Устройство для распознавания объектов на двумерном поле

:У 50 Н 04 И 7/18; Н 04 И 5 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТН ЕТЕНИЯ ОПИСАНИЕ И К АВТОРСКОМУ СИИД тйьФь - юаА СТВУ Р 14Н. Кузнец 67492 0 б(21)3357727/18-09 введены последовательно соединен е(72) Б.Н, Бычков Н,ов элемент ИЛИ, выход которого подклюи Б.С. Тимофеев чен к сигнальному входу аналого-циф(71) Ленинградский институт авиацион- рового преобразователя, первый иного приборостроения . второй интерполяторы, синхровходы(56) 1. Патент США Р 3 7, синхронизатора, а управляющие вхокл. Н 04 И 5/40, 1972. ды - со вторым и третьим выходами2. Патент США Р 3919471, блока управления соответственно, покл. Н 04 И 5/14, 1975. следовательно соединенные второй3. Патент США Р 3919473, сумматор, первый и второй входы кокл, Н 04 Й 5/14,1975. торого подключены к выходам второго4. Авторское свидетельство СССР блока памяти и второго интерполятопо заявке Р 2876870/18-25, ра соответственно, и второй ключ,кл. Н 04 И 5/14, 30.01.8 (прототип). выход которого подключен к второму Е.входу элемента ИЛИ, третий и четвер(нн)(вт) рстронство дяя рвсоовнвввния тя дд, дрв вход дооЯОБЪЕКТОВ НА ДВУМЕРНОМ ПОЛЕ, содержа-,. которых подключены к выходу аналащее последовательно соединенные теле- го-цифрового преобразователя, третийвизионный датчик и первый сумматор, блок памяти, первый и второй адресблок управления, первый и второй вы- ные входы которого соединены с перходы которого подключены к управляю- вым и вторым выходами синхронизаторащим входам соответственно первого и соответственно, управляющий вход.- свторого блоков памяти, синхрониза- управляющими входами второго, четвер-тор, первый вход которого соединен того ключей и четверфгым выходом бло- (со вторым выходом телевизионного дат- ка управления, сигнальный вход - счика и первым синхровходом второго выходом четвертого ключа, а выходблока памяти,. а второй вход - с третьего блока памяти соединен.стретьим выходом телевизионного датчи- .сигнальным входом второго интерполяка и вторым сиихровходом второго бло- тора, первый выход блока управленияка памяти, сигнальный вход которого подключен к управляющим входамсоединен с выходом первого суьвиатора, первого и третьего кпючей, выходпри этом первый, второй и третий вы- первого интерполятора соединен соходы синхронизатора подключены соот-, вторым входом первого сумматора вы-ветственно к первому, второму адрес- .ход второго сумматора подключен кным входам первого блока памяти и к входу решающего блока, а выход третьсинхровходу аналого-цифрового преоб-. его ключа соединен с сигнальным вхо-. ффразователя, а также решающий блок, дом первого блока памяти, выход кото.о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, ,рого подключен к сигнальному входуИзобретение относится к техникеавтоматического анализа изображенийи может бытв использовано н областителевидения, радиолокации, дефектоскопии, вычислительной и измерительной техники для автоматического выделения объектов на двумерном поле.Основной технической характерис тикой систем анализа изображений является чувствительность, Для повышения чувствительности н большинстве 10случаев применяется компенсация паразитного сигнала неравномерности фонавидеосигнала и, следовательно, н прямой зависимости от точности компенсации находится чувствительность устройств для распознавания объектовна двумерном поле. В этих системахкомпенсация сигнала неравномерностифона видеосигнала осуществляется восновном двумя методами. По первомуметоду формируют компенсирующий сигнал либо с помощью аналоговых гейераторов компенсирующего сигнала специальной формы, либо путем низкочастотной фильтрации паразитного сигнала неравномерности фона иэ переданае"мого видеосигнала,Известно устройство для распознавания объектов, содержащее блок введения компенсирующего сигнала, источниккомпенсирующих сигналон и суммирующий каскад. В этом устройстве формируется объединенный компенсирующийсигнал путем суммирования с определенными весами пилообразных и,параболических напряжений строчной и кад-З 5роной частот с источника компенсирующих сигналов 1 , Объединенный компенсирующий сигнал подается на управляющий вход блока введения компенсирующего сигнала, и изменяет его коэф фициент передачи по отношению к видеосигналу, подаваемому на его вход отдатчика видеосигнала, таким образом,чтобы скомпенсированный видеосигнална выходеблока введения компенсирую-А 5щего сигнала имел постоянную амплитуду при условии, что датчик нидеосигнала развертывает белый фон. Известно также устройство для рас-познавания объектов, содержащее се 50лектор синхроимпульсов, фильтр нижних частот, линию задержки, дифференциальный усилитель и оконечный преобразователь видеосигнала Г 2.