Устройство для выделения фигур на изображении

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК С 06 К 9/О ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ ОРСКОМУ СВИ ЛЬСТВУ К льство ССС 9/00, 1983 ство СССР /00, 1981, 1 ДЕЛЕНИЯ ФИ стр ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ И ГУР НА ИЗОБРАЖЕНИИ(57) Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники, а именно к устройствам для анализа и распознавания иэображений, и может бь 1 ть использовано, например, для предварительной обработки визуальной информации в органах зрения роботов, Цель изобретения - расширение области применения за счет увеличения диапазона выделяемых фигур.Устройство содержит М узлов выделения элементов изображений, каждый изкоторых состоит из последовательновключенных элементов ИЛИ,и И, М-разрядный регистр, фотоэлектрическийпреобразователь, блок управления, генератор импульсов, элементы И, и-разрядный двоичный счетчик, преобразователь кодов, формирователь импульсасброса, блок памяти изображения маски, п-входовые элементы И-НЕ и ИЛИ,одновибраторы, элемент НЕ, элементзадержки и ВЯ-триггер. Преобразователь кодов содержит сумматор, региэлементы НЕ и мультиплексор, Блокпамяти изображения маски содержитмультиплексор и узел памяти. Фотоэлектрический преобразователь реализован на основе фоторезисторнойматрицы, 1 з.п, ф-лы, 8 ил.Изображение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к устройствам для анализаи распознавания изображений, воспринимаемых с помощью двоичных фотоматриц (многоэлементных приемников сбинарным квантованием сигналов), иможет быть использовано, например,для предварительной обработки визуальной информации в органах зренияроботов,Цель изобретения - расширение области применения за счет увеличениядиапазона размеров выделяемых фигур,На фиг, 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг,2схема формирователя импульса сброса;на фиг, 3 - схема алгоритма;. нафиг. 4 - принцип определения смежности элементов иэображения; нафиг. 5 - пример изображения маски;на фиг, 6 - пример реализации пре-образователя кодов; на фиг. 7 - пример реализации блока памяти маски;на фиг, 8 - пример реализации фотоэлектрического преобразователя,Устройство (фиг. 1) содержит Музлов 1 выделения элементов изображения, состоящие из элемента ИЛИ 2 иэлемента И 3, первый вход которогоподключен к выходу элемента ИЛИ 2данного канала, а выход связан ссоответствующим информационным входом М-разрядного регистра 4 и является выходом 5 устройства. М выходоврегистра 4 разведены на М узлов 1,в каждом из которых связаны с первым входом элемента ИЛИ 2, Фотоэлектрический преобразователь (ФЭП) 6соединен своими адресными входами ссоответствующими адресными выходами7 устройства и выходами адреса блока 8 управления, а М выходов преобразователя 6 разведены соответственно на М узлов 1, в каЖдом из которыхподключены ко второму входу элемента И 3. Синхронизация работы узлов1 регистра 4 и ФЭЛ 6 обеспечиваетсясигналами блока 8 управления совместно с сигналом окончания анализа, поступающим от внешнего устройства,анализирующего обработанные строчкиизображения. Этот сигнал поступаетчерез вход "Конец анализа строки" 9устройства. В блоке 8 управления генератор 1 О импульсов подключен кпервому входу элемента И 11, выходкоторого подключен к счетному входуи-разрядного двоичного счетчика 12,Выходы счетчика 12 являются входамипреобразователя кодов 13, и выходовкоторого связаны сп входами формирователя 14 импульса сброса с соответствующими н входами блока 15 паияти иэображения маски, а также являются выходами адреса блока 8 управления, Формирователь 14 импульсасброса (фиг, 2) содержит и-входовой 10 элемент И-НЕ 16 и п-входовой элемент ИЛИ 17, входы которых соединены с соответствующими входами формирователя 14. Формирователь 14 импульса сброса содержит также эле мент Д 18 и одновибратор 19, выходкоторого подключен ко входу сбросарегистра 4 и является выходом формирователя 14 и выходом сигнала"Блокировка" блока 8, Элемент И 18 20 связан первым входом с выходом эле -мента И-НЕ 16, вторым входом с выходом элемента ИЛИ 17, а выходом -с входом одновибратора 19,Выход элемента НЕ 20 является 25 выходом "Сброс" блока 8 управленияи связан с третьими входами элементов И 3 во всех узлах 1. Вход элемента задержки 21 соединен с выходом элемента