Устройство для выделения контура изображения

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 1 6 9) (1) 6 51) 5 ПАТЕНТНО ГОСУДАРСТВЕННО ВЕДОМСТВО ССС (ГОСПАТЕНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ К АВТОРСКОМУ С ТЕЛ ЬСТВ сников иР СРЕНИЯ КО томатике и т быть исого зрения овышение ения услоти элеменределения ых призна(21) 4893556/24(56) Авторское свидетельство ССЮ 1257674, кл. 6 06 К 9/00, 1986Авторское свидетельство ССВ 1481812, кл, 6 06 К 9/00, 1988(57) Изобретение относится к аввычислительной технике и можпользовано в системах техничесроботов. Цель изобретения -точности устройства за счет уточвий определения принадлежностов изображения его контуру и одополнительных информационн ков о контуре изображения, таких как точки перегиба и прямолинейные участки, а также классификации прямолинейных участков контура изображения сложной конфигурации,.Цель достигается тем, что устройство содержит матрицу ячеек 1 обработки иэображений, каждая иэ которых состоит из фотоприемного элемента 2, тринадцати элементов И 3 - 15, двух элементов И - НЕ 16, 17, элемента ИЛИ - НЕ 18, двух сумматоров по модулю два 19, 20, элемента И - ИЛИ 21, элемента ИЛИ 22, элемента НЕ 23 и триггера 24. Новым в устройстве является уточнение условий определения принадлежности элементов изображения его контуру и определение дополнительных информационных Б признаков о контуре изображения, а также классификации прямолинейных участков.15 ил,Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к устройствам для выделения контура изображения и может быть использовано в системе технического зрения роботов.Целью изобретения является повышение точности устройства за счет уточнения условий определения принадлежности элементов изображения его контура и определения дополнительных информационных признаков о контуре изображения, таких как точки перегиба и прямолинейные участки, а также классификации прямолинейных участков контура изображения сложной конфигурации путем устранения указанных выше недостатков прототипа.На фиг.1 представлена схема предлагаемого устройства; на фиг,2 - схема расположения фотоприемных элементов; на фиг.3 - 10 показаны участки контура изображения, выделяемые нашим устройством, когда фотоприемный элемент 2 данной ячейки, соответствующий положению Хо см, фиг,2), относится к контуру изображения и определяется принадлежностью его точке перегиба контура изображения; на фиг.11 - 14 - прямолинейные участки контура изображения, выделяемые нашим устройством, типа "прямая перпендикулярна", "прямая параллельная","диагональ правая" и "диагональ левая" соответственно, когда фотоприемный элемент данной ячейки, соответствующий положению Хо см. фиг,2), относится к контуру изображения и определяется принадлежностью его соответствующему прямолинейному участку (указанному выше); на фиг.15 - контур изображения.Устройство для выделения контура изображения состоит из матрицы ячеек 1 обработки изображения, каждая из которых содержит фотоприемный элемент 2. первый 3, второй 4, третий 5, четвертый 9, пятый 13, шестой 10, седьмой 11, восьмой 14, девятый 12, десятый 15, одиннадцатый 6, двадцатый 7 и тринадцатый 8 элементы И, первый 16 и второй 17 элементы И-НЕ, элементы ИЛИНЕ 18, первый 19 и второй 20 сумматоры по модулю 2, элемент И-ИЛИ 21, элемент ИЛИ 22. элемент НЕ 23 и триггер 24, Первьй элемент И - НЕ 16, в отличие от прототипа, имеет восемь входов. Входы 25-32 первого элемента И-НЕ 16 через соответствующие шины 33 соединены с фотоприемными элементами 2 смежных ячеек 1, Причем входы 25 - 32 первого элемента И-НЕ 16 подключены к фотоприемным элементам 2 смежных ячеек 1, отвечающим положениям Х 1-Хв соответственно(см. фиг,2). Выход первого элемента И - НЕ 16 подключен к второму входу первого элемента И 3, первый вход которого 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 соединен с выходом фотоприемного элемента 2 и шиной 33 данной ячейки 1, а выход первого элемента И 3 подключен к входу триггера 24, Прямой выход триггера 24 подключен к выходной шине 34 данной ячейки 1 и к первым входам второго 4 и третьего 5 элементов И, Выход элемента НЕ 23 подключен к второму входу третьего элемента И 5,Входы элемента ИЛИ - Н Е 18 соединены с третьим входом третьего элемента И 5, с первыми входами одиннадцатого 6, двенадцатого 7 и