На вход данного устройства поступает видеосигнал, который содержитвредный параэитный сигнал, представляющий собой неравномерность фона датчика видеосигнала, Для формирования компенсирующего сигнала из видеосиг ,нала вырезаются селектором синхроимпульсов синхронизирующие и гася.щие импульсы и затем с помощью фильтра выделяются низкочастотные состав.ляющие, Путем суммирования на дифференциальном усилителе полученноготаким образом компенсирующего сигнала с задержанным передаваемым видеосигналам компенсируют исходную неравномерность фона видеосигнала.Недостатком описанных устройствявляется низкая точность компенсациисигнала неравномерности фона видеосигнала, обусловленная тем, что, вопервых, трудно реализовать аппаратурно аналоговые генераторы компенсирующего сигнала сложной формы, а, вовторых, при фильтрации паразитногосигнала происходит компенсация соответствующих спектральных составляющих и полезного сигнала,По второму методу компенсирующийсигнал формируется табличным способом путем взятия отчетов сигнала неравномерности фона в опорных точкахи запоминания этих отсчетов в ячейках блока памяти. Подобный методобеспечивает высокую точность компенсации.Известно устройство для распознавания объектов на двумерном поле,содержащее последовательно соединенные задающий генератор, первый счетчик, нторой счетчик, блок памяти,цифро-аналогоный преобразователь,сумматор и .аналого-цифровой преобразователь, датчик видеосигнала, выход которого подключен ко второмувходу сумматора, а первый и второйвходы соединены с первым" выходомпервого счетчика и вторым выходомвторого счетчика соответственно, атакже коммутатор, выход которого подключен ко вторым входам цифро-аналогового преобразователя и блока памяти, третий вход которого соединенс выходом аналого-цифрового преобразователя, второй выход первого счетчика подключен ко второму входу аналого-цифрового преобразователя итретьему входу цифро-аналогового преобразователя, третий выход первогосчетчика соединен с четвертым входомблока памяти Г 33,Данное устройство формирует ступенчато-интерполированный корректирующий сигнал по дискретным во времени значениям паразитного сигналанеравномерности фона в опорных точках, который далее подается на сумматор, где вычитается иэ видеосигнала, вследствие этого в компенсированном видеосигнале на выходе сумматораприсутствует помеха дискретизации.Это"является существенным недостатком устройств анализа изображений смалым соотношением сигнал - шум. Вэтих устройствах для выделения сигнала используется синхронное накопление сигнала, например, на запоминающих электронно-лучевых трубках, Таккак помеха дискретизации синхронна сполезным сигналом, то при накоплениив равной степени с полезным сигналом дисинхронизация от кадра к кадру вводимого компенсирующего сигнала относительно анализируемого видеосигнала в пределах базового участка разбиения. Тем самым достигается несинхронность помехи дискретизации анализируемому сигналу в компенсируемом видеосигнале, и не происходит ее столь эФфективного накопления по сравнению с сигналом, т.е, снижается ее уровень 4.1Однако такое устройство характеризуется недостаточно высокой чувстбудет выделяться и помеха дискретизации, которая сильно маскирует слабые сигналы для наблюдателя и тем самымснижает чувствительность системыанализа в целом,Известно устройство для распознавания объектов на двумерном поле,содержащее последовательно соединенные телевизионный датчиксумматор,;Первый блок памяти, и цифро-аналоговый преобразователь, выход которогоподключен ко второму входу сумматора, последовательно соединенные 10 вительностью, так как в нем осуществляется несинхронное введение комблок десинхронизации и синхронизатор,35 пенсирующего сигнала относительноанализируемого. В связи с этим откадра к кадру форма компенсирующегосигнала отличается от оптимальной,так как на этапе. калибровки былизапомнены отсчеты компенсирующегосигнала при определенном фиксированном расположении опорных точек относительно развертываемой области.