Устройство для селекции признаков при распознавании изображений объектов

(д 1 4 С 06 К 9/00 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ САНИЕ ИЗОБР Н АВТОРСКОМУ С 8 ИДЕТЕЛЬСТ(56) Патент США И 4170003,кл. 340-146,3, опублик. 1976,Патент Японии 9 49-42339,кл. 97(7) В 67, опублик. 1974. О ДЛЯ СЕЛЕКЦИИНАВАНИИ ИЗОБРАЖЕ ЗНАавтомати ния изокроэлекграфии,м зрител е(54) УСТРОЙСТ КОВ ПРИ РАСПО ОБЪЕКТОВ (57) Изобрете тике и вычисл стности к уст познавания из ие относится к автомательной технике, в чаойствам селекции и расбражений объектов. Цель 801347087 изобретения - повышение точности устройства. Для этого в устройство дополнительно введены блок задержки, второй блок формирования сигнала началаизображения, второй коммутатор, третий регистр сдвига, первый и второйсчетчики, два блока памяти, элементы И, ИЛИ,НЕ, соединенные между собой и остальными узлами устройствасоответствующими связями, Устройствоможет найти применение в системах ского анализа и распознаражений топологии изделий роники, в биологии, метала также при создании сисьного восприятия роботов.Изобретение о гнасится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системах автоматического анализа и распознавания изображений топологии изделий микроэлектроники, в биологии металлограФии, а также при создании систем зри- тельного восприятия роботов.Целью изобретения является павы" 1 О шение точности устройстваВ предложенном устройстве повышение точности селекции изображений объектов достигается за счет выделения признаков, характерных для объ Б .ектов, расстояние между которыми меньше заданного. Такими признаками являются пары смежных меток исходного изображения, смежных меток исходного изображения, модифицированного 2 О операцией растяжения объектов и меток точек, в которых пересекаются объекты исходного и модифицированного изображении,.На Фиг. 1 изображена Функцианаль ная схема предлагаемого устройства; на фиг, 2 - функциональная схема блока задержки, обеспечивающего Формирование на изображении окна размером 3 х 3 элемента (а) и расположение то- ЗО чек в окне (б); на фиг. 3 - схема блока формирования сигнала начала изображения, на фиг. 4 - схема коммутатора, на Фиг,5 - исходное изображение (контур "-") и модифицирован ное изображение (контур "-. в .-") пас. ле отметки (а) и соответствующая имтаблица (б).Устройство для селекции признаков при распознавании изображений обьек О тов состоит иэ телевизионного датчи ка 1, Формирователя 2 б:.нарнага видеосигнала, первого регистра 3 сдвига, первого блока 4 формирования сигнала начала изображения, первого элемента И 5, первого коммутатора 6, второго регистра 7 сдвига, первого блока 8 памяти, блок 9 задержки, второго бпока 10 Формирования сигнала начала изображения, второго коммутатора 11. трет:ьего регистра 12 сдвига, первого счетчика 13, второго счетчика 14. второго 15 и третьего 16 блоков памяти, элемента ИЛИ 17, -гтарого 18 н третьего 19 элементов И первого 20 второго 21,атретьего 22 и четвертога 23 элементов НЕ.Выход телевизионного датчика 1 соединен с входом Формирователя 2,выход которого соединен с входом блока 9 задержки, первый, второй и третий выходы которого соединены соответственно с третьим, вторым и первым входами блока 10, вторым, третьим и четвертым входами коммутатора11,первьпч, вторым, тРетьим входамиэлементов ИЛИ 17 и И 18. Первый ивторой выходы блока 9 задержки соединены также с входами элементов НЕ22 и 23, выходы которых соединены спервыми и вторыми входами элементаИ 19, третий вход которого подключен к третьему выходу блока 9 задержки, Четвертый выход блока 9 задержки соецинен с входом элементаИЛИ 17, входом первого элемента НЕ20, выход которого соединен с входомэлемента И 18,Выход элемента ИЛИ 17 соединен свходом первого регистра 3 сдвига,первым входом блока 4, одним из входовэлемента И 5 и четвертым входомкоммутатора 6, Первый и второй выходырегистра 3 сдвига соединены с вторыми и третьими входами элемента И5, блока 4, вторыми и третьими входами коммутатора 6, Выход блока 4 соединен с первым входом коммутатора 6.