тринадцатого 8 элементов И соответственно, с первым и вторым входами первого 19 и второго 20 сумматоров по модулю 2 соответственно, с первым и вторым входами пятого 13 и восьмого 14 элементов И соответственно и с выходами четвертого 9, шестого 10, седьмого 11 и девятого 12 элементов И соответственно, входы 35 - 42 которых через соответствующие выходные шины 34 соединены с прямыми выходами триггеров 24 смежных ячеек 1, соответствующие фотоприемные элементы 2 которых расположены по разные стороны от фотоприемного элемента 2 данной ячейки 1. Входы 35 и 36 четвертого элемента И 9 данной ячейки 1 подключень 1 к прямым выходам триггеров 24 смежных ячеек 1, соответствующих положениям Х 1 и Х 5(см, фиг.2); входы 37 и 38 шестого элемента И 10 - соответствующих положения Хз и Х 7 (см, фиг.2); входы 39 и 40 седьмого элемента И 11 соответствующих положениям Х 2 и Хл (см, фиг.2); входы 41 и 42 девятого элемента И 12 - соответствующих положениям Х и Х 8(см, фиг,2) фотоприемный элемент 2 данной 8 ячейки 1 соответствует положению Хо (см. фиг.2). Входы 43 - 50 второго элемента И-НЕ 17 через соответствующие шины 51 соединены с инверсными выходами триггеров 24 смежных ячеек 1. Причем входы 43-50 второго элемента И - НЕ 17 подключены к инверсным выходам триггеров 24 смежных. ячеек 1, отвечающим положениям Х 1-Х 8 соответственно (см. фиг,2),Выход второго элемента И-НЕ 7 подключен к третьему входу второго элемента И 4, второй вход которого соединен с выходом элемента НЕ 23, выход которого подключен к вторым входам одиннадцатого б, двенадцатого 7 и тринадцатого 8 элементов И, третьи входы которых соединены с прямым выходом триггера 24. Выход элемента ИЛИ 22 подключен к входу элемента НЕ 23,а входы соединены с выходами пятого элемента И 13. восьмого 14 и десятого 15 элементов И, элемента И-ИЛИ 21 и элемента ИЛИ - НЕ 18 соответственно. Элемент ИИЛИ 21 конструктивно выполнен в виде 2 И2 И - ИЛИ, Причем первые два входа элемента И-ИЛИ 21 соответствуют двум входам первого элемента 2 И, третий и четвертый входы - соответствуют двум входам второгоэлемента 2 И. Первый и второй входы деся того элемента И 15 соединены с выходами первого 19 и второго 20 сумматоров по модулю 2 соответственно и с первым и третьим входами элемента И - ИЛИ 21 соответственно, второй и четвертый входы которого соединены с выходами восьмого 14 и пятого 13 элементов И соответственно. Выходы второго 4, третьего 5, одиннадцатого 6, двенадцатого 7 и тринадцатого 8 элементов И подключены соответственно к выходным15 шинам 52 - 56 данной ячейки 1. Позицией 57 обозначена шина "сброса" ячейки 1 в исходное состояние. Конструктивно совокупность элементов 2 образуют фотоприемную матрицу (на фиг,1 не показана), на которую проецируется плоское иэображение объекта, В качестве фотоприемных элементов 2 могут быть использованы фотодиоды, фото- транзисторы, фоторезисторы и т.пт.е. эле менты обеспечивающие преобразование оптических сигналов в электрические, При необходимости в состав фотоприемных элементов могут входить также усилители и формирователи электрических сигналов.На фиг.3 - 10 показаны участки контура изображения, выделяемые, нашим устройством, когда фотоприемный элемент 2 данной ячейки 1, соответствующий положению Хо (см, фиг.2); относится к контуру изобра жения (этот информационный признак выделяется на выходной шине 34. см. фиг,1) и определяется принадлежность его точке перегиба контура изображения (этот информационный признак выделяется на 40 выходной шине 52, см, фиг.1),На фиг,11 - 14 показаны прямолинейные участки контура изображения, выделяемые нашим устройством, когда фотоприемный элемент 2 данной ячейки 1, соответствую щий положению Хо (см. фиг,2), относится к контуру изображения (этот информационный признак выделяется на выходной шине 34, см. фиг,1) и определяется принадлежность его одному из прямолинейных участков контура изображения; "прямая перпендикулярная" (этот информационный признак выделяется на выходной шине 53, см, фиг.1), "прямая параллельная" (этот информационный признак выделяется на выходной шине 54, см, фиг,1), "диагональ правая" (этот информационный признак выделяется на выходной шине 55, см, фиг,1), и "диагональ левая" (этот информационный признак выделяется на выходной шине 56, см. фиг.1), показанных соответственно на фиг,11 - 14. Расположение смежных фотоприемных элементов 2 по отношению к фотоприемному элементу 2 данной ячейки 1, соответствующему положению Хо, на фиг,11-14 такое же, как на фиг.2.