Устройство для распознавания прямолинейных элементов изображений

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Сфветскнк Социалистических Республик(61) Дополнительное к авт, сеид-ву (22) Заявлено 0709,79 (21) 2815 с присоединением заявки Йф -(51)М, Кл.з 80/18-24 Государственный комитет СССР йо делам изобретений и открытийОб К 9/00 3) Г 3 риоритет -Опубликовано .15,10.81.6 юл Дата опубликования описами темь Йо 38 3) УДК 681. 327.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАСПОЗНАВАНИЯ ПРЯМОЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ИЗОБРАЖЕНИЙ ке Изобретение относится к автомашин и вычислительной технике, в частнос ти, к устройствам для раэпознавания образов,; и может использоваться в . системах автоматического анализа изображений, в телевизионном зрении робо тов, для обработки биомедицинских препаратов, при анализе и классификации почвенных структур, для обмейа геологических карт, для раэпознава-. ния линейных элементов треков.Известны устройства для разпоэнавания прямолинейных элементов изображений, действие которых основано на анализе сигналов, формируемых на выходе .телевизионного датчика при помощи совокупности электронных блоков 11.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для распознавания прямолинейных элементов. изображений, содержащее телевизионный датчик, блок вы- читания, элемент эадер кки, первый пороговый элемент, первый сумматор, подключенный к его выходу второй пороговый элемент и блок синхронизации, выход сннхроимпульсов которого подключен ко входу синхронизации телевизионного датчика, выход телевизиоина го датчика подключен к первому вхо)у блока вычитания, элемент задержки включен между выходом телевизионного датчика и вторым входом блока вычитания, а выход блока вычитания подклю. - .чен ко входу первого порогового элемента 2.Недостатком этого устройства является низкое быстродействие,. обусловленное необходимостью последовательного анализа поля изображений по различным углам наклона и отсутствием автоматического определения начальной точки сканирования.Цель изобретения - повьыенне быстродействия устройства.Поставленная цель достигается тем за счет того, что в состав устройства введены блок памяти, элемент И, первый вход которого подключен к выходу первого порогового элемента, а выход- коо входу первого сумматора, схема сравнения, выход которой подключен ко .второму входу элемента И, последовательно соединенные счетчик тактовых импульсов, первый блок элементов И и регистр координаты Х, второй сумматор, первый вход которого :подключен к выходу регистра координаты Х, а выход - к первому входу схемы сравнения, последовательно соедйненные счетчик строчных импульсов, вторбй блок элементов И и регистр координаты У, третий сумматор, первый вход которого подключен к выходу регистра координаты У, а выход - ко второму входу схеьы 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 схем сравнения, а также к адресным входам координат Х и У блока памяти выход которого подключен ко вторым управляющим входам первогои второго блоков элементов И, выход сигнала приращений координаты Х блока памяти подключен ко второму входу второго 20 сумматора, выход сигнала приращения координаты У блока памяти - ко второму входу третьего сумматора, управляющий вход блока памяти подключен к . выходу схема сравнения, а вход записи 25 блока памяти - 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 поро" З 5 говый элемент 9, блок синхронизации 10, счетчик тактовых импульсов 11, счетчик строчных импульсов 12, схему 13 сравнения, блок памяти 14, регистр 15 .координаты Х, второй сумматор 16, регистр 17 координаты У и третий сум" матор 18.За счет введения новых блоков и связей повышается оперативность распознавания пряьюх линий и краев объек- тов произвольных направлений, т.е. уменьшается время распознавания, повышается производительность работы устройства, упрощается его эксплуатация, поскольку в устройстве производитсяпроверка 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 на" правлении прямого края или прямой линии, устройство автоматически перестраивается по всему полю изобретения. Устраняется повторное распознана. ние ранее выделенных пряьых линий и краев объектов. Исключается участие 6( оператора - вывод в начальную точку суммирования происходит в результате поиска. Кроме того, упрощается структура устройства для выделения и распознавания прямых линий и краев объектов произвольных направлений в изображении.Устройство работает следующим образом.