Устройство для выделения изображений подвижных объектов

ДПЯ ВЫДЕЛЕНИЯ ИЗОБ-,. ОБЬЕКТОВ относится к автомадовблок а, втИ и ИЛИ амя емент 4 памениякже п овой1 сядом ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТПРИ ГКНТ СССРИзобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к устройствам для выделения изображений подвижных объектов.Цель изобретения - повьппение надежности выделения изображений под." вижных объектов.На фиг,1 изображена структурная схема устройства; на Фиг.2 - структурная схема датчика видеосигнала; на Фиг.3 - структурная схема формирователя управляющих сигналов; на фиг.4 - структурная схема вычислительного устройства блока фильтрации; на Фиг.5 - структурная схема формирователя порога.Устройство (Фиг.1) содержит датчик 1 видеосигнала, Формирователь 2 управляющих сигналов, счетчик 3, первый сумматор 4, первый вычитатель 5, второй сумматор 6, второй вычитатель 7, Формирователь 8 кодов (задатчик тике, в частности к устроиствам длявыделения изображений подвижныхобъектов. Цель изобретения состоитв повьюенин надежности выделенияизображений подвижных объектов. По-.ставленная цель достигается путемсмещения исходного изображения назаданное число элементов влево ивправо вдоль строки и на заданноечисло строк вверх и вниз по кадру,что обеспечивается введением суммато сигналов смещения), блок 9 фильтрации, Формирователь 10 порога, первый блок 11 памяти, коммутатор 12, блок 13 вычитания, второй блок 1 яти, элемент И 15, блок 16 сравн и феф элемент И 31 И 17. На Фиг,1 та ока- фЬ зан блок 18 регистрации. ЪДатчик 1 видеосигнала (Фиг.2) М образуют камера 19, аналого-циФрпреобразователь 20 и генератор 2Первый выход камеры 19 подключен к входу генератора 21 и является строчным синхронизирующим выходом датчика 1, Второй выход камеры 19 подключен к первому входу преобразователя 20, а третий выход является кадровым синхронизирующим выходом датчика 1. Выход генератора 21 подключен к второвходу преобразователя 20 и являет- тактовым выходом датчика 1, выховьщеосигнала которого являетсявыход преобразователя 20.3 146237Формирователь 2 управляющих сигналов (фиг.З) включает элемент 22 задержки, элемент НЕ 23, элемент И-НЕ 24, элемент 25 задержки, счетчик 26 строк, триггер 27, элемент НЕ 28,5 счетчик 29 элементов строки, элемент И-НЕ 30, элемент И 11 И 31, элементы И 32 и 33, элемент НЕ 34, элемент И 35, элементы НЕ 36 и 37, элементы И 38-41, триггеры 42 и 43, элемент И 44, элементы ИЛИ 45 и 46.Формирователь 8 кодов, предназначенный для задания сигналов смещения, реализован с помощью двух групп пе.- реключателей, число которых в каждой группе, например, четыре при максимальном смещении исходного изображения на 15 элементов по строке и по кадру. На первые объединенные входы . переключателей подается сигнал .ло: гической единицы, на вторые объеди- ".ненные входы - сигнал логического нуля.Блок 9 фильтрации состоит иэ 25 двух вычислительных устройств, вторые и кадровые синхронизирующие вхоцы которых объединены и являются одноименными входами блока 9, первый и третий входы которого являются первы О ми входами соответственно первого и второго"вычислительных устройств. Первое и второе вычислительные устройства реализованы аналогично. Каждое вычислительное устройство (фиг.4)35содержитпрограммируемое запоминающее устройство 47, формирователь 48 кадров, инвертор 49, элементы 50-53 задержки, пороговый элемент. 54, регистры 55 и 56, коммутатор 57, сумма Отор 58, регистры 59-63, вычитатель64 и элемент 65 задержки.Формирователь 10 порога включает формирователь 66 кода, регистр 67, программируемое запоминающее устройство 68, вычитатель 69, коммутатор70, вычитатель 71, коммутатор 72 регистр 73, программируемое запоминающее устройство 74, вычитатель 75,коммутатор 76, регистр 77 и формирователь 78 кода.Устройство работает следующим образом.В процессе сканирования изображе-.