Способ выделения контуров изображения объекта

(19 114 С 06 К 9 ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗО Я Т аждого направажени л бъ изображени нал ерируют ауманаи И,Б,Лимона сигналами, ре с овладения, ф обработка 1982. тво СССР/00, 1983,рмируют исходну ть импульсов, с й последователь и ов зоб ниваательно Мир, ельс сть т моменты их тервалы врегистрире ряют(54) СПОСОБ ВЫДЕЛЕНРАЖЕНИЯ ОБЪЕКТА(57) Изобретение от Я КОНТУРОВ ИЭ ов ег:., с трир я импуль тервалы,ными моме и выделяю сов я к авт на основе коображения обътельност опстике и вычислитель хнике и предонтур из оследова та, Данная и назначено для использования в промышленных роботах, Цель изобретения раций обспе в ает. выс при выд кое отно сигнал шу повышение точност ыделения кон Изобретение относится к автоматия; ст тиров схем и вычисли начено дл ышспользования енных робота Целью изобедла олуния является повыо д.атвыделения контектов,ение точно зображенияНа фиг.1 ход ви ые диаойства; з няющие процес яркости изобр фики значений локализации п сигнал/шум, п мое жен трой по ЭВМ, к ен ва,едла и а вход фиг,7 М, печ с тройс прпечизо л таюции предлагае го с использо торов контрас графики значеной локализац нием р зличных опер на фиг.3в шую из обраба гаемом ировани ий крит ед е по я э ив лученных и переп предла дов, аемо и реализ ос(21) (22) (46) (71) (72) (53) ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ 4327673/24-24 16,11,8723,11.89. Бюл МВТУ им, Н,Э, Н 1,И,Рассадкин 681,327(0888Претт У, Цифр ажений, - М,: торское свиде 9042, кл, С 0 тельнои технике и пр жены кривые, поясучения линий уровняя; на фиг,2 - граерия эффективнойдОв от отношениянных при реализаспособа и известноров изобр и, Д ления сканирования та формируют видео последовательн сравнивают вид ость опорных импульсеосигнал с опорнымиистрируют моменты их след ов с ют ее с опорно импульсов и ре совпадения, из ени междч ззр тами совпадени минимальные ин торых строят к ба и известного с использованием р личных операторов контрас на фиг,4 - функциональная ройства, обрабатывающего по гаемому способу изображение ченное с помощью телевизион чика, имеющего аналоговый в деосигнала; на фиг,5 - врем граммы, поясняющие работу у на фиг,б - изображение, вво телевизионного датчика на в брабатывающего изоаемому способу, ишей изображение; нение, вводимое в Эбражение с выходаывающего изображенспособу,(2)20 т = сопзС,(3) (4) (5) Т Т ( Т пчп . - . гпсх 1 где т, и 1 соответственно макзначение величины1-й плоскости некоторое постоянное значение разности между соседними 45 50 Устройство (фиг,4) для реализации предлагаемого способа содержит блок 1 формирования опорных сигналов, группу 2 коммутаторов, группу формирователей 3 импульсов, группу элементов5 2 ИЛИ 4 элемент 11 - ИЛИ 5, элемент НЕ 6, триггер 7 .Все элементы функциональных схем вьиолиены в соответствии со стандартной схемотехникой,Способ можно проиллюстрировать на примере сечения некоторой поверхнос- ТР функции горизонтдльными пдрдллельными плоскостями установленными на равном расстоянии друг от друга, в диапазоне от минимдльного до максимального значений р;сгмдтривдемой поверхности функции (1) (Фиг.1),25Б точкахпересечения плоскостей (2)с поверхностью функции (1) получают некоторые кривые 1, для которых 1= Т; +51; =1+ Ь 11 ) симальное и минимальное значения35функции (1)плоскостями,Тогда при проекции кривых 1, налоскость ХОУ по.Учают линии уровня1; поверхности функции (1), лежащиевнутри части этой же плоскости, ограиченной линиями 1и 1, полученными также путем проекции линийграниц облдс, и мдксимдльньх и минимдльных точений поверхности ункциисоотв тственно (фиг,1),Линии уровня стягиваются друг к другу при возрастании скорости изменения функции поверхности, т,е, расстояние между точками линий уровн, в которых скорость изменения функции поверхности достигает максимальное значение, и ближайшимиточками соседних линий уровня имеет наименьшее значение, Вследствие изложенного признаком яркостного перепада является наличие множества линий уровня на некотором участке горизонтальной