Способ распознавания изображений

1(омитет Российской Федерацитт йо иятеитйм и тОБЙ 2 Быы энйкйи ОПИСАНПАТЕНТУ л. Ъ 4142рбургоий государственный элекниверситет им.В.И,Ульянова (лениК.К.; Ивансв Г.ГКорсаков ЮЙ;оедов Г,Б.рбургский государственный элекуниверситет им.ВИУльянова (ленина)(57) Изобретение олительцой технике.технике, биологии,шаощего контроляность распознавани ОЗНАВАН 14 Я ИЗОБРИКЕтносится к автоматике и вычисИспользование его в.роботомедицине, средствах неразруи т. и. позволяет повысить точя. Это обеспечивается благо(21) 4804045/2(73) Санкт-Пететротехнический Е ИЗОБР в) ЙЦ 1) Л 003174 С51) 5 6)6 КЙК даря тему, что ана аналогично эталон тура изображения счетов, пропорцио анализируемого / вьделенных эгем ленные элементы изображениях мо руемый сигнал но ляется суммарная Нтерпол, рованны напов, после чего а по времени относи ци) суммарной ра уальной величины пр)нимак)т решени 3 ил. лизруемь с)гнал порирцотся ному сигналу путем обхода ко- И фОРМИРОВа .Я ДИС.РотнХ О 1- напьных расстояИю о е 1 тра тпи эталонцого/ зобра 1 кен я по ентов конту а, причем ".ти выдев анапи:1,руо,о; эталонном гут не совпадать, Затем аа 11 зирмируется к эталонному, опр=:.еразность отс-этзв эт,лен)ого и х отсчетов анапизируемого сиг - нализируемьи ,гнал спюгле; гя тельно этапснного дс м. ним азности. При сГэнонгн се гцн 1 с заранее заданньи :1 орогом е о распознавал;ф изобпа;(ен;яИзобретение относится к автоматике ивычислительной технике и может быть использовано для распознавания изображений плоских. геометрических фигур вробототехнике, установках неразрушающего контроля, в биологии, медицине и т. и.Известен способ распознавания изображений объектов, основанный на преобразовании изображения в видеосигнал,формировании сигналов - образов и сравнении их с эталонными сигналами. В известном способе после выделения участкарастра с распознаваемым изображениемвращают считывающий растр, суммируют внаправлении по кадру видеосигналы всехстрок при каждом положении считывающего оастра и сравнивают суммарные сигналыс эталонными сигналами,Недостатками способа являются большой объем предварительно запоминаемойинформации и зависимость результатовраспознавания от аффинных преобразований.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способраспознавания иэображений, включающийв себя формирование эталонного периодического сигнала с периодом Т, прйбразование распознаваемого изображения ванализируемый периодический сигнал с темже периодом Т, нормирование эталонного ианализируемого сигналов, сравнение анализируемого сигнала с эталонным и принятие решения по результатам сравнения,При этом эталонный и анализируемый сигналы формируют путем преобразованияпроекции изображения эталонного и распознаваемого) на первую координатнуюось, расположенную в плоскости изображения, при равномерном изменении угла по-.ворота изображения вокруг второйкоординатной оси, перпендикулярной плоскости изображения,К недостаткам известного способа следует отнести его ограниченные возможности при распознавании изображений фигурпроизвольной формы. В связи с тем, чтопериодический сигнал формируют путемпреобразования проекции изображенияфигуры, в процессе распознавания осуществляется анализ лишь характерных точекизображения фигуры, таких, например, каквершины многоугольника. При анализе жеизображений фигур произвольной формы и. в частности изображений вогнутых фигуризвестный способ не может обеспечить высокой точности распознавания. Кроме тогов известном способе не предусмотрена компенсация потери информации.при распознавании изображений несвязных фигур, т. е. фигур, контуры которых имеют разрывы, Наличие разрывов в контурах фигур и особенно в зонах вершин фигур приводит при использовании известного способа к значи тельному снижению точности распознавания.Цель предполагаемого изобретения -повышение точности распознавания.Цельдостигается тем, что согласно спо сабу распознавания изображений, включающему в себя формирование эталонного периодического сигнала с периодом Т, равным времени обхода контура эталонного изображения следящим устройством, преб образование распознаваемого изображе.