ния с соответствующих выходов датчика1 с прямолинейной прогрессивной разверткой поступают параллельный дво. -ичный код видеосигнала (ВС), кадровые и строчные синхроимпульсы (КСИ и 34ССИ) и тактовые импульсы (ТИ). Формирователь 10 вырабатывает переменный пороговый сигнал, меняющейся в ходе развертки в зависимости от изменения модуля градиента яркости в окрестности каждого анализируемого элемента изображения. При этом формирователь 1 О вычисляет значения изменений яркости при переходе от элемента к элементу. Полученные значения модуля градиента усредняются внутри окрестности либо находится их максимум. Вычисленный таким образом пороговый уровень на простых равномерных фонах понижается, а на сложных по структуре фонах (контуры, текстуры) повьппается. Для выделения изображения объекта по отношению к фону и исключения влияния выбросов яркости значения порогового сигнала ограничены по минимуму и по максимуму. Ограничивающие сигналы являются внутренними сигналами формирователя и задаются исходя из априорных сведений об изображении и фоне. Формирователь 2 в течение каждого телевизионного кадра производит стробирование последовательности ТИ с целью ограничения зоны выделения элементов изображения подвижного объекта. Кроме того., в нем из стробированной последовательности ТИ формируются вспомогательные сигналы, обеспечивающие режим записи и считывания блоков 11 и 14, сигнал разрешения и противофазные сигналы записи-считывания для первой и второй групп запоминающих устройств (,ЗУ) блоков 11 и 14, Использование противофазнйх сигналов записи-считывания и разделение ЗУ на две группы и, соответственно, увеличение в два раза объема памяти необходимо для обеспечения одновременной записи и считывание ВС в темпе поступления изображения. В каждом предыдущем кадре запись изображения производится в ЗУ первой группы, а считывание - из ЗУ второй группы, в последующем кадре функция ЗУ меняется. Формирователь 2 формирует также сигнал управления коммутатором 2, благодаря которому в каждом кадре запись ВС в блок 14 происходит в одну группу ЗУ по смещенным адресам, а считывание из другой группы ЗУ - по адресам, поступающим без смещения непосредственно с выхода двоичного счетчика 3. Такая адресацкя групп ЗУгого из укаэанного сигнала вычитаетВС. Полученные модули разности сигналов яркости элементов текущего ипредыдущего кадров сравниваются спороговым эталонным сигналом, сформированным Формирователем 10. В случае превышения разностным сигналомпорогового сигнала на соответствующем выходе блока 16 появляется сигнал логической единицы. Таким образом, на выходах блока 16 появляютсясигналы, характеризующие измененияяркости элементов изображения и вызванные как движением объекта наблюдения, так и дополнительными смещениями изображения. С первого выходаблока 16 сигнал сравнения ВС и несмещенного иэображения поступает непосредственно на первый вход блока 9фильтрации, на третий вход которогопоступает сигнал с выхода элементаИЛИ 17, осуществляющего логическоесложение сигналов ВС с четырьмясигналами смещенных изображений.Каждый из этих двух сигналов обрабатывается в блоке 9 своим вычислительным устройством, которые аналогичны. Каждое вычислительное устройство блока 9 подсчитывает в окрестности текущего элемента разложениячисло выделенных сверхпороговых элементов изображения. Если это нисло больше заданного эталонного порогового числа, то принимается решение ообнаружении очередного элемента изображения, При этом в первом вычислительном устройстве блока 9 в формирователе кода устанавливается такое пониженное эталонное пороговое число,которое позволяет выделить практически все элементы вдоль края изображе" 5 14623 позволяет блоку 4 одновременно записывать и считывать сигналы смещенных изображений.Счетчик 3 подсчитывает число ТИ5 внутри зоны стробирования. в каждом телевизионном кадре и сбрасывается: с приходом очередного КСИ. Сигнал на выходе счетчика 3 определяет положение элемента разложения внутри строба по строке и по кадру, поэтому, изменив этот сигнал, можно записать изображение объекта наблюдения со смещением, т.