Устройство для распознавания изображений

(19) 111) 3150 С 06 К 9 00 САНИЕ ИЗОБРЕТ ТОРСКОМЪГ СВ ЬСТВ Белоут проблемие интов-ман оение",71,1976.(про 4)( ННЯ ОЗНА- блождый ватель леторых блока генеиз ко но со мента подкл класс ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Ордена Ленина инстиуправления(56) 1. Катыс Г.П. Оптичформационные системы робпуляторов, М., "Машиност1977, с, 39-40.2. Патент СИА Р 39597кл. 340-1463, опублик.тотип)7) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАС ИЗОБРАЖЕНИЙ, содержаще мирования признаков, к орых состоит из послед диненных компаратора, И и счетчика, выходы к чены к одним из входов фикации, блок памяти и ратор импульсов, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью упрощения устройства, оно содержит оптически связанные узел вращенияизображения и позиционно-чувствительный фотоприемник, блок заданияпорогов, распределитель импульсов,первый и второй формирователи импульсов и нуль-орган, входы которого подключены к выходам позиционно-чувствительного фотоприемника,выход которого подключен к входамкомпараторов блоков формированияпризнаков, входы первого Формирователя импульсов соединены с выходом нуль-органа и узла вращенияизображения, выход блока классификации подключен к входу второгоформирователя импульсов, выход которого соединен с входом блока памяти, выход которого подключенк входу распределителя импульсов,выход которого соединен с другимвходом блока классиФикации.Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, вчастности к устройствам распознавания изображений, и может бытьиспользовано для распознавания промьнленных иэделий роботами при автоматизации технологических операций.Известно устройство для распознавания изображений, используемоев промышленньх роботах, содержащееблок визуального управления, блокуправления, телекамеру и сервопривод. Это устройство обеспечинаетраспознавание объектов, движущихсяс постоянной скоростью на подвижном конвейере 1) .Недостатком известного устройстна является его сложность и высокая стоимость вследствие необходимости применения сложных электроиных блоков интерфейса и мощной ЭВМс высоким быстродействием и больщимобъемом оперативной памяти.Наиболее близким к предлагаемомупо технической сущности являетсяустройство для распознаванйя изображений, содержащее блоки Формирования признаков, каждый из которхсостоит из последовательно соединенных компаратора, элемента Ии счетчика, выходы которых подключены к одним из входов блока Классификации, блок памяти и генераторимпульсов,Устройство содержит также блокуправления мацигулятором (ЭВМ)телекамеру и осуществляет опознавание объектов, движущихся на конвейерной ленте, Телекамера соединена через схему отбора и схемуквантования с первьми входами элементов И, вторые входы которых соединены с выходами соответствующихгенераторов стробирующих сигналови через соответствующие элементыИХП счетчики и копараторы с блоком управленияр 1 акО сОжцос"ь и стОимОсть этоГос .Остна Остаются ньсокими ие позвояют широко применять в промьвленО автоматике. Кроме тогоэто устройство не обеспечивает рас,ознаванне Ос,ъектон, произвольноэриентиронанцы. в поле зрения (отсутствует иннариантность к поворотуОбъектов),Цель изобретения - упрощение устройства,Указанна, цель,цостигаетс- тем,что устройство для распознаванияизображений, содержа)нее блоки Фор-,мирования признака каждый из которьпс состоит из посэедонательно соединенньх компаратхра, элемента И исчетчика, я;ходуОторых подключенык одним и з нхсдон блок классиф ка 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 дии, блок памяти и генератор импульсов, содержит оптически связанныеузел вращения изображения и позиционно-чувствительный фотоприемник, блокзадания порогов, распределитель импульсов, первый и второй формирователи импульсов и нуль-срган, входыкоторого подключены к выходам позиционно-чувствительного фотоприемника, выход которого подключен к входам компараторов блоков формирования признаков, входы первого формирователя импульсов соединены с выходом нуль-органа и узла вращенияизображения, выход блока классификации подключен к входу второго формирователя импульсов, выход которого соединен с входом блока памяти, выход которого подключен к входу распределителя импульсов, выходкоторого соединен с другим входомблока классификации,На Фиг. 1 приведена блок-схемаустройства для распознаванИя изображенис, на фиг. 2 - структурнаясхема узла нращения изображения,на фиг, 3 - функциональная схемаодного из возможных вариантов позиционно-чувствительного фотоприем ника, на фиг. 4 - вариант реализации блока задания порогов, на Фиг.5вариант реализации блока классификации, на фиг. б - временная тиаг.рамма выделения импульсов в одномиз идентичных каналов блока форми -рования импульсов.