На фиг,15 сплошной линией 58 показан контур проекции некоторого объекта на фрагмент матрицы фотоприемных элементов 2, а пунктирной линией 59 - контур изображения этого объекта, выделяемый предлагаемым устройством. При этом позицией 60 отмечены фотоприемные элементы матрицы, соответствующие точкам перегиба контура изображения, тоже выделяемые предлагаемым устройством, А позициями 61 - 64 отмечены фотоприемные элементы матрицы, которые расположены на прямолинейных участках контура изображения названных; "прямая перпендикулярная". "прямая параллельная", "диагональ правая" и "диагональ левая" соответственно, также выделяемых предлагаемым устройством.Устройство работает следующим образом.При подаче сигнала "Установ" на шину 57 на прямом выходе триггера 24, а следовательно, на выходных шинах 34, 52 - 56 появляются потенциалы, соответствующие логическому "0", а на инверсном выходе триггера 24, и следовательно на шине 51 будет логическая "1".В следующий момент изображение обьекта проецируется на матрицу фотоприемных элементов 2 ячеек 1 матрицы ячеек обработки изображения на выходах тех фотоприемных элементов 2, на которые попадает изображение, появляются сигналы логической "1", поступающие на первые входы первых элементов И 3 и через шины 33 на соответствующие входы 25-32 элементов И - НЕ 16 смежных ячеек 1. В результате на выходе первого элемента И 3, а следовательно на выходной шине 34 каждой ячейки 1 реализуется логическая функцияЕО =ХО.Х 1. 2, 345б7,Х 8, где Хо - двоичный сигнал, поступающий с фотоприемного элемента 2 данной ячейки 1;Х 1-Хв - двоичные сигналы, поступающие с фотоприемных элементов 2 смежных ячеек 1, соответствующих положениям Х 1- Хв (см. фиг.2),Согласно этой логической операции проверяется выполнение условия, уточненного по сравнению с прототипом, принадлежности элементов изображения его контуру. При этом условие формируется по сигналам не с четырех смежных фотоприемных элементов 2, так как в этом случае теряется информация о принадлежности данного фотоприемного элемента 2 контуруэлемента И 9емента И 10 изображения, если некоторый объект проецируется на матрицу фотоприемных элементов 2 в виде пятиэлементного контура, типа "креста" (см, для примера фиг,З), т.е, в этом случае не выдается информация на вы ходную шину(см. прототип) о принадлежности фотоприемного элемента 2 данной ячейки 1 контуру изображения, а с восьми фотоприемных элементов 2 смежных ячеек 1, причем Ео = 1, если Хо = 1 и хотя бы один из восьми элементов Х 1-Хв будет равен О,Сигналы с выходных шин 34 смежных ячеек 1 поступают на соответствующие входы 35-42 соответственно четвертого, шестого, седьмого и девятого 9 - 12 элементов И,15 а сигналы с инверсных выходов элементов памяти 24, соответствующих смежных ячеек 1, через шины 51 - на входы 43-50 второго элемента И-НЕ 17 данной ячейки 1.20В результате реализуются логические операции; . - на выходе четвертого ЕО =Е 1 "Е 5 - на выходе шестого эл ЕО = Ез" .Е 7" - на выходе седьмого элемента И 11 ЕО =Е 2 "Еб- на выходе девятого элемента И 12Ро =6",Гв: 30- , . ИНБ П ищ ь у уРу у ун А где Е 1-Ев - двоичные сигналы поступаю щие с выходных шин 34 смежных ячек 1,сответствующих положениям Х 1- 35 Х 8(см.фиг;2); - 1 - кЕ 1 - Е 8 двоичные сигналы поступающие через шины 51 с инверсных выходов триггеров 24 смежных ячеек 1, соответствующих положениям Х 1-ХВ. 40Тогда на выходах первого 19 и второго 20 сумматоров по модулю 2 и пятого 13 и восьмого 14 элементов И реализуются соответственно, логические операции: Ео Ео ЯЕО 45 Ео = Ео ЗЕО; Е 012 Е 1,Е 2.034 3,. 4Таким образом сформированы все необходимые функции, необходимые для определения информационных признаков о контуре иэображения.Рассмотрим как происходит формирование информационного признака о принадлежности фотоприемного элемента 2 данной ячейки 1 точке перегиба контура изображения,Точки перегиба контура изображения определяется из 3-х условий: фотоприемный элемент 2 данной ячейки 1 лежит напересечении двух прямолинейных участков(см. для приема расположение Хо на фиг.