И 11, а выход подклю чен ко входу элемента НЕ 20. Входустановки ЯЕ-триггера 22 являетсявходом "Конец анализа" блока 8, который связан со входом записи регистра 4 и входом "Конец анализа строки"9 устройства. Ю-триггер 22 связанвыходом со вторым входом элементаИ 11, а входом сброса - с выходамиМ одновибраторов 23, входы которыхявляются входами "Останова" блока 8 40 управления и вне блока 8 соединеныс выходами элементов И 3 соответствующих узлов 1. М выходов блока 5памяти изображения маски являютсявыходами маски блока 8 и подключают ся соответственно ко вторым входамэлементов ИЛИ 2 узлов 1 выделенияэлементов изображения, а оставшиесявходы элементов ИЛИ 2 соединены свыходами элементов И 3 смежных уз О ловПреобразователь 13 кодов выполненпо схеме фиг. 6. Схема содержит сумматор 24, регистр 25, элементы НЕ26, мультиплексор 27. Входами преобразователя являются входы первогослагаемого сумматора 24, а входы второго слагаемого подключены соответственно к выходам регистра 25. Входы элементов НЕ 26 подключены ко входам87203 4 5 1 О 20 25 30 35 40 45 50 55 3 12преобразователя 13, а выходы подключены к первым входам мультиплексора27,вторые входы которого подключенык выходамсумматора 24, а вход управления соединен с выходом переносасумматора, В регистре 25 хранится вдвоичном коде номер строки началавьщеления. Пока число Х, поданное вдвоичном коде на входы.преобразовалтеля, меньше чем 2 -1 , на выходе пе -реноса сумматора 24 будет лаг, "О"и на выходе преобразователя 13 будетрезультат суммы Х+,. Если число наПвходе больше или равно 2 -ь тосумматор 24 выдает сигнал переносаР, который переключает мультиплексор27, На выходепреобразователя 13опри этом будет число 2 -Х, получен-ное путем поразрядной инверсии числа Х,Для изменения области начала выделения связных фигур внешнее устройство, например устройство анализа, должно загрузить в регистр, 25преобразователя 13 кодов номер пер -вой обрабатываемой строки ьо, а вблок 15 памяти изображения маски новую маску.Блок 15 памяти реализован по схеме фиг7, Схема содержит мультиплексор 28 и узел 29 памяти. Входамиблока 15 памяти являются первые входы мультиплексора 28, выходы которого подключены к адресным входам узла 29 памяти. Выходы Узла 29 памятиявляются входами блока 15.Фотоэлектрический преобразователь6 (фиг, 8) реализован, например,на основе фоторезистарной матрицы.Схема содержит деп,ифратор 30,входыкоторого являются адресными входами преобразователя 6, матрицу 31типа фоторезистор-диод, содержащуюИ строк и 1 ф столбцов, М резисторовнагрузки Р, М компараторов 32,выходы которых являются выходами преобразователя 6.Устройство работает следующимобразом.Алгоритм работы устройства основан на построчном способе вывода иобработки сигнала бинарного изображения. В дальнейшем будем полагать,что в качестве датчика изображенияпреобразователя 6 используется Фотоприемная матрица, чувствительныеэлементы которой расположены в узлахпрямоугольной решетки, а вывод сигналов бинарного иэображения преобразаватель 6 выполняет построчна. в соответствии с номером строки (числа строк К), поданным в двоичном коде на его п адресных входов (нумерация строк и столбцов показана на фиг. 3, 2И).Изображение проецируется на фотаматрицу оптическим способом, Для алгоритма работы сушественна способность построчного вывода, а топология Фатаматрицы влияет только на определение смежностиэлементов. В нашем случае под элементами, смежными к данному, будемпонимать элементы соседние с ним,ани отмечены штриховкой на фиг, 4,Идею алгоритма можно понять из фиг. 3, Фотоэлектрический преобразователь 6 из массива ИМ бинарных элементов изображения вьщает по сигналам блока 8 управления очередную-ю строчку И;, причем область объектов характеризуется единичнымиэлементами, а нулевые элементы относятся к области фона бинарного иэображения. Единички строки И сохранятся в -й обработанной строкеО,;, если поступит разрешение отсоответствующего элемента предыдущей -1-й обработанной строки 01которая хранится в регистре 4. Такое разрешение Формируется, когдаэлемент О;., строки находится в единичном состоянии. Стрелки между соседними элементами О строки нафиг. 3 означают распространение разрешения от элементов, установившихся в единичное состояние, к соседним с ними элементами.