Устройство для распознаванияиэображения содержит (фиг, 1) блок1 преобразования иэображения, блоки 2 Формирования признаков, блок3 задания порогов, генератор 4импульсов, формирователь 5 импульсов, блок 6 памяти, распределитель7 импульсов, блок 8 классификации.Блок 1 преобразования изображения содержит узел 9 вращения изображения, позиционно-чувствительный Фотоприемник 10, нуль-орган 11и формирователь 12 импульсов, акаждый из блоков 2 формированияпризнаков содержит компаратор 13,элементы И 14 и 15 и счетчики 16и 17.Узел 9 вращения иэображения(фиг, 2) содержит призму 18 Доне,источники 19 и 20 и приемники 21и 22 излучения, диск 23 с прорезью,усилители 24 и 25, триггеры 26 и 27,корпус 28. Позиционно-чувствительный Фото- приемник (фиг, 3) содержит полупроводниковую пластину 29, токосъемные электроды 30-33, центральный электрод 34, кольцевой электрод 35, источник 36 напряжениярадиаль ного электрического поля и усилители 37 и 38.Блок 3 задания порогов (фиг. 4) содержит амплитудный детектор 39, эмиттерный повторитель 40, делитель 41 напряжения.Блок 8 классификации содержит (фиг. 5) регистры 42-44, узлы 45 вычитания, схемы 46 сравнения, элементы ИЛИ 47, дешифраторы 48-50, элементы И 51-56.УстройСтво распознавания изображения работает следующим образом,Изображение распознаваемого объекта, движущегося на конвейерной линии, проецируется на чувствительную поверхность позиционно- чувствительного фотоприемника 10, токосъемные электроды 31 и 32 которого через нуль-орган 11 определяют совпадение энергетического центра изображения с геометрическим центром позиционно-чувствительного .фотоприемника 10. В это же время в узле 9 вращения изображения вырабатывается сигнал, определяющий период вращения изображения, который с сигналом с нуль- органа 11 в формирователе 12 обеспечивает Формирование стробирующего .сигнала, подаваемого на элементы И 14 в блоках 2 Формирования признаков.Аналоговый сигнал с позиционно- чувствительного фотоприемника 10 через усилитель 38 поступает на компараторы 13, где происходит их сравнение с пороговыми напряжениями, выработанными в блоке 3 задания порогов, и их преобразование в дискретный сигнал. Дальнейшая обработка сигнала производится по двум каналам каждого блока 2 Формирования признаков.В первом канале определяется суммарная длительность импульсов за период вращения иэображения с компараторов 13, дл. этой цели на счетные входы счетчиков 16 поступают сигналы с генератора 4 импульсов, стробируемые сигналы с компараторов 13 и формирователя 12, Стробирование происходит в элементах .И 14. Счетчики 16 считывают импульсы за время, которое соответ. ствует одному полному обороту изображения. На выходах счетчиков 16 для каждого блока 2 формирования признаков получаются числа, пропорциональные количеству импульсов генератора 4 импульсов, которые составляют код данного распознаваемого объекта.Во втором канале блоков 2 считывается число импульсов с компараторов 13 за период вращения изображения, Для этой цели на счетные входы счетчиков 17 поступает сигнал через элементы И 15 с компараторов 13, Счетчики 17 считывают этиимпульсы, которые как и импульсы,сосчитанные счетчиками 16 являютсязначениями кодов признаков распознаваемых объектов. Сигналы кодовсо счетчиков 16 и 17 поступают насоответствующие входы блока 8классификации, где происходит ихсравнение с эталонными кодами и формирование сигнала, определяющегораспознаваемый объект т.е. принятие решения об объекте, При отсутствии сигнала распознавания на выходе блока 8 классификации формирователем 5, выполненным в виде много входового элемента ИЛИ, формируетсяуправляющий сигнал смены эталонаРассмотрим работу отдельных блоков предлагаемого устройства. Блок1 преобразования изображения служит 20 для преобразования оптического иэображения распознаваемого объекта вэлектрический. счгнал и содержит узелвращения иэображения, позиционночувствительный фотоприемннк 10, 25 нуль-орган 11 и формирователь 12.В блоке преобразования изображенияосуществляется радиально-круговаяразвертка изображения (когда оценивается суммарное значение освещенности всех точек вдоль радиуса, вращаемого при развертке). Для этойцели в узле 9 вращения изображения(фиг. 2) происходит вращение иэображения распознаваемого объекта припомощи, например, призмы 18 Дове.Симметрично относительно оси вращения расположены две пары оптически связанных источника 19 (20) излучения и приемника 21 (22) излучения, между которыми вращается 40 диск 23 с прорезью, жестко механически связанный с призмой Дове.Призма 18 Дове с диском 23 вращаются с постоянной скоростью, при этомчерез щель поочередно освещаются 45 приемники 21 и 22 излучения (например, Фотодиоды), Сигналы, получаемые от приемников 21, 22 излучения представляют собой метки началаи конца периода вращения изображе ния, Одному обороту изображения соответствует время между срабатыванием одного 21 и второго 22 приемника излучения. Сигналы от приемников 21 и 22 излучения усиливают ся в усилителях 24 и 25 и поступают.