Поэтому понижается точность компенсапервый и второй выходы которого подключены соответственно к первому ивторому адресным входам первого блока памяти, а третий выход - к синхровходам преобразователя; блок управления, выход которого соединен суправляющими входами первого и второго блоко памяти и цифро-аналоговогопреобразователя, первый синхровходвуорого блока памяти подключен ковторому выходу телевизионного датции, т.е. Увеличивается сигнал остаточной неравномерности фона в компенсированном .видеосигнале, Имеяве" чика и к первому входу блока десинхронизации, второй синхровход - к третьеличину, сравнимую или значительно му выходу телевизионного датчика ико второму входу блока десинхронизации, а сигнальный вход соединен с превышающую амплитуду анализируемого(полезного) сигнала, сигнал остаточной неравномерности фона в компенсированном видеосигнале уменьшает эффективность использования динамического диапазона видеосигнала, затрудняет пороговую обработку и уменьшаеттем самым чувствительность системывыделения объектов на двумерном поле;,Кроме того, применяемый для синхронного накопления компенсированноговидеосигнала второй блок памяти имеетсобственный сигнал неравномерностифона видеосигнала, величина котороготакже ограничивает чувствительностьустройства в целом,Целью изобретения является повы 30 выходом сумматора, выход второго блока памяти подключен ко входу решающего блока. В данном устройстве наэтапе калибровки, при формированиисигнала от равномерного фона, берутся отсчеты паразитного сигнала неравномерности фона видеосигнала путеманалого-цифрового преобразованияего в опорных точках развертываемойобласти. По запомненным в первом 40блоке памяти отсчетам формируетсяна выходе цифро-аналогового преобразователя ступенчато-интерполированный компенсирующийсигнал, которыйв рабочем режиме при анализе иэображений вычитается в сумматоре изанализируемого видеосигнала. Компенсированный видеосигнал с выхода сумматора подается для синхронного накопления на второй блок. памяти. Вэтом устройстве повышена чувствительность распознавания объектов на двушение чувствительности.Для достижения указанной цели в устройство для распознавания объектов на двумерном поле, содержащее последовательно соединенные телевизионный датчик и первый сумматор, блок управления, первый и второй выходы которого подключены к управляющий входам соответственно первого и второго блоков памяти, синхронизатор, первый вход которого соединен со вторым выходом телевизионного датчика и первым синхровходом второго блока памяти, а второй входс третьим выходом телевизионного датчика и вторым синхровходом второго блока, памяти, сигнальный входкоторого. соединен с выходом первого сумматора, при этом первый, второй и третий выходы синхронизатора подключены соответственно к первому, второму адресным входам первогО бло мерном поле, за счет уменьшения в накопленном видеосигнале амплитуды помехи дискретизации по отношению камплитуде сигналов от объектов. Этодостигается за счет того, что с помощью блока десинхронизации, воздействующего через синхронизатор на ад.ресные входы первого блока памяти,осуществляется от кадра к кадру несин,хронное с разверткой датчика видеосигнала считывание отсчетов паразитного сигнала неравномерности фонавидеосигнала. Поэтому при компенсации неравномерности Фона проводится 65ка памяти и к синхровходу аналогоцифрового преобразователя, а такжерешающий блок, введены lоследовательно соединенные первый ключвход которого подключен к выходупервого сумматора, и элемент ИЛИ, 5выход которого подключен к сигнальному входу аналого-цифрового преобразователя, первый и второй интерполяторы, синхровходы которых соединены с третьим выходом синхрони Озатора, а управляющие входы - совторым и третьим выходами блока управления соответственно, последовательно соединенные второй сумматор, первый и второй входы