Поле анализируемого изображения просматривается в соответствии с законом телевизионной развертки - слева направо, сверху вниз, Параллельно просматривается и блок памяти 14, адреса 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 задержанных сигналов в элементе задержки 3 и незадержанных 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 контуриым элементам. Первый этап - процесс поиска. контурного элемента. В момент времени, когда электронный луч пересекает перепад яркости, соответствую- щий контурному элементу,на выходе первого порогового элемента 4 появляется сигнал, который является разрешающим на первых управляющих входах блоков элементов И 5 и 6. Вторым управляющим сигналом для блоков элементов И 5 и 6 является сигнап состояния с выхода блока памяти 14, но поскольку память в начальный момент свободна, то он также разрешающий. Таким ббразом, сигнал с выхода счетчика тактовых импульсов 11 и счетчика строчных импульсов 12, которые в данный момент времени определяют координату Х и координату У контурного элемента соответственно через открытые блоки эле" ментов И 5 и 6 записываются в регистр 15 координаты Х и регистр 17 координаты У и далее - во второй сумматор 16 и 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 сигнал 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 выходапервого порогового элемента 4 поступает на вход первого сумматора 8. Втоюй этап - собственно процесс распознавания прямых линий и краев объектов, используя пространственное накопление по направлениям Ю,о, аС . Поскольку растр дискретный, то количество направлений не так велико. Формирование направлений суммирования, т.е, интерполирование линейной функции Х в К У, где К - коэффициент, задающий наклон линии, осуществляется вторым и третьим сумматорами 16 и 18 совместно с блоком памяти 14. Часть блока памяти отведена под хранение приращений координат Х и У, которые соответствуют различным значениям коэффициента К, За счет считываниякаждом кадре из блока памяти 14 под действием управляющего сигнала с выхода схемы сравнения 13 различных 1 приращений координат Х и У во второй и третий сумматоры 16 и 18 обеспечивается изменение наклона интерполи- руемой линии с заданным дискретом (Оо о 1800 ). Например, при считывании из блока памяти. 14 во второй сумматор 16 кода сигнала единичного приращения координаты Х, а в третий сумматор 18 - сигнала нулевого прира-щения У, код сигнала на выходе второго сумматора 16 с каждым сигналом с выхода схемы сравнения 13 увеличивается на единицу. Схема сравнения 13 при равенстве кодов сигналов с выхода счетчика тактовых импульсов 11 и счетчика строчных импульсов 12 соответственно с кодами сигналов на выходах второго и третьего сумматоров 16 и 18 Формирует импульсы, которые управляют считыванием приращений координат Х и У из блока памяти 14, а также открывают элемент И 7. Если в этот момент времени присутствует сигнал на выходе первого порогового элемента 4,т.е. имеется контур" ный элемент, то этот сигнал через открытый элемент И 7 поступает на вход первого сумматора 8. Таким образом, последовательно просматривается направление вдоль оси Х. Если в данном направлении находится прямая линия или край объекта, то в первом сумматоре 8 будет сигнал, достаточ ный 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 начальных зафиксированных координат Х и У в регистрах 15 и 17 Х и У. При считывании из блока памяти 14, например кодов сигналов, соответству-ющих едиНичным приращениям координат Х иЧ, суммирование проходит под углом 45. Если накопленный сигнал в первом сумматоре 8 превьзаает порог, установленный во втором пороговом элементе 9, т,е. в данном направлении находится прямая линия или краЯ, то с выхода второго порогового элемента 9 на вход записи блока памяти 14 подается сигнал. По этому сигналу и сигналу с выхода схемы сравнения , щ . 13 записывается положение линии в блок памяти 14 (по начальным координатам Х и У и с данными приращени;.ми). Затем суммирование происходит в следующем направлении и т.д. После про" у смотра всех направлений относительно фиксированных координат в регистрах 15 и 17 координат Х и У осуществляется поиск нового контурного элемента, при этом устройство не обращает внимания на контурные элементы ранее выделенных линий, поскольку, как указывалось, параллельно с просмотром поля анализируемого 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 сигнали коды сигналов, соответствующие координатам Х н У 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 этих 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 Х 15 и регистр координаты У 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 пряьие линии и края объектов в изображении.Включение новых блоков и связей в схему выгодно отличает предлагаемое устройство от прототипа. Во-первых, для распознавания пряьых 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 устройством, автоматически перестраивающимся по всему полю изображения, причем за счет просмотра блока памяти 14 параллельно с просмотром поля анализируемого изображения исключается повторное распознавание ранее выделенных прямых линий и краев объектов.При этом в значительной степени сокращается время распознавания, повыаается производительность работы устройства, а также упрощается структура устройства для распознавания прямых линий и краев объектов произвольных направлений. Во-вторых, не требуется участия оператора для вывода устройства в начальную точку суммирования. За счет органиэации двухстадийнойпроцедуры - поиск контурного элементаФормула изобретения Устройство для распознавания прямо О линейных элементов иэображений, содержащее телевизионный датчик, блоквычитания, элемент задержки, первыйпороговый элемент, первый сумматор,подключенный к его выходу второй поро-.