Устройство для выделения контуров изображений объектов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК БО 1746391 А 6 К 9 36(5)5 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(21) 4688938/24- повышение точности устройства. Постав- (22). 10.05,89 ленная цель достигается путем совместного (46) 07,07.92. Бюл. М 25анализа значений производных первого и (71) Научно-исследовательский институт те- второго порядков, При этом выделяются полевиэионной техники "Электрон" тенциальные граничные точки путем срав-.(72) С.А.Елманов нения составляющих градиента с (53) 681,327.12(088.8) некоторым заданным пороговым значени- (56) Авторское свидетельство СССР ем, Затем для выделенных точек вычисляет%1424037;кл.606 К 9/00,1986; . ся вторая производная и решение оАвторское свидетельство СССР .принадлежности точки границе принимает Ф 1182551, кл. 6 06 К 9/36, 1984. ся в том случае, если в ее окрестности естьпереход через ноль функции лапласиана с (54) УстРОЙСТВО дЛя ВЫЩЕЛЕНИЯ КОН-отрицательным наклоном. Новым является ТУРОВ ИЗОБРджЕНИЙ ОБЪЕКТОВ введение в известное устройство для выде- (57)Изобретение относится к технической ления контуров объектов на изображении кибернетике, в частности к устройствам для . блока дифФеренцирова)(ия,второго селектовыделения контуров изображений объек- ра, блока определения ориентации, двух 3 тов, и может быть использова)(о в системах блоков сдвиговых регистров и блока аналираспоэнавания образов. Цель изобретения за, 1 з.п, ф-лы, 7 ил., 1 табл. ия функ ии конту Изобретение относится к технической кибернетике, в частности к устройствам для выделения контуров иэобсажений обьектов, и может быть использовано в системах распознавания образовЦель изобретения - позышение точности устройстваНа фиг.1 представлена схема устройст-. ва; на Фиг.2,а, - пример размытой границы между объектами на изображении; на фиг 2, б,в-примеры соответствующих значений.грэдиента и лапласиана; на Фиг.3,а,б,в - маска. вертикального направления линии контура, маска горизонтального направления контура,и маска лапласиана; на фиг.4 - пример выполнения блока определения ориентации контура; нэ фиг,5- восемь возму)жмых направлений линии онтура; на фиг.6- взаимное расположение Фрагментов анализа и текущего отсчета; на Фиг.7 - пример выполнения блока анализа .признаковконтура,В таблице приведены эначенций определения ориентации линра.Устройство содержит телевизионныйдатчик 1, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 2, селектор 3, детектор 4 вертикального направления, детектор 5горизонтального направления, регистр 6;блок 7 дифференцирования,. второй селектор 8, блок 9 определения ориентации контура,.сдвиговые регистры 10 и.11, блок 12анализа признаков контура,Блок определения ориентации контурасодержит два блока 13 и 14 вычисления модуля, два элемента 15 и 16 сравнения, блок17 постоянной памяти и элемент ИЛИ 18.+ц(2) Блох анализа признаков контура содержит блок 19 постоянной памяти и элемент И 20.Устройство работает следующим образом,Устройство реализует определение контуров объектов на изображении путем анализа скорости изменения функции яркости в каждой точке. Если величина скорости в данной точке достаточно велика; то точка воспринимается как контурная, Для оценки скорости изменения функции яркости в данной точке по ее окрестности размерами ЗхЗ определяются вертикальная и горизонтальная составляющие градиента. Оценки значений горизонтальной и вертикальной составляющей градиента. определяются при помощи оператора Собеля. Полученные значения. сравниваются с ранее заданным пороговым значением Н, Если абсолютное значение соответствующей составляющей больше Н, то считается, что в данном направлении обнаружена граница контура и точка считается потенциальной контурной, Однако наличие на реальных изображениях размытий границ объектов на изображении (нерезкие границы) приводит к чрезмерному утолщению контуров объектов на изображении, т,е. к снижению достоверности определения контурных точек (фиг.2.а - пример нерезкой границы ме)кду объектами каиэображении, характеризующимися значением яркости А и В, фиг.2,б - значение ссответствующей составляющей градиента).Для устракения этого недостатка целесообразным является анализировать значе, ние производной второго порядка .От функции яркости, Для этого определяется значение лапласиана - оператора оценки значения производной второго порядка, Центральной точке наклокного перепада соответствует точка перехода через нуль (фиг,2,в). Для определения .наличия точки перехода через нуль функции лапласиака анализируются знаки значений этой функ- ции в окрестности размером ЗхЗ элемента текущей анализируемой точки (фиг,б). Если .