которого подключены к выходам второго блока памятии второго интерполятора соответственно, и второй ключ выход которогоподключен ко второму входу элемента ИЛИ, третий и четвертый ключи,первый вход каждого из которых подключен к выходу аналого-цифровогопреобразователя, третий блрк памятипервый и второй адресные входы которого соединены с первым и вторым выхо 25дами сиНхронизатора соответственно,управляющий вход - с управляющимивходами второго, четвертого ключейи четвертым выходом блока управления,сигнальный вход - с выходом четвертого ключа, а выход третьего блокапамяти соединен с сигнальным входомвторого интерполятора, первый выходблока управления подключен к управляющим входам первого и третьегоключей, выход первого интерполяторасоединен со вторым входом первогосумматора, выход второго сумматораподключен к входу решающего блока,а выход третьего ключа соединен сеигнальным входом первого блока па-, 4 Омяти, выход которого подключен к сигнальному входу первого интерполято-.ра. На чертеже изображена структурная 45 схема предложенного устройства.Устройство содержит телевизионный датчик 1, первый сумматор 2, первый ключ 3, элемент ИЛИ 4, аналого-цифровой преобразователь 5, первый блок б памяти, первый интерполятор 7, второй блок 8 памяти, второй сумматор 9, второй ключ 10, блок 11 управления, третий ключ 12, второй интерполятор 13, четвертый ключ 14, третий блок 15 памяти, синхронизатор 16 и решающий блок 17,Устройство работает следующим образом.Работу устройства можно раэбить на три последовательных во времени ф 6 О этапа, задаваемых командами с блока 11 управления; первый этап - калибровка первого компенсирующего сигнала; второй этап - калибровка второго компенсирующего сигнала, тре тий этап - рабочий, выделение объектов на двумерном поле.На первом этапе видеосигнал с выхода телевизионного датчика, представляющий собой одномерную реализацию двумерного поля, на котором во время рабочего этапа предъявляются для анализа объекты, подается на один вход первого сумматора 2, При этом подача первого компенсирующего сигнала с выхода первого интерполятора 7 на второй (вычитающий) вход первого сумматора 2 запрещается командой, поступающей ео второго выхода блока 11, на управляющий вход первого интерполятора 7. Паразитный сигнал нерав" номерности фона видеосигнала с выхода первого сумматора 2 подается на вход первого ключа 3, который открыт командой, поступающей на его управляющий вход с первого выхода блока 11. Прошедший первый ключ 3 сигнал неравномерности фона видеосигнала через элемент ИЛИ 4 поступает на сигнальный вход аналого-цифрового преобразователя 5, на синхровход которого подаются синхроимпульсы, временное положение которых соответствует моментам прохождения развертывакщего луча через выбранные опорные точки, равномерно распределенные на развертываемой области. На выходе аналого-циФрового преобразователя 5.формируются в цифровом коде отсчеты lаразитного сигнала неравномерности фона видеосигнала в опорных точках. Эти отсчеты поступают через третий ключ 12, который открыт командой, подаваемой на его управляющий вход с первого выхода блока 11, на сигнальный вход первого блока б памяти. На управляющий вход первого блока б памяти поступает с первого выхода блока 11 команда, разрешающая запись отсчетов в соответствующие ячейки первого блока б памяти, число которых равно числу опорных точек. Выбор ячеек первого блока б памяти при записи значений первого компенсирующего сигнала определяется числовыми кодами, поступающими на первый и второй адресные входы первого блока б памяти с первого и второго выходов синхронизатора 16 соответственно. При этом смена кодов на первом и втором выходах синхронизатора 16 жестко синхронизирована с разверткой телевизионного датчика в строчном и кадровом направлениях соответственно путем подачи со второго и третьего выходов телевизионного датчика строчных и кадровых синхроимпульсов, После записи всех отсчетов первого компенсирующего сигнала в ячейки первого блока б памяти заканчивается первый этап работы устройства - калибровка первого компенсирующего сигнала. При этом закрываются первый и третий ключи 3, 12 и прекращается запись отсчетов в первыйблок б памяти путем подачи на ихуправляющие входы команды с первоговыхода блока 11,5На втором этапе работы устройстваразрешается формирование первого компенсирующего сигнала первым интерполятором 7 командой, поступающейна его управляющий вход со второговыхода блока 11. Первый интерполятор 7 воспроизводит в аналоговом виде первый компенсирующий сигнал впромежутных точках между опорными.