е. выше, ниже, левееили правее, Для записи в блок 14 смещенных изображений сигнал с выхода счетчика 3 суммируется с сигналами, вырабатываемыми задатчиком 8 сигналов смещения, с помощью сумматоров 4 и 6 и вычитателей 5 и 7. Код, поступающий с первого выхода задатчика 8 на вторые входы сумматора 4 и вычитателя 5, приводит к смещениям изображения на одинаковое число растровых элементов влево и вправо. . 25 Код, поступающий со второго выхода эадатчика 8 на входы вторых сумматора 6 и вычитателя 7, приводит к смещениям изображения на одинаковое число строк вверх и вниз, Значения сигналов З 0 смещения определяются информацией о предлагаемых перемещениях изображения объекта вдоль и поперек строк. Смещенные значения адресов через коммутатор 12 поступают на первую или вторую (в следующем кадре) группу ЗУ блока 14. Такой режим работы коммутатора 12 обеспечивается тем, что селекторы 12 также разбиты на две группы," причем в первой группе селекторов 4 О адресный выход счетчика 3 подключен к первым информационным входам селекторова во второй группе - к вторым информационным входам селекторов, на другие входы селекторов подаются смещенные адресные сигналы. Сигналы записи-считывания, поступающие на управляющий вход блока 14,должны быть фаэированы с сигналом управления коммутатором 12 так, чтобы считывание с соответствующей группы ЗУ происходило по адресам, поступающим без смещения с выхода счетчика 3Задержка видео-. сигнала на входах блоков 11 и 14 обеспечивает установку информации на адресных входах ЗУ до прихода ВС и соответствуюших сигналов считывания- записи. Сигналы изображения, записанные в блоках 11 и 14 в предыдущем 736кадре, ачитываются в последующем и с выходов указанных блоков 11 и 14поступают на соответствующие входыблока 13 вычитания. Для обеспечения синхронного вычитания значений яркости в каждом из элементов изображения ВС задерживается на время формирования адреса считывания и считыванияинформации из ЗУ блоков 11 и 14. Для вычисления модуля разности текущегоВС с исходным несмещенным и каждымиз сигналов смещенных изображенийв блоке 13 используется пять вычислительных элементов, каждый из котоалых с помощью одного вычитателя вычитает из ВС сигнал, считываемый иэ соответствующего ЗУ, а с помощью дру 7 14 б 23 иия подвижного объекта. Однако при этом при низких отношениях сигнал/шум происходит вьщелейие большого числа ложных элементов. С другой стороны, выделение дополнительных5 элементов, накопление их вдоль края изображения объекта позволяют установить в формирователе кода второго Вычислительного устройства повышенный порог, что также позволяет выделить практически все элементы вдоль рая изображения подвижного объекта./ днако элементы, выделенные вторым вычислительным устройством, в резуль тате искусственных смещений исходного изображения могут относиться инеподвижным иэображениям. Для исключения как ложных, так и неподвижх элементов сигналы с выходов блоа 9 подаются на вход элемента И 15, Ца выходе которого появляется сигнал логической едищцы только в том слуЧае, когда первое вычислительноеустройство выделило подвижный элемент 25 4 зображения объекта, а второе вычислительное устройство вьщелило элемент Изображения, существенно превышающий уровень шумового фона.Работа датчика 1 видеосигнала Эп (фиг.2) происходит следующим образом. Телевизионная камера 19 работает в режиме прогрессивной развертки с частотой кадров 25 Гц. Число строк 625. ССИ с выхода камеры 19 запускают геЙератор 21 ТИ. ТИ необходимы для ра-, боты аналого-цифрового преобразовате 20, с выхода котороо в устройство Поступает параллельный шестиразрядИый код яркости каждого элемента40 разложения.Формирователь 2 управляющих сигналов (Фиг.З) работает следующим .