Устройство для распознавания изображений

(56) Патент СШАкл. 0 Об К 9/00,Авторское свВ 1196917, кл. О 8) Р 436 опуб идетел Об К430,ик. 1983.ство СССР9/46,тносится к автольной технике и систем распознав автоматие и может роении нтификации ий, простИзоб кеи в быть и систем етение относитсяислительной техникользовано при посаспознавания и идобразов, изображе ро ГОсудАРстВенный комитетПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ Гкнт ССа(57) Изобретение оматике и вычислитепредназначено для ранственных сигналов.Цель изобретения - повышение быстродействия устройства за счет аппаратурной реализации операций предварительнои обработки изображения.На Фиг. 1 изображена структурнаясхема предлагаемого устройства; нафиг, 2 - конкретные примеры двух распознаваемых изображений при разнойориентации; на Фиг. 3 - положенияэтих изображений в матрице "окна",при которых обеспечивается их распознавание; на фиг. 4 - функциональная схема блока распознавания, построенного применительно к даннымизображениям,ния и идентификации простых образов, .сигналов. Цель изобретения - повьппение быстродействия устройства засчет аппаратурной .реализации опера"ций предварительной обработки иэображения. Устройство содержит блокформирования цифрового преобразования видеосигнала, блок Формированияэлектронного окна, блок вычисленияпорога, блок памяти, две группы пороговых элементов и блок распознавания.За счет одновременного отделения элементов изображения от элементов Фонабыстродействие увеличивается болеечем в 10 раз. 4 ил. Устройство содержит (фиг 1) блок 1 формирования и цифрового преобразования видеосигнала; блок 2 памяти, состоящий иэ последовательно соединенных сдвигающих регистров 3, которые являются элементами памяти одной строки. Элементы 3 памяти строки соединены между собой последовательно и работают по принципу сдвигающих регистров ,-разрядных слов. Выходы блока 1 формирования и цифрового преобразования видеосигнала и элементов 3 памяти строки, т,е, сдвигающих регистров, соединены с входами, блока 4 Формирования электронного "окна", который состоит из сдвигающих регистров 5, обеспечивающих сдвиг п-разрядного слова за один такт, Число регистров равно числу элементов столбца матрицы (К) изображения, а разрядность сдвига10 20 30 35 40 45 50 55 равна числу элементов строки матрицы (ш) изображения, Элементы матрицы, кроме элементов крайних строк икрайних столбцов, образуют так называемую сигнальную зону. Выходы элементов этой зоны матрицы соединеныс входами групп б пороговых элементов 7, на вторые входы которых поступает сигнал центрального элементарегистров 5 (на фиг. 1 заштрихован).Число пороговых элементов этой группы на 1 меньше числа элементов сигнальной зоны матрицы. Выходы регистра центрального элемента матрицысоединены также с входом блока 8 вь, -числения порога по заданной функции . Выход блока 8 вычисленияпорога соединен с пороговыми элементами 7 группы 9 пороговых элементов,на вторые входы которых поступаютсигналы всех элементов матрицы, кроме центрального. Число пороговыхэлементов в группе 9 на 1 меньшеобщего числа элементов матрицы, Выходы всех пороговых элементов 7обеих групп соединены с блоком 10распознавания, представляющим собойнабор логических элементов И, ИПИ.Рассмотрим на конкретном примерепринцип работы устройства,Прежде всего необходимо выбратьразмеры матрицы "окна", Эти размерыопределяются конфигурацией, ориентацией и размерами распознаваемых изображений. Предположим, что распознаваемые изображения и все их возможные положения на плоскости растрасоответствуют фиг, 2. Все возможные,положения их в матрице, при которыхобеспечивается распознавание, приведены на фиг. 3, Зону матрицы, вкоторой возможно нахождение элементов распознаваемого изображения содновременным расположением какоголибо элемента изображения на местецентрального элемента матрицы, назовем сигнальной зоной матрицы. Размер сигнальной зоны в общем