Для этого с первого блока 6 памятисчитываются синхронно с разверткойотсчеты первого компенсирующего сигнала одновременно для четырех соседних опорных точек, между которымирасположен развертывающий луч. Счи. тываемые такими группами отсчеты подаются на вход первого интерполятора7, который формирует объединенныйаналого-циФровой компенсирующий сигнал для каждой точки развертываемойобласти, который представляет сббой 25взвешенную сумму отсчетов компенсирующих сигналов от четырех соседнихточек с весами, пропорциональнымирасстояниям от данной точки до этихопорных точекТаким образом, пер- ЗОвый интерполятор 7 при Формированиипервого компенсирующего сигнала реа-.лизует двумерную линейную интерполяцию его отсчетов в опорных точках напромежуточные точки, Первый компенси:рующий сигнал вычитается в первомсумматоре 2 из видеосигнала, компенсируется тем самым паразитный сигналнеравномерности фона видеосигналаот телевизионного датчика. Примененная в предлагаемом устройстве двумер ная линейная интерполяция при формировании первого компенсирующего сигнала позволяет уменьшить амплитудупомехи дискретизации в компенсиро-.ванном видеосигнале, на выходе первого сумматора 2 по сравнению с известным методом использования ступенчатой интерполяции с помощью цифроаналогового преобразователя, однаконе устраняет ее полностью. Кроме помехи дискретизации в компенсированномвидеосигнале присутствует также паразитный сигнал остаточной (нескомпенсированной) неравномерности фона ви.деосигнала из-за конечной (ограниченной) точности взятия отсчетов. Пере 55численные паразитные сигналы хотяи имеют малую амплитуду и не сужаютсущественно динамический диапазонвидеосигналателевизионного датчика,но они синхронны с полезным сигналом, передаваемым телевизионным датчиком на рабочем этапе выделенияобъектов на двумерном поле. Поэтомуна рабочем этапе при синхронном накоплении компенсированного видеосигнала .65 на втором блоке 8 памяти выделяютсяв равной степени с полезным сигналоми паразитные сигналы, которые сильномаскируют;слабые сигналы и тем самымснижают чувствительность системыв целом. Кроме того, второй блок 8памяти имеет собственный сигнал неравномерности фона видеосигнала, который также ограничивает чувствительность систеьи. Для повщаения чувствительности в предлагаемой системена втором этапе ее работы формируютвторой компенсирующий сигнал с цельюустранения в видеосигнале после егонакопления накопленных помех и дискре-.тизации, сигнала нескомпенсированной"неравномерности Фона видеосигналателевизионного датчика и собственного сигнала неравномерности фона видеосигнала второго блока 8 памяти. Дляэтого компенсированный видеосигналтелевизионного. датчика, развертывающего двумерное поле, с выхода первого сумматора 2 подается для синхронного накопления на сигнальный входвторого блока 8 памяти, в качествекоторого может быть использована,например, запоминающая электроннолучевая трубка. Для реализации синхронного накопления компенсированного видеосигнала на входы синхронизации второго блока 8 памяти и поступают строчные и кадровые синхроимпульсы со второго и третьего выходовтелевизионного датчика. Время. накопления фиксируется командой, подаваемой со второго выхода блока 11 науправляющий вход второго блока 8 памяти. По окончании цикла накоплениясчитываемый со второго блока 8 памяти и накопленный видеосигнал поступает на первый вход второго сумматора 9. При этом подача второго компенсирующего сигнала с выхода второгоинтерполятора 13 запрещается командой, поступающей с третьего выходаблока 11 на управляющий вход второго интерполятора 13, Накопленныйпаразитный видеосигнал, представляющий собой сумму трех паразитных сигналов (накопленной помехи дискретизации, сигнала нескомпенсированнойнеравномерности фона видеосигналателевизионного датчика, а также соб".ственяого сигнала .