образом. Счетчик 29 элементов строки устанавливается в "О" с приходом очередного ССИ. В исходном состоянии на его выходе присутствует сигнал логического нуля, который инвертируется элементом НЕ 34 и поступает наодин вход элемента И 33, на другой вход которого поступаютТИ, 11 ервый из ТИ строки проходит в этом случае через элемент И 33 и устанавливает триггер 42 в исходное состояние. Сброс триггера 42 осуществляется при появлении сигнала логической единицы на выходе счетчика 29. Сигнал логической единицы присутствует на выходе счетчика 29 с момента его 73 8появления до окончания строки. При этом на выходе элемента НЕ 34 устанавливается логический ноль и с приходом ТИ триггер 42 не перебрасывается. Формирование строба по кадру происходит аналогичным образом с использованием счетчика 26 строк, сброс которого происходит очередным КСИ, эле-. мента И 35, элемента НЕ 36 и триггера 43. Через элемент И 44 во время действия стробов проходит последовательность ТИ, используемая далее в предлагаемом устройстве и внутри Формирователя 2 для формирования сигналов для запоминающих устройств блоков 11 и 14. Для Формирования сигналов управления коммутатором 12 КСИ поступают на счетный вход Р-триггера 27, выход которого соединен с входом О, что обеспечивает счетный режим работы триггера 27 Сигналы триггера 27 и аналогичные инвертированные с выхода элемента НЕ 37 используются также при формировании служебных сиг-. налов. Первый из этих сигналов поступает на входы элементов И 38 и 40, а второй (ичвертированный) - на входы элементов И 39 и 40, В результате логического умножения и сложения указанных управляющих сигналов с послед довательностью ТИ и аналогичной ин= , вертированной элементом НЕ 28 последовательностью на выходе элемента И 1 Ц 1 45 в течение одного кадра формируются сигналы записи, а в течение последующего - сигналы считывания. Аналогично элементы И 40 и 41 и элемент ИЛИ 46 осуществляют Формирование сигналов, но в обратной последовательности от кадра к кадру, Эле.". мент 22 задержки обеспечивает задержку последовательности ТИ на время около 20 нс, что позваляет логическому устройству на элементах НЕ 28 и 23, элементах И-НЕ 24 и ЗО и элементе И 32 .сформировать после" довательность импульсов с частотой 25 МГц. В результате логического ум- ножения, выполненного элементом И 32, последовательности ТИ и полученной г высокочастотной последовательности Формируется сигнал, задержка отрицательного переднего фронта которого осуществляется элементом 25 задержки на величину около 4-10 нс.Вычислительное устройство блока 9 фильтрации (Фиг.4) работает следующим образом, Элементы 50-539 14623 задержки осуществляют задержку бинарного сигнала превьппения порога каждый соответственно на строку телевизионного разложения. Незадержанный бинарный сигнал на первом входеБ блока и сигналы, задержанные на одну-четыре строки, образуют столбец из пяти элементов анализирующей апертуры. В зависимости от этих сигналов столбца на выходе программируемого запоминающего устройства 47 формируется двоичный 3-разрядный сигнал числа единичных элементов в столбце. Числа, определяющие число элементов в столбцах апертуры, записываются в регистр 55 и проталкиваются через последовательность регистров 60-63, причем перезапись осуществляется по фронту ТИ. Таким образом, в регистро.-.2 О вой памяти хранится информацие о числе выделенных сверхпороговых элементов в пяти столбцах, составляющих . анализирующую апертуру. Вычитатель 64 сравнивает число элементов в каж Б дом входящем столбце с числом элементов в выталкиваемом столбце и записывает полученную разность и ее знак в регистр 56. При положительной разности ее значение проходит через ком- ЗО мутатор 57 и суммируется в сумматоре 58 с числом, хранящимся в регистре 59, выполняющем Функцию аккумулятора, При отрицательной разности инвертор 49 формирует обратный код ее значения, Он проходит коммутатор 57, пре 35 образуется в дополнительный код, и значение разности вычитается из со- , держимого регистра 59. Таким образом, регистр 59 подсчитывает число выде ленных сверхпороговых элементов изображения внутри апертуры 5 х 4 элементов разложения, движущегося по полю изображения синхронно с разверткой. Элемент 65 задержки компенсирует за,",.4 держку прохождения сигналов внутри .