Таким образом, разрешения от единичных элементов строки О;, инициируют распространение разрешающихсигналов через единичные элементыстроки О; . В результате за одинэтап обработки происходит вьщелениеединичных элементов очередной строки(через цепочки смежных единичныхэлементов) с выделенными ранее единичными элементами предыдущей обработанной строки. В конце этапа обработки строки О записывается в регистр 4 и используется при обработке следующей И строки,11Для Формирования разрешений, атакже для определения размеров, формы и положения области начала вьщеления в поле зрения служит блок 5памяти изображения маски, которыйвьщает сигналы в там же Формате,чтои преобразователь 6. Задание облас 12872031 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ти начала вьделения позволяет выбратьфигуры, связанные с соответствующейобластью (маской) изображения. Сигналы, вьдаваемые маской, можно рассматривать как изображение И " Мэлементов, в котором единичными элементами представлена область маски,При работе устройства маска выступает в качестве затравки ,сохраняяв своей области элементы изображениябез изменения. Единичные элементыв других частях изображения будутвыделены, если они окажутся связанными с единичными элементами изображения в области маски.Пример маски показан на фиг, 5,На практике размер и Форма маскидолжны выбираться в зависимости отхарактера обрабатываемого изображения, Для промышленного робота, например, маску нужно выбирать в соответствии с размером и формой рабочейзоны инструмента, в которой должноФанализироваться изображение детали.В исходном состоянии регистр 4очищен, Счетчик 12 находится в нулевом состоянии ВЯ-триггер 22 .находится в нулевом состоянии и импульсыгенератора 1 О не проходят черезэлемент И 11 на счетный вход счетчика 12, Преобразователь 13 кодов ставит в соответствие начальному, нулевому состоянию счетчика 12, номерстроки изображения, с которой начинается процесс выделения, и формируется этот номер в двоичном коде насвоих выходах,Блок 15 памяти .изображения маски в соответствии с кодом строки отпреобразователя 13 вьдает лог. "1"на тех из своих М выходов, которыесоответствуют элементам маски (фиг.5)в данной строчке изображения, По тому же коду строки на выходах преобразователя 6 отображается состояниетребуемой строчки изображения, Лог."1" появляются на выходах тех узлов1, на вторые входы элементов И 3 которых поступили лог. "1" с соответствующих выходов преобразователя 6,а на первые входы поданы лог. "1" свыходов элементов ИЛИ 2 соответствующих узлов 1, поскольку на третьивходы всех элементов И 3 поданалог. "1" с выхода элемента НЕ 20.На выходе элемента ИЛИ 2 единица1появляется если на второй вход поФступает единица от блока 15 илиуже появилась единица на выходе смежного узла 1, с которым связан один из входов данного элемента ИЛИ 2. В результате в исходном состоянии единицы будут присутствовать на выходах тех узлов 1 выделения элементов изображения, на соотве 7 ствующие входы которых подаются единицы от преобразователя 6 и одновременно от блока 15 или с выходов смежных узлов 1, Выделенная таким образом область, связанная в пределах первой обрабатываемой строки, сохраняется на выходах 5 устройства,После считывания обработанной строки, номер которой в двоичном коде присутствует на адресных выходах 7 устройства, внешнее устройство анализа подает на вход иКонец анализа строки" 9 устройства сигнал "Конец анализаПо переднему положительному фронту этого сигнала производится запись результата выделения с выходов М узлов 1 в М-разрядный регистр 4, этот же сигнал устанавливает НБ- триггер 22 в единичное состояние, что разрешает прохождение импульсов от генератора 1 О через элемент И 11 на счетный вход счетчика 12 и вход элемента 21 задержки. Импульс от генератора 10 увеличивает содержимое сче тчика.2 на. единицу, что приводит к изменению числа на выходах преобразователя 13 кодов. В соответствии с новым номеромстроки блок 15 и преобразователь 16формируют на своих выходах следующую строку маски и обрабатываемогоизображения,При обращении к следующей строкев связи с переходными процессами навыходах некоторых узлов могут по-.явиться ложные комбинации единиц,которые устойчивы вследствие наличияположительной обратной связи междулюбыми двумя смежными узлами 1.