Устройство для центрирования изображений

) Винницкий по тельство СССР Е 11/00, 1988 ЦЕНТРИРОВАНИЯ Изобрете е и вычи аж ие объ- сходноеда расражеь исполь бражений и ни и системах ь мьппленных рЦель изности устрНа Фиг.ая схемале зрения,центри Х.ок 1 проный блококи Аорнкционалг.2 - поекартова н СУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМИГКНТ СССР Рф 17итехнический институт(57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике иможет быть использовано для обработки изображений в системах управления и системах технического зрения промышленных роботов. Цель изобретения - повышение точности устройства. Цель достигается тем, чтов каждый из блоков Ьормирования сигналов статических моментов частейизображения введены первый и второйаналоговые сумматоры, светоделительный блок выполнен в виде двух е относится к автомаительной технике и мовано для обработкисистемах управления технического зрения проботов.бретения - повышение тйства.представлена Фустройства; на Аивязанная с ним д групп последовательно расположенных,оптически связанных призм с полупрозрачнюя гранями,входящие в каждыйиз блоков Аормирования сигналов статических моментов фотоприемники состоят из двух групп, каждый из оптических Фильтров выполнен в виде группы теневых бинарных масок, входыкоторых оптически связаны с выходами призм, каждый из оптических преобразователей выполнен в виде группыканалов, каждый из которых состоитиз двух пирамидальных Аоконов. входыкоторых оптически связаны с выходами соответствующей бинарной маски,все выходы первых и вторых Фоконовкаждой группы каналов оптически связаны с входами соответственно .первойи второй группы Аотоприемников, выходы каждой группы Фотоприемников соединены с входами каждого аналогового сумматора, выходы которого подключены к входам диААеренциального усилителя. 4 ил. система координат и иэобректа; на Лиг,3 - разложениго изображения по весам ичеты статических моментов иний по фрагментам в условныхцах при центрировании откососи У; на Аиг.4 - то же, прровании относительно осиУстройство содержит блецирования, светоделитель2, первый 3 и второй 4 блмирования сигналов статических моментон частей изображения каждый из которых содержит оптический Аильтр 5, состоящий из группы и теневых бинарных масок 6 - 6с двумя коэААици 5 ентами пропускания, оптический преобразователь, выполненный в виде группы и каналов 7 - 7 и в виде 2 и пирамидальных Аоконов, Аотоприемники, состоящие из первой 8 , , 8,8(нечетной) и второй 8 8 , Я,з (четной) групп, первый 9 и второй 10 аналоговые сумматоры с весовым суммированием,диААеренциальный усилитель 11, блок 12 управ" ления.Оптический Аильтр 5 содержит группу и теневых бинарных масок 6 - 6 с двумя коэААициентами пропускаиия: К= 1; К =,0 (Аиг,3). КоэААициенту К соответствуют прозрачные (заштрихованные полосы), коэААициенту К - непрозрачные (незаштрихованные полосы), Теневые маски 6 - 6 выполнены таким образом, что .Аункция пропускания К(х) входного светового потока 1-й маской в блоке 3 может принимать значения: ЗР 1 (прозрачная полоса),если К; = 1 н разложениих=, К21=1 К(х) 35 0 (непрозрачная) в противном случае,1 (прозрачная полоса),если К = 1 н разложенииу = К 2:10 (непрозрачная), в противном случае,К = 50 Группа и оптических преобразователей 7 - 7 выполнена и ниде двух пирамидальных Аоконов для каждого преобразователя, входные прямоугольные апертуры которых соединены по одной стороне. При этом н каждом из группы и оптических преобразователей 7 - 7 блока 3 линия соединения совпадает с осью ОУ, связанной с понезависимо от значения у. Аналогично, для блока 4 Аункция К(у) незави сима от х: лем зрения устройства декартовой системы координат, а в группе и преобразователей 7 - 7 блока 4 - с осьюОХ, Оптические преобразователи могут представлять собой монолитныеАоконы или собирающие линзы.Устройстно работает следующим образом.Блок 1 проецирования Аормируетсветовой поток обрабатываемого изображения, который с его выхода поступает на вход снетоделительного блока2 и разделяет их по первой и второйгруппам и-ныходов на два одинаковыхсветовых потока, Пусть изображение,имеет распределение яркости А(х,у),следовательно, такое же распределение интенсивности света по поперечному сечению имеют световые потокиизображения, которые с и выходов первой и второй групп блока 2 поступают на входы блоков 3 и 4 Аормированиясигналов статических моментов частейизображения, в которых, проходя черезоптические Аильтры 5 в каждом блоке,претерпевают. пространственную модуляцию распределения интенсивности взависимости от Аункции пропусканияК(х) и К(у) Аильтра.