блока, начиная с вычитателя 64 и далее до растра 59. Он обеспечивает синхронную передачу сигналов и считывание результатов сравнения числа вы деленных элементов с эталонным чис-, лом задаваемым Формирователем 48 кадров. Сравнение осуществляется по: роговым элементом 54, сигнал с выхода которого подается на выход блока совместно со стробированной последовательностью ТИ.Формирователь 10 порога (фиг.5) работает следующим образом. Шестираз 73 10рядный код ВС подается на вход блока, записывается в регистр 66 и последовательно каждым ТИ переписывается в регистры 73. в .77. Программируемые запоминающие устройства 68 и 74 преобра" зуют коды яркости соседних трех бегущих элементов строки в значения абсолютных величин разностей первого" второго и второго-третьего элементов. С помощью вычитателя 69 по знаку разности определяют большее из двух значений абсолютных величин, которое по сигналу с выхода переноса вычитателя 69 передается на выход коммутатора 70. Аналогичным образом вычитатели 71 и 75 сравнивают разностный сигнал на выходе коммутатора 70 сначала с максимальным, а затем с минимальным пороговыми эталонными сигналами, вырабатываемыми соответственно на выхо- дах Формирователей 66 и 78Формула изобретейия.Устройство для выделения изображений подвижных объектов, содержащее формирователь управляющих сигналов, синхронизирующие входы которого подключены к первому, второму и третьему выходам датчика видеосигнала, четвертый выход которого соединен с информационным входом Формирователя порога, синхронизирующий вход которого подключен к первому выходу датчика видеосигнала, а выход соединен с одним информационным входом блока сравнения, счетчик, счетный вход ко торого подключен к первому выходу формирователя управляющих сигналов, а нулевой вход соединен с третьим выходом датчика видеосигнала, первый блок памяти, информационный вход которого подключен к четвертому выходу датчика видеосигнала, адресными вход соединен с выходом счетчика, управляющий вход подключен к второму выходу Формирователя управляющих сигналов, а выход соединен с первым информационным входом блока вычитания, другой информационный вход которого подключен к выходу датчика видеосигнала, а выход соединен с другим информационным входом блока сравнения, первый выход которого подключен к первому синхронизирующему входу блока Фильтрации, второй синхронизирующий вход которого соединен с первым выходом Формирователя управляю462373 2щих сигналов, третий синхронизнрующийвход подключен к третьему выходу датчика видеосигнала, о т л и ч а ю -щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности выделения изображенийподвижных объектов, в него введенысумматоры, один информационный входкаждого из которых соединен с выходомсчетчика, вычитатели, один информационный вход каждого из которых подКлючен к выходу счетчика, формирователь кодов смещения изображения, выМоды которого соединены с другиминнформационнымн входами соответствуюих сумматоров и вычитателей, коммутатор, информационные входы которогосоецинены с выходами сумматорав иычитателей, адресный вход подключен к выходу счетчика, а управляющий вход соединен с третьим выходом формирователя управляющих сигналов, 5второй блок памяти, информационные входы которого подключены к выходам коммутатора и датчика видеосигнала, управляющий вход соединен с вторым выходом формирователя управляющих сигналов, а выходы подключены к информационным входам группы блока вычитания, элемент ИЛИ, входы которого соединены с вторым, третьим, четвертым и пятым выходами блока сравнения, выход которого подключен к управляю-., щему входу блока фильтрации, и элемент И, входы которого соединены с выходами блока фильтрации, а выход является выходом устройства.201462373 Составитель Т,НичипоровичРедактор А.Огар Техред Л.Сердюкова КорректоР " Коро венно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Производ ина,01 Заказ 716/50 Тираж 667 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5