Третий выход регистра 3 сдвига соединен с входом ксммутатара 6. Третийвыход регистра 3 сдвига соединен свходом элемента НЕ 21 выход которого подключен к четвертому входу элемента И 5., Выход коммутатора б соединен с входом регистра 7 сдвига,первый и второй выходы которого соединены соответственно с пятым и шестым входами коммутатора 6, выход ко"торого соединен также с первым (11)информационным вхацом блока 8 памяти.Первый выход регистра 7 сдвига соединен с вторьгми (12) иггформационнымивходами блока 8 памяти,Выход элемента И 5 соединен с зходом управления записью"считыванием(ИР) блока 8 памяти и входом счетчика 14, выхопы которбга соединены садресными ,А) входами блока 8 памяти,Выход блока 10 соединен с первымивхс"аьги коммутатора 11. Выход коммута.".ара 11 соецинен с вкоцом регистра12 сдвигау первые и вторые входыкоторого соединены с пятым и шестымвходами коммутатора 11 выход которого соединен также с первыми инФармационныю входами (1 1) блока 15памяти. Первый выхоц регистра 12 сдви 1347 ОЯ 7Тактирование регистра 3 осуществляется тактовыми импульсами с одного извыходов телевизионного датчика 1,Блок 4 формирования сигнала начала изображения осуществляет нумерацИю точек начала от начала скан -рования. На его выходе формируетсядвоичный код номера точки начала,Коммутатор б осуществляет коммутацию кодов с выхода блока 4 формирования сигнала начала изображения ипервого и второго выходов регистра1 сдвига так же, как и коммутатор 11.С помощью элементов НЕ 21 и И 5происходят выделение сигналов от точек связи модифицированного изображения и запись пары смежных меток с выходов коммутатора б и первого выходарегистра 7 сдвига по адресу, формиру Оемому счетчикам 14. Перед началоманализа изображения счетчик 14 устанавливается в исходное нулевое состояние импульсами КСИ, подаваемыми наего вход установки нуля (Р). С помощью элементов НЕ 22 и 23 и элемента И 19 выделяются точки начала исходного изображения. По сигналам свыхода элемента И 19 происходит запись кодов меток модифицированногоизображения в точках начала исходного изображения по адресам, равнымметкам этих точек начала, Это достигается тем, что на информационныевходы блока 1 б памяти подаются коды35с выхода коммутатора б, на адресные -с выхода коммутатора 11, а на входуправления запись-считывание - сигнал с выхода элемента И 19,На фиг. 5 а контуром (-) показаны 4объекты Т 1-Т 4 исходного изображения,причем расстояние между объектами Т 1и Т 2 равно 2, между Т 2 и Т 4 - 3, ТЗи Т 4 - 4 и между Т 1 и ТЗ - 4. Объекты после операции растяжения окномдиаметром, равным 3, показаны контуром в виде контура (-, в .-),1Точки начала исходного изображения помечены буквами 1, а точки начала модифицированного изображения -Метки точек вписаны в соответствующие точки изображения. Причем метки точек исходного изображения вписаны в верхней части клетки, а модифицированного - в нижней. Точки связи 55исходнага и модифицированного изображений помечены соответственно буквами 1 ъи я, Смежными метками дляисходнага изображения являются метки 1 ц 4, считываемые в первой тачкесвязи,. 2 и - - во второй, 3, 5 - втретьей,Смежнымц метками для мапцфцццраваннага изобаажения являются метки1 и 3, считываемь 1 е ь пе,.:вой тачкесвязи, 2 и 3 - во второй и 3 ц - - втретьей. Точкам начала ;,. в ;, исходного изображения соответствуют метки3.3,3,3,3;)., Зтц свежые мегки исходнооо и модифицированного изображений, а также метки пересечения объектов исходного и модифицированногоизображений являются признаками распознавания изображения (фиг. 5 а),Дальнейший анализ изображения патаким признакам происходит следующимобразом.Определяют компоненты связностиметок исходного и модифицированногоизображений (кампонента связностиметок - максимальное число смежныхметок), Компонентами связности (Р)исходного изображения являются наборы меток 1, 4, 2 (Р 1), 3, 5 (Р 2),б (РЗ) и 7 (Р 4), а компонентамисвязности модифицированного изображения - 1, 2 3, 4 (Р ), 5 (Р), Учи 1ть.