Блок 3 Аормирует сигналы статических моментов частей изображения относительно оси ОУ, и Аункция пропускания Аильтра К(х) не зависит от ор- .динаты У., Блок 4 Аормирует сигналыстатических моментов частей.изображения относительно оси ОХ, и Аункцияпропускания Аильтра К(у) не зависитот абсциссы Х,Так как. работа блоков 3 и 4 идентична, то в качестве примера рассмотрим работу блока 3, Световой иоток,поступающий по и входам блока 3, оптически соединенными с и входамиоптического Аильтра 5, проходит, черезтеневые маски 6 - 6;, и подвергаетсяпространственной модуляции. Максимальное число масок и, необходимых длявыполнения модуляции для случая, когдаразмер изображения близок к размерудискретного поля, выбирается в зависимости от числа дискретов М инАормационного поляф и = 1 оя И (1) рИнАормация о распределении интенсивности света всего изображения в блоке 3 с учетом Аункции пропускания Аильтра К(х) через теневые бинарные5 164761 маски представляется поФрагментно с разложением исходного изображения по весам координат точек вдоль оси 4;ОУ, Для изображения объскта, представленного в матричной Форме для -го Фрагмента- ар.; О фЕ,1 фр; 1где 11 в р,ф, 0 -х= ,К 2, Йфр норма матрицы т.-го фрагмента, полученного после модуляции т.-й маской;элементы яркости с координатами ш 1,принадлежащие изображению, принимающие значения 1. если элемент находится взонах прозрачных полос 20т.-й маски;элемент находится в зонах непрозрачньк полос;элементы т.-й теневоймаски оптического Фильтра. 1, если К = 1 в разложении О, в противном случае,На Фиг.2 дан конкретный примеризображения объекта, находящегосяв поле зрения. Разложение иэображения по Фрагментам при его центрировании в блоках 3 и 4 по весовомутипу и расчеты интегральной яркостидля которого иэ трех ФрагментовИфр, 444444 фр 8Ифр 1 ) в условных единицах содержатся наФиг.З и 4.Световой поток поступает на и 45входы оптических преобразователей7 4 - 7 в. Каждый из группы каналовоптических преобразователеч 74 - 7представляет собой два пирамидальных Фокона соединенных по одной 50стороне прямоугольных входных апертур. Каждьй пирамидальный Фокон выполняет интегрирование входногосветового потока посредством того,что собирает в одну маленькую площадку выходной апертуры излучение совсей прямоугольной апертуры. При этомв Ьлоке 3 нечетная группа Фоконови преобразователей интегрирует интенсивность света по Фрагменгамфр 11 в полупнмстиО,,4 СОа четная группа Фо:онов г, нреобразоэателей и(тегрирует инте исчность света по Фрагментам ф , в полунлоскости Х ) О. Светонье потоки Фрагментов иэо" бране 4 ий поступают на соответствующие входы Фотоприемников и преобразуются ими в электрические напряжения. Световые сигналы, оответствующие Фрагментам 1, фр,1"41 фр. " .;,;фр,поступают4у(эуна первую группу 4 нечетную) Фотоприемников 84 848,4, а световые сигналы, соответствующиеО, 404-"б на вторую четнуи) группу Фотоприемников 84, , 8 д8и преобраз;.(.ся ими в электрические сигналы по интегральным интенсивностям Фрагментов изоЬражения для первой группы Аотоприемниеов 044 л 1 фр )Б(4 11 фр; и . Ц д с 4р для второй группы вотоприемкиковТаким образом, на выходах д-х Фотоприемников обеих групп 8, и 8,(д получают электрические сигналы, соот- ветствуюг 4 ие интенсивностям т.-х Фрагментов изображения в полунлоскостях (Х .с. О, Х ) О), т.е. Пространственное интегрирование сумм интенсивностей частей изображения в полуплоскосгях Х ( О и Х0 осуществляется аналоговыми сумматорак." 9 и 10 со взвеленньм суммированием. Определение значения вэьеценных сумм интенсивностей частей иэображения соответствует определению статических моментов первого порядка в смежных полуплоскостях. В частности, статический момент для полуплоскости Х ( 0 в матричной Форме может быть представлен, как+Ьх),у 0 Фр, Ц Так как аналоговый сумматор 9 по входам первой группы Аотоприемников осуществляет суммирование напряжеь.ний, полученных при интегрировании интенсивностей иэображения в полу" плоскостях Х Ф. О,а аналоговый сумматор 10 по входам второй группы Аотоприемником - в полуплоскости ХО, то выражения (3) и (4) могут быть записаны в виде:ут2 2 Ц"- 2 Н,1+ 20,+ ЗО 40 ь 2 Пь, ь (АхтЬх) у ) О О Й 11 т 2 1(А 1(х+ ох) У 2О Фе 11 ее 2 1 Ахе Ьх) У 10+1 х),уО Ф+ 2А(х. где А 1(х т Ах) у ) - яркость входяого )Оизображения, при чемх учитываетвозможность сдвигапри центрированиивдоль ОХ15 ,Ф; Ф Ф- Арагменты изображения, промодулированные 1 2и масками.