случаеравен удвоенному максимальному размеру изображения минус 1, Для приведенного примера размер сигнальнойзоны равен 3 3. В общем случае размер сигнальной зоны вдоль координатХ и У может быть неодинаковым изависит от конфигурации образа ивозможных ограничений его ориентации на плоскости растра. Полный размер матрицы "окна" на 2 больше размера сигнальной зоны вдоль каждойкоординаты. Для приведенного примераразмер матрицы равен 5 х 5, Размерматрицы ш х К вдоль координат Х и Усоответственно всегда. является числом нечетным, Обозначим элемент матрицы как а; , где а - значение сигнала элемента матрицы с координатойпо оси Х и координатой ) по оси У.Тогда для рассматриваемого примераи принятых в соответствии с фиг. 3обозначений центральным элементомматрицы является элемент аа сиг 355нальная эона состоит из элементов22 ф 23 ф Иф Мф 53 ф З Иф 4 Зф 4 ФНаправление координат матрицыдолжно совпадать с направлением развертки изображения по строкам кадра (У) и вдоль строки (Х),Устройство работает следующимобразом.Блок 1 формирования ицифровогопреобразования видеосигнала обеспечивает Формирование растра, состоящего из строк и элементов в строке,Значение сигнала элемента преобразуется блоком 1 в и-раэрядный двоичный код. Обозначим период смены информации по элементам строки через7, а число элементов разложениявдоль строки - через М. Тогда длительность строки растра без учетапауз между строками будет 1 = М.Будем считать, что развертка изображения вдоль строки соответствует координате Х, а развертка кадра построкам - координате У, Поток информации в реальном времени поступает на группу сдвиговых регистров 3(память строк). Каждый регистр Ьгруппы содержит ровно М ячеек памяти. Тогда в цикле работы на выходахрегистров 3 всегда имеется информация одноименных элементов разныхстрок растра. С появлением информациикаждого нового элемента обеспечивается запись информации в регистры 5блока 4, а после этого происходитзапись новой информации в группусдвигаюших регистров 3 и перезаписьстарой информации со сдвигом на 1такт (изменением кода адреса на 1),В регистрах 5 также обеспечиваетсясдвиг информации на 1 разряд с каждым новым тактом смены входной информации. Таким образом, через время л К 1 лгг М( + 1) +1 ( . + 1)2 2152225 ОП = Г(абаз ). Функция вычисления порога можетбыть постоянной или выбираться впроцессе работы. А, = 1 агг аэг аг аг аБэ аа аэ аэ агз ага 33 Алгоритм распознавания для данного случая можно представить. в виде выражения: С, = (П 7 А,)Л(П ( а, )Л(Паз)Л(аэа )Л(а э - а )(1) Сг = (ПА )Л(П А а, )Л(П 4 а )Л(а Зэ ) аг 4)Л(аээ ) аэ) (2) где Аг = аг аг аэг а 4 г афэ а 44 аэа аз 5 аг а 1 ам а 131 Для случая на фиг. 3.3:С = (П ) Аз)Л(Па эг) Л(П 4 а 4 г)Л(а ээ э,)Л(а э, ) а 42) ( где Аэ = 1,аг аэ,а 41 а 5 ад а 5 э аэ а 4 Ф аз аг 4 ага 5от начала развертки иэображения (без учета пауз между .строками) первый элемент разложения растра оказывается на месте центрального элемента матрицы. Это соответствует началу анализа, который длится в течение всего кадра развертки изображения и закончится с задержкой относительноконца кадра на указанное выше время Т (вопрос о краевом эффекте рассмотрен ниже). Информация в виде и-разрядных слов со всех шхК ячеек памяти (регистров) одновременно поступает на элементы 7 сравнения, а, информация центрального элемента матрицы,.кроме того, поступает на блок 8 вычисления порога, который осуществляет вычисление порога по заданной функции: 20 Здесь выражения, заключенные вкруглые скобки, принимают значениелогической единицы при выполнениизаданных условий и значения логичесВ формулах 1 - 3 вариации выраже- ний в четвертых н пятых скобках (или ) ) обеспечивают однократную выдачу сигнала распознавания при равенстве сигналов элементов распознаваемого изображения. Аналогично составляют алгоритм распознавания для других ориентаций изобНапример, Па - р, где Р - какое-либо целое положительное число, или П = а э(1 - ц) где коэффициент о ( 1, Вычисление порога дол-, жно обеспечиваться за время, меньшее 8. На выходах пороговых схем группы 6 появляются сигналы вида а ), а; ивидаа э )а;ана выходах пороговых схем групйы 9 - сигналы вида П ) а . Обозначим1множество элементов, окружающих распознаваемый образ, для случая, приведенного на фиг. 3, 1 через А,: кого нуля " при невыполнении заданных условий. Для случая расположенияраспознаваемого образа, как нафиг, 3.2, имеем: ражения 1 (фиг. 3.43.12) и для изображения 2 (фиг. 3.13,3.16).