вая соответствие меток исходного цмоппфцццраван:а изображений. определяют соответствие компонент связисхацнога и модифицированногоизображений,Таблица соответствия компонент исхаднога и модифицированного изображений представлена на фиг. 56, Цифры 1вписаны лишь в те клетки таблицы, которые соответствуют компонентам связности исходнага и модифицированногоизображений для которых существуетхотя бь 1 одна пара меток пересечения,Из анализа этой таблицы видно, чтотрем компонентам связности Р 1, Р 2 иРЗ соответствует только одна компонента связности модифицированногоизображения РОтсюца следует, что после операции растяжения окном с диаметром,равным 3, объекты Т 1, Т 2 и ТЗ сливаются в адин, а слецовательно,междуними расстояние меньше минимальнодопустимого,Применение предложенного устройства в системах автоматического распознавания изображений объектов позволит значительна повысить их быстродействие, точность и надежность.Формула изобретения Устройство для селекции признаков при распознавании иэображений объектов, содержащее телевизионный датчик, 5 выход которого подключен к входу формирователя бинарного видеосигнала, первый и второй регистры сдвига, первый блок формирования сигнала начала изображения, первый элемент И, первый 1 О блок памяти и первый коммутатор, первый информационный вход которого подключен к выходу первого блока формирования сигнала начала изображения, первый информационный вход которого, соединенный с входом первого регист" ра сдвига и первым входом первого элемента И, подключен к четвертому информационному входу. первого коммутатора, первый выход первого регистра сдвига соединен с вторыми информационными входами первого коммутатора и первого блока формирования сигнала начала изображения, третий информационный вход которого, соеди 25 ненный с третьим информационным входом коммутатора, подключен к второму выходу первого регистра сдвига, выход первого коммутатора соединен с входом второго регистра сдвига, первый и второй выходы которого подключены соответственно к пятому и шестому информационным входам первого коммутатора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности устройст ва, оно содержит блок задержки, второй блок формирования сигнала начала изображения, второй коммутатор, третий регистр сдвига, первый и второй счетчики, второй и третий элементы И, фО первый, второй, третий и четвертый элементы НЕ, второй и третий блоки памяти, выход формирователя бинарного видеосигнала соединен с входом блока задержки, первый, второй и третий выходы которого соединены соответственно с первыми, вторыми и третьими входами второго элемента И, информационными входами второго блока формирования сигнала начала изобра жения, четвертым, третьим и вторым входами элемента ИЛИ, а также с вторым, третьим и четвертым информационными входами второго коммутатора,первый информационный вход которогоподключен к выходу второго блока формирования сигнала начала изображенияпятый и шестой информационные входывторого коммутатора соединены соответственно с первым и вторым выходами третьего регистра сдвига, входкоторого подключен к выходу второгокоммутатора, четвертый выход блоказадержки соединен с первым входомэлемента ИЛИ и входом первого элемента НЕ, выход которого подключенк четвертому входу второго элемента И, выход которого соединен сосчетным входом первого счетчика ивходом управления записью-считыванием второго блока памяти, адресныевходы которого подключены к выходампервого счетчика, а информационныевходы - соответственно к выходу второго коммутатора и к первому выходутретьего регистра сдвига, пятый выход блока задержки соединен с пятымвходом элемента ИЛИ, выход которогоподключен к входу первого регистрасдвига, первый и второй выходы которого соединены непосредственно, а,третий выход через второй элементНЕ - с вторым, третьим и четвертымвходами первого элемента И, выходкоторого подключен к счетному входувторого счетчика и к входу управления записью-считыванием первого блока памяти, адресные входы которогосоединены с выходами второго счетчика, а информационные входы - с выходом первого коммутатора и первым выходом второго регистра сдвига, первый и второй выходы блока задержкичерез третин и четвертый элементы НЕ,а третий выход блока задержки непа"средственно соединены с входами третьего элемента И, выход которого подключен к входу управления записью"считыванием третьего блока памяти,адресные входы которого соединены свыходом второго коммутатора, а информационный вход третьего блока памяти подключен к выходу первого коммутатора.