размерынамного меньше анализируемого поля,т, е. объект локализирован в небольшой области (второй признак), "1 ринаобъекта как правило мала, достигаетвсего нескольких элементов, расположенных заранее, не определена из-заизменяющегося масштаба изображения.Известно лишь, что ширина объектане может превышать, например, пятикратной ширины анализирующей прямоугольной цели - пространственного Фильтра, осуществляющего выделение протяженного линейного объекта,Объект искуссственного происхождения обычно наложен на двумерное поле, т. е, закрывает ту часть структуры пол 1, которая находится под ним, Структура поля в малых областях по осе стороны от объекта обычно остается одинаковой, мало различающейся между собой по яркости. Для надежно826372 го распознавания протяженного линей- ного объекта определяют наличие края иэображения объекта - наличие перепада 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 некие сигналов яркости фона производят в прямоугольных областях, находящихся друг от друга на расстоянии наибольшей возможной ширины объекта, Эту операцию производят, срав кивая величину текущего сигнала с величиной сигнала, задержанного на время, равное времени прохождения прямоугольной апертурой наибольшей возможной ширины объекта. При одновременном 20 наличии этих двух признаков принимают решение о распознавании именно протяженного линейного объекта.Указанная цель достигается тем) что в известное устройство, содержа щее оптически связанные объектив, блок развертки изображения и многоэлементный Фотоприемник, каждый элемент которого подключен через соответствующие последовательно соединен ные фильтр и амплитудный ограничитель ко входу сумматора, выход которого соединен со входом порогового элемента, введены блоки задержки, блоки вычитания, ключ и дополнительные 35 амплитудные ограничители, сумматор и пороговый элемент, выход каждого элемента фотоприемника подключен к одному входу соответствующего блока вычитания непосредственно, а к дру гому - через блок задержки, выход блока вычитания через соответствующий дополнительный амплитудный ограничитель соединен со входом дополнительнсго суМматора, подключенного ко вхо ду дополнительного порогового элемента, выходы пороговых элементов подключены ко входам ключа. Введенные в известное устройствоновые взаимосвязанные блоки позволяют установить отсутствие различияв сигналах яркости между двумя участками Фона, расположенными по обе стороны,от объекта - установить областьлокализации объекта при наличии вэтот момент протяженного прямолинейного перепада яркости между объектоми Фоном. 6Введение дополнительного признака - локальности объекта- позволяетсущественно 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 фотоприемник 3, фильтры(верхннх частот) 4, амплитудные огоаничители 5 счмматоо б, поооговыйэлемент 7, ключ 8, блоки 9 задержки,блоки 1 О вычитания, дополнительныеамплитудные ограничители 11, дополнительный сумматор 12 и дополнительный пороговый элемент 13, На чертежетакже изображены анапизируемый участок поля 4, объект 15 и индикатор 16,Устройство работает следующим образом.Объект 15, предъявленный для автоматического оаспознавания 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 поля 14. Выделяются только перепады яркостей изображения. На выходе фильтров 4 формируются 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 сумматор 6, С выхода сумматора 6 сигнал, пропорциональный количеству поступающих на его входы однополярных импульсов, поступает на пороговый элемент 7. При превыше 826372нии сигналом выставленного порогового уровня устройство вырабатывает сигнал наличия прямолинейного края изображения объекта 15.Этот сигнал при открытом ключе 8 приводит к срабатыванию иццикатора 16. Дополнительно введенные блоки обеспечивают выработку сигнала локальности протяженного линейного объекта, В блоках 10 вычитания производится вычи тание текущего значения сигнала, поступающего с каждого фотоприемника 3, на значения сигнала, задержанного в блоке 9 задержки на время сканирования прямоугольной щелью 15 блока 2 развертки изображения наибольшей возможной ширины протяженного линейного объекта. Этим обеспечивается сравнение сигналов яркости фона по обе стороны от объекта 20 для определения его локальности,Разностные сигналы, поступающие с выходов блока 10 вычитания, ограничиваются по амплитуде дополнительными амплитудными ограничителя ми 11. Этим устраняется влияние на принятое решение абсолютной яркости фона и определяется только нали, чие или отсутствие различий в яркостях фона по обе стороны от объекта. 30 Нормализованные по амплитуде сигналы с выходов дополнительных амплитудных ограничителей 11 одновременно поступают на дополнительный сумматор 12, С выхода дополнительного сумматора 12 15 сигнал, пропорциональный количеству поступающих на его входы однополярных импульсов, поступает на дополнительный пороговый элемент 13. При превышении сигналом выставленного поро- О гового уровня вырабатывается сигнал, отсутствия локальности объекта, т. е, принимается решение, что это не протяженный линейный объект, а прямой край, так как есть различие в яркостях фона по обе стороны от объекта.Этот .сигнал запирает ключ 8 по управляющему входу и не пропускает сигнал наличия прямоугольного края изображения объекта 15 с порогового 5 о элемента 7 и на выход индикатора 16. Если сигнал с выхода дополнительного сумматора 12 не превьппает выставленного порогового уровня в дополнительном пороговом элементе 13, то это оз начает, что нет различий в яркостях фона по обе стороны от объекта. Ключ 8 будет открыт,и сигнал наличия края объекта с выхода порогового элемента 7 поступит на вход индикатора 16, включение которого сигнализирует о наличии протяженного линейного объекта.Изобретение позволяет значительно повысить надежность автоматического распознавания 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 изобретенияУстройство 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, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьппения надежности распознавания, оно содержит 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 другому - через блок задержки, выход блока вьяитания через соответствующий дополнительный амплитудный ограничитель соединен со входом дополнительного сумматора, подключенного ко входу дополнительного порогового элемента, выходы пороговых элементов подключены ко входам ключа.Источники информациипринятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССР 9 336673, кл. О 06 К 9/13, 1972.2. Авторское свидетельство СССР И 630524, кл. 6 06 К 9/13, 1978,3, Авторское свидетельство СССР 9 597274, кл. С 06 К 9/13, 1977 (прототип).Заказ 2380/35 Тираж 745 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 13035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП Патент , г. Ужгород, ул. Проектная, 4