плоскости изображения, сливающихся в однулинию при резких изменениях яркости, а центр яркостного перепада при плавных изменениях яркости характеризуется минимальным расстоянием ду соседними линиями уровня,С целью выявления эффективности локализации яркостных перепадов предлагаемым способом проводят эксперименты на тестовом изображении размерностью 64 х 64 элементов, яркость которых менялась в диапазоне 0-255, В центре тестового изображения находится вертикально ориентированный перепад яркости с переменным контрастом и крутизной наклона яркостного перепада, На изображение перепада наложен независимый гауссов шум со среднеквадратичным отклонением О1 Результирующая картина ограничена по уровню в соответствии с диапазоном яркостей (0-255), Отношение сигнал/шум определяют какБ/И =Н /ог(6) где Р - высота перепада,Качество локализации яркостного перепада оценивается величиной 1 Р = (1/1 )1/(1+ а ), (7)где Т =тах(1 Т, Тя);Т. и Т. - число точек перепадовГ 4в идеальном и реальном контурных препаратах; масштабный множитель;- расстояние между точкой действительного перепдда и линией, состоящей из точек, идеального перепада, измеренное по нормали к этой линии,На фиг,2 приведены графики зависимости величины от отношения сигнал/шум для нескольких детекторов известного способа при следующих заданных параметрах: Ы =1/9; Р = 25; 1 = 1 где Р - высота перепада; ширина перепада,(9) Ь -Н,40 50 55 5 152Также приведен график зависимости величины К от отношения сигнал/шум для предлагаемого способа с пятью секущими плоскостями при тех же заданных параметрах, Значения уровней секущих плоскостей определяются как 1; = То+Н 1 ш)/(и 1 ф (8) высота яркостного перепадаамплитуда шума;максимальное число секущихплоскостей;минимальное значение яркостного перепада; номер секущей плоскости,На фиг,3 приведены графики зависимости величины от ширины яркостного перепада для нескольких детекторов прототипа при следующих заданных параметрах: оЬ =1/9 Н = 25; Б/11 = 100,Кроме тогоприведен график зависимости величины К от ширины яркостного перепада для предлагаемогоспособа с пятью секущими плоскостями,Как видно из приведенных графиков (фиг,2 и 3), предлагаемый способ не уступает по качеству локализации яркостного перепада в диапазоне известному с наиболее удачными детекторами,Устройство (Фиг,4) содержит блок 1 формирования опорных сигналов, инФормационный вход которого соединен с соответствуюшим выходом управляющей ЭВМ и является вторым информационным входом устройства, первый управляющий вход блока 1 формирования опорных сигналов является входом кадрового сигнала устройства, второй уп. равляющий вход блока 1 Формирования опорных сигналов соединен с соответ - ствующим выходом управляющей ЭВМ и является входом сигнала записи в устройство, третий упрдзляющий вход блока 1 формирования опорных сигналов является входом сигнала включения питания устройства, выходы блока 1 Формирования опорных сигналов соединены с соответствующими входами группы компараторов 2, информационные входы которых соединены между собой и являются первым информационным входом устройства, а их прямые и инвертирующие 4073 6 выходы соединены с входами устройствгруппь формирователей 3 импульсов,входы которых попарно соединены с вхо.дами группы элементов 2-ИЛИ 4, а ихвыходы соединены с входами элемента11-ИЛИ 5, выход которого соединен спервым управляющим входом триггера7, второй управляющий вход которого является тактовым входом устройства,Устройство работает следующим образом, При включении питания устройства импульс сигнала включения питания через соответствующий вход устройствапопадает на соответствующие управляющие входы блока 1 формирования опорных сигналов, в результате чегосбрасывается содержание его регистров, После этого управляющая ЭВМустанавливает на втором информационном входе устройства величину сигналав цифровой форме и годает сигнал"Запись" с соответствующего ее выхода на соответствующий вход устройства,Видеосигнал с телевизионног датчика поступающий на первый информационный вход устройства, попадает нд