С целью, устранения ложных комбинаций единиц выходы узлов 1 обнуляются перед обработкой очереднойстроки, для чего на третьи входы элементов И 3 всех узлов 1 подается задержанный и инвертированный импульсгенератора 10. Задержка элемента 2выбирается такой, чтобы к моменту появления обнуляющего импульса потенциалы на первых и вторых входах элементов И 3 были бы уже установившимися, тогда по окончании этого импульса единицы будут появлятьгя толь03 50 7 12872ко на выходах тех узлов 1, на соответствующие входы которых поступили единицы от преобразователя 6 иодновременно от блока 15 или регистра 4У других узлов 1 лог. "1" навыходах появляются, если есть единицы от соответствующих выходов преобразователя 6 и они (лог. "1", на выхо-.дах узлов 1) связаны цепочкой с ранеевыделенными элементами текущей строки еС появлением лог, "1" на выходеэлемента И 3 любого узла 1 запускается соответствующий одновибратор23, импульс которого сбрасывает Ютриггер 22 в нулевое состояние, чтозапрещает прохождение следующего импульса генератора 10 через элементИ 11 на счетчик 12Таким образом,во время считывания внешним устройством анализа результата обработкиочередной строки, хотя бы с однимвыделенным единичным элементом, ни -каких переключений не происходит,После анализа результата на вход 25"Конец анализа строки" 9 устройствавновь поступает соответствующий сигнал и цикл повторяется. Если при переходе к очередной строке на выходахузлов 1 не появилось ни одной единицы, то сброса ББ-триггера 22 не происходит и:по следующему импульсу ге -нератора 10 выполняется без остановки переход к следующей строке,Формирователь 14 импульса сброса(фиг, 2) служит для очистки регистра 4 перед переходом к другой частиобрабатываемого изображения (отверхней части к нижней и наоборот).Для надежной работы устройства необходимо соблюдение временных соотношений. Время задержки элемента 21должно быть не меньше длительностипроцесса от момента появления импульса генератора 10 на счетном входесчетчика 12, переключения преобразователя 13 кодов, блока 15 и преобразователя 6 до установки потенциаловна первых и вторых входах элементовИ 3 всех узлов 1,Формула изобретения 1. Устройство для выделения фигур на изображении, содержащее фото электрический преобразователь, узлывыделения элементов изображения,состоящие из последовательно включенных элементов ИЛИ и элементов И,выходы которых являются выходамиустройства и подключены к одним извходов элементов ИЛИ смежных узловвыделения элементов изображения и квходам одновибраторов, выходы которых соединены с входом сброса РБтриггера, вход установки которогоявляется входом "Конец анализа строки устройства, последовательно включенные генератор импульсов, элементИ и счетчик, выход НБ-триггера соединен с соответствующим входом элемента И, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью расширения областиприменения за счет увеличения диапазона размеров выделяемых фигур, оносодержит блок памяти изображениямаски, регистр, преобразователь кодов, формирователь импульса сбросаи последовательно включенные элемент НЕ и элемент задержки, выходкоторого соединен с одними из входовэлементов И узлов выделения элементов изображения, другие входы которых подключены к выходам фотоэлектрического преобразователя, входыкоторого, соединенные с входамиформирователя импульса сброса и блока памяти изображения маски, подключены к выходам преобразователя кодов, которые являются адресными выходами устройства, выход формирователя импульса сброса соединен сосбросовым входом регистра, входы которого подключены к выходам элементов И узлов выделения элементовизображения, выходы - к соответствующим входам элементов ИЛИ узлов выделения элементов изображения, авход записи - к входу "Конец анализа строки .2. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что формирователь импульса сброса содержит последовательно включенные элемент Ии одновибратор, выход которого является выходом формирователя, и параллельно соединенные элемент И-НЕ иэлемент ИЛИ, входы которых являютсявходами формирователя, а выходы подключены к входам элемента И, 3 2872031287203 Ою 8 есююю усмроостба Фиг. 7 Составитель Т,НичипоровичРедактор А.Долинич Техред А.Кравчук Корректор М.По изводственно-полиграФическое предприятие, г. Ужгород, ул Заказ 7721/55 Тираж 670 ВНИИПИ Государственного ко по делам изобретений и от 113033, Москва, Ж, Раушская