ния в анализируемый сигнал с периодом Т, нормирование эталонного и анализируемого сигналов, сравнение анализируемого сигнала с эталонным и принятие решения по 20 результатам сравнения, эталонный сигнал. формируют в виде последовательности дискретных отсчетов, временное полокение которых соответствует моментам прохождения заранее выделенных элементов при обходе 25 контура эталонного изображения следящимустройством, а амплитуды отсчетов пропорциональны расстояниям от центра эталонного иэображения до выделенных элементов его контура, выделяют центр распознаваемоЗ 0 го изображения и произвольные элементы наего контуре, не обязательно совпадающие с аналогичными элементами на контуре эталонного изобракения, анализируемый сигнал формируют при обходе контура Зв распознаваемого изображения аналогичноэталонному сигналу, нормируют анализируемый сигнал к эталонному сигналу, определяют суммарную разность отсчетов эталонного сигнала с интерполированными 0 в те же моменты времени отсчетами анализируемого сигнала, сдвигают во времени, анализируемый сигнал относительно эталойного до минимизации суммарной разности их отсчетов, сравнивают минимальноезначение суммарной разности отсчетов с заданным порогом и принимают решение по результатам этого сравнения.Сущность предлагаемого способа заключается в том, что для распознавания изобра жения на его контуре выделяют элементы иопределяют расстояния от центра изображенин до этих элементов, что позволяет надежно охарактеризовать изображение произвольной формы и восстановить утраб 5 ченную информацию о частях контура изображения в случае его разрывов. При этом для обеспечения независимости результатов распознавания от угловой ориентации изображения, выделенные на его контуре элементы должны быть расположены отно 2003174сительно центра изображения с постоян- фиг. 2, б пунктиром) и из интерполированноным угловым шагом, го сигнала последовательно выбирают знаНа фиг. 1 приведены эталонное изобра- чения, соответствующие углам, кратным жение (фиг. 1, а) и соответствующий емудр,: "а=аду;(п=1-М) в инте а еЬр: "э=вЬр;(и = - ) в интервале периода эталонный сигнал (фиг, 1, б); на фиг 2 5 0-360, Полученный таким образом аналиРаспознаваемое изображение(фиг. 2, а) со- эируемый си нал (ф 2 ) ответствующий ему анализируемый сигнал дальнейшем для рас одальнейшем для распознавания. (фиг. 2, б) и используемый для Распознава- Для обеспечения ния анализируемый сигнал (фиг. 2, в); наля о еспечения независимости результатов распознавания изображения фиг. 3 - структурная схема устройства. 10 От его масш абаВкче иот его масштаба производят нормироваб жкачестве примера за эталонное изо- ние эталонного и анализируемого сигнаРажение выбРано изображение. плоской лов С этой целью о фигуры произвольной конфигурации с воглов. этой целью определяют средниезначения сигналов и изменяют амплитудывсех 61 счетов анализируемого сигнала с однутой частью (фиг, 1, а). На контуре этогоизображения для простоты понимания Ри 15 ним и тем ж о ффним и тем же коэффициентом пропорциосунка выделено небольшое количество элементов (в=12,расположенныхнальности до совпадения средних значений относительно центра с постоянным угловым Далее сопоставляют эталонный и анашагом Ьрз= , - 30, В предлагаемом спо изируемые сигналы, например, на основе360 о л20разностного алгоритма, для чего Определясобе величина Ьргораздоменьше,таккак ют модули разности соответствующих Отчемменьше шаг, тем большеточностьрас- счетов сигналов (при Одном и том же познавания. Эталонный периодический значении угла=п ЬЪ где и последовасигнал, соответствующий обходу всех выде- те ое 1 д М) у25 тельно изменяОт От до ), суммируют модули и сравнивают полученную сумму с ленных элементов контура (время обходаТ=-=360), пРедставлЯет собой последова- установленным за ее Еустановленным заранее порогам. Если сумтельность дискретных отсчетов, амплитуды ма превышает порог, то сдвигают анализикоторых пропорциональны расстояниям отцентра изображения до соответствуощих определяют значение с ЭЪруемый сигнал на один шаг и снова выДеленных элементов контУРа изобРаже-Общем слу ае м ж ния (фиг. 1, б).в о щем случае может быть произведена Краз, Как только сумма оказывается равнойдля простоты понимания сущности порогу(или меньшей порога, делают вывод предлагаемого способа распознаваемое(текущее) изображение выбрано такой жеконфигурации, того же масштаба, что и эталонное изображение, и совпадает с ним поугловому положению (фиг, 2, а), С этой же В рассма иврассматриваемом примере число выцелью на контуре распознаваемого изобраделенных элементов на контурах эталонножения выделено такое же количество элевы рано одинаковым: =, При необходинапример, телевизионной обработки рас- мости распознавания изображения с разрыпознаваемого изображения выделение элевами число выделенных элементев на ментов на его кОнте а его контуре Осуществляется контуре распознаваемого изображения Мпутем построчного сканирования изобра- мо., ет Оказаться ме шжения (фиг, 2, а). Полученный при этом ана- на контуре талонногона контуре эталонного изображения Клизируемый сигнал представляет собой рй) Однакоосу ес. днако осуществлял интерполировапоследовательность дискретных Отсчетов, ние сигнала на основе анализние сигнала на основе анализа его значенийамплитуды которых пропорциональны рас- для соседних элементовдля соседних элементов контура. можно Опстояниям От центра иэображения до элементов его контура, расположенных .