в данной потенциальной контурной точке существует переход через нуль функции лапласиана с отрицательным наклоном, то считается, что точка является контурной;Таким образом в текущей точке (1,изо.бражения определяются значения пу (Ц) вертикальной и Ьх (Ц) горизонтальной составляющих градиента и лапласианаЧ(Ц),Ьх (1 ) = 2 Хц+1+ Хь 1, +1+ Х)+ц+1 - 2 Хц- Хьц- Х+ц, . (1)Ь(Ц) = 2 Хьц + Хьц+ Х+ц)1+ 2 Х Х)+ц- Х)+ц+1,д(Ц) = Хьц+ Хьц+ Хьц 1+ Хц+ Хц+1 + Хн ц+ Х+1-+ Х+ц- 8 Хц Р) где Ь)(Ц) - значение горизонтальной составляющей градиента в точке (Ц); 5 Ьу(Ц) - значение вертикальной составляющей градиента в точке(Ц); 7(Ц) - значение лапласиана в точке (Ц);Хц - значение отсчета сигнала в точке(Ц). 10 Затем определяется, является ли данная точка (Ц) потенциальной граничной точ- . кой.О,если/ьх) О)% неу),Щн 4)Л(Ц) = 15 1, в противном случае, где Л (Ц) - признак, является ли точка (Ц) потенциальной граничной; Н - заданное пороговое значение Затем определяется, существует ли в 20 данной точке 0,переход через ноль с отрицательным уклоном функции лапласиана:1, есл иск(3, Я)ОЬЯа ф Е (0,1-1)" г(Ц) 60 -а,) В)ОЧАГУ(3+ а 1 ф ) .О) (5)О, в противном случае, 25 гдето (1,- признак наличия в точке 0,перехода через ноль с отрицательнымуклоном функции лапласиана.Точка (3,считается контурной; если(3, ее 1 Лт Ц = 1 (6). ЗО Ориентация о) (Ц) (фиг,5) линии контура в данной точке О, определяется на основе анализа знаков составляющих Ь)0,и Ьу(Ц) градиента и выполнения условия каличия контура в соответствующем направлении. 35Входное изображение в процессе его строчного сканирования. датчиком 1 поступает с выхода датчика 1 на вход АЦП, который выполняет преобразование сигнала .в 40 цифровую форму. Пусть.в текущей 1-й момент времени код текущего отсчета Хц с выхода АЦП поступает на вход селектора 3, выделения локальной области иэображе- ния, который предназначен для,выделекия; и временного хранейия локальной области размерами ЗхЗ. которая. представляет собой окрестность отсчета Х) цизображения. Коды соответствующих отсчетов изображения с выхода селектора 3 поступают на соответствующие входы детекторов 4 и 5 вертикального и горизонтального направления и блока 7 дифференцирования. На выходах детекторов 4 и 5 сформируются коды величин Ьу 0-, )-1) и Ьх (1-1, )-.1), которые затем поступают на первый ивторой входы блока 9 определения ориентации, на третий входкоторого поступает значение порога Н с выхода регистра 6, Значения Ьф,)-1) и Ьх 0-1. )-1) с соответствующих входов блока 9 поступает на входы блоко 8 .13 и 14 вычисления1746391 модуля, значение 1 Ьу(1-1,1-1) 1 и 1 Ьх(1-Ц) с выхода. которых поступают на первые входы элементов 15 и 16 сравнения, На вторые входы элементов 15 и 16 сравнения поступает значение Н с третьего входа блока 9 определения ориентации. Значение с выхо- . дов "Больше" элементов 15 и 16 сравнения поступают на.второй и четвертый .входы ,блока 17 постоянной памяти и на входы элемента ИЛИ 18. Код величины А(1-1,.)-1) (согласно (4 с выхода элемента ИЛИ 18 поступает на первый выход блока 9 определения ориентации. Значения знаковых раз.рядов Ьу(1-1, )-1) и Ьх(1-1, )-1) с первого и второго входов блока 9 определения ориентации поступают на первый и третий входы блока 17 постоянной памяти, в ячейках которого реализовано табличное вычисление функции ф 1 Ч 2 Чз Ч 4) ориентации в(1-1, )-1) линии контура в точке (1-1, )-1) (где Чк - значение на к-м входе блока 17 постоянной памяти, М= 1,4 Чб 0,13. Значения функции т(Ч 1 Ч 2 Чз Ч 4) заданы в таблице.Код в(И, )-.1) направление ориентации линии контура с выхода блока 17 постоянной памяти поступает на второй выход блока 9 определения ориентации. Параллельно значение Л(1-1, )-1) формируется на выходе блока 7 дифференцирования, Значение на знаковом разряде выхода блока 7 дифференцир 0 вания поступает на вход селектоРа 8 На выходе селектора 8 формируются зна-чения знаков лапласианов в окрестности ЗхЗ элемента точки (1-2, )-2). Значение с выхода селектора 8 поступает на первый вход блока 12 анализа. Регистры 10 и 11 имеют . длину (1. + 1) (где 1 - количество отсчетов в строке иэображения) и в начальный момент времени обнулены. Таким образом в течение первых (1.+1) тактов работы на их выходах будут формироваться нулевые значения, а в последующих тактах работы - значения отсчетов, поступивших на их вход (.+1) тактами ранее; Поэтому в текущем 1-м такте работы на входе регистра 10 формируется вход величины А(1-1, )-1), а на выходе формируется код величины Л(1-2, )-2), который затем поступает на второй вход блока 12, Значение с первого входа блока 12 поступает на вход блока 19 постоянной пйчяти, в ячейках которого реализованотабличное вычисление величины т (1-2, )-2) (согласно (5.