на триггеры 26 и 27, где Формируется сигнал периода вращения изображения, который поступает на формирователь 12. Через узел 9 вращения 60 иэображения изображение объектапроецируется на чувствительную поверхность позиционно-чувствительногоФотоприемника 10. В качестве фотоприемника могут быть применены по зиционно-чувствительные Фотоприем 1078446ники: кнандрантный фотодиод, позиционно-чувствительный фотоприемник с продольным эффектом и позиционно- чувствительный фотоприемник с радиальным электрическим полем, Наиболее эффективно применение Фотоприемника с радиальным электрическим полем, который представляет собой (Фиг. 3) монокристаллическую полупроводниковую пластину 29, содержащую четыре ортогонально располо 10 женных токосъемных электрода 30-33,центральный 34 и кольцевой 35электроды. Позиционно-чувствительный Фотоприемник 10 такого типа энергетического центра оптического изображения объекта, так и преобразовать оптическое изображение в информационный электрический сигнал, из которого определяют значения признаков изображения.Нуль-органы 11 используются для определения момента совпадения энергетического центра оптического изображения с,геометрическим центром позиционно-чувствительного Фотоприемника 10 и отработки строби 20 25 рующего сигнала, подаваемого на формирователь 12 импульсов, где совместно с сигналол от узла 9 вращенияизображения вырабатывается сигнал,поступающий на элементы И 14 каждого блока 2 формирования признаков.Распознаваемые объекты движутсяна конвейерной пинии и зафиксированы по одной координате (например,по вертикальному направлению у).Поэтому задача совпадения центровсводится к совпадению координатыцентров по горизонтальному напранпению (координата Х). 40Блоки 2 формирования признаковслужат для обработки электрического сигнала, поступающего с блока 1преобразования изображения,Принцип выделения импульсов для 45,а . аммой (фиг. 6), Количество бло ков 2 определяется классом распозавае;их объектов и требованиями к точности распознавания. Блоки формирования признаков отличаются только уронн.м порогового напряжения, подаваемого на компараторы 13 с блОка 3 задания порогов,Блок 3 задания порогов (фиг. 4) служит для автоматического Формлрования порогового напряжения подаваемого на установочные входы компараторон 13 блоков 2 формирования признаков, Амплитудный детектор 39 определяе . величину мак 50 60 позволяет определить как координаты 15 симального сигнала с позиционно- чувствительного Фотоприемника 10 и . через эмиттерныи повторитель 40 подает этот сигнал на делитель 41 напряжения, где и Формируются пороговые напряжения для компараторов 13 каждого блока 2 формирования признаков.Генератор 4 импульсов служит для выработки прямоугольных импульсов с частотой, намного превышающей частоту обрабатынаемого электрического сигнала с компараторов 13.Предлагаемое устройство обеспечивает формирование признаков изобра женин, инвариантных и к освещенности, и к ориентации обрабатываемых изображений (число импульсов с компараторов за период вращения и их суммарная длительность не зависят от ориентации изображения). Это позволяет описывать изображение набо - ром инвариантных признаков.Кроме того обеспечивается инвариантность к скорости вращения, так как каждый из блоков 2 обеспечивает получение признака, пропорционального длительности периода вращения, В блоке 8 классификации информация со счетчика 16 и регистра 42 о текущем и эталонном признаках в виде числа импульсов поступает на узел 45 вычитания, где эти два числа (признака) вычитаются и результат в схеме 46 сравнения сравнивается с допускаемым значением близости признаков, который определяется экспериментально в процессе обучения устройства и поступает на регистр 43 с блока 6 памяти. В схеме 46 сравнения происходит анализ близости признаков и в случае выполнения условий близости через элемент ИЛП 47 дается разрешение на дешифрацию информации н дешифраторе 48 со счетчиков 16 блоков 2 формирования признаков. С помощью элементов 54-56 формируются сигналы о распознаваемом объекте в совокупности по всем каналам.Таким образом, благодаря использованию полупроводникового позиционно-чувствительного фотоприемника в блоке преобразования изображений вместо телекамеры, а также включе - нию высокопроизводительной ЭВМ и использованию вместо нее блока классификации из небольшого количества логических элементов обеспечивается упрощение известного устройства, Предлагаемое устройство более экономично, позноляет осуществить распознавание инвариантное к повороту, уменьшить габариты и энергоемкость,1078446 Со ставитель Т. Ничипоровичва Техред С.Легеза 1:орректор О. Билак едак аказ Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 65/43ВНИИПИ Росупо делам035, Москва Тираж 699 дарственного ко изобретений и о 2-35, Раушска