З -6); фотоприемный элемент 2 данной ячейкилежит на пересечении трех прямолинейныхучастков (см. для примера расположение Хона фиг.7 - 9); фотоприемный элемент 2 данной ячейки 1 не лежит на пересечении двух(или трех) прямолинейных участков (см. дляпримера расположение Хо на фиг.10).Формирование этих условий происходит следующим образом.На выходах элемента И - ИЛИ 21, десятого элемента И 15, элемента ИЛИ - НЕ 18 иэлемента ИЛИ 22 реализуются срответственно логические операцииЕопз Е 12,Е 034 Е 34 Е 012,Е п 2 Н Е 12,Е 34,Еоп Ео Ер Ео Ео;Е ОУП Е п 4 У Е п 2 нЕ 012 Е 034 /Е 011Следовательно, на выходе элементаИЛИ 22 (см. выражение реализуется общееуточненное логическое условие определения принадлежности фотоприемного элемента 2 данной ячейки 1 точке перегибаконтура изображения).Причем первому условию определенияточки перегиба соответствует "1" сигнал навыходе элемента ИЛИ 22:Ео - 1когда логические сигналы с выходов элементов И-ИЛИ 21 и ИЛИ - НЕ 18 равны нулю, ас выходов десятого 15, пятого.13 и восьмого14 элементов И равна единице, т.е.Ео = Еоп=О;Е п 2 н Е 0012 = Е 0034 11второму условию определение точки перегиба соответствует "1" сигнал на выходе элемента ИЛИ 22:Ео=1 когдаЕ п 2 н Е 012 Е 034Ео" =1;третьему условию определгибасоответствует "1" сигнмента ИЛИ 22:Е - 1о ре- леия точки на выход аЕ пз Е п 2 н Е 0 34 ЕО =1.Сигнал с выхода элем ступает на второй вход вт 4.На выходе второго эле довательно и на выходной ется информационн принадлежности фотопри 2 данной ячейки 1 точке изображения, определяем 2 понта И нта ИЛИ ого элем мента И 4, шине 52 ре ый пр емного эле ерегиба ко ый выраже а сле- ализуизнак мента нтура ниемЕ тп Е К Е НК,Е ОУППри этом, если Ео = 1, а Ео = О, т.е,н 1контур изображения представляет толькоодну точку, то, в отличие от прототипа. выдающего еще и признак о точке перегиба. 5информационного приемника о точке перегиба не будет (Етп = О), а будет только информация на выходной шине 34 (фиг.1) опринадлежности фотоприемного элемента2 данной ячейки 1 (см. Хо на фиг.2) одноэлементному контуру изображения, т.е. точке,Рассмотрим, как происходит формирование информационных признаков о принадлежности фотоприемного элемента 2данной ячейки 1 прямолинейным участкам 15контура изображения,Сигнал с выхода элемента ИЛИ 22 черезэлемент НЕ 23 поступает на вторые входысоответственно третьего, одиннадцатого,двенадцатого и тринадцатого элементов И 205 - 8, на выходе которых, а следовательно ина выходных шинах 53 - 56 (фиг.1) соответственно реализуются информационные признаки принадлежности фотоприемногоэлемента 2 данной ячейки 1 прямолинейным участкам контура изображения, определяемые выражениями:Ео д= Ео",Ео . Ео" - прямолинейныйучасток типа "прямая перпендикулярная"(см. фиг,11); 30Ео = Ео. Ео . Ео - "прямая паралпп 3 с, ОУП, 2лельная", (см. фиг.12);Еод" = Ео,Ео .Ео - "диагональ праК, ОУП, 3вая" (см, фиг,13),Ео = Ео . Ео . Ео - "диагональ леОУП, 4вая" (см. фиг,14),В предлагаемом устройстве происходитвыделение любого из четырех информационных признаков о прямолинейном участке,в отличие от прототипа, где может быть информационным признак о нахождении фотоприемного элемента 2 данной ячейки 1 напрямолинейном участке. когда данный фотоприемный элемент 2 может находится наодном или на пересечении двух диагональных (т,е. на точке перегиба) прямолинейныхучастков контура изображения,Так происходит проверка выполненияусловий о принадлежности элементов изо. бражения его контуру и определения информационных признаков о контуреизображения.Пример контура изображения. выделяемого нашим устройством с показом информационных признаков о контуре 55изображения представлен на фиг.15.Таким образом, введение новых элементов позволяет существенно повыситьселективность и точность устройства. выделить не только контур изображения. но и определить информационные признаки о контуре изображения. такие как точки перегиба и прямолинейные участки, При этом еще происходит и классификация прямолинейных участков. А наличие триггера в схеме ячейки обработки изображения обеспечивает сохранность информации на выходных шинах после снятия изображения с матрицы фотоприемных элементов.