га соединен также с вторыми информационными входами блока 15 памяти,Выход элемента И 18 соединен с входом управления записью-считыванием(И/Р) блока 15 памяти и входом счет 5чика 13, выходы которого соединены садресными входами блока 15 памяти,Выходы коммутаторов 6 и 11 соединенысоответственно с информационными (1)и адресными (А) входами блока 16 памяти, Выход элемента И 19 соединенс входом управления записью-считыванием блока 16 памяти,Блок 9 задержки (фиг, 2) состоитиз группы 24 линий задержки на строку и группы 25 элементов задержки навремя сканирования одного элементаизображения. Число линий и элементов задержки определяется минимально допустимым расстоянием между объектами в контролируемом изображении,Линии 24 задержки соединены последовательно, т.е. выход предыдущейлинии задержки соединен с входом последующей и т.д. Вход первой линии24-1 задержки соединен с входом первого 25-1 элемента задержки, выходкоторого соединен с входом второгоэлемента 25-2 задержки. Выход первой,линии 24-1 задержки соединен также свходом третьего элемента .25-3 задержки, выход которого соединен с входомчетвертого элемента 25-4. Выход второй линии 24-2 задержки соединен свходом первого элемента 25-5 задержки, выход которого соединен с входомшестого элемента 25-6 задержки. Входпервой линии 24-1 задержки являетсяФ1 входом блока 9 задержки,40Выходы с линий и элементов задержки, а также вход первой линии задержки составляют элементы окна, Числолиний и элементов задержки определяется размерами выбранного окна. Центральному элементу окна й (фиг. 2 а)соответствует выход с элемента 25-3задержки, который является выходом(3) блока 9. Выход с первого элемента 25-1 задержки является первым выходом блока 9, выход первой линии24-1 задержки - вторым выходом блока,вход первой линии 24-1 задержки в четвертым выходом. Выходы с остальныхэлементов задержки и линии 24-2 за 55держки являются пятыми выходами блока 9 задержки.Блок (4, 10) формирования сигналаначала изображения (фиг. 3) состоит из двух элементов НЕ 26 и 27, элемен-.та И 28 и счетчика 29. Один вход элемента И 28 и входы элементов НЕ 26 иЪ27 являются соответственно первым,вторым и третьим входами блока формирования сигнала начала изображения,Элементы НЕ 26 и 27 соединены с входами элемента И 28, выход которогосоединен со счетным входом счетчика29, выходы которого являются выходами блока формирования сигнала началаизображения, Вход установки счетчикав нулевое состояние (Р) является четвертым входом блока формирования сигнала начала изображения,Коммутатор (фиг. 4) состоит из двухэлементов НЕ 30 и 31, первой 32,второй 33, третьей 34 групп элементови группы 35 элементов ИЛИ, причемчисло элементов в этих группах равно31 оя,ИГ+1 = п, где 31 оя 1 Я,Г - целаячасть числа 2 о 8 И, а И, - максимальное число точек начала в изображении.Первые, пятые и шестые входы селектора являются п-разрядными, причем 1-е(1=1, ,п) разряды этих входов соединены с первыми входами -х элементов И групп 32-34, Второй вход коммутатора соединен с вторыми входамиэлементов И группы 33 и входом элемента НЕ 30, выход которого соединенс вторыми входами элементов И группы32. Третий вход коммутатора соединенс вторыми входами элементов И группы34 и входом элемента НЕ 31, выходкоторого соединен с третьими входамиэлементов И групп 32 и 33, Четвертыйвход коммутатора соединен с четвертыми входами элементов И групп 32-34.Выходы д-х элементов И групп 32-34соединены соответственно с первыми,вторыми и третьими входами -гоэлемента ИЛИ группы 35.Устройство для селекции признаковпри распознавании изображений объектов работает следующим образом.1Видеосигнал развертки изображенияобъектов с выхода телевизионного датчика 1 поступает на вход формирователя 2, который квантует его по уровню,Сигнал с уровнем "1" на входе формирователя 2 соответствует сканированию объектов изображения, а с уровнем "0" - фона изображения. Элемент(точка) изображения, которому на выходе формирователя 2 соответствуетсигнал с уровнем " 1", будем называтьточкой объекта, а точку, которой со5 13 т 08ответствует сигнал с уровнем ЧО" пары точек открываются элементы И точкой Фона, Значение сигнала в точ- третьей группы 34 и код с второго вь- хода регистра 12 через элементы ИЛИ35 проходит ня выход коммутатора 11.5В момент сканирования точек "вязи,т.