Аналогично для полуплоскости Х0: 20 еАх) у)4) Фу 2" е 2 (А(х+(6)На Аиг.3 для блока 3 приведенырасчеты статических моментов в условных единицах по Арагментам изображения, модулированных в полуплоскостях Х ( 0 и Х ) О,Значения суммарных электрическихсигналов, определяемых выражениями(5) и (6), поступают на входы диАеренциального усилителя 11. Дифференциальный усилитель 11 сравнивает суммарные напряжения входныхсигналов, что эквивалентно сравнениюсумм суммарных интенсивностей в указанных полуплоскостях или величинстатических моментов частей изображения, и выдает результаты сравненияв виде выходного напряжения Н,В данном случае суммарное напряжение с выхода первого аналогового сумматора 9 поступает на неинвертирующий вход диААеренциального усилителя11, а с выхода второго аналоговогосумматора 10 - на его инвертирующийвход, При этом на выходе диААеренциального усилителя 11 Аормируетсянапряжение Бу что является сигналомвыхода блока 3.Аналогично описанному принципу работы блока 3 на выходе блоха 4 будет получено выходное напряжение Б, соответствующее сравнению величин статических моментов изображения относительно оси ОХ.Напряжения 0 и 0 поступают на входы рассогласования блока 12 управления, который Аормирует управляющие сигналы, под действием этих сигналов осуществляется сдвиг изображения относительно декартовой системы координат таким образом, чтобы уравнять интегральные яркости (статические моменты) И и М в полуХсо Хо плоскостях Х йО и ХО. Мх и,")со М В полуплоскостях У с. 0 и хО. Чуо кЦентрированное положение изображения Аиксируется по состоянию, когда выходные напряжения блоков 3 и 4 рав 1 ны нулю, т.е. 0 = 0 в случае, когдаХсО ХО И= М,( если Н = 0;СО 40М)( =МХ если Н = О, Я)В противном случае необходим сдвиг, определяемый напряжением+ 1 Для определения знака направпения сдвига положительному значению +Но соответствует сдвиг в положительном направлении соответствующей координаты, а отрицательному - в отрицательном направленьи,Например, если в блоке 3 то Б = -Бф ф в блоке 4 Со у о Х М (0 Т 10 М (М то Б = -Б20то Н = +Б . 10)о.Выражения (9) и 10) иллюстрируются на Аиг,З и 4.Так, для Аиг,З изображение центрировано относительно оси ОУ., сигнал О, определяющий направление сдвига, равен нулю. Для изображения Аиг4 необходим сдвиг в положительном направлении, т.е,; Т = +П30 После того, как центрирование изображения выполнено, всякое смещение изображения на входе приводит к появлению напряжения на выходах ди- Аеренциальных усилителей, 11 и 11 бло 1 ков 3 и 4 иэ-за возникновения ненулевой разности интегральных яркостей в полуплоскостях, В результате этого блок 12 управления формирует управляющие сигналы по управляющим входам 13 и 14 блока 1 проецирования, под действием которых осуществляется сдвиг изображения, который компенси 45 рует исходное смещение, т.е. устройство следит за положением центра тяжести изображения. Формула изобретениаУстройство для центрирования иэображени, содержащее блок проецирования в светодяуитыьлый лтсэ входкоторого оптически связан с выходомблока проецирования, блок управления,а также первьЯ и второй блокиАормирования сигналов статическихмоментов, каждый из которых содержитоптический Аильтр, оптический преобразователь, Аотоприемники и диФАеренциальний усилитель, выходы которых подключены к соотвествующимвходам сигналов рассогласования блока управления выходы которого соединены с управляющими входами блока проецирования, о т л и ч а ю -щ е е с я тем, что, с целью повыиения точности устройства, в каждый иэблоков Аормирования сигналов статических моментов введены первый и второй аналоговые сумматорысветоделительный блок выполнен в виде двухгрупп последовательно расположенныхоптически связанных призм с полупрозрачными гранями, входящие н каждьйиз блоков Аориирования сигналов.ста -тических моментов Аотопрнемники,выполненные в виде двух групп, каждый из оптических фильтров выполненв виде группй теневых бинарных масок, входы которых оптически связаныс выходами призм каждой группы, -,аждый из оптических преобразовател,.йвыполнен в виде группы каналов, каждый иэ которых состоит из двух пирамидальных Аоконов, входы которых оп-.тически связаны с выходами соответствующей бинарной маски, выходы первых и вторых фоконов каждой группыканалов оптически связаны с входамисоответственно первой и второй группАотоприемников, выходы каждой группы Аотоприемииков соединены с входами каждого аналогового сумматора,выходы которого подключены к входамдиААеренциального усилителя, 1647610+и к и ЮЮ ар 1 лзоора.;ени тнослко: ентр ковано ",о вате оон ОУ Р -Р тельно Ь "/3 Ц