Суммарные логические функции распознавания изображений 1 и 2 реализуются блоком 10 распознавания,Функциональная схема блока 10 для рассматриваемых примеров приведена10 на Фиг, 4. Для лучшего понимания принципа построения схема дана,без минимизации. На схеме реализацияфункций вида (Па; ) осуществленав энвнналентной Форме (П э н).Для устранения неопределенйости, связанной с краевым эффектом которая может привести к пропуску объекта, регистры 3 содержатш) ячеек памяти. По окончании строки сканирования вписывается нулеваяш информация в (- - ) тактах, По окон 2 чании каждого кадра вписывается нуК левая информация в ( в -) строках,ш,каждая из которых имеет (М + в -)2тактов. Такой режим работы устройства соответствует обрамлению реального растра полем с нулевой информацией, в результате чего обеспечивается идентификация объекта,примыкающего вплотную к любому краюрастра.Для обеспечения быстрого вычис"ления порога и миниатюризации устройства целесообразно использоватьв качестве блока 8 вычисления поро"га заранее запрограммированное ПЗУ.При этом по и адресным разрядам ПЗУвводится текущая информация о значении сигнала центрального элементаматрицы, а остальные адресные разряды можно использовать для вь 1 бораразличных заранее запрограммированных функций вычисления порога, например вариации различных значенийр или о.В предлагаемом устройстве обеспечивается упрощение алгоритма вычисления порога. За счет параллельногорешения задачи отделения элементовизображения от элементов Фона быстродействие увеличивается более чемв десять раз, В предлагаемом устрой 20 25 30 35 40 45 стве обеспечивается уменьшение вероятности пропуска объекта из-за краевого эффекта.,формула изобретения Устройство для распознавания изображений, содержащее блок Формирования и цифрового преобразования видеосигнала, выход которого соединен с входом блока памяти и входом первого сдвигающего регистра блока формирования электронного окна, входы остальных сдвигающих регистров которого соединены с выходами блока памяти, и блок распознавания, о т л и ч а ю щ е е с я тем что, с целью повышения быстродействия, в него введены блок вычисления .порога и две группы пороговых элементов, причем выход центральной ячейки центрального сдвигающего регистра блока формирования электронного окна соединен с входом блока вычисления порога, выход кото- . рого соединен с первыми входами всех пороговых элементов одной из групп пороговых элементов, вторые входы которых соединены с выходами зсех ячеек сдвигающих регистров блока формирования электронного окна за исключением центральной ячейки центрального сдвигающего регистра, первые входы пороговых элементов другой группы пороговых элементов соединены с входом блока вычисления порога, а вторые входы пороговых элементов этой группы соединены с выходами всех ячеек сдвигающих. регистров блока Формирования электронного окна за исключением центральной ячейки центрального сдвигающего регистра и крайних ячеек всех сдвигающих регистров блока Формирования электронного окна, все выходы пороговых элементов двух групп пороговых элементов соединены с входом блока распознавания.ектор Л. Бескид З,заказ 6966/48 Тираж 668 ПодписноеВ 1 ИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно Лаа И Л)агХ г 1 Л а УХ гг Ла 4 К гЗ Л) аБ 24 ан), ар гга)З), а.14 25 ан) аг 4 гг ю г 3 гв тельски комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина