Устройство для распознавания образов

(21) 38609 (22) 27.12 (46) 15.08 (71) Научи тут автома при Томско ванных сис 9/24-24,86. Бюл, Ро-исследоваттики и элект ьскии инсмеханики изиродиоэлекм институте авто тем управления и троники(57) Изобретениематике и вычисли оятавтоике и носится ьной те 2 ил. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ОПИСАНИЕ ИЗОБ может быть использовано при автоматизации механосборочных работУстройство позволяет повысить быстродействие сравнения потока входныхизображений с эталлонными изображениями за счет направленного перебораэталонных изображений, Это достигается тем, что в устройство вводитсяблок логики, мультиплексор, постоянное запоминающее устройство счетчик, электрический привод, цифроаналоговый преобразователь и элемент И.Взаимодействие данных элементов позволяет перебирать эталонные изображения таким образом, что каждоеэталонное изображение выбирается счастотой, пропорциональной верности его появления 13.п.ф-лы, 125113210 15 20 25 Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, вчастности к устройствам распознавания образов и может быть использовано при автоматизации механосборочных работ с помощью роботов.Пелью изобретения яьляется повышение быстродействия устройства путем направленного перебора эталлонных изображенийИа фиг,1 представлена структурнаясхема устройства на фиг.2 - структурная схема блока логики для четырех эталонных изображений (четырехобразов),Устройство (фиг.1) содержит последовательно соединенные блок 1предъявления изображений, первыйблок 2 сравнения, входы которого подключены к выходу блока 2 памяти эталонных изображений и выходу блокауправления, фотоэлектрический преобразователь 5 подключенный к выходамгенераторов 6 и 7 напряжения, блок 8оценки ширины экстремума сигнала,второй бпок 9 сравнения и ключ 10выходы которого образуют выходы устройства, информационные входы подключены к выходам генераторов 6 и 7напряжения развертки компаратор 11,выход которого объединен с входомблока 4 управления и вторым управляющим входом ключа 10,. а вход - с выходом фотоэлектрического преобразователя 5, Между выходом компаратора 11и входом блока 3 памяти последовательно соединены элемент 12 И, второйвход которого соединен с выходом компаратора. 11, счетчик 13, мупьтиплексор 14, вторая группа входов которогосоединена с выходами логического блока 15, электрический привод 16, вторая группа выходов которого соединенас первой группой входов блока 15.второй вход которого соединен с выходом И 12. К выходам мультиплексора14 подключены последовательно вклюепные постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 17 и цифроаналоговыкпреобразователь (ЦАЛ) 18, Выход последнего подклочен к второму входувторого блока 9 сравнения,3Логический блок 15 (фиг, 2) содер;жит блоки сравнения 19-22, первые ивторые входы которых образуют первыеи вторые входы блока 15; счетчики. 2326 счетный вход К-го счетчика,К = 14) подключен к выходу К-го блока сравнения; первую группу регистров 27-30, входы каждого К-го регистра (К = 1,4) которой соединеныс выходами К-го счетчика; первуюгруппу цифровых ключей 31-34, информационные входы каждого К-го цифрового ключа (К = 1,4) которой соединены с выходами К-го регистра первойгруппы, выходы цифровых ключей 31 и33 поразрядно объединены и подключены к информационным входам счетчиков24 и 26, выходы цифровых ключей 32 и34 поразрядно объединены и подключены к информационным входам счетчиков23 и 25; двоичные компараторы 35-37,первая группа входов каждого К-го(К=1,3) двоичного компаратора соединена с выходами К-го регистра первойгруппы, вторая группа входов с выходами (К+1 -го регистра первой группы;регистры 38-41, выходы каждого К-горегистра соединены с третьей группойьходов К-го блока сравнения; вторуюгруппу регистров 42-45, входы каждого К - го регистра (К = 1,4) которойсоединены с выходами К-го регистра;вторую группу цифровых ключей 46-49,входы каждого К-го (К = 1,4), цифрового кл 1 оча которой соединены с выходами К-го регистра второй группы,выходы цифровых ключей 46 и 48 поразрядно объединены и подключены квходам регистров 39 и 41, выходыцифровых ключей 47 и 49 поразряднообъединены и подключены к входамрегистров 38 и 40; элементы ИЛИ 50и 51, первый вход каждого К-го элемента ИЛИ (К = 1,2) соединен с выходом К-го двоичного компаратора,второй вход - с выходом (К + 1)-го двоичного компаратора, выход соединен с управляющими входами (К+1)-госчетчика, (К+1)-х цифровых ключейпервой и второй групп и (К+1)-горегистра, причем выход первого двоичного компаратора 35 соединен с управляющими входами первого счетчика23, первых цифровых ключей 31 и 46первой и второй групп и первого регистра 38 выход третьего двоичногокомпаратора 37 соединен с управляющими входами четвертого,счетчика 26,четвертых ключей 34 и 49 первой ивторой групп и четвертого регистра41, причем выходы буферов 42-45 второй группы образуют выходы блока 15. Блоки 1-11 выполнены аналогичносоответствующим блокам прототипа.з 125Привод 16 выполнен в виде цифровойпозиционной системы. ПЗУ 17 представляет собой полупроводниковоепрограммируемое запоминающее устройствои может быть выполнено на интегральных микросхемах сер.155,541, 556, Блоки сравнения 1922 могут быть выполнены, например, ввиде устройства для сравнения цвоичных чисел, В качестве счетчиков 1 О23-26 могут быть использованы двоичные счетчики с возможностью записиинформации, выполненные на интеграль.ных микросхемах сер. 155, 133, 564.Буферные регистры 27-30 первой группы и буферные регистры 42-45 второйгруппы представляют собой стандартные регистры и могут быть выполнены,например, на интегральных микросхемах сер. 133, 155, 564. Цифровые 20ключи 31-34 первой группы и 46-49второй группы представляют собой магистральные передатчики, которые могут быть выполнены на интегральныхмикросхемах сер.559, В качестве 25двоичных компаратов 35-37 могут бытьиспользованы, например, параллельныедвоичные компараторы.Устройство осуществляет распознавание и определение координат предь- ЗОявляемого изображения по двум признакам - величине максимума взаимнокорреляционной функции и его ширине,Каждому эталонному изображению условно присвоен типовой и порядковый номера,Порядковый номер определяет очередность проецирования соответствующего эталонного иэображения блоком3 памяти в первый блок 2 сравнения, 4 Опричем множество порядковых номеровизоморфно множеству вероятностей появления соответствующих изображений,упорядоченному по убыванию.Типовой номер определяет положение 45соответствующего эталонного изображения на фотопленке блока 3 памятии равен адресу в ПЗУ 17, по которомузаписано в двоичной форме значениеширины максимума автокорреляционнойфункции на уровне 0,5 для этого жеэталона,132эталонного изображения передается навходы привода 16 и ПЗУ 17, В исходном состоянии счетчик 13 установленв начальное (единичное) состояние.Поэтому на входы привода 16 и ПЗУ 17приходит типовой номер с первого канала мультиплексора 14, т,е. типовойномер, равный единице,Привод 16 вращает катушку с фотопленкой блока 3 памяти до тех пор, пока на выходе блока 3 памяти не установится изображенне, соответствующее типовому номеру на входе привода 16. При этом на второй группе выходов привода 16 устанавливается типовой номер изображения, проецируемого блоком 3 памяти в первый блок 2 сравнения. В исходном состоянии Для распознавания одного предъявленного изображения блок 1 предъявления изображений и блок 15 выполняют 55 один внешний цикл работы, в то же время как остальные блоки устройства- несколь" ко одинаковых внутренних циклов, причем количество внутренних циклов зависит от вероятности появления предьявляемого изображения,Блок предъявления изображенийпредъявляет проецирование обстановки(например, деталей на конвейере) впервый блок 2 сравнения, Блок 15 осуществляет сопоставление каждого типового номера эталонного изображения спорядковым номером в соответствии стиповым номером, снимаемым с второйгруппы выходов привода 16, последнего опознанного иэображения, а такжефизическое упорядочение типовых номеров в соответствии с присвоенными порядковыми номерами.Типовые номера изображений парал-,лельно передают с выходов блока 15на информационные входы мультиплексора 14 таким образом, что типовойномер изображения, порядковый номеркоторого равен единице, подается навход первого канала мультиплексора14, типовой номер изображения, порядковый номер которого равен двум, -на вход втОрого канала мультиплексора 14 и т.д. В исходном состоянииблок 15 передает на последовательность входных информационных каналовмультиплексора 14 типовые номераизображений в порядке их возрастания,Номер внутреннего цикла работыблоков устройства определяется счеттчиком 13: двоичный код на выходесчетчика 13 есть номер цикла. Двоичный код с выхода счетчика 13 подается на адресный вход мультиплексора14, чем определяет номер входногоинформационного канала мультиплексора 14, с которого типовой номерв первый блок 2 сравнения проецируется изображение с типовым номером,равным единице.Типовой номер на входе ПЗУ 17инициирует появление на выходе ПЗУ17.двоичного кода и на выходе ЦАП 18напряжения, пропорционального ширине максимума автокорреляционнойфункции на уровне 0,5 изображения,соответствующего типовому номеру, Висходном состоянии с выхода ЦАП 18на второй блок 9 подается напряжение,пропорциональное ширине максимумаавтокорреляционной Функции на уровне.0,5 изображения с первым типовымномером,5 О 5 20 25 ЗО Первый блок 2 сравнения вычисляет взаимнокорреляционную функцию Ф(х, у, Й) предъявляемого изображения и эталонного сразу для всех значений аргументов х, у и угла поворота 8Световая картина на экране фото, электрического преобразователя 5, пропорциональная взаимно корреляционной Функции Ф, преобразуется в последовательность электрических сиг налов. Напряжение развертки при считывании световой картины при этом обеспечивается генераторами 6 и 7 напряжения развертки, Выходной сигнал Фотоэлектрического преобразователя 5 поступает в компаратор 11, воздействуя через блок 4 управления на первый блок 2 сравнения, поворачивает последний вокруг оптической оси. В момент достижения сигналом с Фотоэлектрического преобразователя 5 максимального значения компаратор 1 устанавливает на своем выходе положительный уровень напряжения, Выходной сигнал Фотоэлектрического преобразователя 5 поступает также вблок 8, на выходе которого Формируется напряжение, пропорциональное ширине максимума сигнала фотоэлектрического преобразоватепя 5 на уровне0,5. Второй блок 9 сравнения вырабатывает положительный уровень напряжения в случае совпадения напряжения,поступающего на блок 8 оценки шириныэкстремума сигнала, с напряжением с1 АП 18.Если выполняетс только первыйпризнак, а именно величина максимумавзаимно корреляционной функции, покоторому осуществляется распознавание, то положительный уровень с компаратора 11, воздействуя на второйвход счетчика 13, переключает его вследующее счетное состояние (т,е,второе, если перед этим было первое,третье, если перед этим было второеи т,д.) .Далее внутренний цикл работы блоков устройства (кроме блока 1 предьявления изображений и блока 15) повторяется,При наличии положительных уровнейна обоих управляющих входах ключ 10(при выполнении обоих признаков распознавания) открывается и пропускаетпоступающие на его функциональныевходы напряжения разверток с выходовгенераторов 6 и 7, пропорциональныекоординатам опознанного образа,Наличие положительных уровней напряжения на входах 2-входового элемента И 12 инициирует появление на еговыходе "1", которая, поступая на входсчетчика 13, сбрасывает его в единичное состояние (при этом положительныйуровень напряжения с выхода компаратора 11 сигналов рассогласования игнорируется), и тем самым, подготавливает устройство к распознаванию следующего предъявляемого изображения. Работа блока 15 построена таким ,образом, чтобы обеспечить следующие требования; содержимое счетчиков 23- 26 при последовательном переходе от первого счетчика 23 ко второму счетчику 24, от второго счетчика 24 к третьему счетчику 25 и от третьего счетчика 25 к четвертому счетчику 26 должно возрастать или не изменяться; в первом регистре 42 второй группы долженнаходиться.типовой номер иэображения с первым порядковым номером, во втором регистре 43 второй группы - с вторым порядковым номером, в третьем регистре 44 второй группы - с третьим порядковым номером и в четвертом регистре 45 второй группы - с четвертым порядковым номером.В начальный момент рабаты устройства счетчики 23-26 установлены в нулевое состояние, их содержимое параллельно переписывается в регистры 27-30 первой группы, В регистры 38-41 записываются типовые номера изображений от 1 до 4 в порядке их возрастания, Информация с выходов регистров 38-41 параллельно перепи 251132рех,сываются в регистры 42-45 второй группы.Уровень "1" с выхода 2-входовогоэлемента И 12 разрешает сравнение5типового номера изображения с второй группы выходов привода 16 с типо.выми номерами с выходов регистров38-41 в схемах сравнения 19-22. Схема сравнения, на входах которой ти- Оповые номера совпадают, вырабатываетсигнал на счетный вход соединенногос ней счетчика, счетчиков 23-26, темсамым переключая последний в следующее счетное состояние. Содержимое 5счетчиков 23-26 параллельно переписывается в регистры 27-30 первой группы. Двоичные компараторы 35-37, удерживая на своих выходах уровень "0",переключаются на уровень " только 20в том случае, если двоичный код навторой группе входов превышает двоичный код на первой группе входов.Так, если уровень "1" устанавливается на выходе первого двоичного компаратора 35, то открываются первыецифровые ключи 31 и 46 первой и второй группы, передавая на информационные входы счетчиков 23 и 26 содержимое первого буфера 27 первой 30группы и на входы регистров 39 и 41содержимое первого буфера 42 второйгруппы; переключается первый элементИЛИ 50 в состояние "1", открываютсявторые цифровые ключи 32 и 47 первой и второй групп, передавая на информационные входы счетчиков 23 и25 содержимое второго регистра 28первой группы и на входы регистров38 и 40 содержимое второго регистра 4 О43 второй группы; под действием уровня "1" на управляющие входы информация с информационных входов счетчиков 23 и 24 переписывается соответственно на их выходы, а с входов регистров 38 и 39 - соответственно наих выходы, содержимое счетчиков 2326 параллельно переписывается в регистры 27-30 первой группы и содержимое регистров 38-41 параллельнопереписывается в регистры 42-45 второй группы,Аналогичный обмен информациейпроисходит при установке уровня "1"на выходах второго и третьего двоичных компараторов 36 и 37, однако приустановлении уровня на выходевторого двоичного компаратора 36 про. исходит обмен информацией между вторым и третькч регистрами 43 и 44второй группы, а при установленииуровня "1" на выходе третьего двоичного компаратора 37 происходит обменинформацией между третьим и четвертымрегистрами 29 и 30 первой группы итретьим и четвертым регистрами 44 и45 второй группы,Процесс упорядочения типовых номеров изображений в регистрах 42-45второй группы продолжается до тех .пор, пока на выходе каждого двоичного компаратора 35-37 не установитсяуровень "0",Таким образом, блок 15 осуществляет упорядочение типовых номеров иэображений в зависимости от порядковыхномеров в регистрах 42-45 второйгруппы так, что в первом регистре 42второй группы хранится типовой номеризображения, порядковый номер которого равен единице, во втором регистре 32 второй группы - типовой номер изображения, порядковый номеркоторого равен двум и т.д. до четыСледовательно, быстродействие .предлагаемого устройства повышаетсяв результате неслучайного порядкапредоставления эталонных изображенийблоком 3 памяти,Формула изображения 1, Устройство для распознаванияобразов, содержащее последовательно соединенные блок предъявления иэображений, первый блок сравнения, входы которого подключены к выходу блока памяти эталонных изображений и выходу блока управления, фотоэлектрический преобразователь, оптически связанный с первым блоком сравнения и подключенный к выходам генераторов напряжения развертки, блок оценки ширины экстремума сигнала, вход кото-. рого связан с выходом фотоэлектричес-. кого преобразователя, ключ, выход которого является выходом устройства, а информационные входы подключены к выходам. генераторов напряжения развертки, второй блок сравнения, первыи вход которого связан с выхо-, дом блока оценки ширины экстремума сигнала, а выход соединен с первым управляющим входом ключа, компаратор, 1251132выход которого связан с гходом блока управления и вторьи управляющимвходом ключа, а вход связан с выходом фотоэлектрического преобразователя, о т л ч а ю щ е е с я тем,что, с целью повыщения быстродействия, устройство содержит элемент И,входы которого соединены с выходамикомпаратора и второго блока сравнения, счетчик, входы которого соединены с выходами компаратора и элемента И, логический блок, первыйвхбд которого соединен с выходомэлемента И, мультиплексор, первыйвход которого соединен с выходомлогического блока, электрическийпривод, механически связанный сблоком памяти эталонных изображений,причем выход электрического приводасоединен с вторым входом логическогоблока, а вход связан с выходом мультиплексора, второй вход которогосоединен с выходом счетчика, постоянную память, вход которой подключенк выходу мультиплексора, цифроаналоговый преобразователь, вход которогоподключен к выходу постоянной памяти, а выход связан с вторым входомвторого блока сравнения,2, Устройство по п, 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что логический блок содержит К блоков сравнения, первые и вторые входы которых образуют первые и вторые входы логического блока., а число К равно числу распознавания образов, К счетчиков, счетные входы каждого К-го счетчика подключены к выходу К-го блока сравнения, первую группу из К буферных регистров, входы каждого К-го буферного регистра которой соединены с выходами К-го счетчика, первую групу из К цифровых ключей, информациные входы каждого К-го цифрового ключа соединены с выходами К-го буферного регистра первой группы, вы 5 10 ходы нечетных цифровых ключей поразрядно объединены и подключены к информационным входам четных счетчиков, выходы четных цифровых ключей поразрядно объединены и подключены к информационным входам нечетных счетчиков, Кдвоичных компараторов, первые входы каждого К-го двоичного компаратора соединены свыходами К-го буферного регистра первой группы, вторые входы соединены с выходами (К+1)-го буферного регистра первой группы, К регист 15 ров, выходы каждого К-го регистрасоединены с третьими входами К-го блока сравнения, вторую группу из К буферных регистров, входы каждого К-го буферного регистра которой соединены с выходами К-го регистра, вторую группу из К цифровых ключей, входы каждого К-го цифрового ключа которой соединены с выходами К-го буферного регистра второй группы, выходы нечетных цифровых ключей поразряднообъединены и подключены к входам четных регистров, выходы четных цифровых ключей поразрядно объединены и подключены к входам нечетных регистров, К-.2 элементов ИЛИ первый вход каждого К-го элемента ИЛИ соединен с выходом К-го двоичного компаратора, второй вход соединен с выходом (К+)-го двоичного компаратора, выход соединен с управляющими входами (К+1)-го счетчика, (К+1)-х цифровых ключей первой и второй групп и (К+1)-го регистра, причем выходпервого . двоичного компаратора соединен с управляющими входами первого счетчика, первых цифровых ключей первой и второй групп и первого регистра, выход (К)-го двоичного компаратора соединен с управляющими входами К-го счетчика, К-х цифровых ключей первой и второй групп и К-го регистра, причем выходы буферных регистров второй группы образуют выходы логического блока.