отсутствующих элементов, т, е. скомпексиотносительно центра изображения с пере- ровать потерю информац 11 Оровать потерю ин Ормации о распознаваеменным угловым шагом (фиг, 2, б), мом изображении в резумом изо ражении в результате разрывов,Для преобразования этого сигнала в по- Точность подобной интерполяции тем выследовательность дискретных отсчетов; соответств ющихве с ующих эеметам контура следовательности дискретных отсчетов Лл Распознаваемого изобРажениЯ, Располо- ., аТаким образом, сформированный анализиженных относительно его центра с постоян- руемый сигнал не зависит От аффинньх Ореным угловым шагом, сигнал интерполируют образований и характеризует Особенчести (интерполированный сигнал изображен на формы распознаваемой фигуры,2003174 ф о л и о б , 25 Распознаваемого изобРажениЯ и пРоизвольные элементы на его контуре, аналиСПОСОБ РАСПОЗНАВАНИЯ ИЗОБРА- зируемый сигнал Формируют при обходе . ЖЕНИЙ, включающий Формирование эта- контура распознаваемого изображения лонного периодического сигнала с перио- следящим устройством аналогично. эталон- дом Т, равным времени обхода контура 30 ному сигналу, определяют средние значе-. эталонного изображения следящим уст- ния эталонного . и анализируемого ройством, преобразование распознаваемо- сигналов, изменяют амплитуду всех отсчего изображения в анализируемый сигнал с тов анализируемого сигнала с одним и тевье периодом Т, сравнение анализируемого же коэффициентом пропорциональност сигнала с эталонным и принятие решения 35 до совпадения средних значений анализи по результатам сравнения, отличающийся руемого и эталонного сигналов, определя;. тем, что, с целью повышения точности рас- ют суммарную разность амплитуд отсчетов познавания, эталонный сигнал формируют эталонного сигнала с интерполированныв виде последовательности дискретных от- ми к тем же моментам времени отсчетам и40счетов, временное положение которых со- анализируемого сигнала, сдвигают во вреответствует моментам прохождения мени анализируемый сигнал относительно, заранее выделенных элементов при обхо- эталонного сигнала до минимизации сум- де контура эталонного изображения следя- марной разности амплитуд их отсчетов, щим устройством, а амплитуды отсчетов,45 сравнивают минимальное значение смпропорциональны расстояниям от центра марной разности амплитуд отсчетов с 3 аэталонного изображения до выделенных данным порогом и принимают решение по элементов его контура, выделяют центр результатамэтогосравнения,Предлагаемый способ может быть реализован, например, с помощью устройства иг. 3), которое содержит телевизионный датчик 1, последовательно соединенный через первый вход аналого-цифровогопреобра зователя АЦП) 2, первый вход интерфейса 3 с входом микроЭВМ 4, Второй вход АЦП 2 соединен с вторым выходом телевизионного датчика 1, третий выход которого подключен к второму входу интерфейса 3, Работа 10 микроЭВМ 4 производится в соответствии с разработанным. алгоритмом,Устройство работает следующим образом, Оптическое изобрахение распознаваемой фигуры с помощью телевизионного 15 датчика 1 преобразуется в видеосигнал, который поступает на первый вход АЦП 2 на его второй стробирующий) вход поступают тактовые импульсы с второго выхода телевизионного датчика) с частотой, определяемой точностью преобразования изображения в цифровой сигнал, обусловленной в конечном счете точностью распознавания, Далеепроисходит запись полученных кодов величин яркости изображения через интерфейс 3 в ОЗУ микроЭВМ 4. Момент начала записи в ОЗУ определяется кадровым синхроимпульсом, поступающим на второй вход интерфейса 3 с третьего выхода телевизионного датчика 1.Под управлением начального загрузчика, находящегося в ПЗУ. микроЭВМ 4, осуществляется загрузка ядра операционной системы, например, ОС-ДВК в ОЗУ машины с внешнего носителя информации, Далее под управлением операционной системы происходит загрузка программы пользователя, Под управлением программы происходит загрузка в машину массива информации о соответствующей эталонной фигуре и о величине порога. Результаты. распознавания отображаются на экране дисплея.(56) Авторское свидетельство СССР М. 446087, кл, 6 06 К 9/00, 1970.Авторское свидетельство СССР М 46610, кл, 6 06 К 900, 1977.2003174 Редактор В. Т Составитель Л, Кутковако Техред ММорген 1 л ктор 1 М. Самборская Тиракпаюсное НЙО "Поиск" Росатент13035, Москва;Ж-ЭБ, Йаушскав наб., 4 Уб аказ 323 Проиэводственно-иэдательский кбмбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10