Значение величины к (1-2, 1-2) с выхода блока 19 постоянной памяти поступает на. первый вход элемента И 20, на второй вход 5 которого поступает код величины А (1-2, )-2) . с первого входа блока 12. Тогда на выходе элемента И 20 сформируется код логической единицы, если выполняется условие(6),и нулевой код в противном случае, Значениес выхода элемента И 20 поступает на выходблока 12, а затем - на старший разряд выхо 5 да устройства, Одновременно на вход регистра 11 с второго входа блока 9 поступаеткод величины а (1-1)-1). Код величины а(1-2, 1-2) с выхода регистра 11 поступает натри младших разряда выхода устройства,10 Таким образом в текущем такте работы навыходе устройства в старшем разряде сформируется код логической единицы, если точка (1-2, )-2) является контурной, и нуль - впротивном случае, а на трех младших разря 15 дах сформируется код ориентации линииконтура, если точка (1-2, 1-2) является контурной. Устройство работает в конвейерном режиме и через 2 (1 + 1) тактов работы навыходе устройства сформируются. соответ 20 ствующие значения для точки(1, 1) изображения,Предлагаемое устройство позволяетреализовать. определение контуров объектов на изображении путем совместного ана 25 лиза значений производных первого ивторого порядка, что в свою очередь позволяет повысить достоверность определенияконтурных точек на изображении,Это позволяет эффективно использо 30 вать устройство в специализированных быстродействующих системах обработкисигналов различного назначения, в частности в автоматизированных системах распознавания изображений.35 Формула изобретен ия1. Устройство для выделения контуровизображений объектов, содержащее детекторы вертикального и горизонтального направлений, селектор; аналого-цифровой40 преобразователь, регистр и телевизионныйдатчик, выход которого подключен к информационному входу аналого-цифрового преобразователя, выход которого подключен кинформационному входу первого селекто 45 ра, выход которого подключен к входам детекторов вертикального и горизонтальногонаправлений, вход регистра является входом устройства, о т л и ч а ю щ е е с я тем,что,.с целью повышения точности устройства, оно содержит блок анализа признаков50 контура. два регистра сдвига, блок определения ориентации контура, второй селектори блок дифференцирования, выход первогоселектора подключен к входу блока дифференцирования, выход которого подключен к5 информационному входу второго селектора, выход которого подключен к первомувходу блока анализа признаков контура, вы ход которого является выходом устройства,группа выходов детектора вертикальногонаправления подключена к первой группе входов блока определения ориентации контура, первый выход которого подключен к информационному входу первого регистра сдвига, выход которого подключен к перво му входу блока анализа признаков контура, группа выходов детектора горизонтального направления подключена к второй группе входов блока определения ориентации контура, второй выход которого подключен к 10 информационному входу второго регистра сдвига, выход которого является выходом устройства; тактовые входы аналого-цифрового преобразователя; селекторов, регистров сдвига обьединены и являются. 15 тактовым входом устройства, группа выходов регистра подключена к третьей группе входов блока Определения ориентации контура.2,Устройствопоп.1,отл ичающее с я тем, что блок определения ориентации контура содержитдва блока вычисления модуля, два блока сравнения, блок постояннойпамяти и элемент ИЛИ, выход которого является первым выходом блока определения 25 ориентации контура, группа входов первого блока вычисления модуля является первой группой входов блока определения ориентации контура, а ее знаковый разряд подключен к первому входу блока памяти, группа входов второго блока вычисления модуля является второй группой входов блока определения ориентации контура, знаковый разряд, которбй подключен к третьему входу блока памяти, выход которого является вторым выходом блока определения ориентации контура, групйа выходов первого блока вычисления модуля подключена к первой группе входов первого блока сравнения, выход которого подключен к первому . входу элемента ИЛИ и второму входу блока памяти, группа выходов второго блока вычисления модуля подключена к первой группе входов второго блока сравнения;.выход которого подключен к второму входу элемента ИЛИ и четвертому входу блока памяти, вторыетруппы входов блоков сравнения объединеньг и являются третьей группой входов блока определения ориентации контура.1746391 ЖОР. УСоставитель А.БаранаТехред М,Моргентал ректор М,Демчик Редактор Н,Х Заказ 2396Тираж 8 НИИПИ Государственного ком 1:13035, Мос ППодписноеета по изобретениям и открытиям