неравномерностифона видеосигнала второго блока 8 памяти), подается с выхода второго блока 8 памяти и через второй сумматор9 на вход второго ключа 10, которыйоткрыт командой, поступающей на егоуправляющий вход с четвертого выходаблока 11, Накопленный паразитный видеосигнал через открытый второй ключ10 и элемент ИЛИ 4 поступает на сигнальный вход аналого-цифрового преобразователя 5, На выходе аналогоцифрового преобразователя 5 формиру,ются в цифровом коде отсчеты накоп 1012459ленного параэитного видеосигнала вопорных точках. Эти отсчеты поступают через четвертый ключ 14, которыйоткрыт командой, подаваемой на егоуправляющий вход с четвертого выходаблока 11, на сигнальный вход третьего блока 15 памяти.На управляющий вход третьего блока 15 памяти поступает с четвертоговыхода блока 11 команда, разрешающаязапись отсчетов в соответствующие Оячейки третьего блока 15 памяти,число которых равно числу опорных точек. Выбор ячеек третьего блока 15памяти при записи значений второгокомпенсирующего сигнала определяется 15числовыми кодами, поступающими напервый и второй адресные входы третьего блока 15 памяти с первого и второго выходов синхронизатора 16 соответственно. После записи всех отсчетов второго компенсирующего сигналав ячейки третьего блока 15 памятизаканчивается второй этап работы системы - калибровка второго компенсиРующегО сиГнала. При этом закрываются второй и четвертый ключи 10, 14и прекращается запись отсчетов втретий блок 15 памяти путем подачина их управляющие входы команды счетвертого выхода блока 11,На третьем этапе работы производится собственно анализ иэображенийвыделение объектов на двумерном поле. При этом видеосигнал с выходателевизионного датчика 1, представляющий собой одномерную реализацию 35двумерного поля с предъявленнымина нем для анализа объектами, подается на один вход первого сумматора 2, на другой вход которого поступает с выхода первого интерполятора 7 первдй компенсирующий сигнал. На выходе первого сумматора 2Формируется компенсированный видеосигнал вычитанием из видеосигналапервого компенсирующего сигнала, Тем 45савам в видеосигнале устраняется параэитный сигнал неравномерности фонавидеосигнала телевизионного датчика.Компенсированный видеосигнал с выхода первого сумматора 2 подается на сигнальный вход второго блока 8 памяти, Второй блок 8 памяти осуществляет синхронное накопление компенсированного видеосигнала с целью эффективного выделения полезного сигнала. Время накопления задается командой, поступающей со второго выхода блока 11 на управляющий вход второго блока 8 памяти. После синхронного накопления видеосигнал с выхода второго блока 8 памятии подается на первый вход второго сумматора. 9. На другой вход сумматора 9 поступает второй компенсирующий сигнал, формируемый вторым интерполятором 13 аналогично как первый компенсирующий сигнал, иэ отсчетов, считываемых с третьего блока 15 памяти. Второй компенсирующий сигнал вычитается из накопленного видеосигнала, компенсируя тем самым накопленный паразитный видеосигнал. Видеосигнал с выхода второго сумматора 9 подается на вход решающего блока 17. Решающий блок 17, выполнен ный, например, в виде порогового блока, производит выделение полезного сигнала, и либо представляет его в виде, удобном для дальнейшего использования (фотография, видеозапись и т,д,), либо выдает команду оператору-наблюдателю.Формируемый в устройстве второй компенсирующий сигнал для устранения накопленного паразитного видеосигнала, представляющего собой сумму накопленной помехи. дискретизации и сигнала нескомпенсированной неравномерности фона видеосигнала телевизионного датчика, а также собственного сигнала неравномерности фона видеосигнала второго блока 8 памяти, позволяет по опытным данным в 2-2,5 раза повысить чувствительность. Это особенно важно при выделении с помощью предлагаемого устройства малоразмерных низкоконтрастных объектов, Наибольшую эффективность от использования устройства можно получить при применении его в рентгенотелевизионной дефектоскопии./5 ент", г. Ужгород, ул, Проект ППП ил Заказ .2790/70ВНИИПпо д113035,Тираж 6Государствелам изобреосква, Жанатчикова Корректор.Е. Рош По го комитета С й и открытий аушская наб.,