говый элемент и блок синхронизации,выход синхроимпульсов которого подключен ко входу синхронизации телевизионного датчика, выход телевизионногодатчика подключен к первому входублока вычитания, элемент задержки ЗО включен между выходом телевизионногодатчика и вторым входом блока вычитания, а выход блока вычитания подключен ко входу первого порогового.элемента, о т л и ч а ю щ е е с я И тем, что, с целью повышения быстродействия устройства, оно содержитблок памяти, элемент И, первый входкоторого подключен к выходу первогопорогового элемента, а выход - ко 40 входу первого сумматора, схему сравнения, выход которой подключен ковторому входу элемента И, последовательно соединенные счетчик тактовыхимпульсов, первый блок элементов Ии регистр координаты Х,. второй сумматор, первый вход которого подключенк выходу регистра координаты Х, авыход - к первому входу схема сравнения, последовательно соединенныесчетчик строчных импульсов, второй фо блок элементов И и регистр координатыУ, третий суьщатор, первый вход которого подключен к выходу регистра координаты У, а выход - ко второму входу схеьв сравнения, выход первого по- О рогового элемента подключен кпервымуправляющим входам первого и второго ,блоков элементов И, выходы тактовыхи строчных импульсов блока синхронизации подключены соответственно ко щ входу счетчика тактовых импульсови входу счетчика строчных импульсов,выходы которых подключены.соответственно к третьему и четвертому входамсхемы сравнения, а также к адресным д входам координат Х и У блока памяти,и распознавание, используя накоплениепо направлениям, обеспечивается возмож.ность автоматического вывода в на"чальную точку суммирования и распознавание пряькх линий и краев объектов, при этом также повыаается оперативность распознавания, поскольку вустройстве производится проверка напрямую линию или край объекта тольков том месте, где встречается контурная точка и пропускаются участки, несодержащие их, и процесс поиска автоматизирован. В-третьих, устройствоможет оперативно перестраиваться подлюбую конкретную задачу за счет изменения приращенийкоординат Хи У, храниьих в блоке памяти. При этом можновыбрать наилучший режим работы. устройства и повысить производительность егоработы. В-четвертых, в предлагаемомустройстве исключен тракт задержки.Суммирование по различным направлениям осуществляется управляемым элементом И .7, который открывается внужный, момент импульсом с выходасхеьы сравнения 13,при равенстве кодов сигналов с выхода счетчика тактовых импульсов 11 и счетчика строчных импульсов 12 соответственно скодами сигналов с выхода второго итретьего суькаторов 16 и 18. Интерполирование координат линейной функЦии ХКУ обеспечивается вторыми третьим сумматорами 16 и 18 сов-,местно с блоком памяти 14, откудасчитываются приращения кодов сигналов, соответствующие различным коэффициентам К. Код на выходе второгосумматора 16 изменяется по законуР-КХ - З (Х+ дХи),1+4 :са.код иа выходе третьего сумматора18 -Ъ (У + У ),4+ :кгде Х - значение координаты Х на1-ой строке раэложенияздХи - приращение, определяющеенаклон линии п ф 1,2,;У - значение координаты У,соот"ветствующее 1-ой строке.разложения;АУ - приращение координаты У,которое равно нулю приинтерполировании горизонтальной линии или единицев остальных случаях;К вномер строки, на которой врежиме поиска выделен контурный элемент,Р в , число строк разложения.Кроме того, данным устройствомможно параллельно с распознаваниемпроизводить также и измерение длинылиний. В этом случае во втором пороговом элементе 9 устанавливается небольшой порог, повышение .которогоуказывает на присутствие в данном направлении линии, а не шумовых элементов, то по величине накопленногосигнала можно судить о длНне линии.Таким образом, включение новых блокови связей позволяет в значительнойстепени повысить оперативность распознавания - сокращение времени распознавания и повышение производительности работы устройства, упрощениеэксплуатации, за счет автоматизациипроцесса поиска и распознавания, приисключении повторного распознавания"ранее выделенных линий и пряьых краевобъектов, за счет обеспечения возможности гибкой перестройки устройствапод конкретную задачу,15873252 10 Составитель В. ВерховТеХред М.Рейвес рректор М. Демч актор К. Волощу Тирам 748 ИПК Государственно по делам изобретенМосква, Ж, Ра Заказ 9050/7 Подписнокомитета СССРи открытийкая наб д. 4/5 1130 4 Филиал ОПП "Патент", г. Уигорад, ул. Проек выход которого подключен ко вторымуправлякщим входам первого и второгоблоков элементов И, выход сигнала приращений координаты Х блока памятиподключен ко второму входу второгосумматора, выход сигнала приращениякоординаты у блока памяти - ко второмувходу третьего сумматора, управляющийвход блока памяти подключен к выходусхемы сравнения, а вход записи блокапамяти - к выходу второго пороговогОЬлемента. Источники информации,принятые во внимание при экспертизеАвторское свидетельство СССРв 548873, кл. с 06 К 9/00,1975. 2. Авдеев В,П. и др. Прямой крайкак признак для выделения Фигуры.фТехника средств связиф. Сер. "Техника телевидения", 1977, вып.1, с.96,рис. 9 (прототип),