информационнье входы группы компдрдторов 2 а на их входь опорного сигнала поступает сигнал блока 1 формировдния опорных сигндлов, ь результдчего происходит срдвнение видео сигн;лд с различными значениями о рного сигнал, В случд , если видеосигнал изменяет свое положени нили иную сторону по отношению к стдновленному нд с оо тв е тс тв ующем якв де одного из компдрдгоров группы ьом - пдрдторов 2, то на выходе этого компара;ора сигнал также изменяет сво значение на противоположное, и с выхо да соответствуюшего форми, овдтеля импульсов группы Формировдтелей 3 импульсов импульс через соответствующий элемент группы элементов 2-И.1 И 4поступает на вход элемента 11-1 ПИ 5,с выхода которого поступдет на второй управляюций вход триггера б, и врезультате нд выходе триггера 6 устанавливается единичный сигнал,Тактовый сигнал елевизионногодатчика, поступдюший нд соответствующий вход устройства, инвсртируетсяэлементом НЕ 6, и с его выхода пос тупает нд первый управляющий вход триггера 6, в результдс чего выходнойсигнал триггера 7 все время сбрасывается в нулевое состояние инвертированным тактовым сигналом,Управляющая ЭВМ в процессе работы устройства обсчитывает текущий кадр5 изображения с целью получения гистограммных характеристик изображения и по ним рассчитывает величины сигналов которые должны быть установлены на выходе блока 1 формирования опорных сигналов, По первому после записи кадровому импульсу на выходах блока 1 формирования опорных сигналов устанавливаются заданные сигналы, Таким образом, в процессе работы устройства значения сигналов на выходах блока 1 формирования опорных сигналов все время корректируются в соответствии с изменением изображения, 20 Устройство для реализации осуществляет фиксацию точек, в которьх видеосигнал принимает значения, заданные управляющей ЭВМ, т,е, осуществляет 25 сечение поверхности изображения горизонтальными параллельными плоскостями и фиксирует линии уровня яркости изображения,30Выход устройства соединяется свходом любой ЭВМ, имеющей память,объем которой позволяет записать внее кадр бинарного изображения, полученного от данного телевизионного35датчика, и способной построить контур изображения за некоторое допустимое время, удовлетворяющее техническим требованиям,Проверку работоспособности устройства проводят следующим образом,С выхода телевизионного датчикавидеосигнал одновременно подается навход устройства и вход ЭВМ, котораязаписывает в свою память изображение.Одновременно с этим другая ЭВМ, входкоторой соединен с выходом устройства, записывает в свою память результаты обработки изображения устройством по предлагаемому способу, После этого оба записанных изображения распечатаны на печатающих устройствах этих ЭВМ,Формула изобретенияСпособ выделения контуров изображения объекта, заключающийся в формировании видеосигнала для каждого направления сканирования изображения объекта, генерирации последовательности опорных импульсов, сравнении видеосигнала с опорными сигналами, регистрации момента совпадения значений амплитуд видеосигнала с опорными сигналами и формировании исходной последовательности импульсов, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности, сравнивают исходную последовательность импульсов с опорной последовательностью импульсови регистрируют моменты их совпадения, формируют интервалы времени, пропорциональные моментам совпадения импульсов, выделяют минимальные интервалы, регистрируют импульсы исходной последовательности, соответствующие минимальным интервалам времени, и по совокупности полученных сигналов для каждого направления сканирования судят о контуре изображения объекта,1524073 Н Иэ сточиый лусо 1 оо операторФиг,Я ЮО 70 бО Оператор Кирша И 7 1 шГечение пласкостяи1524073точныи р содой ералор Оператор Робертса с суммой абс. разностей Фиг.5датчика) (йп иап пил)524073 видео ольп. г.г Вых. Р Вых гг вц .г.г Ья. И Вых.4 Вых. О Вых 7Составитель А,КрасновРедактор М,Бланар Техред М.Ходанич Корректор В.Кабаций Заказ 7045/51 тираж 668 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5