е. таких, у которых точки й , йи Я, являются точками объекта, аточкя ЙтОчкОЙ фоня ня выходезлемента И 18 появляется импульс, по Центральная точка окна (фиг, 2 а) обо которому коды меток с выхода коммутатора 11 и первого выхода регистра12 записываются в блок 15 памяти поадресу, задаваемому счетчиком 13.Счетчик 13 перед началом анализакадра изображения устанавливается в ке обозначим через ы (Й),Сигналы снимаемые блоком 9 задержки, соответствуют яркости точек изображения в некоторой сго локяль- ноЙ области (окне)Точку окна, равноудаленную от граничных, будем называть центральной или центром окна. значена через й, . Точки Я й и Лбудем называть соседними слева. Спомощью блока 10 Формирования сигнала начала иэображения коммутатора11 и регистра 12 осуществляется отметка изображения по известным правилам. В соответствии с этими правилами, если точка Й, поПадает на точку начала объекта (на фиг. 5 точкиначала помечены буквой Ы ), то ейприсваивается метка, равная порядковому номеру этой точки. начала,отсчитываемому от начала сканирования.Двоичный код этой метки появляетсяна выходе коммутатора 11, Это достигается тем, что при сканировании очередной точки начала на выходе элемента И 28 появляется импульс по которому счетчик 29 блоха 10 изменяет ряженке после операции растяжениябудем называть модифицированньм,свое состояние на +1"., До момента гоявления гервой точки начала счетчик 29 сохраняет исходное нулевое состояние, в которое он устанавлива ется кадровыми синхроимпульсами (КСИ) с одного из выходов телевизионного датчика 1,Код с выхода блока 10 поступает на первую группу 32 элементов И, которые открываютсяолько в моменты сканирования точек качала С выходов группы 32 элементов И код проходит на выход коммутатора 11. Если точкч Я, и Й, соответствуют точкам объекта, а точка Я, - точке Фона, то точке Л, присваивается метка точки й и на выходе коммутатора 11 будет код метки точки Я . Это достигается тем что при наличии только такой комбинации точек иэображения будут открыты элементы И второй группы 33, на входы которой подается код метки точки й с первого зтыхода регис":.ря12, Если точки окна Р., и .й попадают на точки объекта, то сканируемой точке изображения присваиваетсяеметка точки й и код на выходе коммутатора 11 соответствует метка точки Й, . Это достигается тем что вмоменты сканирования только такой исходное нулевое состояние импульсами КСИ, подаваемыми на его вход установки нуля (Р) с одного из выходовтелевизионного датчика 1.Таким образом, к моменту окончания сканирования изображения в блоке 15 памяти будет накоплена информация о смежности меток в исходномизображении,Все сигналы с выхода блока 9 поступают на входы элемента ИЛИ 17, навыходе которого буцет присутствоватьсигнал с уровнем "1", если в окно попадает хотя бы одна точка объекта, аследовательно, Осуществляется операция растяжения объектов изображения,Так как диаметр окна выбирается равным минимально допустимой величинерасстояния между объектами, то сигнал на выходе элемента ИЛИ 17 соответствует изображению, у которогообъекты с расстоянием меньше минимально допустимого будут слиты, ИзобС помощью первого регистра, 3 сдвига, блока 4 формирования сигнала начала изображения, элемента И 5 котмутятора б второго регистра сдвига, счетчика 11 и элемента НЕ 21 осуществляется отметка и запись смеж т-,ых меток в блок 8 пямтттти. Лпинцип отметки тот же что для иСХОднего изобряженття При помощи первого рет пстОя 3 сдв.".:.гя сигнал с выходя эле" т;=.нта ИЛИ 17 зац рживается на Бремя+ Т где Т . - период строчной раз",яртки тел визионного датчика а Т время развертки одного элемента изображения,. С первого в."хсдя регистра 3 сдвига снимается сигнал, задержанный Относительно входного на Т . с вто.го - на Т а с третьего на Т, + Т.1347087 МаарОЬеиие сканиро Составитель Т,НичипоровичРедактор А.Шандор Техред А. Кравчук Корректор М.Максимиши ное каз 5121/47ВНИИПИ 13 одственно-полиграФическое предприятие, г. Ужгород, ул Проектная Про Тираж 670 Государствен елам изобрете Москва, ЖПодпиго комитета СССРй и открытийРаушская наб., д. 4/