Положительный эффект по сравнению с прототипом состоит в том, что введение в каждую ячейку обработки изображения двенадцатого и тринадцатого элементов И, первого и второго сумматора по модулю 2. элемента И - ИЛИ и второго элемента И-НЕ позволяет повысить точность выделения контура изображения сложной конфигурации определения предлагаемым устройством, за счет уточнения условия принадлежности элементов изображения его контуру и определения дополнительных информационных признаков о контуре изображения, таких как точки перегиба и прямолинейные участки, а также классификации прямолинейных участков контура изображения, в отличие от прототипа. во-первых, путем формирования условия определения принадлежности элементов изображения его контуру с использованием восьми фотоприемных элементов смежных ячеек, а на четырех, так как в этом случае теряется информация о пятиэлементном контуре в виде "креста"; во-вторых, путем дополнительного получения информационных признаков о точках перегиба контура изображения и при условии. что данный фотоприемный элемент находится на пересечении любых двух или трех прямолинейных участков; в третьих, путем выделения информационныь признаков о четырех прямолинейных участках - "прямая перпендикулярная", "прямая параллельная", "диагональ правая" и "диагональ левая"; в-четвертых, путем определения принадлежности данного фотоприемного элемента только контуру изображения, т,е, точке, если с выходов всех (восьми) соответствующих исправных фотоприемных элементов смежных ячеек не будут поступать на входы данной ячейки единичные сигналы,Формула изобретения Устройство для выделения контура изображения, содержащее матрицу ячеек обработки изображений, каждая из которых состоит из фотоприемного элемента, выход которого соединен с первым входом первого элемента И, второй вход которого соеди1815660 нен с выходом первого элемента И-НЕ, входы которого являются входами ячейки, триг. гера, прямой вход которого подключен к выходу первого элемента И, инверсный вход - к входу "Сброс" матрицы ячеек обработки изображений, прямой выход - к первым входам второго и третьего элементов И и выходной шине ячейки, четвертого элемента И, выход которого соединен с первым входом пятого элемента И, шестого элемента И, выход которого подключен к второму входу пятого элемента И, седьмого элемента И, выход которого соединен с первым входом восьмого элемента И. второй вход которого подключен к выходу девятого элемента И. элемента ИЛИ. первый. второй и третий входы которого соединены с выходами пятого, восьмого и десятого элементов И соответственно, а выход - с вторым входом второго элемента И и входом элемента НЕ, выход которого подключен к второму входу третьего элемента И, элемента ИЛИ - НЕ, входы четвертого, шестого, седьмого и девятого элементов И являются входами ячейки, а выходы второго и третьего элементов И - выходами ячейки, одиннадцатый элемент И, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что. с целью повышения точности устройства, каждая ячейка обработки иэображения дополнительно содержит второй элемент И-НЕ, выход которого соединен с третьим входом кд Х Ха ,Хр Хо 3 х х; хщ;Ф)фиг,9 Фг О фкцб 4 и 7 Фига Фи 5 второго элемента И, а входы являются входами ячейки и подключены к соответствующим инверсным выходам триггеров смежных ячеек, двенадцатый и тринадца тый элементы И, первые входы одиннадца.того - тринадцатого элементов И соединены с выходами шестого. седьмого и девятого элементов И соответственно, вторые входы - с выходом элемента НЕ, третьи входы - с 10 прямым выходом триггера, а выходы являются выходами ячейки, первый и второй сумматоры по модулю два, первые входы которых подключены к выходам четвертого и седьмого элементов И, а вторые входы - к 15 выходам шестого и девятого элементов Исоответственно, элемент И - ИЛИ. входы которого соединены с выходами первого сумматора по модулю два, восьмого элемента И, второго сумматора по модулю два, пятого 20 элемента И, а выход - с четвертым входомэлемента ИЛИ, пятый вход которого под.ключен к выходу элемента ИЛИ-НЕ, входы которого соединены с выходами четвертого шестого, седьмого и девятого элементов И.25 прямой выход триггера, являющийся выходом ячейки. подключен к соответствующим входом смежных ячеек, соединенных с входами четвертого, шестого, седьмого и девятого элементов И, третий вход третьего 30 элемента И подключен к выходу четвертогоэлемента И.1815660ЪФ Уо ф е ;Фкй Составитель А, МясниковТехред М.Моргентал Корректор Н. Ревская акт аказ 1637 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,ГагаринаЪ Р У Хо с уУ